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电催化氧化废水处理
电催化氧化废水处理具有氧化还原、凝聚、气浮、破乳、盐析、杀菌消毒和吸附等多种功能,并具有设备体积小、占地面积少、操作简单灵活,可以去除多种污染物,同时还可以回收废水中的贵重金属等优点。近年已广泛应用于处理电镀废水、化工废水、印染废水、制药废水、制革废水、造纸黑液等场合。
 
   电催化氧化废水处理的优点: (1)具有多种功能,便于综合治理。除可用电化学氧化和还原使毒物转化外,尚可用于悬浮或胶体体系的相分离。电化学方法还可与生物方法结合形成生物电化学方法,与纳米技术结合形成纳米-光电化学方法;(2)电化学反应以电子作为反应剂,一般不添加化学试剂,可望避免产生二次污染;(3)设备相对较为简单,易于自动控制;(4)后处理简单,占地面积少,管理方便,污泥量很少。
电催化氧化废水处理去除污染物的基本机理:
   1、电化学还原:
   电化学还原即通过阴极发生还原反应而去除污染物,可分为两类:一类是直接还原即污染物直接在阴极上得到电子而发生还原,基本反应式为为:M2++2e- →M。
许多金属的回收即属于直接还原过程同时该法也可使多种含氯有机物转变成低毒性物质还可提高产物的生物可降解性,如: R-Cl+H+ +2e- →R-H+Cl- 。
另一类是间接还原指利用电化学过程中生成的一些氧化原媒质如Ti3+ ,V2+和Cr2+将污染物还原去除,如二氧化硫的间接电化学还原可转化成单质硫:SO2+4Cr2++4H+ →S+4Cr3+ +2H2O
   2、电化学氧化:
   电催化氧化废水处理是电化学阳极发生氧化的过程,也可分为两种:
   一种是直接氧化即污染物直接在阳极失去电子而发生氧化,有机物的直接电催化转化分两类进行。⑴是电化学转换,即把有毒物质转变为无毒物质,或把非生物相容的有机物转化为生物相容的物质(如芳香物开环氧化为脂肪酸),以便进一步实施生物处理;⑵是电化学燃烧,即直接将有机物深度氧化为CO2。
研究表明,有机物在金属氧化物阳极上的氧化反应机理和产物同阳极金属氧化物的价态和表面上的氧化物种有关。在金属氧化物MOx阳极上生成的较高价金属氧化物MOx+1有利于有机物选择性氧化生成含氧化合物;在MOx阳极上生成的自由基MOx(·OH)有利于有机物氧化燃烧生成CO2。进一步分析如下:在氧析出反应的电位区,金属氧化物表面可能形成高价态氧化物,因此在阳极上存在两种状态的活性氧,即吸附的氢氧自由基和晶格中高价态氧化物的氧。阳极表面氧化过程分两阶段进行,首先溶液中的H2O或·OH在阳极上放电并形成吸附的氢氧自由基:
MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e-
然后吸附的氢氧自由基和阳极上现存的氧反应,并使氢氧自由基中的氧转移给金属氧化物晶格,形成高价氧化物MOx+1:
MOx(·OH)→MOx+1+H++e-
当溶液中不存在有机物时,两种状态的活性氧以下步骤进行氧析出反应:
MOx(·OH)→O2+MOx+H++e-
MOx+1→MOx+O2
当溶液中存在可氧化的有机物R时,反应如下:
R+MOx(·OH)y→CO2+MOx+yH++e-
R+MOx+1→MOx+RO
在含氰化物、含酚、含醇、含氮有机染料的废水处理中,直接电化学氧化都发挥了非常有效的作用;
另一种是间接氧化即通过阳极反应生成具