摘要：
任何物質的分子都是原子組成的，而原子是帶電的體系，因此在任何化學反應中，原子與原子相互作用時都有電現象發生。電化學水處理技術就是通過污水中的有機及無機物質的化學現象與電現象之間的關系進行處理水中的污染物。
電化學技術分為兩部分：一部分為微電解（原電池反應）技術，是化學能轉化為電能的過程視為可逆過程；另一部分為電解（電解池反應）技術，電能轉化為化學能的過程，為不可逆反應電池，其本質是水相的粒子與固相為電極材料界面之間進行的電極反應。
有機廢水處理的主要工藝采用電催化氧化法，通過在電極表面上發生電催化降解，其電極可直接產生的極強的氧化能力且對有機物及無機物無選擇性的羥基自由基[·OH ]（εo= 2.80v, p=569.3Kj ）去氧化水中的污染物，使污染物被徹底礦化，即稱為電化學燃燒過程；若水溶液中含有像CI -、SO42-這樣的電解質如用：硫酸鈉、氯氣、次氯酸鹽及氯酸鹽等。生成的過氧化物如S2O82-、H2O2等所催化氧化水中的污染物，該過程稱為電化學轉化過程，從而電氧化有效地去除廢水中的COD。
電解過程中的一些主要反應如下：
陽極反應：OH— →1/ 2O2 + H2O + 2e—
陰極反應：O2 + H2O + 2e—→ HO2— + OH—
總反應：1/ 2O2 + OH— → HO2—
電解產生的過氧化自由基[HO2—]，在堿性條件下,使廢水中產生次級反應，使得污染物從而降解或者直接分解為CO2 ，或轉化為其它簡單化合物。
電解過程服從法拉第定律。即電極上析出的物質數量與通過溶液的電流強度及通電的時間成正比。同樣，去除廢水中的有機污染物也符合法拉第定律。在去除廢水中的有機污染物的過程中，并不需要徹底氧化成產物即CO2和H2O，只需要把有機污染物分子斷鏈，撕成帶電荷的有機物“碎片”，通過電解吸附絮凝沉降去除有機污染物。
1.2.1. 直接電解
電化學技術的直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或者被還原而從廢水中去除。直接電解可分為陽極電極過程和陰極電極過程。陽極電極過程就是指污染物在陽極表面氧化而轉化成較小的物質或易生物降解的物質，發生有機物無機化，從而達到削減、去除污染物的目的。陰極電極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除，主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收等方面。
1.2.2 間接電解
電化學技術的間接電解是指利用電化學產生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑，使污染物轉化成更小的物質。間接電解分為可逆過程和不可逆過程?？赡孢^程（媒介電化學氧化）是指氧化還原物在電解過程中可電化學再生和循環使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學反應產生的物質，如具有強氧化性的氯酸鹽、次氯酸鹽、H2O2和O3等氧化有機物的過程，還可以利用電化學反應產生強氧化性的中間體，包括溶劑化電子、?OH、?HO2、O2-等自由基，進行氧化還原反應，形成新的物質粒子去除或礦化。
(1)環境兼容性高
電化學水處理技術使用清潔、有效的電子在電解過程中不需要另外添加氧化劑或者還原劑，絮凝劑等化學藥劑，是一種基本對環境無污染的“綠色”處理技術。由于界面電場中存在著極高的電位梯度，電極相當于異相反應的催化劑，因而減少了有可能因加催化劑而帶來的環境污染，在電解過程中自身同時還產生的 ?OH自由基都可以直接與廢水中的有機污染物反應，將其降解為二氧化碳、水和簡單有機物，沒有或很少產生二次污染，同時，電化學過程有高度的選擇性，可防止副反應產物的生成，減少污染物發生；
(2)多功能性
電化學過程具有直接和間接氧化與還原、相分離、濃縮與稀釋、生物殺傷等功能，能量效率高，電化學過程一般在常溫常壓下就可進行；
(3)經濟適用
電解設備及其操作一般比較簡單，費用較低，占地面積小，一般成模塊式組合。
(4)氧化能力極強
?。?/span>1）羥基自由基(OH)的氧化性極強，僅次于氟(F2)，比臭氧(O3)強很多；
?。?/span>2）OH自由基氧化降解有機物的化學反應是鏈式反應，也就是說一旦氧化反應發生，只要不加入抑制劑，反應會一直不斷連續循環進行下去；
（3）對有機污染化合物的降解具有徹底性（有時可以一直氧化為二氧化碳和水）和廣普性（任何有機物可被氧化降解）。
電催化性能的變化本質上不是電位、電流等外部條件引起，而是電極材料本身的影響。對難降解有機污染物的電化學降解問題，重要的是電極材料的設計與制備。
不同的電極材料，所對應著不同的轉化結果和轉化機制。陽極氧化所選用的陽極材料通常都具有較高的析氧超電勢，如PbO2、石墨、TiO2/Ti以及SnO2/Ti等，也有用Pt電極。
?。?/span>1）常規電極
碳電極和石墨電極，是電化學工業中應用廣泛的電極材料。碳和石墨電極有許多優點：導電和導熱性能均好；具有較好的耐腐蝕性；易加工成不同形狀的電極；價格便宜，但碳和石墨作為陽極材料使用時，特別是在酸性溶液中，其電化學氧化將造成電極的損耗—不僅使外層碳原子生成CO和CO2，而且可造成石墨膨脹、剝落。溶液的濃度、pH值均影響碳材料的陽極腐蝕，并且降解產生的聚合物易吸附在電極表面阻礙反應進行，使得電催化效率大為降低。
?。?/span>2）鈦基涂層電極（DSA）
DSA是金屬鈦作為電極基態，表面涂覆以鉑族金屬氧化物為主要組分的活性涂層，如Ti/MnO2、Ti/PbO2、Ti/Pt等。鈦電極的優點有：陽極尺寸穩定，電解過程中電極間距離不變化，可保證電解操作在槽電壓穩定情況下進行；工作電壓低，因此電能消耗小，可節省電能消耗；工作壽命長；可克服石墨陽極和鉛陽極溶解問題，避免對電解液和陰極產品的污染；可提高電流密度；耐腐蝕性強；形狀制作容易，可高精度化；基體金屬鈦可多次反復使用。將具有變化的金屬氧化物SnO2、TiO2、RuO2等修飾在鈦基體表面上，可以制成對陽極反應催化性能較高的電極，而修飾物由二元或三元化合物組成是，往往更能提高電催化活性。
陽極催化氧化降解有機物的基本原理是利用有催化活性的陽極電極，使之吸附在其表面的有機物發生催化氧化反應，使之降解為無害的物質，或降解成容易進行生物降解的物質，再進行進一步的生物降解處理，實驗表明在陽極直接氧化過程中，污染物首先吸附在陽極表面，然后通過陽極電子轉移過程實現污染物的氧化去除。
由于在電催化氧化過程中，常常伴隨著陽極的析氧反應，這會大大降低電流效率及電極的使用壽命，因此，作為活性涂層材料必須具備耐腐蝕，具有較高的析氧超電位等特點。而鉑族元素氧化物的耐腐蝕性、導電性、析氧超電位等有比較令人滿意。
3.2電解質濃度對有機物降解的影響
電解質對有機物電催化氧化過程的影響體現在兩個方面：一是電解質濃度增加，意味著導電能力增加，槽電壓降低，電壓效率提高；二是電化學過程會發生復雜的電化學反應，不同的電解質還會發揮不同的作用。有人認為，電化學處理含Cl-有機廢水時有機物去除主要是通過間接過程實現，即氯化物又化學氧化生成次氯酸鹽，OCl-再去氧化降解有機物。有Cl-存在條件下，會有活性氯產生，并對電解過程產生影響；起到間接氧化作用，但同時也有人指出，Cl-在電化學氧化過程中對污染物的貢獻不大，說明Cl-的間接氧化只起到一定作用。
另外，在相同條件下，無水硫酸鈉作電解質比氯化鈉作電解質時系統對硝基苯的去除率較高，鹽度對反應體系為實際廢水的綜合利用提供了一種新的途徑。據研究報道，電解質濃度增加，COD去除率增加，但增加到一定濃度后，COD去除率開始下降，他們認為，電解質濃度增加促進溶液電導率的提高，電極反應速率增加，活性氧產生速率增加，同時吸附在電解槽中的填料中表面的活性氧濃度增加，氧化速率增加，降低率增大。但過多的電解質濃度，可能會導致陰離子大量吸附于陽極表面，阻礙正極的電極反應，影響活性氧種的產生速率，故COD得去除率下降。
有人考察了硫酸鈉在電流密度20 mA/cm2，極板間距為3 cm，槽電壓是電解反應的驅動力，對于同一反應體系，加大槽電壓，體系中的電流強度將增加。槽電壓主要取決于極板間距和污水的電導率，極板間距大，槽電壓增高，耗電量大，反之，耗電量小。對硝基苯的降解，10 g/L比17.75 g/L無水硫酸鈉濃度時對硝基苯的去除率較高，同時當無水硫酸鈉濃度高于15 g/L，槽電壓基本穩定在6V，這是因為根據法拉第定律，電量的增加與體系所產生活性物中的含量成正比。當外加槽電壓較小時，產生的活性物質是體系反應的決定因素；當體系中的足夠的活性物質時，活性物質的量不再是反應體系得限制因素。而有文獻報道，在槽電壓15V以前，負載電壓越高，COD去除率越高。15V以后增加電壓，降解率反而減小，這是因為隨著電壓的升高，電流密度增加，電極反應速度增加，活性氧產生速度增加，故降解率增加；但電壓很高，電解產生的未被吸附的過量的活性氧快速復合成O2，氣膜使顆粒隔開，增大電阻，使電流密度降低，活性氧產生速率降低，故降解率降低。
3.4初始pH值對有機物降解的影響
在電化學處理廢水中，初始pH值的大小決定著電化學過程中各化學反應的反應方向及主反應等，從而影響著廢水的降解效果。因為在酸性條件下，由利于有機物的氧化降解，并且有利于產生H2O2的電化學反應。有利于活性O和·OH的產生，同時，在酸性條件下，析氧電位較高，析氧反應較難發生。堿性條件含氯離子有利于降解氨氮。（折點法）
極板間距是一個關鍵影響因素，電極板間距的增大或減小，反應體系的電阻也增大或減小，電阻的變化又引起輸入能量的變化，這樣，電極間距對有機物去除率的影響與電解質濃度，槽電壓一樣，又歸結為輸入能量是否為該體系的極限能量問題。當電極間距為2cm時，硝基苯去除率有高效率，當反應時間大于2 h，對硝基苯的去除率隨著極板間距的增大而降低，這主要是由于極板間距增大導致兩極板間的電阻增大，電流效率降低，去除率下降。
曝氣一般有兩個作用，首先，曝氣起到攪拌溶液的作用，使催化劑與溶液能充分接觸，達到更高的反應效率；其次，曝氣提供反應所需的氧氣。另外，陳國衛考察了壓縮空氣和N2對H2O2產生量的影響，結果發現，通空氣時產生的H2O2的量多于通N2時產生的H2O2的量，而有機物去除率隨著升高，這是因為通空氣時可從外界獲得更多的溶解氧，使體系有利于H2O2的生成。
P = IU t /（Co-Ct）Q
式中：P — 為電耗， kWh/m3·CODcr；
I — 為電流強度， A；
U — 為槽電壓， V；·
t — 為通電時間， h；
(Co - Ct ) — 為CODcr的t時去除濃度， kg/m3；
Q — 為處理水量， m3。
注：其它指標檢測同rCOD一樣。
1. 電解設備陽極板采用組合式或者可拆卸式連接，針對不同污水水質情況確定陽極板的組合方式。陽極板采用高析氧電位，析氧過電位可達到1.93v（相對甘汞電極）
2. 設備底部采用微孔曝氣裝置，一方面在電解過程中能夠充分的攪拌陽極板產生的羥基自由基（?OH自由基）充分的與污水中有機物進行反應，一方面能夠及時補充污水中活性氧降解一部分COD。
3. 設備底部帶有排泥裝置，可定期排放污水在電解過程中形成的絡合物沉淀。操作便捷，可操作性強。
4. 設備自帶循環和抽風系統。根據污水的處理難以程度可調節流量大小，可控制污水在電解槽中的滯留時間和反應時間。
5. 電催化氧化設備一般用于高難度降解廢水和生化后的末端污水。
6. 一般形成為模塊式，電解方式通常采用循環電解。
由于此中試設備會處理不同廢水（有機廢水、高氯廢水等）針對以上條件涂層選型為：釕銥（析氯環境））。
工程案例
印染廢水工作現場
農藥中間體廢水電催化預處理工藝
招金礦業氰化物冶金廢水現場
上海某精細化工高鹽廢水工作現場
處理重金屬廢水--離心電解設備
處理重金屬廢水--離心電解設備
實驗數據
1. 中石化煉油二進化廢水電解處理數據
2.印染廢水電解處理數據
公眾平臺
抖音平臺