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电氧化、电絮凝、电渗析……这会是污水处理的新趋势嘛

作者:李舵,王祎等 发表时间:2022-07-20 08:58:22 来源:水处理技术

  如何高效去除水中的污染物,这一直是一个很头疼的问题。

  原因嘛,也不难分析,一是大量传统方法难处理的工业废水超标排放;二是缺乏污水排放和集中处理设施,部分生活污水未经处理直接排放造成环境污染。

  可能很多水友会用生化法处理,其实这很容易受到污水可生化性和微生物生存条件的限制,处理一些难生化降解工业废水的效果也很不好。

  因此,越来越多人开始把目光投向了电化学技术。

  电化学技术原理

  什么是电化学技术呢?

  就是通过在特定的电化学反应器中外加电场,调控电子定向转移,使水中污染物在反应器中发生特定的物理、化学反应,从而被去除的过程。

  其中物理过程主要包括吸附、絮凝和膜分离等。

  化学过程分为直接电解和间接电解。直接电解指污染物在电极上直接被氧化或被还原,间接电解则是利用电化学反应产生的强氧化或还原性中间物质实现污染物的降解或转化。

  原理看起来很复杂,其实整个过程非常的“绿色”,而且与传统的水处理技术相比,具有无可比拟的优势:

  1)反应条件温和,反应条件一般为常温常压。

  2)可控性强,通过调节电流和电压可以控制电化学反应过程,同时提高反应的选择性,防止副反应发生。

  3)易于自动化,能量效率高。

  4)电化学反应中的电极反应主要由电子参与,不需要外加氧化剂或还原剂,催化剂的使用量也大大减少,有效避免了二次污染。

  5)反应灵活性高,在降解水中污染物的同时,还可通过选用特殊的电极使其具有絮凝、杀菌等功能,当废水中含有金属离子时,阴极和阳极可同时工作,提高处理效率。

  6)反应装置简单,工艺灵活,既可作为单独水处理工艺,也可以作为预处理或深度处理过程与其他处理技术相结合。

  电化学水处理分类

  电氧化

  电化学氧化法分为直接氧化和间接氧化2种。

  直接氧化,也就是使水中的污染物失去电子发生氧化,以此达到处理效果。

  间接氧化过程稍微复杂了点,是溶液中的Fe2+、CI-等失去电子生成强氧化性物质,进而将溶液中的污染物通过氧化去除。

  一般情况下,这2种方式是同时存在,同时在起作用。

  目前来看,电氧化算是最为常见的电化学水处理技术了,除了可以解决常规水处理技术不易解决的难题之外,还可以实现污染物的超低排放要求,想想国家提出的碳中和目标,是不是感觉很有前景呢。

  不过有个缺点就是,H2O2是间接氧化中使用较多的中间物,产率低,只能在酸性条件中进行催化降解。

  电絮凝

  电絮凝的作用原理比较简单,就是在电解过程中大量的金属阳离子与OH-发生聚合反应,生成多核羟基络合物及氢氧化物,使水中的悬浮物和有机物通过絮凝作用去除。

  此过程与传统的絮凝过程相似,但电解絮凝的效果更好。

  在水处理中,电絮凝多用于在工业污水,比如制革、印染、电镀等,经常是在废水预处理和二级出水处理中去除悬浮性颗粒物质、重金属等。

  不过在给水处理中,电絮凝就比较难了。主要原因是给水水质要求太高了,电絮凝技术在水处理过程中会产生起作用的金属阳离子,金属离子进入水中很可能产生二次污染。

  电絮凝一般作为预处理技术与生物法、膜分离技术或其他电化学技术联用。缺点就是过程中会大量消耗电极和能源,造成铁泥或铝泥等二次污染,这也是限制电絮凝法大规模应用的原因。

  电气浮

  电气浮主要是利用电解作用,在直流电场的作用下产生许多微小的气泡,在这些微小气泡上浮的过程中带走水中的部分悬浮物质和油类。

  电气浮技术一般与其它处理工艺相结合以达到更高的处理效率。比如,用电气浮—微电解—生化组合工艺联合处理农药废水,在实验室条件下COD的去除率可以达到99.1%,NH3—N去除率达97.5%,并且可以长期保证处理效果稳定。出水水质符合污水综合排放三级标准。

  电渗析

  电渗析法是一种利用离子交换膜分离溶液中电解质的电化学水处理技术。

  整个处理装置主要由电极、阴阳离子交换膜和特制的隔板构成。在直流电场作用下,以电位差为动力,利用离子交换膜的选择透过性把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。

  以分离氯化钠为例,电渗析过程如下:

  

  上面这个图就能看到,电渗析反应器内设置了多组交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜,外加直流电场后,阳离子就会穿过阳膜向阴极方向运动,阴离子穿过阴膜向阳极方向运动,从而形成了去除水中离子的淡水室和浓缩离子的浓水室,将浓水排放,淡化后的水即为去盐水。

  电化学水处理技术的应用

  工业废水处理

  电化学水处理技术在高COD、高盐度、难生物降解工业废水的处理上具有独特优势。

  这类废水一般可生化性差,并且具有生物毒性,不能直接通过微生物法处理。

  电化学技术可以作为这类废水的预处理方法,不仅去除掉部分有机物,减轻后续工艺的负荷,更重要的是能去除对微生物有毒害作用的物质,提高废水的可生化性。

  分散式污水处理

  对于集中收集的污水,传统生物处理方法效果很好而且处理成本低。而对于分散式污水,如船舶生活污水、农村生活污水和部分难以收集的公共卫生间污水,则会面临投资成本高,处理时间长等问题。

  电化学水处理技术正好可以派上用场,其装置体积小、水力停留时间短、处理效果稳定,并且控制方便、启动快捷、无二次污染,正适合用来处理分散式污水。

  污水深度处理

  最近几年,出水标准的提高对污水深度处理提出了新的要求。

  要知道,经过污水处理厂二级处理的污水仍含有大量细菌和病原体,如果得不到有效处理的话,直接排放会对农作物、水体环境甚至饮用水安全造成严重影响,并且病原体还会造成许多水生疾病的传播。

  电化学技术不仅能高效去除有机物,还有很好的吸附、杀菌效果,作为污水的深度处理技术具有广阔的前景。

  电化学水处理技术的趋势

  最后,电化学水处理技术虽然不需要外加大量化学试剂,可以处理一些传统方法不能有效处理的污水。但同时,电流效率低、处理能耗高及电极材料昂贵等问题也限制着它的实际应用。

  电化学水处理技术的的趋势将在以下几个方面:

  1)新型电极材料的开发。

  2)高效一体化反应器的设计。

  3)可再生能源的使用。

  随着技术的发展,或许在未来我们可以看到,电化学和污水处理的碰撞,会擦出一些不一样的火花。


电氧化、电絮凝、电渗析……这会是污水处理的新趋势嘛
如何高效去除水中的污染物,这一直是一个很头疼的问题。原因嘛,也不难分析,一是大量传统方法难处理的工业废水超标排放;二是缺乏污水排放和集中处理设施,部分生活污水未经处理直接排放造成环境污染。可能很多水友会用生化法处理,其实这很容易受到污水可生化性和微生物生存条件的限制,处理一些难生化降解工业废水的效果也很不好。因此,越来越多人开始把目光投向了电化学技术。
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