化學反應原理
套用電解的基本原理,使廢水中有害物質通過電解過程在陽、陰兩極上分別發生氧化和還原反應轉化成為無害物質以實現廢水淨化的方法。一般處理裝置如圖1、2。 電解槽內裝有極板,一般用普通鋼板製成。極板取適當間距,以保證電能消耗較少而又便於安裝、運行和維修。電解槽按極板聯接電源方式分單極性和雙極性兩種。雙極性電極電解槽的特點是中間電極靠靜電感應產生雙極性。這種電解槽較單極性電極電解槽的電極連線簡單,運行安全,耗電量顯著減少。陽極與整流器陽極相聯接,陰極與整流器陰極相聯接。通電後,在外電場作用下,陽極失去電子發生氧化反應,陰極獲得電子發生還原反應。廢水流經電解槽,作為電解液,在陽極和陰極分別發生氧化和還原反應,有害物質被去除。這種直接在電極上的氧化或還原反應稱為初級反應。以含氰廢水為例,它在陽極表面上的電化學氧化過程為:CN-+2OH--2e─→CNO-+H2O
2CNO-+4OH--6e─→2CO2↑+N2↑+2H2O氰被轉化為無毒而穩定的無機物。
電解處理廢水也可採用間接氧化和間接還原方式,即利用電極氧化和還原產物與廢水中的有害物質發生化學反應,生成不溶於水的沉澱物,以分離除去有害物質。電鍍含鉻廢水的電解處理過程是:
鐵陽極溶解:
Fe-2e─→Fe2+
6Fe2++Cr2O崼+14H+─→6Fe3++2Cr3++7H2O
CrO厈+3Fe2++8H+─→Cr3++3Fe3++4H2O
在上述電解過程中,廢水中大量氫離子被消耗,氫氧根離子濃度增加,廢水從酸性過渡到鹼性,進而生成氫氧化鉻和氫氧化鐵等物質沉澱下來:
Cr3++3OH-─→Cr(OH)3↓
Fe3++3OH-─→Fe(OH)3↓
把沉澱物質同水分離,達到去除鉻離子,淨化廢水的目的。以上反應式中除鐵陽極發生陽極溶解是初級反應外,其他為次級反應。
在上述電解過程中,除初級反應和次級反應的處理廢水作用外,還因電解水的作用,分別在陰極和陽極產生氫氣和氧氣,這兩種初生態【H】和【O】能對廢水中污染物起化學還原和氧化作用,並能產生細小的氣泡,使絮凝物或油分附在氣泡上浮升至液面以利於排除。這種方法稱為電浮選。此外,由於鐵或鋁製金屬陽極溶解的離子進一步水解,可以成為氫氧化亞鐵或氫氧化鋁等不溶於水的金屬氫氧化物活性混凝劑。這種物質呈多孔性凝膠結構,具有表面電荷作用和較強的吸附作用,能對廢水中的有機或無機污染物起抱合凝聚作用,使污染物相互凝聚而從廢水中分離出來。這種方法稱為電絮凝處理。
由此可見,廢水電解處理包括電極表面上電化學作用、間接氧化和間接還原、電浮選和電絮凝等過程,分別以不同的作用去除廢水中的污染物。