一分钟了解污水处理中常使用的电化学方法

电化学技术在污水处理领域应用广泛，其核心原理是通过电场作用驱动氧化还原反应、絮凝气浮、离子迁移等过程，实现污染物的高效去除或资源化。今天我们来聊聊其主要应用形式及技术特点。

一、电化学方法分类与原理
1、电絮凝-电气浮法
原理：以铝/铁为阳极，通电后阳极溶解产生Al³⁺/Fe³⁺，水解生成多核羟基络合物（如Al(OH)₃、Fe(OH)₃），通过压缩胶体双电层和吸附架桥作用凝聚污染物；阴极析出氢气微气泡（10-30μm），带动絮体上浮分离。
核心反应：
阳极：Al - 3e⁻ → Al³⁺ 或 Fe - 3e⁻ → Fe³⁺
阴极：2H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻

2、电化学氧化法

原理：利用阳极（如钛基涂层电极）产生羟基自由基（·OH）等强氧化剂，直接氧化污染物或通过Cl⁻间接生成ClO⁻等氧化性物质。电催化氧化技术有其专用的电极板：DSA形稳阳极，这种阳极以钛为极板载体，其上涂覆具备催化活性点位的钌、铱、钽、锡等贵金属氧化物，能够在通电状态下产生以羟基自由基为代表的强氧化剂，高效彻底的分解水中有机物。
分类：
直接氧化：污染物在阳极表面失电子被氧化（如苯酚→CO₂）。
间接氧化：通过电解产物（如H₂O₂、O₃）氧化污染物。

3、电化学还原法

原理：在阴极表面，污染物通过得电子被还原为低毒性形态（如Cr⁶⁺→Cr³⁺、NO₃⁻→N₂）。其原理为水体中的重金属离子在静电引力的作用下向阴极迁移，在阴极表面发生还原反应而析出。该法既能去除水体中的重金属离子，又能回收高纯度重金属。但对于低浓度的重金属废水，采用传统二维电极电解时，电流密度小，电解效率低，电耗大。电化学反应本质上是一种在固液相界面上发生的电子转移反应，因此，固液相界面传质问题成为要解决的难点，各类高效传质的反应器也成为研究重点。在工程中常用为三维电极反应器，这类反应器传质速度快，运行费用低，占地面积小，去除效率高，在几分钟内可使重金属浓度从100 mg /L 降至0．1 mg /L。张少锋等采用三维电极法处理低浓度酸性含铅工业模拟废水，在其他条件都相同的条件下，以泡沫铜为阴极材料的三维电极，Pb2 + 的去除率可达85%，明显优于以不锈钢板为阴极的二维电极的34%。陈武等采用小型复极性矩型填充床作为三维电极反应器处理含锌废水，在最佳条件下，三维电极对模拟废水Zn2 + 去除率达到95．7%，满足国家污水综合排放标准GB8978-88Ⅱ级要求。
优势：反应选择性高，副产物少，适用于重金属离子和硝基化合物处理。
4、电渗析法
原理：利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场作用下实现阴阳离子的定向迁移，达到淡化、浓缩或分离目的。
核心组件：阳离子交换膜（允许阳离子通过）和阴离子交换膜（允许阴离子通过）。

5、微电解法

原理：利用铁屑与活性炭等填充物形成原电池，通过微弱电流刺激微生物代谢，同时Fe²⁺氧化生成Fe³⁺絮凝剂吸附污染物。
特点：无需外接电源，以废治废（利用废铁屑），成本低廉。

6、电沉积法

原理：通过电解液中金属组分的电势差，使溶解性金属在阴极析出，实现回收或去除。
应用：主要用于重金属废水处理（如电镀废水中的铜、镍回收）。

7、电芬顿法

原理：结合电化学与芬顿反应，通过电解产生H₂O₂和Fe²⁺，生成羟基自由基氧化有机物。铁作为阳极进行通电电解，同时在阴极曝气，这样就会在阳极产生亚铁离子，在阴极产生双氧水，同样可以构成芬顿体系，并且由于没有外加双氧水，其处理成本较低，但是处理效果也较传统芬顿差；假如额外加入双氧水的话，则可以提升整体处理效果，并且由于阴极可以加速三价铁离子还原成为二价铁离子，因此外加双氧水的电芬顿技术其产生的铁泥量也大大少于传统芬顿技术。
反应式：Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + ·OH + OH⁻

8、电吸附法

原理：利用电极表面电场吸附带电离子或污染物，实现分离。
优势：能耗低，适用于低浓度盐分去除（如工业循环冷却水处理）。