電化學水處理應用技術在化工生產(chǎn)過程中應用研究進展

薛瑞德 畢波 張董平 高旭宏 李森章(山西瑞賽科環(huán)保科技有限公司，山西 交城 030500)

0 引言

我國電力企業(yè)自20 世紀中后期開始迅速發(fā)展，電解法也由此出現(xiàn)在人們的視野中。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)技術手段主要是依靠二維平板電極，該反應器雖然占位也非常小，但是在傳質(zhì)方面存在很多問題，并且反應程度也不是十分靈敏，已經(jīng)不再適用于社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展、國民需求不斷提升背景下的化工生產(chǎn)。此后，各國開始了對電極的研究和設計，但就目前中國的發(fā)展局勢和對化工生產(chǎn)的依賴程度來說依然需要不斷改進。

1 電化學水處理應用技術的種類

1.1 電化學氧化

電化學水處理技術主要是通過對電解法的各種利用實現(xiàn)污染物的處理，最常使用的電解方法就是直接電解和間接電解。直接電解側重于對氧化還原反應的利用，對污染物進行氧化或還原，以達到清除水中雜質(zhì)的目的。間接電解相對于直接電解來說過程比較復雜，但是工作原理是不變的，依然利用氧化還原反應。間接電解的電解過程分為可逆和不可逆?？赡孢^程就是通過對污染物的處理使其達到二次使用或循環(huán)使用的標準然后繼續(xù)投入生產(chǎn)過程中，不可逆過程就是通過一系列的化學反應生成氧化有機物，在此過程中反應物本身是不可逆的。

實際使用中，間接電解法和直接電解法都有具體的使用方法。比如利用間接電解工作原理的內(nèi)電解法，首先利用碳和鐵構成能夠正常反應的原電池，然后將污染物置于原電池的正負極上使他們各自發(fā)生化學反應，再利用原電池的吸附性等特性對雜質(zhì)進行處理。這種電解方法投資成本低，使用方法簡單，因此經(jīng)常單獨處理被氧化過的有機廢水或者與其他方法結合起來共同清除其他類型的污染物。再如綜合利用直接電解和間接電解兩種工作原理的電化學氧化法。

1.2 電凝聚法

電凝聚法是通過不斷增加反應系統(tǒng)陽極的外部電壓促進陽離子產(chǎn)生，使其與水中的膠狀絮凝物等膠體污染物充分反應。陰極隨著陽極陽離子的不斷產(chǎn)生也會源源不斷的為反應提供氫氣。眾所周知，氫氣在一定條件下能夠快速上浮，由此水中懸浮的污染物就與水體隔離開，實現(xiàn)了化工生產(chǎn)廢水的凈化。雖說凈化效果有所提高但反應過程需要消耗很多電能，因此電凝聚法在化工生產(chǎn)廢水方面的應用受到了極大限制。

1.3 電滲析

電滲析法所使用的技術手段相對是比較高的，該方法需要在直流電廠的作用下，通過離子交換膜實現(xiàn)水處理過程中離子的交換和遷移，充分發(fā)揮離子的選擇透過性。二十世紀六十年代開始，電滲析法在電化學水處理方面的應用價值被逐漸挖掘，這種方法的工作原理主要是阻止溶質(zhì)透過半透膜，提高水中雜質(zhì)的過濾程度并通過跨膜滲透壓差為水通過分離膜提供動力，顯著提高了分離效率。目前來說，電滲析法在我國的應用前景是非常廣闊的。除此以外，電滲析法的使用實現(xiàn)了電化學水處理由低壓操作到無壓操作的轉換，有效減少了水處理過程中的能量損耗，有利于企業(yè)貫徹落實國家環(huán)保及節(jié)能減耗政策。近年來世界各國相繼投入大量資金深入挖掘電滲析法在電化學水處理方面的更多可能性。

2 電化學水處理技術在化工生產(chǎn)領域的應用

2.1 持久性有機污染物污水處理技術

化工廢水中含有很多重金屬，如果直接排放，廢水中的硫酸根離子在擴散過程中就會分離出硫離子，與水中的各種物質(zhì)進行反應，特別是金屬元素，導致大范圍水域被污染并具有較高的毒性。用一般的方法對這些持久性強且有毒的有機污染物進行處理是非常困難的，結合電化學處理技術能夠使難度系數(shù)大大降低。例如，電化學氧化反應通常需要借助催化劑進行輔助，在化學結構中能夠生成大量的具有氧化作用的羥基，迅速分解持久性有機污染物。催化作用強的催化劑還能夠繼續(xù)發(fā)生氧化反應改變有機物污染物的性質(zhì)，降低化工生產(chǎn)廢水的毒性。

2.2 含酚廢水的電化學處理技術

化工生產(chǎn)中含酚廢水的處理是近年來水處理領域炙手可熱的研究課題，主要原因是在傳統(tǒng)技術的處理中含酚廢水的處理過程是非常復雜的，并且處理效果不理想，依然會對周圍水質(zhì)產(chǎn)生污染。電化學處理技術的使用可有效解決這一問題，利用電化學的氧化反應，根據(jù)水中酚類物質(zhì)含量的高低調(diào)整設備電壓及PH 值，就能夠輕松地清除化工生產(chǎn)廢水中的所有酚類物質(zhì)。氯苯酚濃度參數(shù)隨電化學處理時間的變化如表1 所示。

表1 氯苯酚濃度參數(shù)隨電化學處理時間的變化

2.3 硝基苯類化合物廢水處理技術

硝基苯類化合物是化工廢水中最令人頭疼的一種物質(zhì)，一般的水處理技術是很難降解該物質(zhì)的。在電化學水處理技術中，DSA 通常作為催化系統(tǒng)的陽極。操作人員只需要保證反應過程中電流密度的準確就可以大大提高硝基苯類化合物的降解率。目前我國硝基苯類化合物的降解率已經(jīng)能夠達到世界先進水平，見表2。

表2 廢水主要污染物濃度

3 電化學水處理技術在化工生產(chǎn)領域的發(fā)展前景

一般的企業(yè)在進行水處理時往往會使用過濾性能高的設備，嚴格控制設備系統(tǒng)中微生物、細菌及污染物雜質(zhì)的含量。電導率儀還能對冷卻塔及冷卻水的各項數(shù)據(jù)進行跟蹤和檢測，智能判斷冷卻塔中是否需要注入新水和是否需要打開排污通道。當然要想加快電化學水處理的效率，提高水處理的質(zhì)量或多或少還需要依靠化學物質(zhì)進行輔助。

電化學技術的使用增加了無毒污染物轉化的可能，同時能夠?qū)崿F(xiàn)各種細菌、雜質(zhì)的分離，還能夠自動控制設備內(nèi)部的細菌生長，增加了多項實用功能。如果有需要，電化學的陰陽兩極還能夠同時作用。此外，電化學技術的使用標準很低，常溫常壓下即可，并且其運行的主要條件是電流和電位的大小，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)工作及設備各方面的自主控制也是其一大優(yōu)點。更重要的是，電化學技術的使用不需要投入大量的化學試劑，既減少了處理成本，又加快了處理速率，就其優(yōu)勢而言，未來的發(fā)展前景是非常廣闊的。

盡管如此，現(xiàn)階段某些電化學技術的使用依然有很多限制條件，因此接下來的電化學技術研究應注重解決實際問題。比如開發(fā)低價高效的電極材料、設計一體化便捷有效的反應器，研究以可再生能源為主的反應裝置等。

4 結語

綜上所述，雖然目前電化學水處理技術相較于傳統(tǒng)技術已經(jīng)有了很大進步，但是目前為止該技術還具有很多的不穩(wěn)定性，如處理質(zhì)量的不穩(wěn)定等，并且還沒有真正實現(xiàn) 節(jié)能減耗的目標。因此，在電化學水處理技術的探索道路上我們還需要不斷奮斗。