電化學(xué)技術(shù)原理
什么是電化學(xué)技術(shù)呢？
就是通過(guò)在特定的電化學(xué)反應(yīng)器中外加電場(chǎng)，調(diào)控電子定向轉(zhuǎn)移，使水中污染物在反應(yīng)器中發(fā)生特定的物理、化學(xué)反應(yīng)，從而被去除的過(guò)程。
其中物理過(guò)程主要包括吸附、絮凝和膜分離等。
化學(xué)過(guò)程分為直接電解和間接電解。直接電解指污染物在電極上直接被氧化或被還原，間接電解則是利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)氧化或還原性中間物質(zhì)實(shí)現(xiàn)污染物的降解或轉(zhuǎn)化。
原理看起來(lái)很復(fù)雜，其實(shí)整個(gè)過(guò)程非常的“綠色”，而且與傳統(tǒng)的水處理技術(shù)相比，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：
1）反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)條件一般為常溫常壓。
2）可控性強(qiáng)，通過(guò)調(diào)節(jié)電流和電壓可以控制電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，同時(shí)提高反應(yīng)的選擇性，防止副反應(yīng)發(fā)生。
3）易于自動(dòng)化，能量效率高。
4）電化學(xué)反應(yīng)中的電極反應(yīng)主要由電子參與，不需要外加氧化劑或還原劑，催化劑的使用量也大大減少，有效避免了二次污染。
5）反應(yīng)靈活性高，在降解水中污染物的同時(shí)，還可通過(guò)選用特殊的電極使其具有絮凝、殺菌等功能，當(dāng)廢水中含有金屬離子時(shí)，陰極和陽(yáng)極可同時(shí)工作，提高處理效率。
6）反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單，工藝靈活，既可作為單獨(dú)水處理工藝，也可以作為預(yù)處理或深度處理過(guò)程與其他處理技術(shù)相結(jié)合。
電化學(xué)水處理分類(lèi)
電氧化
電化學(xué)氧化法分為直接氧化和間接氧化2種。
直接氧化，也就是使水中的污染物失去電子發(fā)生氧化，以此達(dá)到處理效果。
間接氧化過(guò)程稍微復(fù)雜了點(diǎn)，是溶液中的Fe2＋、CI-等失去電子生成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，進(jìn)而將溶液中的污染物通過(guò)氧化去除。
一般情況下，這2種方式是同時(shí)存在，同時(shí)在起作用。
目前來(lái)看，電氧化算是最為常見(jiàn)的電化學(xué)水處理技術(shù)了，除了可以解決常規(guī)水處理技術(shù)不易解決的難題之外，還可以實(shí)現(xiàn)污染物的超低排放要求，想想國(guó)家提出的碳中和目標(biāo)，是不是感覺(jué)很有前景呢。
不過(guò)有個(gè)缺點(diǎn)就是，H2O2是間接氧化中使用較多的中間物，產(chǎn)率低，只能在酸性條件中進(jìn)行催化降解。
電絮凝
電絮凝的作用原理比較簡(jiǎn)單，就是在電解過(guò)程中大量的金屬陽(yáng)離子與OH-發(fā)生聚合反應(yīng)，生成多核羥基絡(luò)合物及氫氧化物，使水中的懸浮物和有機(jī)物通過(guò)絮凝作用去除。
此過(guò)程與傳統(tǒng)的絮凝過(guò)程相似，但電解絮凝的效果更好。
在水處理中，電絮凝多用于在工業(yè)污水，比如制革、印染、電鍍等，經(jīng)常是在廢水預(yù)處理和二級(jí)出水處理中去除懸浮性顆粒物質(zhì)、重金屬等。
不過(guò)在給水處理中，電絮凝就比較難了。主要原因是給水水質(zhì)要求太高了，電絮凝技術(shù)在水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生起作用的金屬陽(yáng)離子，金屬離子進(jìn)入水中很可能產(chǎn)生二次污染。
電絮凝一般作為預(yù)處理技術(shù)與生物法、膜分離技術(shù)或其他電化學(xué)技術(shù)聯(lián)用。缺點(diǎn)就是過(guò)程中會(huì)大量消耗電極和能源，造成鐵泥或鋁泥等二次污染，這也是限制電絮凝法大規(guī)模應(yīng)用的原因。
電氣浮
電氣浮主要是利用電解作用，在直流電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生許多微小的氣泡，在這些微小氣泡上浮的過(guò)程中帶走水中的部分懸浮物質(zhì)和油類(lèi)。
電氣浮技術(shù)一般與其它處理工藝相結(jié)合以達(dá)到更高的處理效率。比如，用電氣浮—微電解—生化組合工藝聯(lián)合處理農(nóng)藥廢水，在實(shí)驗(yàn)室條件下COD的去除率可以達(dá)到99.1%，NH3—N去除率達(dá)97.5%，并且可以長(zhǎng)期保證處理效果穩(wěn)定。出水水質(zhì)符合污水綜合排放三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
電滲析
電滲析法是一種利用離子交換膜分離溶液中電解質(zhì)的電化學(xué)水處理技術(shù)。
整個(gè)處理裝置主要由電極、陰陽(yáng)離子交換膜和特制的隔板構(gòu)成。在直流電場(chǎng)作用下，以電位差為動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性把電解質(zhì)從溶液中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。
以分離氯化鈉為例，電滲析過(guò)程如下：
上面這個(gè)圖就能看到，電滲析反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置了多組交替排列的陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜，外加直流電場(chǎng)后，陽(yáng)離子就會(huì)穿過(guò)陽(yáng)膜向陰極方向運(yùn)動(dòng)，陰離子穿過(guò)陰膜向陽(yáng)極方向運(yùn)動(dòng)，從而形成了去除水中離子的淡水室和濃縮離子的濃水室，將濃水排放，淡化后的水即為去鹽水。
電化學(xué)水處理技術(shù)的應(yīng)用
工業(yè)廢水處理
電化學(xué)水處理技術(shù)在高COD、高鹽度、難生物降解工業(yè)廢水的處理上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
這類(lèi)廢水一般可生化性差，并且具有生物毒性，不能直接通過(guò)微生物法處理。
電化學(xué)技術(shù)可以作為這類(lèi)廢水的預(yù)處理方法，不僅去除掉部分有機(jī)物，減輕后續(xù)工藝的負(fù)荷，更重要的是能去除對(duì)微生物有毒害作用的物質(zhì)，提高廢水的可生化性。
分散式污水處理
對(duì)于集中收集的污水，傳統(tǒng)生物處理方法效果很好而且處理成本低。而對(duì)于分散式污水，如船舶生活污水、農(nóng)村生活污水和部分難以收集的公共衛(wèi)生間污水，則會(huì)面臨投資成本高，處理時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。
電化學(xué)水處理技術(shù)正好可以派上用場(chǎng)，其裝置體積小、水力停留時(shí)間短、處理效果穩(wěn)定，并且控制方便、啟動(dòng)快捷、無(wú)二次污染，正適合用來(lái)處理分散式污水。
污水深度處理
最近幾年，出水標(biāo)準(zhǔn)的提高對(duì)污水深度處理提出了新的要求。
要知道，經(jīng)過(guò)污水處理廠二級(jí)處理的污水仍含有大量細(xì)菌和病原體，如果得不到有效處理的話，直接排放會(huì)對(duì)農(nóng)作物、水體環(huán)境甚至飲用水安全造成嚴(yán)重影響，并且病原體還會(huì)造成許多水生疾病的傳播。
電化學(xué)技術(shù)不僅能高效去除有機(jī)物，還有很好的吸附、殺菌效果，作為污水的深度處理技術(shù)具有廣闊的前景。
電化學(xué)水處理技術(shù)的趨勢(shì)
最后，電化學(xué)水處理技術(shù)雖然不需要外加大量化學(xué)試劑，可以處理一些傳統(tǒng)方法不能有效處理的污水。但同時(shí)，電流效率低、處理能耗高及電極材料昂貴等問(wèn)題也限制著它的實(shí)際應(yīng)用。
電化學(xué)水處理技術(shù)的的趨勢(shì)將在以下幾個(gè)方面：
1）新型電極材料的開(kāi)發(fā)。
2）高效一體化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。
3）可再生能源的使用。
隨著技術(shù)的發(fā)展，或許在未來(lái)我們可以看到，電化學(xué)和污水處理的碰撞，會(huì)擦出一些不一樣的火花。