電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用分析

劉愛琴

（山東泰汶鹽化工有限責(zé)任公司，山東 泰安 271024）

0 引言

在中國不斷崛起的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)下，制造業(yè)也在迅速發(fā)展。但是隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)廢水量將會(huì)越來越少，其中還包括一些復(fù)雜的，可生物降解的問題，以及一些高濃度有毒工業(yè)廢水。但面對這種情況，一般的工業(yè)廢水都難以處理。隨著污水處理技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，先進(jìn)的氧化工藝也不斷涌現(xiàn)。本發(fā)明能夠較好的處理工業(yè)廢水，尤其是少數(shù)高濃度有毒工業(yè)廢水。為此，分析了高級(jí)氧化技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，提出了適合于各種工業(yè)廢水的處理工藝。

1 電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)概述

先進(jìn)的氧化技術(shù)是利用各種物化工藝氧化工業(yè)廢水的一種廢水處理技術(shù)。污水處理過程中，通過一系列化學(xué)回饋?zhàn)饔?，使廢水降解為CO2，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢水的徹底礦化?？赏ㄟ^光、電、催化劑和氧化劑的相互作用，使其相互作用，在反饋中產(chǎn)生游離基，也可通過游離基與有機(jī)物之間的電子轉(zhuǎn)移、取代和加成作用，將工業(yè)廢水中的有毒有機(jī)物轉(zhuǎn)化為低毒性或無毒物質(zhì)，有些甚至可降解為氧、水及其它無機(jī)鹽，采用先進(jìn)氧化技術(shù)處理工業(yè)廢水，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。

國外和國內(nèi)的水處理界都十分重視采用高濃度氧化技術(shù)處理工業(yè)廢水。在無法避免的溫度和壓力條件下經(jīng)受強(qiáng)氧化劑的作用，難溶性有機(jī)污染物最終被礦化水轉(zhuǎn)化為先進(jìn)的電化學(xué)氧化技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對污染物的無害化處理，并將其應(yīng)用于各種工業(yè)廢水中，如氧氣轉(zhuǎn)化處理等，是一種很有發(fā)展前景的工藝。但電極材料來源陳舊，用途廣泛，副產(chǎn)物有毒等問題仍需進(jìn)一步研究。在此基礎(chǔ)上，將電化學(xué)氧化工藝與其它常規(guī)工藝相結(jié)合，將是今后太陽能光伏高端電化學(xué)氧化技術(shù)的發(fā)展方向。

2 電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 紡織工廠工業(yè)廢水處理

紡織業(yè)廢水中含有大量的有機(jī)染料，其影響因素復(fù)雜，一旦排出水中，就會(huì)對生物產(chǎn)生毒害作用，可采用電化學(xué)氧化工藝進(jìn)行處理，無需添加電解液，還發(fā)現(xiàn)除了印染廢水中存在氯離子外，印染廢水中還存在氯離子，這種電化學(xué)氧化過程中電極材料的現(xiàn)象與廢水中氯離子的初始濃度有密切關(guān)系，它的去除效率提高了近8倍，對去除紡織工業(yè)廢水和色度有較好的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性電極和惰性電極都能完全去除廢水，惰性陽極能獲得較高的去除率；當(dāng)陽極接受活性電極時(shí)，即使氯濃度達(dá)到5000mg/L，電化學(xué)反饋池的容量也是500ml，先后采用了硼摻雜金剛石電極和形狀穩(wěn)定的電極作為陽極。以2pt為陽極，去除率可達(dá)74%。改變溫度對陽極氧化工藝的處理效果影響不大，升高溫度可明顯提高電法處理紡織廢水的效率。

當(dāng) p H值為2.8和8.1時(shí)，可得到較高的色度去除率；當(dāng) p H值為8.1時(shí)，可得到較高的色度去除率；而電芬頓法的 p H值為3。污水處理系統(tǒng)的能量消耗與污水的電導(dǎo)率、外加電流以及接受陽極的電極材料有關(guān)。接受電極的能量消耗比惰性電極低，但接受惰性電極的去除率也較低，如摻硼金剛石電極，能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的去除率，因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)廢水處理要求和處理原則，選擇合適的電極[2]。有時(shí)候，一個(gè)更經(jīng)濟(jì)的方法是將經(jīng)電化學(xué)氧化處理的廢水回流到印染接頭，這樣可以節(jié)省大約70%的水和60%的能源消耗。難降解有機(jī)污染物在工業(yè)廢水中常具有“三效”效應(yīng)。這些污染物一旦進(jìn)入人體，將對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康造成危害。所以，電化學(xué)高級(jí)氧化法去除工業(yè)廢水中難降解有機(jī)污染物是近年來發(fā)展迅速的高級(jí)氧化法，一直是水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。結(jié)果表明，該產(chǎn)品具有H2O2、羥基自由基、活性氯和過硫酸鹽等多種氧化性。把難降解的大分子有機(jī)物氧化成低毒性或無毒的小分子物質(zhì)，在催化劑的高溫高壓、電等反饋聲光照射下進(jìn)行處理[3]。

2.2 制革工廠工業(yè)廢水處理

皮革廢水是一種十分嚴(yán)重的工業(yè)廢水，由于皮革原料和制革工藝中產(chǎn)生的多余化學(xué)品，使其含有大量的有機(jī)物、氨氮、硫化物和重金屬。高級(jí)化的電化學(xué)氧化技術(shù)能有效處理這類廢水。但是，在實(shí)際應(yīng)用中一個(gè)大問題是，電極材料的老成本很高，并且可能會(huì)產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)品。探討了不同材料陽極對制革廢水處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)證明，該電極是去除氨氮和硫化物的最佳陽極，能耗低。本實(shí)驗(yàn)僅采用兩種電極，陽極電極優(yōu)于陽極電極，存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。電化學(xué)氧化，字面上來說，是離不開對電力的支持的，因?yàn)槲覈^去的發(fā)展并不偏向于電力工業(yè)，對我國電力的投入力度不大，導(dǎo)致電化學(xué)氧化的發(fā)展相對緩慢。但由于我國電力事業(yè)的發(fā)展和電力工業(yè)的進(jìn)步，在工業(yè)廢水處理方面表現(xiàn)得尤為突出，其顯著的治污效果使社會(huì)興旺，被國內(nèi)大力推薦并廣泛應(yīng)用。電化學(xué)氧化以其獨(dú)特的性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)平臺(tái)。但在工業(yè)廢水處理中，由于工業(yè)廢水的復(fù)雜性，不僅依賴于電化學(xué)氧化的支持，而且綜合了各種廢水處理技術(shù)。如生物制藥廢水的處理，電化學(xué)氧化處理效果明顯。但由于制藥廠廢水中所含廢水種類繁多，很大程度上阻礙了廢水處理，耗電大。所以，在處理極其復(fù)雜的廢水時(shí)，不能僅依賴于單一的廢水處理技術(shù)，而應(yīng)與古老的廢水處理技術(shù)相結(jié)合，因?yàn)橹挥羞@樣，工業(yè)廢水的處理效果才會(huì)更加明顯[4]。

另外，該電極對色度和共軛雙鍵有機(jī)物有良好的去除效果。考察了電流密度、電解溫度、電解時(shí)間對制革廢水去除率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，電流密度和電解時(shí)間是主要影響因素。這是制革廢水脫除有機(jī)物質(zhì)的良好前提。比較了不同的電化學(xué)高級(jí)氧化工藝，用鐵電極考察了其去除有機(jī)物的能力。與單一工藝相比，復(fù)合工藝對有機(jī)物的去除效果更好，電解后有機(jī)物去除率達(dá)90%以上。電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)在各種廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用，但也存在著不少問題。本文對電化學(xué)先進(jìn)技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。以期推動(dòng)高品位電化學(xué)氧化技術(shù)的發(fā)展及在工業(yè)廢水處理中的高效應(yīng)用。

2.3 石油化工廢水

石油化工廢水中的烴類及其衍生物，其碳原子數(shù)不同，毒性大，致癌性強(qiáng)。在這些廢水中，苯、甲苯、乙苯和二甲苯是非常無用的污染物。高濃度的電化學(xué)氧化技術(shù)在石油和工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用與廢水性質(zhì)，利用穩(wěn)定化電極對巴西石油勘探生產(chǎn)廢水中的石油烴進(jìn)行脫除，發(fā)現(xiàn)電解液速度對烴氧化速率有影響[5]。間接氧化是油氣分離的一種重要機(jī)制。用陽極氧化法處理突尼斯石油勘探生產(chǎn)用水。對于陽極來說，電極能更好地去除石油類化合物，而且氧化效率更高，能量消耗更少，簡單的電化學(xué)氧化就是利用電極表面的氧化反饋，將難以分離的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化回收，而超高電位的電極極容易對有毒有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化，而過高的電位，則會(huì)受到陽極材料和二次反饋的限制，因此對于氧氣釋放反饋的陽極材料，必須有較高的吸氧點(diǎn)[6]。

使用陽極化可以將少量有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成無機(jī)物，生成水和氧氣。間接電化學(xué)反應(yīng)間接電化學(xué)反應(yīng)反饋是通過電化學(xué)反應(yīng)反饋的氧化劑，把污染物釋放到無毒物質(zhì)中。其電極材料簡單，電化學(xué)反饋速度比較慢，電流也不大。選擇可氧化的載體或可回收的載體對有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行電子氧化回收，并進(jìn)行電解氧化，使之再生為陽極或陰極，利用電化學(xué)反饋進(jìn)行回收，最終釋放有機(jī)物質(zhì)。當(dāng)電流密度增大時(shí)，廢水去除率可以達(dá)到98%，而電極系統(tǒng)的廢水去除率只有80%。研究了用電化學(xué)氧化處理石油工業(yè)生產(chǎn)用水的方法。結(jié)果表明，接收電極具有很高的去除率。采用陽極氧化法和氣浮法相結(jié)合的方法處理石油工業(yè)廢水，結(jié)果表明，電解處理后的廢水電化學(xué)氧除率為87%，而電化學(xué)氧除率為87%浮選-電化學(xué)-氧化聯(lián)合處理的廢水，電化學(xué)氧除率在96%以上，提高電流密度可以大大縮短電解過程的耗時(shí)，但能耗增加，電化學(xué)氧除率是影響因素之一，電解過程中氯離子的濃度雖有氯離子存在，必然會(huì)促進(jìn)有機(jī)物的降解，但在實(shí)際應(yīng)用中已證明有利于活性氯的形成，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生無益的氯衍生物[7]。所以在實(shí)際工程應(yīng)用中，有必要對可能產(chǎn)生的無用氯衍生物進(jìn)行預(yù)定量鑒定。

3 結(jié)語

因?yàn)楣I(yè)廢水種類繁多，有些工廠的廢水毒性大，降解困難。污水處理簡單易行，而且并非完全不可能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。為此，需要采用先進(jìn)的氧化工藝來處理難降解、高毒性廢水。采用這種優(yōu)良的污水處理技術(shù)，可減少對環(huán)境和水源的污染，使人們過上安全潔凈的生活。高等氧化法是一種新的污水處理工藝，它可以用來處理分散在廢水處理中的有機(jī)物。在國內(nèi)，水處理技術(shù)以其實(shí)用、通用、完全氧化降解等特點(diǎn)得到了廣泛關(guān)注和高度重視。