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[摘 要]在人们环保意识不断增强的今天，限制污水排放的标准越来越高，因此创新难降解有机废水的处理方法迫在眉睫。目前处理有机废水的方法较多，主要包括臭氧氧化、湿氧氧化、光催化氧化以及电气学氧化等。二十世纪八十年代，通过电化学氧化对难降解的有机废水进行处理已经受到重视，并开展了积极研究。本文重点探讨电化学在水处理中的应用。
[关键词]电化学；水处理；应用
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0334-01
电化学水处理技术在外加电场的作用下，特定的反应容器中，通过一系类电化学反应，物理反应，化学反应来进行水处理。处理过程中减少了外加氧化还原剂可以有效降低二次污染，反应条件温和，设备简单，一般生成羟基自由基可以无选择地直接与有机污染物反应。
1 电化学水处理技术
1.1 直接电氧化
通过阳极高电势氧化并降解有机废水中毒害物质的方式为直接电氧化。在该过程中，废水中毒害物质与电极直接进行电子转换，由于废水具有不同的来源，所以废水的成分也各不相同，氧化过程后产生的状态也会有所不同。有些有机废水通过氧化能够彻底氧化其中的毒害物质，并转变成无机物，而有些废水氧化中，毒害物质则转化为其他物质，需要进一步处理将毒害物质彻底处理掉，该方法称为电化学的转化。然而目前，通常采用氧化毒害物质，使其变为其他物质实施化学处理，使能源得到節约，成本降低。通过研究可知，金属氧化物的阳极上氧化有机物并以及发生反应，与阳极金属氧化物类型及价态关系密切。在氧化有机物过程中，有含氧化合物的生成，其反应和形成化合物均与MOx金属氧化物上形成更高价的MOx-1金属氧化物相关，氧化燃烧有机物并有定量CO2产生而言，在金属氧化物的阳极上产生的MOx[OH]，自由基有助于CO2的燃烧。反应的具体过程为：一定量高价态氧化物会出现在氧化反应电位区，并在氧化物表层附着，所以其阳极会有化学以及物理吸附活性氧存在。
1.2 间接电化学氧化
间接电化学氧化是电化学反应过程中产生的强氧化性物质，扩散到水溶液本体中，与有机物发生反应而使其被降解。这一过程分为不可逆过程和可逆过程。不可逆过程是指在电化学反应过程中产生强氧化性物质（诸如溶剂化电子es、·OH、O3、O2-、HO2·和H2O2等，溶液中若有Cl-存在，则可能存在HClO、ClO-等物质）参与的反应，一旦外加电场消失，这些物质就不再存在。可逆的间接电化学氧化过程是某些低价态稳定的金属离子或介质，在阳极表面被氧化成具有氧化性的高价态离子，这些高价态离子可以直接氧化分解水中有机物；或者在水溶液中生成·OH对有机物进行氧化，而离子本身被还原，进而在阳极表面再被氧化，这样不断循环往复，使有机物降解。
1.3 电化学还原
电化学还原是通过阴极还原的方式将有机物部分或完全加氢还原，将高毒性的有机物转化为低毒性的物质，可以作为氧化法和生物法的预处理，目前多用于卤代烃和染料的降解。电化学还原包括直接电化学还原和间接电化学还原。直接电化学还原是有机物在阴极表面直接得电子而被还原的过程，溶液中金属的回收属于直接电催化还原过程。间接电化学还原是利用电化学反应过程中生成的氧化还原物质，或者水溶液中生成的活泼氢原子，将有机物还原的过程。在水处理过程中，该方法可以使多种含有卤素（X）的有机物转变为低毒性物质：
2H2O+2e-+M→2（H）adsM+2OH- （1）
R-X+M→（R-X）adsM （2）
（R-X）adsM+2（H）adsM→（R-H）adsM+HX （3）
（R-H）adsM→R-H+M （4）
水在电化学作用下生成活性氢并吸附在电极表面，有机物（R-X）在电极表面吸附后与活性氢发生加氢还原反应，脱除卤素离子，生成新物质（R-H）。
1.4 活性炭吸附-电化学再生工艺
活性炭吸附-电化学再生工艺，以低压纳滤的浓水（NF浓水）作为处理对象，先用活性炭吸附富集废水中的有机物，再用三维电极电解法对吸附饱和的活性炭进行再生，实现活性炭的吸附-再生循环利用。电化学再生采用独特的同时扩充阳极和阴极的三维电极电解形式，电极反应产生氯气、次氯酸、过氧化氢等，能快速、高效地氧化吸附在活性炭表面的难降解有机物。在确保出水水质达标的情况下，通过降低再生频率、优化再生条件，降低电化学再生能耗，以实现难降解有机废水的节能高效处理。
1.5 电化学氧化法与其他技术联用
对于部分难处理的焦化废水，通过电化学氧化法深度处理后，有时也不能满足排放要求。为了使处理效果更佳，可以将电化学氧化法与其他技术（如Fenton试剂法等）联用。有学者采用Ti/RuO2-TiO2-IrO2为阳极、石墨为阴极，通过三维流化床反应器与Fenton试剂联用，对经过二级生化处理的焦化废水进行了深度处理，实验结果表明废水TOC的去除效率几乎是普通三维电极法的两倍。还有学者使用BDD电极通过电化学氧化法对焦化废水进行二级处理，再将出水通入曝气生物滤池（BAF），进行BDD-BAF联用深度处理焦化废水动态试验。根据最终出水COD、NH3-N等浓度与BDD出水浓度对比，发现BDD-BAF联用技术对焦化废水处理效果良好，COD平均去除率达到74.2%，NH3-N去除率达到83.6%。
2 化学工艺在废水处理中的运用实例
（1）丙二醇废水处理。丙二醇化学工艺在处理丙二醇废水中具有广泛应用。其处理原理在于：通过电化学氧化法以及活性炭吸附法，以丙二醇为有机溶剂，使“丙二醇”氧化生成“丙二酸”，并在活性炭吸附作用下将其吸附，达到污染物浓度含量降低甚至净化的目的。
（2）电镀废水处理。在电镀废水以及工业废水处理中，微波化学工艺具有良好的处理效果，与优势。其原理主要在于：利用微波场对吸波物质进行选择性加热、穿透与催化处理，从而达到废水去污、杀菌、除浊目的。由于微波化学工艺应用的成本低、杀菌能力强、设备用地面积小，因此在电镀废水处理中具有广泛的应用前景。
（3）废水除砷。来自石灰中和段的废水进入均化池后，需向均化池投加铁盐，将废水pH值调节至6～9。在达到电化学反应器处理要求的同时，进一步提高废水除砷效率，铁盐由计量泵24h连续投加。废水pH值调节完毕后，由输送泵输送至一级膜过滤器进行处理，滤清液进入电化学反应器进行深度处理。经电化学反应器处理后的废水进入中间池进行曝气氧化反应，再经输送泵输送至二级膜过滤器进行处理。处理后的废水经在线砷检测达标后进行回用。一级膜过滤器和二级膜过滤器的滤渣进入渣池，由板框压滤机处理，滤清液回至均化池再次处理，滤饼经车辆送至危废渣库进行堆存。如图1所示。
综上所述，电化学水处理工艺作为高级氧化工艺，因其环境友好，颇受关注。电化学水处理工艺可以有效避免二次污染等问题，处理效率高，对不同水质都能取得较好的处理效果，因此值得广泛使用。
参考文献
[1] 赵树理.电化学法用于再生水消毒的研究[D].清华大学，2015.
[2] 袁实.电催化臭氧水处理技术的开发和研究[D].清华大学，2014.
[3] 时士峰.疏水处理对白铜B30缓蚀作用的电化学研究[A].中国腐蚀与防护学会腐蚀电化学及测试方法专业委员会、中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室、浙江大学电化学与功能材料研究所.2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C].中国腐蚀与防护学会腐蚀电化学及测试方法专业委员会、中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室、浙江大学电化学与功能材料研究所，2010：2.
[关键词]电化学；水处理；应用
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0334-01
电化学水处理技术在外加电场的作用下，特定的反应容器中，通过一系类电化学反应，物理反应，化学反应来进行水处理。处理过程中减少了外加氧化还原剂可以有效降低二次污染，反应条件温和，设备简单，一般生成羟基自由基可以无选择地直接与有机污染物反应。
1 电化学水处理技术
1.1 直接电氧化
通过阳极高电势氧化并降解有机废水中毒害物质的方式为直接电氧化。在该过程中，废水中毒害物质与电极直接进行电子转换，由于废水具有不同的来源，所以废水的成分也各不相同，氧化过程后产生的状态也会有所不同。有些有机废水通过氧化能够彻底氧化其中的毒害物质，并转变成无机物，而有些废水氧化中，毒害物质则转化为其他物质，需要进一步处理将毒害物质彻底处理掉，该方法称为电化学的转化。然而目前，通常采用氧化毒害物质，使其变为其他物质实施化学处理，使能源得到節约，成本降低。通过研究可知，金属氧化物的阳极上氧化有机物并以及发生反应，与阳极金属氧化物类型及价态关系密切。在氧化有机物过程中，有含氧化合物的生成，其反应和形成化合物均与MOx金属氧化物上形成更高价的MOx-1金属氧化物相关，氧化燃烧有机物并有定量CO2产生而言，在金属氧化物的阳极上产生的MOx[OH]，自由基有助于CO2的燃烧。反应的具体过程为：一定量高价态氧化物会出现在氧化反应电位区，并在氧化物表层附着，所以其阳极会有化学以及物理吸附活性氧存在。
1.2 间接电化学氧化
间接电化学氧化是电化学反应过程中产生的强氧化性物质，扩散到水溶液本体中，与有机物发生反应而使其被降解。这一过程分为不可逆过程和可逆过程。不可逆过程是指在电化学反应过程中产生强氧化性物质（诸如溶剂化电子es、·OH、O3、O2-、HO2·和H2O2等，溶液中若有Cl-存在，则可能存在HClO、ClO-等物质）参与的反应，一旦外加电场消失，这些物质就不再存在。可逆的间接电化学氧化过程是某些低价态稳定的金属离子或介质，在阳极表面被氧化成具有氧化性的高价态离子，这些高价态离子可以直接氧化分解水中有机物；或者在水溶液中生成·OH对有机物进行氧化，而离子本身被还原，进而在阳极表面再被氧化，这样不断循环往复，使有机物降解。
1.3 电化学还原
电化学还原是通过阴极还原的方式将有机物部分或完全加氢还原，将高毒性的有机物转化为低毒性的物质，可以作为氧化法和生物法的预处理，目前多用于卤代烃和染料的降解。电化学还原包括直接电化学还原和间接电化学还原。直接电化学还原是有机物在阴极表面直接得电子而被还原的过程，溶液中金属的回收属于直接电催化还原过程。间接电化学还原是利用电化学反应过程中生成的氧化还原物质，或者水溶液中生成的活泼氢原子，将有机物还原的过程。在水处理过程中，该方法可以使多种含有卤素（X）的有机物转变为低毒性物质：
2H2O+2e-+M→2（H）adsM+2OH- （1）
R-X+M→（R-X）adsM （2）
（R-X）adsM+2（H）adsM→（R-H）adsM+HX （3）
（R-H）adsM→R-H+M （4）
水在电化学作用下生成活性氢并吸附在电极表面，有机物（R-X）在电极表面吸附后与活性氢发生加氢还原反应，脱除卤素离子，生成新物质（R-H）。
1.4 活性炭吸附-电化学再生工艺
活性炭吸附-电化学再生工艺，以低压纳滤的浓水（NF浓水）作为处理对象，先用活性炭吸附富集废水中的有机物，再用三维电极电解法对吸附饱和的活性炭进行再生，实现活性炭的吸附-再生循环利用。电化学再生采用独特的同时扩充阳极和阴极的三维电极电解形式，电极反应产生氯气、次氯酸、过氧化氢等，能快速、高效地氧化吸附在活性炭表面的难降解有机物。在确保出水水质达标的情况下，通过降低再生频率、优化再生条件，降低电化学再生能耗，以实现难降解有机废水的节能高效处理。
1.5 电化学氧化法与其他技术联用
对于部分难处理的焦化废水，通过电化学氧化法深度处理后，有时也不能满足排放要求。为了使处理效果更佳，可以将电化学氧化法与其他技术（如Fenton试剂法等）联用。有学者采用Ti/RuO2-TiO2-IrO2为阳极、石墨为阴极，通过三维流化床反应器与Fenton试剂联用，对经过二级生化处理的焦化废水进行了深度处理，实验结果表明废水TOC的去除效率几乎是普通三维电极法的两倍。还有学者使用BDD电极通过电化学氧化法对焦化废水进行二级处理，再将出水通入曝气生物滤池（BAF），进行BDD-BAF联用深度处理焦化废水动态试验。根据最终出水COD、NH3-N等浓度与BDD出水浓度对比，发现BDD-BAF联用技术对焦化废水处理效果良好，COD平均去除率达到74.2%，NH3-N去除率达到83.6%。
2 化学工艺在废水处理中的运用实例
（1）丙二醇废水处理。丙二醇化学工艺在处理丙二醇废水中具有广泛应用。其处理原理在于：通过电化学氧化法以及活性炭吸附法，以丙二醇为有机溶剂，使“丙二醇”氧化生成“丙二酸”，并在活性炭吸附作用下将其吸附，达到污染物浓度含量降低甚至净化的目的。
（2）电镀废水处理。在电镀废水以及工业废水处理中，微波化学工艺具有良好的处理效果，与优势。其原理主要在于：利用微波场对吸波物质进行选择性加热、穿透与催化处理，从而达到废水去污、杀菌、除浊目的。由于微波化学工艺应用的成本低、杀菌能力强、设备用地面积小，因此在电镀废水处理中具有广泛的应用前景。
（3）废水除砷。来自石灰中和段的废水进入均化池后，需向均化池投加铁盐，将废水pH值调节至6～9。在达到电化学反应器处理要求的同时，进一步提高废水除砷效率，铁盐由计量泵24h连续投加。废水pH值调节完毕后，由输送泵输送至一级膜过滤器进行处理，滤清液进入电化学反应器进行深度处理。经电化学反应器处理后的废水进入中间池进行曝气氧化反应，再经输送泵输送至二级膜过滤器进行处理。处理后的废水经在线砷检测达标后进行回用。一级膜过滤器和二级膜过滤器的滤渣进入渣池，由板框压滤机处理，滤清液回至均化池再次处理，滤饼经车辆送至危废渣库进行堆存。如图1所示。
综上所述，电化学水处理工艺作为高级氧化工艺，因其环境友好，颇受关注。电化学水处理工艺可以有效避免二次污染等问题，处理效率高，对不同水质都能取得较好的处理效果，因此值得广泛使用。
参考文献
[1] 赵树理.电化学法用于再生水消毒的研究[D].清华大学，2015.
[2] 袁实.电催化臭氧水处理技术的开发和研究[D].清华大学，2014.
[3] 时士峰.疏水处理对白铜B30缓蚀作用的电化学研究[A].中国腐蚀与防护学会腐蚀电化学及测试方法专业委员会、中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室、浙江大学电化学与功能材料研究所.2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C].中国腐蚀与防护学会腐蚀电化学及测试方法专业委员会、中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室、浙江大学电化学与功能材料研究所，2010：2.