電化學(xué)電解水處理技術(shù)的基本原理是通過外加電場的作用,在特定的電化學(xué)反應(yīng)器中,通過化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)過程或物理過程,通常產(chǎn)生羥基自由基(·OH)、臭氧(03)、過氧化氫(H202)、次氯酸根(ClO-)、氯氣(Cl2)或原子氧等強(qiáng)氧化劑,進(jìn)而對廢水中的污染物進(jìn)行降解,電化學(xué)電解技術(shù)是一種高級氧化技術(shù)。電化學(xué)電解處理方法作為一種“環(huán)境友好技術(shù)”已經(jīng)在一些難生化降解污染物處理中得到廣泛的研究和應(yīng)用。作為清潔處理工藝,電化學(xué)電解法具有高度的靈活性,既可單獨(dú)應(yīng)用,又可與其他處理方法相結(jié)合。
電化學(xué)電解是在電極表面上發(fā)生氧化-還原反應(yīng),該反應(yīng)的特殊性表現(xiàn)在電極表面上存在雙電層和表面電場。電極上主要發(fā)生兩種類型的反應(yīng)過程,一類是電荷經(jīng)過金屬-溶液界面進(jìn)行的傳遞過程,這種電子的傳遞實(shí)現(xiàn)氧化或還原反應(yīng)。因?yàn)檫@些反應(yīng)由法拉第定律(即由電流流過所引起的化學(xué)反應(yīng)的量與通過的電量成正比)所支配,故稱為法拉第過程。另一類是在一個(gè)給定的電極-溶液界面,將會顯現(xiàn)出這樣的電勢范圍,在此范圍內(nèi)不發(fā)生電荷傳遞,然而,像吸附和脫附這樣的過程則可能發(fā)生。電極-溶液界面的結(jié)構(gòu)可以借改變電勢或溶液組成而改變,這些過程稱為非法拉第過程。盡管在這些情況下電荷不通過界面,但是當(dāng)電勢、電極面積或溶液組成改變時(shí),仍有外電流流過。當(dāng)發(fā)生電極反應(yīng)時(shí),法拉第和非法拉第兩種過程都存在。
電化學(xué)電解法是近年來新興的一種污水處理方法,主要是利用陰陽極上發(fā)生的電極氧化還原反應(yīng),實(shí)現(xiàn)處理廢水的目的。人們應(yīng)用電化學(xué)方法去除廢水中生物難降解有機(jī)物進(jìn)行了大量研究。陽極氧化可分為直接氧化和間接氧化兩類。在直接氧化過程中,有機(jī)物首先吸附到電極表面,然后通過陽極氧化反應(yīng)而使有機(jī)污染物和部分無機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì);間接氧化是通過陽極反應(yīng)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化作用的物質(zhì)或發(fā)生陽極反應(yīng)之外的反應(yīng),使被處理污染物氧化,最終轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。對于陽極直接氧化而言,如反應(yīng)物濃度過低會導(dǎo)致電化學(xué)表面反應(yīng)受傳質(zhì)步驟限制;對于間接氧化,則不存在這種限制。根據(jù)被氧化物質(zhì)氧化程度的不同,直接氧化法又分為2類:一是電化學(xué)轉(zhuǎn)化,即被氧化物質(zhì)發(fā)生部分氧化。對有機(jī)污染物而言,電化學(xué)轉(zhuǎn)化可以把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒物質(zhì),或把難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可生物處理的物質(zhì);二是電化學(xué)燃燒,即被氧化物質(zhì)完全氧化為無機(jī)物,如CO2和H2O。
陰極還原是利用陰極還原反應(yīng)使O2還原為具有氧化活性的H2O2,氧化有機(jī)污染物。通過陰極的直接還原作用,水可以在陰極表面放電生成吸附態(tài)氫原子與吸附在陰極表面的鹵代烴分子發(fā)生取代反應(yīng),使其脫鹵等。陰極還原可處理多種污染物,同時(shí)也是回收有價(jià)值物質(zhì)的一種方法。
直接、間接電化學(xué)電解過程并不是絕對的,實(shí)際上有機(jī)物直接和間接電解反應(yīng)往往同時(shí)發(fā)生。利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性自由基,可以無選擇的對有機(jī)物進(jìn)行氧化處理;且可以通過電極的電催化活性的控制,使有機(jī)物降解氧化到某一特定階段,使電化學(xué)轉(zhuǎn)化控制在完 全降解或部分降解,是電化學(xué)方法最具有吸引力和挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。