电化学法处理生活污水研究进展

电化学法处理生活污水研究进展

李呈超1董聪磊2

1.河北前进钢铁集团有限公司河北省065701；2.河北会兴金属制品有限公司河北省065701

【摘要】生活污水处理在水处理领域占有很大比例。一般来说，生活污水处理主要集中在污水处理厂进行，然而部分地区受地域和自然条件限制，如风景区、自然保护区、运输船舶、海上平台等，其生活污水产量小、产地分散、成分复杂、水质波动大，采用生化法处理存在基础设施建设成本高、设备资源浪费严重等问题。电化学法处理上述生活污水具有较大优势。

【关键字】电化学法；生活污水；研究进展

1城乡生活污水的处理现状

1.1污水水质特性发生了变化

城乡生活污水随着我国城镇化速度的加快，产生了较为明显的特性变化。首先表现在污水的水质上，工业废水增加，水质中的难降解物质增多;其次，在对污水的处理过程中一般为保证污染达标，要进行多个处理单元，处理的流程相对较长，投资较大;最后在除磷脱氮单元中的处理效果不稳定。因此就造成了生活污水处理投资大、成本高，所剩淤泥较多，很难直接进行污水处理。

1.2污水处理工程建设需加速

污水处理工程建设主要表现在城市污水处理厂的建设上。由于历史原因，我国的污水处理相对发展较为落后，污水处理厂及污水收集管网系统均未得到完善。而我国城市每天的生活污水排放量都在大幅度增加，再加上其他工业排水，对污水的处理任务日剧加大。大量的生活污水如果没有得到很好的处理和再利用，也将会对城市的水系造成严重的污染。

1.3污水处理工艺有待提升

目前我国的城市污水处理大多采用的是活性污泥的办法，随着时代的发展也出现了诸如A/O工艺、SBＲ工艺、MBＲ工艺等出磷脱氮的新工艺，对我国污水的处理提供了很大的方便。但是，随着对环境质量要求的逐步提升，以及城市工业的快速发展，原有技术已逐渐不能满足现实需要，新的污水处理技术亟待开发和应用。

2电化学法处理生活污水

2.1电解法

（1）电絮凝法

电絮凝法处理废水历史悠久，1889年E.Her-mite即首次提出利用电极净化废水的概念。电絮凝是在电场作用下，可溶性阳极（铁或铝电极，铁电极在电化学当量、离子颜色、絮凝效果等方面的性能均低于铝电极，故以铝电极为例）水解生成聚态铝和多核羟基络合物并进行污水净化的一种高效水处理方法。电絮凝综合了电化学氧化和化学絮凝的优点，通过压缩双电层、吸附架桥、集卷网捕等将污染物吸附、聚集在电极表面。同时阴极产生的氢气与悬浮颗粒接触可获得良好的黏附性能，其吸附能力远高于药剂法产生的絮凝剂。污染物通常可被直接矿化为CO2和H2O，未被彻底氧化的中间产物还可通过悬浮颗粒絮凝，在重力和电场力双重作用下沉淀，因此电絮凝是吸附-电中和、压缩絮凝、氧化及气浮等综合作用的结果。

阳极表面溶胶层、阳极钝化、聚态铝浓度、溶液/电极与溶液主体之间的传质等对电絮凝效果影响很大。A.S.Koparal等将电解液的初始pH调至5.0，有效阻止了阳极表面溶胶层的出现。罗亚田等认为阳极钝化是造成能耗升高和处理效率降低的主要原因，并通过添加活性阴离子和采用交流脉冲电絮凝方法来降低阳极钝化。梅向阳等认为电流密度是影响聚态铝浓度、溶液主体与电极表面之间传质的主要原因之一。电流密度小，聚态铝浓度过小，传质作用主导反应，设备利用未达到饱和，造成设备资源浪费；电流密度过大，过量的电子可不经电极反应直接进入溶液，聚态铝溶出速率变大，过量聚态铝积聚在电极表面造成浓差极化和阳极钝化。

（2）电解氯

不同于电絮凝，电解氯在水处理过程中主要起杀菌消毒作用，故其应用范围较窄，主要处理船舶及海上平台等产生的高盐生活污水。添加Cl-能提升氧化消毒能力。Cl-可被氧化为诸如Cl•、Cl2•、HOCl等活性粒子并与污染物发生脱氢、亲电加成等电子转移反应；相比其他阴离子，Cl-更易被氧化。S.Cotillas等考察了电解过程中Cl-和SO42-的浓度变化，电解前后SO42-浓度基本保持不变，Cl-出现下降，表明Cl-转化为更高的氧化形式。S.Kim等对比了Cl-和SO42-两种电解质对废水处理效果的影响，其中以SO42-为支持电解质的有机废水中，仅有BDD系统产生了具有氧化活性的SO4-•，而活性氯则普遍存在于各电解系统中。另外Cl-半径小、穿透能力强，易吸附于阳极表面并与之形成可溶性化合物，破坏电极表面钝化层，加速钝化层溶解。

2.2电催化氧化

电催化氧化（ECO）被认为是以产生的羟基自由基（•OH）为主要氧化剂的一种高级电化学氧化技术。•OH为亲电子自由基，具有极高的氧化电位（2.8V），仅次于F2。•OH几乎可以无选择性地进攻富含电子的有机物并与之发生快速的链式反应。因此，ECO技术在处理难降解工业废水（如染料废水）方面很具优势。根据•OH产生位置的不同，ECO可分为直接氧化和间接氧化，直接氧化主要发生在电极/溶液界面附近，氧化能力受吸附态•OH、活性氧化物（MOx+1）浓度和传质作用的影响；间接氧化则发生在溶液主体，氧化能力更多依赖于游离的活性自由基。

3城乡生活污水处理技术的整合

3.1实现城乡污水处理高新技术的开发

就目前我国的污水处理技术来说，必须要实现技术和设备开发才能实现污水的再生利用。这就需要提升水处理的工艺水平，实现新技术的开发和整合，保证新的发展技术既要符合我国城市发展的规律和现状，又要在此基础上建立高效、可靠的配套技术，着重解决当前的城乡污水再生利用问题。尤其是对以污水中含有的一些有毒物质，以及各种难解物质的去除技术，实现污水处理的高效能低损耗的整合处理技术。

3.2信息时代污水处理技术的创新

当前污水处理行业发展还存在一些问题，如污水处理厂的设计标准偏低，各种工艺技术相对较为落后等，需要在发展中进行完善和提升。在信息技术的发展背景下，可以在污水处理的过程中运用各种信息处理技术，实现对污水处理的信息化管理。如可以通过对氮磷含量的检测数据进行分析和研究，同时结合各项职能的检测、诊断技术对整个环节的信息技术控制，也可以保证对各种技术的优化创新整合，保证污水处理工作的稳定高效，达到合格标准。

3.3实现污水处理工艺的整合

通过污水的处理，实现对水资源的回收再利用，也逐渐成为解决污水的发展主流。通过对污水再利用的相关技术的开发，也能实现对污水的高效处理和应用。并通过微滤膜、反渗透、出磷脱氮、生物过滤等不同的组合方式，实现对现有技术的优化整合，既实现了对技术难点的集中突破，又保证了污水处理的效率和质量。另外，随着污水处理难度的增加，也必须实现相关系统的建设，如水质指标管理系统、有机毒物的预警监控系统等等，作为加强研究的重要方面，同时也要加强对再生水中的微生物、有机污染物等进行合理的评估，建立相关的评价体系，保证污水再利用的安全可靠。

总之，电化学法在生活污水处理方面起步较晚但发展较为迅速，主要原因是生活污水产量大，污染物完全矿化需要大量电子且不可避免地会产生副反应；相比于生化法，运行成本较高；高能耗是制约电化学法处理生活污水发展的重要方面之一，另外该工艺受电力工业（电费）和材料科学（电极）影响较大。电化学法各处理工艺发展不平衡，部分工艺已实现工业化（电絮凝、电解氯），部分方法仍停留在研究阶段（电催化氧化、三维电极）。目前电化学法处理生活污水的研究重点为节能技术的开发和应用，与其他处理技术的耦合联用，高吸氧过电位、高催化活性、高稳定性电极的制备及电化学反应器的开发和结构优化等。未来一段时间，采用小型化电化学处理设备处理分散广、产量小、环境要求较高的生活污水具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]刘珊,孙宏亮,孙大鹏,曹雯雯.电化学氧化法处理生活污水的研究[J].应用化工,2007,06:567-569+572.

[2]付胜楠.电化学法处理工业废水和生活污水的研究与应用[J].煤炭与化工,2014,08:149-152.