电化学水处理应用技术在化工生产过程中应用研究进展

杨陆光

摘 要 近年来，我国的化工行业有了很大进展，在化工生产的过程中，节能化为主的电化学水处理技术成为化工生产过程中的主要应用技术。电化学是近年来发展起来的新型污水处理技术，其主要利用电化学的作用原理提高MBR的过滤性能与抗污染性能。本文综述了电化学水处理应用技术在化工生产过程中应用。

关键词 电化学;水处理;应用技术;化工生产

引言

近年来，随着社会的高速发展和资源的过度开发利用，水体污染问题在我国乃至世界范围内尤为突显，污（废）水处理已成为当前水环境治理的重点部分。排放标准的日益严格使传统水处理工艺受到新的挑战。污水处理设备成本高昂，导致目前国内实际运转用于处理废水的污水处理厂数量只占已建污水处理水厂的一半。生物处理技术针对一些含有芳香烃衍生物的污染物进行处理的过程中效果并不明顯。而电化学水处理技术作为一种高级的氧化技术在国内外的水处理领域受到了广泛关注。

1电化学水处理应用技术的种类

1.1 电化学技术在膜-生物反应器

电化学膜-生物反应器是将电化学技术施加到膜生物反应器（Membranebioreactor，MBR）上，作用于活性污泥进而通过对其性质的改变间接地改善MBR的过滤环境，最终达到减缓膜污染的目的。在MBR中引入电化学技术能够起到的作用有2个：①电极反应产生带正电的絮凝物质与带负电的膜污染物质例如胞外聚合物（Extracellularpolymericsubstances，EPS）中的蛋白质通过电荷中和作用而被中和。②电化学作用能改变活性污泥性质、改善MBR的运行环境，进而减缓膜污染。因此，由一个阳极和一个阴极组成的直流电极反应系统已成为缓解MBR中膜污染的一种新型方法[1]。

1.2 电化学脱氮技术

所谓电化学处理技术，指的是在电极或者外加电场的辅助下，在专业的反应容器内发生的一系列物理化学反应，最终实现对废水污染物的降解效果。电化学处理技术过程中不需要添加任何药物试剂，同时也不会对环境带来污染，故被称为“环境友好型”技术。电解脱氮的时候，溶液内会产生-OH，羟基自由基本身具备很强的氧化性，可以高效去除污水中的杂物。除此之外，溶液中还会产生Cl-，Cl-会发生氧化反应变成Cl2和次氯酸根离子ClO-，Cl2以及ClO-都具有强氧化性，可将污水中的氨氮进行直接氧化去除。电解-生物法组合进行处理时，会在电解产生的H2和污水中NH3的作用下进行反硝化，其中NH3-N是电子供体，NO3-N是电子受体，产物为无毒无味的N2。

1.3 微生物电解池

微生物电解电池（MEC）在MFC的基础上增加了外电源，其机理是在少量外源存在的情况下，通过某种反应获取某种化学产物。与MFC相比，因存在外部能源，MEC可更有效地控制微生物生存环境以及发生化学反应所需电化学参数，从而提高反应器动力学和热力学性能。MEC体系中电化学活性微生物氧化底物并向阳极释放电子，电子经外电压电路到达阴极并与电子受体结合，阴极发生还原反应。MEC对常见的有机物和无机物以及难降解物质均能达到理想的处理效果，同时能有效降低能耗。通过对反应器规模和工艺的改进及反应机理的深入研究，MEC在废水处理领域的发展前景将十分广阔。

2电化学水处理技术在化工生产领域的应用

2.1 对系统中过滤器进行有效控制

在化学预处理中，增加过滤器可以有效降低水的浊度。目前，我国大多数电厂主要是使用单流式过滤器，一般水流会通过上部的水阀开关流入过滤器，经过过滤再将水排出。如果过滤器产水水质超标，需要对过滤器进行多次反洗。除此之外，还可以通过空气擦洗与水反洗相结合的方式进行混合清洗，在实施空气擦洗时，需严格控制擦洗时间和压力，以保证反洗效果。在系统运行过程中，需要通过现场总线获取备用机位的状态，另外需要按照有关要求对阀门开关进行闭合，通过产水在线浊度仪的示数，反馈指令到预先设定好的反洗逻辑中，来完成过滤器的自动反洗控制[2]。

2.2 酚类污染废水的电化学处理技术

含酚废水是目前国内外水处理领域重点关注的问题。这主要是因为在实际中对含酚废水进行处理的过程中，整个处理工艺非常复杂，而且实际处理效果也并不明显。与此同时，含酚废水来源非常广泛，而且会对水体造成严重污染。而充分利用电化学氧化处理技术能够实现对含酚废水的高效处理。通过对电化学氧化水处理技术中电压、pH进行合理设定后，就能够将含酚废水中的酚类物质进行完全挥发，由此就出现了含酚废水有效处理。

2.3 电极系统与膜生物反应器直接连接

在此系统中，将电极系统内嵌入采用廉价的大孔膜基材构建的动态膜生物反应器中，大孔膜基材的使用不仅能够大大降低膜组件成本，而且还能极大提高膜通量与缓解膜污染。Liu等人利用低电场作用于以无纺布与涤纶布为膜基材的DMBR，将铜线阴极放置在DMBR组件内部，并将不锈钢网阳极放置在组件外部来重新构建电化学膜生物反应器，负电荷污泥和EPS被迫直接从膜表面移开，从而延缓膜污染;同时，延长了动态膜的运行周期，还有改善了膜通量。Jiang等人通过利用不锈钢网为膜基材作为阴极和阳极构建电化学MBR，与不施加电流的对照组对比发现，存在低电场的电化学膜生物反应器在运行60天期间只需要进行两次膜清洗。然而，无电场的反应器需要进行5次膜清洗，这表明在DMBR中施加低电场可以有效减少膜污染。国内研究者也有相关的报道，张万友等人通过制作阴极负载动态膜生物反应器，其中电絮凝装置阴极与不锈钢动态膜相连，以Fe为阳极，研究结果表明：CLEC-DMBR阴极产生的微小气泡对于延缓膜污染作用显著，其稳定运行周期为普通DMBR的2.5倍[3]。

3结束语

综上所述，电化学水处理系统能量消耗低，反应条件温和，处理效果明显，已成为相关领域的研究热点。相比传统电化学水处理技术存在的能耗高、作用单一、效率低等缺点，电化学水处理系统都表现出较大优势。

参考文献

[1] 任显明.电化学水处理技术的研究现状及发展探讨[J].化工管理，2019（23）：220.

[2] 靳文星.高频电化学水处理系统在电厂的应用[J].化工设计通讯，2019，45（6）：216，226.

[3] 张瑞，赵霞，李庆维，等.电化学水处理技术的研究及应用进展[J].水处理技术，2019，45（4）：11-16.