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电解法在工业污水处理中的应用

      （一）功能和原理

      电解法指在直流电场的作用下，利用电极上产生的氧化还原反应，去除废水中的污染物的方法。用来进行电解的装置叫电解槽，在其中阴极与电源负极相连接，阳极与电源正极相连接。阳极能接纳电子，起了氧化剂的作用；阴极能放出电子，起了还原剂的作用。

      电解槽的阳极分为可溶性阳极与不溶性阳极两类。不溶性阳极是用铂、石墨制成的，在电解过程中自身不参与反应，只起传导电子的作用；可溶性阳极是用铁、铝等可溶性金属制成的，在电解过程中自身溶解，金属原子失去电子被氧化成阳离子进入溶液，这些阳离子或沉积于阴极，或形成金属氢氧化物，可作为混凝剂，起凝聚作用。

      （二）常用的电解法

      废水处理中常用的电解法有以下几种：①电化学氧化法；②电化学还原法；③电解凝聚法；④电解气浮法。

      ①电化学氧化法

      电解槽的阳极既可通过直接的电极反应过程，使污染物氧化破坏（如CN^-的阳极氧化），也可通过某些阳极反应产物（如Cl₂、CIO^-、O₂、H₂O₂等）间接地氧化破坏污染物（例如阳极产物Cl₂除氰、除色）。实际上，为了强化阳极的氧化作用，往往投加一定量的食盐，进行所谓的“电氯化”，此时阳极的直接氧化作用和间接氧化作用往往同时起作用。

      电化学氧化法主要用于去除水中氛、酚，以及COD、S^2-、有机农药（如马拉硫磷）等，亦有利用阳极产物Ag^＋离子进行消毒处理的。下面介绍两种电解氧化法处理废水的例子。

      （a）电解氧化法处理含氰废水

      电解含氟废水时，CN^-可在阳极直接被氧化，其电极反应分两步进行：第一步将CN^-氧化为CNO第二步将CNO^-氧化为N₂和CO₂。电解氧化法除氰的作用原理，类似碱性氯化法处理含氛废水。反应在适当的碱性条件下（pH为9~10）进行，有助于剧毒的氯化氰的水解。

      电解处理含氰废水时，通常要往废水中添加一定量（2-3g/L）的食盐。食盐的加入，不仅使溶液导电性增加而且Cl^-离子在阳极放电，可产生氯氧化剂，强化了阳极的氧化作用。

      电解氧化法除氰时，阳极可用石墨或涂二氧化钛的钛材，阴极可用普通钢板，电流密度一般在9A/dm?以下。为防止有害气体逸人大气，电解槽应采用全封闭式。采用电解法处理含氰废水，可使游CN^-浓度降至0.1mg/L以下，并且不必设置沉淀池和泥渣处理设施。

      （b）电解氧化法处理含酚废水

      电除酚通常都投加食盐，以强化氧化过程，并降低电耗。据试验，食盐的投量为20g/L，电流密采用1.5-6A/dm²时、经6~38min电解处理，废水含酚浓度可从250-600mg/L降至0.8-4.3mg/L。电解精的阴极可使废水中的重金属离子还原出来，沉淀于阴极（称为电沉积），加以回收利用，还可将五价砷（AsO₃^-或AsO₄^-）及六价铬（CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-）分别还原为砷化氢AsH₃及Cr^2-予以去除或回收。下面介绍两种电化学还原法处理废水的例子。

      ②电化学还原法

      （a）电解还原法处理含铬（V）废水

      铬（V）通常以Cr₂O₇^2-的形态存在于废水中，在直流电作用下，向阳极迁移，被铁阳极溶蚀产物Fe^2＋离子所还原。此外，阴极还可以直接还原一部分六价铬。由于H^＋离子在阴极放电，使废水的pH逐渐提高、Cr^3＋和Fe^3＋便形成Cr(OH)₃，及Fe(OH)₃沉淀。生成的氢氧化铁有凝聚作用，能促进氢氧化络迅速沉淀。据研究，对于六价铬的还原来说，亚铁离子的还原作用是主要的，而阴极的直接还原作用是次要的（约占百分之几），因此，必须采用铁为阳极材料。当用压缩空气进行搅拌时，空气中的氧要消耗部分亚铁离子，因此，空气注入要严格控制，或采用其他搅拌方法。

      电化学还原法处理含铬废水，操作管理比较简单。处理效果稳定可靠，含铬电镀废水的六价铬含量可降至0.1me/L以下：水中其他重金属离子亦可通过还原和共沉淀作用得到部分去除。当原水含铬在100mg/L以下时，采用电解法的处理费用不高于化学还原法。但此法主要缺点是钢材耗量较大，污泥处理及利用问题尚未完全解决。

      （b）电沉积法去除与回收废水中的重金属离子

      废水中的许多重金属离子，如Cu^2＋、Ag^＋、Au^3＋、Ni^2＋、Cd^2＋、Hg^2＋等，都可用电解法在阴极沉积析出。如某含铜3360mg/L的废水，电流密度采用3A/dm²，经10min电解，水中含铜可降至10mg/L以下。又据实验，某含银3-5g/L的电镀废水，电流密度采用0.3A/dm²，经循环电解出水含银为0.6g/L。如欲将金属离子含量降至更低，则会由于电流效率很低而不经济。

      ③电解凝聚法

      电解凝聚（亦称电混凝）是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被腐蚀，产生Al^3＋、Fe^2＋等离子，再经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而得以分离。同时，带电的污染物颗粒在电场中向电极移动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳凝聚。

      废水进行电解凝聚处理时，用铝电极比铁电极好，因为形成 Fe(OH)₃，絮凝体要先经过Fe(OH)₂,故比较慢，而形成A1(OH)₃则快得多。为了降低成本，可用废铁板及废铝板作电极。

      废水进行电解凝聚处理时，不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染物。根据试验，用电解凝聚法处理纸厂废水，电极采用铁板，槽电压为10-20V，电解时间为10~15min。该废水的COD高达1500 ~2000mg/L，色度也很高。经处理后，COD 去除率为55%-70%，色度去除率为90%~95%。

      电解凝聚比起投加凝聚剂的化学凝聚来，具有一些独特的优点：可去除的污染物广泛，反应迅速（如阳极溶蚀产生Ar^3＋离子并形成絮凝体只需约0.5min)；适用的pH范围广，所形成的沉渣密实，澄清效果好。该法的缺点是极板消耗大量金属，电耗也较高。

      ④电解气浮法

      电解气浮法的原理、设备结构以及优缺点等将在后续的气浮法中予以详细介绍。

      （三）电解的运行管理

      1.控制极板的间距 极板间距一般约为30～40mm，过大则电压要求高，电耗大；过小不仅安装不便，而且极板材料耗量高。

      2.控制槽电压电能消耗与电压有关，槽电压取决于废水的电阻率和极板间距。一般废水的电阻控制在12009·cm。对于导电性能差的废水要投加食盐，以改善导电性能。投加食盐可以降低电压，使电能消耗减少。

      3.控制电流密度 废水中污染物浓度较大时，可适当提高电流密度；反之则可降低电流密度。当水中污染物浓度一定时，电流密度越大，则电压越高，处理速率加快，但电能消耗量增加，且副反应数量增加。适宜的电流密度由实验确定，选择污染物去除效率高且耗电量低的点作为运行控制的指标。

      4.控制电解槽的pH 不同的污染物进行电解处理时，有不同的最佳pH范围，因此应该严格控制电解槽的pH。

      5.搅拌可以促进离子的对流与扩散，减少电极的浓差极化现象，并能起清洁电极表面的作用，防止沉淀物在电解槽中沉淀，通常采用压缩空气对电解槽进行搅拌。

      6.注意观察极板的腐蚀和钝化现象，做到及时更换或清洁极板。

      7.电解操作间应保证有良好的通风效果，操作人员注意用电安全。

      结语：

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