電化學(xué)氧化水處理技術(shù)研究進展

沈 敏

（山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200）

引言

電化學(xué)水處理技術(shù)同時具備綠色性、高效性及易操作性特點，是推動實現(xiàn)水處理技術(shù)綠色生態(tài)發(fā)展目標，以及實現(xiàn)“碳中和”目標的關(guān)鍵性實踐途徑。由于某些特殊行業(yè)領(lǐng)域和社會生活領(lǐng)域產(chǎn)生的廢水具備較為復(fù)雜的水質(zhì)表現(xiàn)狀態(tài)，需要同時面對生化處理技術(shù)、消毒處理技術(shù)，以及疾病病原體傳播路徑阻斷技術(shù)等難度，客觀上更能彰顯電化學(xué)水處理技術(shù)的獨特應(yīng)用價值，并且更能獲取到技術(shù)研究人員和社會各界公眾的充分關(guān)注[1-2]。本文從宏觀性視角展開闡釋分析，電化學(xué)氧化水處理技術(shù)作為一類較為典型的電化學(xué)水處理技術(shù)，其主要特點，在于不需要添加使用外源性化學(xué)藥物制劑，化學(xué)反應(yīng)過程相關(guān)條件較為溫和，易于開展調(diào)節(jié)操作和自動化控制操作，以及使用過程較為便捷等。除此之外，電化學(xué)氧化水處理技術(shù)，還能通過與光催化水處理技術(shù)或者是膜處理技術(shù)的相互結(jié)合，實現(xiàn)對低濃度廢水的深層次凈化處理技術(shù)目標，繼而降低污染物的排放數(shù)量，實現(xiàn)對污染物的資源化利用技術(shù)目標。

1 電化學(xué)直接氧化

在電化學(xué)氧化水處理技術(shù)具體運用過程中，針對廢水中包含的有機物質(zhì)發(fā)生的降解化學(xué)反應(yīng)過程集中在陽極位置，且遵照具體執(zhí)行的技術(shù)作用機理的差異，通常將其劃分處理成直接氧化技術(shù)作用機理以及間接氧化技術(shù)作用機理兩個具體表現(xiàn)類型[3]。

所謂直接氧化技術(shù)過程，通常指的是廢水中包含的有機污染物質(zhì)成分經(jīng)由吸附作用分布在陽極表面位置，繼而借由陽極部分發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移技術(shù)過程，實現(xiàn)對廢水中包含的各類污染物的氧化去除技術(shù)過程，且此種作用通常在廢水中包含的污染物質(zhì)含量較高條件下發(fā)生。

在直接氧化技術(shù)過程中，常見的電氧化技術(shù)性能指標項目，以及污染物質(zhì)成分去除技術(shù)效果評價指標，包含瞬間電流效率指標（ICE 指標）、電化學(xué)氧化指數(shù)指標（EOI 指標）、電化學(xué)需氧量指標（EOD 指標）、礦化電流效率指標（MCE 指標）、污染物去除效率指標以及污染物礦化率指標。

遵照廢水中包含污染物成分具體獲取的降解處理程度所具備的差異，通常可以將發(fā)生在陽極表面位置的有機污染物氧化技術(shù)過程，具體劃分成電化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)過程以及電化學(xué)燃燒技術(shù)過程。所謂電化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)過程，本質(zhì)上就是要將廢水中包含的有毒化學(xué)物質(zhì)，轉(zhuǎn)化處理成低毒化學(xué)物質(zhì)或者是無毒化學(xué)物質(zhì)。而在電化學(xué)燃燒技術(shù)過程中，通常能夠?qū)U水中包含的有機物質(zhì)成分，完全且徹底地轉(zhuǎn)化處理成CO2和H2O。

在電化學(xué)直接氧化技術(shù)具體運用過程中，廢水中包含的污染物能夠直接在陽極位置喪失電子完成氧化過程，繼而被具體轉(zhuǎn)化成無毒化學(xué)物質(zhì)、低毒化學(xué)物質(zhì)，以及容易被生物體加以降解的化學(xué)物質(zhì)，甚至在針對污染物實施完全礦化處理條件下，最終實現(xiàn)針對廢水的凈化處理技術(shù)目標。

電化學(xué)直接氧化水處理技術(shù)，在處理含氰化物、氮元素以及含有酚類物質(zhì)的廢水過程中，發(fā)揮著不容忽視的良好作用。

電化學(xué)直接氧化水處理技術(shù)在具體運用過程中，存在著兩個方面的技術(shù)缺陷，其一是污染物從廢水內(nèi)部向電極結(jié)構(gòu)發(fā)生的遷移過程速度受限；其二是陽極表面鈍化過程對直接電氧化技術(shù)過程的執(zhí)行速率具備限制作用。

2 電化學(xué)間接氧化

2.1 陽極產(chǎn)生·OH 的電催化氧化的基本原理與實施過程

在電化學(xué)間接氧化水處理技術(shù)具體運用過程中，羥基自由基·OH 物質(zhì)形態(tài)具備著較強的氧化能力（其標準電勢技術(shù)參數(shù)測定數(shù)值為2.80 V），其能夠不加選擇地將廢水中包含的有機性污染物質(zhì)成分具體氧化分解處理成CO2、H2O，以及無機離子類物質(zhì)。

最為典型的電化學(xué)高級氧化技術(shù)過程，涉及能夠在陽極表面位置引致生成異相·OH 物質(zhì)形態(tài)的陽極氧化技術(shù)過程（AO），以及因進入到液體介質(zhì)環(huán)境中的均相·OH 物質(zhì)形態(tài)引致發(fā)生的電芬頓技術(shù)過程（electro-Fenton，EF），以及光電芬頓技術(shù)過程（photoelectro-Fenton，PEF）。

在上述反應(yīng)過程中，實際生成的·OH 物質(zhì)形態(tài)能夠在電極結(jié)構(gòu)表面位置發(fā)生化學(xué)吸附技術(shù)過程，及物理吸附技術(shù)過程。

在化學(xué)吸附技術(shù)過程具體執(zhí)行中，通常能夠?qū)U水中包含的難以降解處理的有機物質(zhì)成分，轉(zhuǎn)化處理成能夠被生物體加以降解處理的化學(xué)物質(zhì)成分。

而在物理吸附技術(shù)過程具體執(zhí)行中，羥基自由基·OH 物質(zhì)形態(tài)則能夠發(fā)揮針對污水內(nèi)部有機化學(xué)物質(zhì)成分的徹底化礦化處理技術(shù)目標。

2.2 常見的陽極電極材料

從實際發(fā)揮的技術(shù)作用角度展開闡釋分析，陽極材料的種類，對·OH 物質(zhì)形態(tài)的產(chǎn)生數(shù)量，以及具體表現(xiàn)類型發(fā)生著深刻影響作用，且還能影響改變電極結(jié)構(gòu)的析氧過電位。

遵照電極材料實際發(fā)揮的催化技術(shù)性能，通?？梢詫㈥枠O部分使用的電極材料，具體劃分處理成活性電極材料（RuO2-TiO2材料、IrO2-Ta2O5材料、Ti/Pt 材料，以及Carbon and Graphite 材料），以及非活性電極材料（Ti/PtO2材料、Ti/SnO2-Sb2O5材料，以及BDD 材料）。

對于析氧過電位處在較低水平的電極材料而言，其在電解化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生過程中容易同時發(fā)生析氧副反應(yīng)過程，客觀上通常將此類電極稱作活性電極。反之，應(yīng)當(dāng)將其稱作非活性電極。

在活性電極材料的表面位置，通常極易產(chǎn)生和分布一定數(shù)量的化學(xué)吸附型·OH 物質(zhì)形態(tài)，極板材料在與·OH 物質(zhì)形態(tài)相互作用條件下，能夠具體生成超氧化物，繼而在針對有機污染物成分發(fā)揮電解技術(shù)作用過程中，以M/MO 物質(zhì)作為媒介角色，具體將污染物轉(zhuǎn)化處理成容易被生物體降解利用的化學(xué)物質(zhì)。

在非活性電極材料的表面位置，其能夠產(chǎn)生和分布較多數(shù)量的物理吸附型羥基自由基M（·OH）物質(zhì)形態(tài)，且此種物質(zhì)形態(tài)能夠在水體環(huán)境內(nèi)部呈現(xiàn)出均勻分散狀態(tài)，能夠引致種類多樣的有機性化學(xué)污染物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)過程，繼而支持其實現(xiàn)徹底礦化技術(shù)狀態(tài)。

2.3 主要技術(shù)影響因素

在運用電化學(xué)技術(shù)開展廢水處理過程中，應(yīng)當(dāng)滿足的重要前提條件，在于確保廢水能夠具備相對充分的電導(dǎo)率。而想要具體實現(xiàn)上述技術(shù)控制目標，通常需要針對部分待處理廢水添加一定數(shù)量比例的電解質(zhì)類物質(zhì)。

在針對廢水展開技術(shù)處理過程中，廢水中實際包含的電解質(zhì)類物質(zhì)種類，以及實際濃度水平，能夠深刻影響電解技術(shù)過程中氧化劑物質(zhì)的產(chǎn)生數(shù)量，以及產(chǎn)生種類。

在實際針對待處理廢水添加電解質(zhì)類物質(zhì)過程中，具體涉及的電解質(zhì)類物質(zhì)，包含氯化物、硫酸鹽等。

3 結(jié)語

綜合梳理現(xiàn)有研究成果可知，最近若干年間，伴隨著我國城鄉(xiāng)居民對環(huán)境污染問題重視程度的持續(xù)提升，以及材料科學(xué)技術(shù)和電化學(xué)科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，針對電化學(xué)氧化水處理技術(shù)開展的研究工作正在呈現(xiàn)出持續(xù)深入的變化趨勢，且電化學(xué)氧化水處理技術(shù)在運用過程中能夠發(fā)揮良好價值。從宏觀性視角展開闡釋分析，電化學(xué)氧化水處理技術(shù)在具體運用過程中依然存在著種類多樣的具體問題，迫切需要擇取和運用適當(dāng)策略展開解決處置。