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高效電化學(xué)法反應(yīng)器廢水處理設(shè)備

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產(chǎn)品簡介

隨著世界各國工業(yè)的迅猛發(fā)展，廢水的排放量急劇增加，尤其是化學(xué)、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)排放的廢水，其濃度高、色度大、毒性強，含有大量生物難降解的成分，給帶來了嚴重的水體污染

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隨著世界各國工業(yè)的迅猛發(fā)展，廢水的排放量急劇增加，尤其是化學(xué)、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)排放的廢水，其濃度高、色度大、毒性強，含有大量生物難降解的成分，給帶來了嚴重的水體污染。近年來，一種高級氧化技術(shù)（Advanced Oxidation Technologies，AOT），即利用光、聲、電、磁或無毒試劑催化氧化技術(shù)處理有機廢水，尤其是那些難于生化降解、對人類健康危害極大的“三致”（致癌、致畸、致突變）有機污染物，已成為當前世界水處理相當活躍的領(lǐng)域。電化學(xué)水處理技術(shù)是高級氧化技術(shù)的一種，因其具有其他水處理技術(shù)的優(yōu)點，近年來已受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。
一、電化學(xué)水處理技術(shù)及其優(yōu)點
電化學(xué)水處理技術(shù)是指在外加電場的作用下，在特定的電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)，通過一系列設(shè)計的化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)過程或物理過程，產(chǎn)生大量的自由基，進而利用自由基的強氧化性對廢水中的污染物進行降解的技術(shù)過程，是高級氧化技術(shù)的一種。
作為一種清潔的處理工藝，電化學(xué)技術(shù)與其他水處理技術(shù)相比，具有的優(yōu)點：
(1)具有多功能性。電化學(xué)技術(shù)除可用電化學(xué)氧化還原反應(yīng)使毒物降解、轉(zhuǎn)化外，還可用于懸浮物或膠體體系的相分離（如電浮選分離）等。電化學(xué)技術(shù)的這種多功能性使電化學(xué)技術(shù)具有廣泛的選擇性，在廢水、廢氣、有毒物處理等多方面發(fā)揮作用。
(2)具有高度的靈活性。電化學(xué)技術(shù)兼具氣浮、絮凝、殺菌等多功能，必要時，陰極、陽極可同時發(fā)揮作用。它既可以作單獨處理工藝使用，也可以與其他處理工藝相結(jié)合，如作為前處理，可將難降解的有機物或生物毒性污染物轉(zhuǎn)化為可生物降解物質(zhì)，從而提高廢水的可生物降解性。
(3)無污染或少污染性。電化學(xué)過程中產(chǎn)生的·無選擇地直接與廢水中的有機污染物反應(yīng)，將其降解為二氧化碳、水和簡單的有機物，沒有或很少產(chǎn)生二次污染。電子是電化學(xué)反應(yīng)的主要反應(yīng)物，而且電子轉(zhuǎn)移只在電極與廢物組分之間進行，不需添加任何氧化劑、還原劑，避免了由于添加化學(xué)藥劑而引起的二次污染，而且還可通過控制電位，使電極反應(yīng)具有高度的選擇性，防止副反應(yīng)發(fā)生。
(4)易于控制性。電化學(xué)過程一般在常溫常壓下進行，其化學(xué)過程的主要運行參數(shù)是電流和電位，易于控制和測定。因此，整個過程的可控程度乃至自動控制水平都較高，易于實現(xiàn)自動控制。
(5)經(jīng)濟性。電化學(xué)系統(tǒng)設(shè)備相對簡單，設(shè)計合理的系統(tǒng)，其能量效率也比較高，因此，操作與維護費用低。同時，作為一種清潔的處理工藝，其設(shè)備占地面積小，特別適用于人口擁擠城市的污水處理。
二、電化學(xué)水處理的方法
1、電凝聚法
電凝聚法也叫電氣浮法，即在外電壓作用下利用可溶性陽極(鐵或鋁)產(chǎn)生大量陽離子，對膠體污染物進行凝聚，同時陰極上析出大量氫氣微氣泡，與絮體粘附在一起上浮，從而實現(xiàn)污染物的分離。電凝聚法中，通常采用的陽極材料為金屬鋁或鐵，由于該方法在消耗鋁材的同時還消耗大量的能源，因而它的應(yīng)用受到了一定的限制。當前的發(fā)展方向是通過改進電源技術(shù)、研究新型電極材料及結(jié)構(gòu)，使電能消耗和材料消耗進一步降低。
2、電化學(xué)氧化法
電化學(xué)氧化原理是：有機物的某些官能團具有電化學(xué)活性，通過電場的強制作用，官能團結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變了有機物的化學(xué)性質(zhì)，使其毒性減弱以至消失，增強了生物可降解性。電化學(xué)氧化法主要分為直接氧化法和間接氧化法兩種。直接氧化法是通過陽極氧化使污染物直接轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)；間接氧化法則是通過陽極反應(yīng)之外的中間反應(yīng)，使污染物氧化，最終轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。通過改進電極結(jié)構(gòu)，可以提高污染物的去除效果，并降低能耗。
3、電沉積法
電解液中不同金屬組分的電勢差，使得自由態(tài)或結(jié)合態(tài)的溶解性金屬在陰極析出。電沉積法在處理低濃度金屬離子廢水的同時能回收金屬，且無二次污染。適宜的電勢是電沉積發(fā)生的關(guān)鍵。該法處理含金屬離子廢水的技術(shù)核心是新型電極結(jié)構(gòu)電解槽的設(shè)計。針對不同污染物和不同生產(chǎn)狀況，可采用不同的電解槽進行處理。
4、內(nèi)電解法
內(nèi)電解法原理是：具有較強還原性的Fe2+使廢水中某些氧化組分還原；Fe(OH)2具有絮凝作用；活性炭具有吸附作用，可吸附有機物及微生物；鐵-碳構(gòu)成的原電池產(chǎn)生微弱電流，對微生物的生長和代謝具有刺激作用。內(nèi)電解法能“以廢治廢”，不消耗能源，能去除廢水中多種污染成分和色度，還能提高難降解物的可生化性。內(nèi)電解柱內(nèi)的填料一般為廢鐵屑和活性炭(或石墨)，再輔以疏松劑。該法通常作為預(yù)處理方法與其他方法結(jié)合使用，提高廢水的可生化性，為進一步處理創(chuàng)造有利條件。該技術(shù)的缺點：一是反應(yīng)速度比較慢，反應(yīng)器易阻塞，處理高濃度廢水比較困難；二是由于在反應(yīng)過程中有鐵損耗，需不斷地補充鐵屑；三是反應(yīng)前、后均需要用大量的酸和堿來調(diào)節(jié)廢水pH值。
5、電滲析法
電滲析(ED)技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種，它是將陰、陽離子交換膜交替排列于正、負電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成淡化和濃縮兩個系統(tǒng)，在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實現(xiàn)溶液凈化。電滲析技術(shù)的優(yōu)點是：能量消耗低、藥劑耗量少、環(huán)境污染小、操作簡單、易于實現(xiàn)機械化和自動化、設(shè)備緊湊耐用，預(yù)處理簡單。它的缺點是在運行過程中易發(fā)生濃差極化而結(jié)垢。
6、其他電化學(xué)方法
電吸附、離子交換輔助電滲析以及電化學(xué)膜分離等技術(shù)不僅可以用作清潔生產(chǎn)工藝，預(yù)防環(huán)境污染，而且它們也是有效的工業(yè)廢水處理方法。電吸附法可以用來分離水中低濃度的有機物和其他物質(zhì)；離子交換輔助電滲析法具有可多樣化設(shè)計、適用范圍廣等優(yōu)點，已成為環(huán)保開發(fā)應(yīng)用的熱點技術(shù)；電化學(xué)膜分離技術(shù)是利用膜兩側(cè)的電勢差進行物質(zhì)分離，常用于氣態(tài)污染物的分離。
三、有機廢水的處理
1、持久性有機污染物
電化學(xué)氧化技術(shù)借助具有電催化活性的陽極材料，能形成氧化能力的羥基自由基(-OH)，既能使持久性有機污染物發(fā)生分解并轉(zhuǎn)化為無毒可生化降解物質(zhì)，又可將之*礦化為二氧化碳或碳酸鹽等物質(zhì)。該項技術(shù)應(yīng)用于持久性有機污染物廢水處理，不僅可彌補其他常規(guī)處理工藝的不足，還可與多種處理工藝有機結(jié)合，提高水處理的經(jīng)濟性。電化學(xué)氧化過程中，具有電活性的陽極表面能起到吸附、催化、氧化等多種轉(zhuǎn)化功能。低濃度的持久性有機污染物廢水電導(dǎo)率很低，為了增強溶液導(dǎo)電性需要加入強電解質(zhì)(如氯化鈉、硫酸鈉)。
2、酚類
目前，國內(nèi)外對于含酚廢水的研究較多，此類廢水來源廣、污染重，是芳香化合物的代表。電化學(xué)氧化含酚廢水的影響因素有初始濃度、廢水pH值、電流密度、支持電解質(zhì)種類等。周明華等[4]以經(jīng)氟樹脂改性的β-PbO2為陽極，處理含酚模擬廢水，在電壓為7.0 V，pH值為2.0的條件下，其COD可降至60 mg/L以下，揮發(fā)酚可*去除?？锷倨降仍诟綦x陰、陽極室條件下進行了電化學(xué)法降解含酚廢水試驗，的轉(zhuǎn)化率達95%以上；同時，分別對鉛電極和鈦上電沉積二氧化鉛的電極作為陽極進行了對比試驗，發(fā)現(xiàn)Ti/PbO2電極對的降解更加*。
3、硝基苯類化合物
硝基苯類化合物屬于生物難降解物質(zhì)，用電化學(xué)催化系統(tǒng)處理此類廢水具有一定的意義。以DSA類電極作為陽極，對模擬硝基苯廢水進行的降解試驗表明，當電流密度為15 mA/cm2時，CODCr的去除率可達到90%以上。謝光炎等以自制PbO2為陽極，在堿性條件(pH=10)下電解134 min，硝基溶液的質(zhì)量濃度從200 mg/L降至1 mg/L以下，BOD/COD值達到0.63，表明該工藝對后續(xù)生化處理有重要的實用價值。
四、重金屬離子廢水處理
與傳統(tǒng)的二維電極相比，電沉積法的三維電極能夠增加電解槽的面體比，且因粒子間距小而增大了物質(zhì)傳質(zhì)速度，提高電流效率和處理效果。利用三維電極主要是處理含Cu2+和Hg2+等的重金屬廢水，三維電極所提供的特殊表面和很大的傳質(zhì)速率，能有效地處理稀溶液，這種電極能在幾分鐘內(nèi)將金屬質(zhì)量濃度從100 mg/L降至0.1 mg/L，除去重金屬離子的效率高，需要的空間少。離子交換樹脂與銅粒等比例混合制成的復(fù)合三維電極固定床電化學(xué)反應(yīng)器，用于處理低濃度含銅廢水，且無須加入支持電解質(zhì)(如硫酸)，出口銅質(zhì)量濃度為0.008 mg/L，達到國家排放標準。
五、氨氮和氰廢水處理
電催化氧化法去除氨氮的原理是：廢水進入電解系統(tǒng)后，在不同條件下，陽極上可能發(fā)生兩種氧化反應(yīng)：一是氨直接被氧化成氮氣脫除；二是氨間接電氧化。即通過電極反應(yīng)生成氧化性物質(zhì)，該物質(zhì)再與氨反應(yīng)，使氨降解、脫除。液態(tài)化電極電解法首先將含氰廢水中的CN-氧化為氰酸根，再進一步氧化為CO2和H2O。由于低濃度含氰廢水中的電解質(zhì)濃度低，電解時極間電壓高，電流效率低，故一般加入NaCl作電解質(zhì)。采用液態(tài)化電極時，電極反應(yīng)在膨脹石墨顆粒表面進行，廢水的循環(huán)流動和膨脹石墨顆粒的頻繁碰撞，使得液態(tài)石墨顆粒間的傳質(zhì)速度加快，濃差極化和電化學(xué)極化現(xiàn)象顯著減小，從而加快反應(yīng)的進行。
小結(jié)
電化學(xué)水處理技術(shù)對有機物有特殊的降解能力，具有非常廣闊的應(yīng)用前景，在環(huán)境保護中占有重要的位置。當前，新電極材料、膜、電解質(zhì)、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等的研究開發(fā)、電化學(xué)降解機理的探究是電化學(xué)水處理技術(shù)的研究發(fā)展趨勢。我們相信，隨著電化學(xué)理論的不斷完善和實驗室研究的不斷深入，電化學(xué)水處理技術(shù)必將在環(huán)境保護領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用，在廢水處理方面得到廣泛的應(yīng)用。