电解法水处理技术的研究进展.pdf 9页

'2001年第21卷第1期宋卫锋,等:电解法水处理技术的研究进展11>>>>>>>>>>>>>专论与综述>电解法水处理技术的研究进展>>>>>>>>>>>>宋卫锋,倪亚明,何德文<同济大学,上海200092D[摘要]回顾了电解法水处理技术的发展,对其研究现状做了简要介绍,并指出了今后电解法水处理的研究应该注意的几个问题G[关键词]电解s水处理s反应器[中图分类号]X703[文献标识码]A[文章编号]1006-1878<2001D01-0011-05工业部门的环境保护对策包括开发对环境无害的是二维平板电极,这种反应器有效电极面积很小,的工业技术<即清洁生产D和污染物的治理技术两个传质问题不能很好地解决G在工业生产中,要求有高方面,电化学技术在这两方面都将扮演重要角色[1]的电极反应速度G提高电解槽单位体积有效反应面G一些有机工业废水,其中的有机物或是生物难降解积,从而提高传质效果和电流效率是一个非常紧迫的,或是对微生物有害的,不能采用常规的生物处理的问题,尤其对那些低浓度体系更是如此G客观上需方法,须另辟途径G本文对极具潜力的电解法水处理要开发新型~高效的电解反应器G在这种背景下,电技术的研究进展进行了探讨G解反应器的设计随着现代电化学工程理论的发展取得了突破性的进展G1电解法水处理技术的发展1969年,Backnurst等提出流化床电极图1复极性固定床电极原理示意图[9,1O]也Ti/Pt>Ti/Pt/IrG台湾的Sheng.~.Lin等研究了纺织废水的电解处理,处理后回用GAposto-自2O世纪8O年代以来,随着人们对环境科学[11]用圆柱固定床电极对制革厂losG.Vlyssides等认识的不断深入和对环保要求的日益提高,又因为生产废水进行处理,也得到了较好的效果,COD去电解法水处理技术具有其他处理方法难以比拟的优除率为52%,苯类化合物去除率为95.6%,N~3-N点而引起了广大环保工作者的很大兴趣G电解法水去除率为64.5%,硫化物去除率为1OO%,同时废水处理技术的优点在于,(1D过程中产生的O~无选的可生化性大大增强GLidiaSzpyrkowicz等[12]用择地直接与废水中的有机污染物反应,将其降解为Ti/Pt和Ti/Pt/Ir电极处理制革废水,电化学过程二氧化碳~水和简单有机物,没有或很少产生二次污不仅能去除有机物,而且表明有去除N~的作3-N染;(2D能量效率高,电化学过程一般在常温常压下用,在Cl-存在下间接氧化过程更加明显,N~3-N就可进行;(3D既可以作为单独处理,又可以与其他几乎完全除去GCh.Comniellis等[13-15]发表了数篇处理相结合,如作为前处理,可以提高废水的可生物关于苯酚在电极表面氧化的文章G在这些文章中,作降解性;(4D电解设备及其操作一般比较简单,如果者提出了几个非常重要的概念,瞬时电流效率(In-设计合理,费用并不昂贵[4]G因此,在国外,电解法水stantaneousCurrentEfficiency简称ICED,电化学处理技术被称为环境友好"技术(Environment氧化指数(ElectrochemicalOxidationIndex,简称FriendlyTechnologyDGEOID,电化学需氧量(ElectrochemicalOxygenDe-mand简称EODD及氧化度(DegreeofOxidationD, 2001年第21卷第1期宋卫锋.等:电解法水处理技术的研究进展-13-据此测定了不同条件(包括Pt~SnO除N~和NO-N的作用[12.18].这一点在废水2~SnO2/Ti~3N2-浓度D下的深度处理中显得尤为重要O电解法水处理技术也IrO2/Ti等不同阳极~不同p~和不同C1苯酚的电化学氧化参数.并提出了反应机理OC.L.可用于给水处理.使用的处理器就是固定床电解反K.Tennakoont[16]研究了固定床电解反应器处理人应器.研究表明其杀菌效果十分明显.为电解法水处体排泄物的效果.指出影响因素有:阳极粒子大小~理技术的应用开辟了新的领域O电解液流速~床高~电流密度和主阴阳极的固定方式等O最好的结果是处理每人每天排泄物的耗电量为3电解反应器的分类11.4kW-hO垃圾渗滤水的BOD5/COD为0.1-0.2.是一种典型的生物难降解废水.经电解处理后.有人[4.19]曾对电解反应器进行了详细的分类.其BOD可提高至0.5.废水可生化性良5/COD如图2所示O因为三维电解反应器有望得到实际应好[17]O需要特别指出的是.电解法处理技术还有去用.所以下面就其做一些详细的介绍O图2电解反应器的分类三维电解反应器(又称三微电极~立体电极~三力O从外形上看.复极性固定床电解反应器有两种形元电极D.是借鉴化学工程中反应器理论而设计的.式.第一种是长方形.主阳极和主阴极固定在槽内两通常分为固定床和流动床两大类.这是根据电极在相对的内壁.中间堆上填料O电解液流向一般采取和床内的运动状态进行区分的O如果电解液的流动速电流方向垂直的方式;第二种是圆柱形.主阳极和主度超过某一极限值.床内的电极进入流化状态.此时阴极的位置灵活多变.有多种组合方式O也有人据此称为流化床电极O流化床电极的流化程度用膨胀率而把电解槽分为平板槽(外形为长方形D和回转槽表征.一般取值为10%-30%[20](外形为圆筒形D两类OO另外.电极又可分为单极性和复极性两类O在实际应用中.两种分类方法常常同时使用.例如图1所示的就叫做复极性固4电解法水处理技术存在的问题定床电极O在复极性固定床内.导电粒子之间必须尽量减少接触.通常的办法是加入一定比例的密度相电解法水处理技术从产生到现在.已经历了40近的绝缘材料.以保证尽可能地使每个颗粒都复极多年.未能广泛应用的主要原因是电流效率太低.经化.在这种情况下不必使用隔膜(单极性固定床需使济上不合理O要解决这个问题.必须从有关理论出发.用隔膜DO从工程角度出发.复极性固定床更具竞争合理地设计电解反应器O正如前面已经指出的那样. 化工环保-14-HUAGONGHUANBAO2001年第21卷第1期由于三维电极极大地扩大了电极的面体比而比较完e为液相较正了孔隙率和弯曲度的JT为总电量9KL善地解决了传质问题9但又引起了床内电流和电位分电导率9L为电极长度9Ke为固定电极相校正了孔M布问题9这是三维电解反应器内特有的现象O这个问隙率和弯曲度的电导率O从工业应用的角度看9Wa题与电极的几何形状及尺寸电极相和电解液相的有和W/越大越好9在给定Ke的情况下9可以通过减aL效电导率流体的力学性质电极的极化类型和程度小电极厚度L达到目的O此外9利用孔隙率较大的等因素有关9对反应器的空速单程转化率反应选择体系增大Ke也可提高Wa值[25]O无论是理论预测L性电流效率及电能利用率等均有影响O许文林或试验结果都显示床内的电流电位分布是不均匀等[21922]提出了单极性固定床的理论模型并进行了试的9为了有效地充分利用反应器空间9必须改进三维验测定9试验结果与理论一致O可以说该模型已基本电极的结构O庞文亮等[26]用一种互补型混合床电极解决了单极性固定床内电流电位的分布问题O处理铜氰络合物废水9结果表明:在最佳条件下9经对于复极性固定床电极来说9理论研究还不够过8.3min电解9氰(初始质量浓度187mg/L)9铜充分O一般认为9污染物在复极颗粒表面的氧化速度(初始质量浓度50-70mg/L)都达到了国家排放标取决于颗粒表面的电势Gp和液相电位Gs之差准9费用比平板电极法至少降低44%9电解停留时(Gp-Gs)9差值小反应速度也小9差值大反应速度也间可减少约67%O熊方文等[27]用脉冲电源代替直流大9不过差值过大将发生目的之外的反应[23]O所以9电源处理毛纺染整废水9结果表明:电耗降低50%9从理论上研究床内各点的电位和电流发布对于复极铁耗降低60%O文献[16]报道9为了消除床内电流性固定床电极的优化是至关重要的9而这一点正是电位分布的不均匀性9在圆筒形床内按一定规则布推广应用的关键O关于复极性固定床电极的理论模置多支阳极柱O型9文献[24]的作者做了一定的工作9他们对圆筒状有机物在电解反应器上的氧化9一般认为有两固定床电极回转槽的几种组合方式进行了数学处种途径9一是直接氧化9二是间接氧化O间接氧化就理9得到了一维微观模型下GpGs及7(7=Gp-Gs是电极反应产生强氧化物种9然后这些物种再去氧0-E)的解析解并绘出了曲线9指出主阴极固定在圆化有机物O人们普遍认为这些物种包括H和2O2筒内壁9而主阳极居中的方式是比较有利的O这些具-OHO在C1-存在的情况下9氧化会变得更加容易9有重大价值的结果对于在实践中设计高效的电解反因为C1-在阳极失去电子后和水反应并引发一系列应器有明显的理论指导意义O周抗寒等[23]用试验的的反应9生成C1O-[16917928]O2等氧化剂O但是9这些方法研究了固定床槽内的电位分布9指出平板槽性机理缺乏直接的试验支持O电化学降解的机理是一能上优于圆筒槽9原因可能是平板槽电力线彼此平个解决起来非常困难但又非常重要的问题O行9而圆筒槽则呈辐射状O由于圆筒槽比平板槽具有有理由相信9随着现代电化学工程理论的完善更高的对称性9出现死角或滞流的可能性大大降低9和实验室研究的深入9电解法水处理技术必将在废则圆筒槽比平板槽有利O比较电流电位在复极性固水处理方面得到广泛的应用O定床内分布的理论计算和试验结果9发现有很大的差别9说明有关复极性固定床的理论问题还没有完[参考文献]全解决O复极性固定床电解反应器内部9固体/溶液[1]林世民9等.洁净环境之电化学技术[J].清洁生产资界面的几何形状非常复杂9从理论上讲是无穷多维讯91998(民国八十七年)9(16):23-40.的9电流电位分布的精确计算显然很困难9通常必[2]JingshanDo9etal..Insituoxidationdegradationof须采用较为简单的宏观模型O在宏观模型中9三维电formaldehydewithelectrogeneratedhydrogenperox-解反应器内部被视为由两个准均匀相所组成9一个ide[J].JournalofElectrochemicalsociety919939140是固体相9一个是液体相9二者相互渗透9各自是连(6):1632-1637.[3]P.Gallone.Achievementsandtasksofelectrochemical续介质O在这种模型下9有人描述了三维电极的二次engineering[J].ElectrochimicaActa919779(22):913电流分布O采用Wa和Wa/这两个无因次数群作为-920.表征准数9Wa=(d7e/a/djT)-(KL/L)9Wa=(d7a/[4]K.Rajeshwar9etal..Electrochemistryandtheenvi-eeeedJT)-[KLKm/L(KL+KM)]97a为过电位9ronment[J].JournalofAppliedElectrochemistry9 2001年第21卷第1期宋卫锋等:电解法水处理技术的研究进展151994(24):1077-1091.JournalofAppliedElectrochemistry1996(26):18[5]杨卫身等.微电解法降解染料的研究[J].上海环境科-29.学199615(7):30-3235.[17]Li-ChoungChiangetal..Indirectoxidationeffectin[6]赵少陵等.活性炭纤维电极法处理印染废水的应用研electrochemicaloxidationtreatmentofrefractoryor-究[J].上海环境科学199716(5):24-27.ganicpollutants[J].WaterResearch199529(2):[7]Li-ChoungChiangetal..Electrochemicaloxidation671-678.pretreatmentofrefractoryorganicpollutants[J].Wa-[18]S.~.linetal..ElectrochemicalremovalofnitriteterScienceSTechnology199734(2-3):123-andammoniaforaguaculture[J].WaterResearch130.199630(3):715-721.[8]J.Naumczyketal..Electrochemicaltreatmentoftex-[19]FankWalsh.Designandperformanceofelectrochem-tileWasteWater[J].WaterScienceSTechnologyicalreactorforefficientsynthesisandenvironmental199634(11):17-24.treatment[J].Analyst1994119(5):791-803.[9]Sheng.~.Linetal..TreatmentoftextileWasteWater[20]衣宝廉.立体电极及其应用[J].化学通报1986(2):bychemicalmethodsforreuse[J].WaterResearch40-43.199731(4):868-876.[21]许文林等.扩散控制下固定床电化学反应器研究[10]Sheng.~.Linetal..TreatmentoftextileWasteWa-(I)理论研究[J].化学反应工程与工艺199511terbyelectrochemicalmethod[J].WaterResearch(1):26-31.199428(2):277-282.[22]许文林等.扩散控制下固定床电化学反应器研究[11]ApostolosG.Vlyssidesetal.Detoxificationoftan-(I)实验研究[J].化学反应工程与工艺199511neryWasteliguorsWithanelectrolysissystem[J].(4):372-376.EnvironmentalPollution1997(1-2):147-152.[23]周抗寒等.复极性固定床电解槽内电极电位的分布[12]LidiaSzpyrkoWiczetal..Electrochemicaltreatment[J].环境化学199413(4):318-322.oftanneryWasteWaterusingTi/PtandTi/Pt/Ir[24]G.Kreysaetal..Cylindricalthree-dimensionalelec-electrodes[J].WaterResearch199529(2):517-trodesunderlimitingcurrentconditions[J].Journal524.ofAppliedElectrochemistry1993(23):707-714.[13]Ch.Comniellisetal..Anodicoxidationofphenolfor[25]吴辉煌等.电化学工程导论[M].厦门:厦门大学出WasteWatertreatment[J].JournalofAppliedElec-版社1994:187.trochemistry1991(21):703-708.[26]G.Kreysaetal..Optimaldesignofpackedbedcells[14]Ch.Comniellisetal..Electrochemicaloxidationofforhighconversion[J].JournalofAppliedElectro-phenolforWasteWatertreatmentusingSnO2anodeschemistry1982(12):214-251.[J].JournalofAppliedElectrochemistry1993[27]庞文亮等.互补型混合床阳极处理铜氰络合物永的(23):108-112.试验研究[J].电镀与环保19899(6):18-22.[15]Ch.Comniellisetal..Anodicoxidationofphenolin[28]熊方文等.脉冲电解处理工业污水技术[J].工业水thepresenceofNaClforWasteWatertreatment[J].处理199010(2):10-1216.JournalofAppliedElectrochemistry1995(25):23[29]L.R.Czarnetzkietal..Formationofhypochlorite-28.chlorateandoxygenduringNaClelectrolysisform[16]C.L.K.Tennakoontetal..Electrochemicaltreat-alkalinesolutionsatanRuO2/TiO2anode[J].JournalmentofhumanWastesinapackedbedreactor[J].ofAppliedElectrochemistry1992(22):315-324.ProgressinwastewatertreatmentbyelectrolytictechnologySONGWez-fengNLya-mzngHEDe-ten(TongiUniversityShanghai200092China)Abstract:ThedevelopmentofWasteWatertreatmentbyelectrolytictechnologyincludingitsresearchstatusguoisrevieWed.Theproblemsthatshouldbepaidmoreattentiontoinitsfutureresearcharepointedout.Keywors:electrolysisWasteWatertreatmentreactor 电解法水处理技术的研究进展作者：宋卫锋，倪亚明，何德文作者单位：同济大学，上海200092刊名：化工环保英文刊名：ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY年，卷(期)：2001,21(1)被引用次数：62次参考文献(29条)1.林世民洁净环境之电化学技术1998(16)2.JingshanDoInsituoxidationdegradationofformaldehydewithelectrogeneratedhydrogenperoxide[外文期刊]1993(06)3.PGalloneAchievementsandtasksofelectrochemicalengineering[外文期刊]1977(22)4.KRajeshwarElectrochemistryandtheenvironment1994(24)5.杨卫身微电解法降解染料的研究1996(07)6.赵少陵活性炭纤维电极法处理印染废水的应用研究1997(05)7.LiChoungChiangElectrochemicaloxidationpretreatmentofrefractoryorganicpollutants1997(2-3)8.JNaumczykElectrochemicaltreatmentoftextilewastewater1996(11)9.ShengHLinTreatmentoftextilewastewaterbychemicalmethodsforreuse[外文期刊]1997(04)10.ShengHLinTreatmentoftextilewastewaterbyelectrochemicalmethod[外文期刊]1994(02)11.ApostolosGVlyssidesDetoxificationoftannerywasteliquorswithanelectrolysissystem[外文期刊]1997(1-2)12.LidiaSzpyrkowiczElectrochemicaltreatmentoftannerywastewaterusingTi/PtandTi/Pt/Irelectrodes1995(02)13.ChComniellisAnodicoxidationofphenolforwastewatertreatment1991(21)14.ChComniellisElectrochemicaloxidationofphenolforwastewatertreatmentusingSnO2anodes1993(23)15.ChComniellisAnodicoxidationofphenolinthepresenceofNaClforwastewatertreatment[外文期刊]1995(25)16.CLKTennakoontElectrochemicaltreatmentofhumanwastesinapackedbedreactor[外文期刊]1996(26)17.LiChoungChiangIndirectoxidationeffectinelectrochemicaloxidationtreatmentofrefractoryorganicpollutants[外文期刊]1995(02)18.SHlinElectrochemicalremovalofnitriteandammoniaforaquaculture[外文期刊]1996(03)19.FankWalshDesignandperformanceofelectrochemicalreactorforefficientsynthesisandenvironmentaltreatment[外文期刊]1994(05)20.衣宝廉立体电极及其应用1986(02) 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