早在20世紀三四十年代,電化學方法就已應用于處理含重金屬離子的污水[1]。至20世紀60年代后期,隨著有機電化學理論研究的深入以及新型涂層電極的問世,電化學方法對含酚、萘和蒽醌磺酸污水、垃圾滲濾液、紡織染料污水、油田含油污水以及各種較難處理的工業污水中COD等均具有較高的降解能力,與其他污水處理方法比較,電化學方法具有適應面廣、可控性強、操作方便、綠色環保等優點,但也具有能耗大、成本高、有機物分解不徹底等缺點。目前,與國外電化學水處理技術相比,國內的研究應用還顯得比較分散、不系統,效率低;隨著電化學氧化法在有機污水處理方面研究的不斷深入,研究工作的熱點在去除生物不相容有機污水COD的研究與應用較多。海上油田含油污水中含有微量溶于水在醇類、苯系衍生物和多環芳烴化合物等,生產污水經過深度降解處理后,其COD值大幅度下降,但是仍不能滿足渤海灣環保的排放要求,此時污水中醇類有機物很少,而多環芳烴類、苯系物類、酚類和酯類化合物的相對含量則會增加,生化法難以降解法去除,電化學法利用具有催化活性的電極氧化去除水中污染物,最終使其COD值到達規定的一級排放標準50mg/L以下。
電化學法去除COD的機理
電化學法的基本理論是利用污染物在電極上直接發生電化學反應或電極表面產生的強氧化性活性物從而使污染物發生氧化還原轉變的間接電化學轉化,有機污水進入電解系統進行電解處理,其電極反應如下。
陽極反應:在高的陽極電位(或高槽電壓)條件下產生HO·自由基,并析出氧氣及氯氣。
H2O→HO·+H++e
4OH-→2H2O+O2+4e
2Cl-→Cl2+2e
析出的氯立即與陰極上產生的NaOH發生二次
反應,生成次氯酸鈉。
Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+H2O
有機物在陽極上(或緊密靠近陽極區)發生氧化斷鏈反應,或與有強氧化能力的羥基自由基發生氧化反應,小分子量的有機物也有可能在陽極上直接電氧化生成CO2和H2O,有機物的斷鏈產物在整個溶液區域進一步被NaClO氧化;同時,電解產生氫氧化物絮體能夠凝聚水中的膠體物質形成絮凝沉淀將其去除,
進一步達到降解COD的目的。
陰極反應:陰極上析出氫氣并產生OH-離子。
2H2O+2e→2OH-+H2
產生的氫氣具有氣浮作用,能將含油污水中的油珠和部分有機物懸浮至水面,從而實現含油污水的凈化。具體聯系污水寶或參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。
國內外電化學去除COD的研究現狀
近年來,國內外研究工作者已廣泛將電化學法用
于油田污水、生活污水以及各種工業污水COD的去除,并取得了較好的實驗效果。李海濤等利用鈦基釕銥錳錫鈦多元氧化物涂層電極作陽極,鈦作陰極,采用電化氧化法對含有苯系衍生物和多環芳烴化合物的海洋油田污水進行處理,實驗結果表明,污水的電化學氧化指數(EOI)為0.228,電化學耗氧量(EOD)為1.794g/g,其電化學氧化度為75.3%,COD由591.8mg/L降至100mg/L以下。楊永軍等則利用自制的小型試驗裝置將電化學-超聲化學技術對勝利油田含油污水進行處理,COD由原來的3300mg/L下降到61mg/L。劉珊等采用RuSn陽極,不銹鋼陰極對生活污水進行處理。當電解質濃度45g/L,pH為8,電流密度為60mA/cm2,溫度22℃時,COD的去除率達86.22%(84mg/L),濁度去除率80%,懸浮固體去除率94%,細菌去除率99%。王真和孫紅營則對焦化污水進行電化學處理,都將COD降至100mg/L以下。垃圾滲濾液和染料污水等工業污水一直都是水處理技術中的難題。Li-choungChiang等利用三維Sn-Pd-Ru/TiO2陽極對垃圾滲濾液進行電化學氧化處理,結果表明,電流密度15A/dm2,NaCl濃度7500mg/L,時間240min,COD的去除率達到92%。Chih-TaWang等利用活性炭纖維陽極與Fe2+,H2O(2Fen-ton)相結合的方法對染料污水中的COD進行去除,電流密度為3.2mA/cm2,氧氣曝氣速率150cm3·min,pH為3,溫度20℃,Fe2+濃度為2mmol,時間240min,COD的去除率為75.2%。
海上油田及陸上終端對于外排污水COD含量的指標控制非常嚴格,三維電極電化學方法能夠產生大量的活性物質H2O2及·OH自由基,使污水中的有機物發生快速氧化反應及自由基鏈反應,從而有效的用于降解含油污水COD,達到排放要求。ChenWu等利用三維電極(不銹鋼1Cr18Ni9Ti和顆粒活性炭)對含PAM的油田污水進行電化學處理,實驗發現,電流I=1.0A,時間t=90min,PAM含量0.1%,粒子電極(顆粒活性炭)填充量m=980g,粒子電極粒徑準=5mm,主電極間距d=5.0cm時,COD的去除率達96.0%,由1622.9mg/L下降至64.3mg/L。WangCan等利用三維電極對工業污水中的二次污水進行處理,Ti/pbO2和不銹鋼,實驗結果表明,在電流密度5mA/cm2,電壓11.1V,時間60min,COD由92mg/L降至50mg/L以下,達到污水綜合排放標準。