電化學(xué)氧化法是一種通過電化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)氧化處理的方法。通常情況下電化學(xué)氧化法指的是通過催化活性電極反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基,并進行處理的方式,能夠有效處理部分難以降解的污染物。
而狹義的電化學(xué)氧化是特指陽極過程,在電解槽中放入有機物的溶液或懸浮液,通過直流電,在陽極上奪取電子使有機物氧化或是先使低價金屬氧化為高價金屬離子,然后高價金屬離子再使有機物氧化的方法。通常,有機物的某些官能團具有電化學(xué)活性,通過電場的強制作用,官能團結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而改變了有機物的化學(xué)性質(zhì),使其毒性減弱以至消失,增強了生物可降解性。
電化學(xué)氧化分為直接氧化和間接氧化兩種。直接氧化(直接電解)是指污染物在電極上直接被氧化而從廢水中去除,又可分為陽極過程和陰極過程。陽極過程就是污染物在陽極表面氧化而轉(zhuǎn)化成毒性較小的物質(zhì)或易生物降解的物質(zhì),從而達到削減、去除污染物的目的。陰極過程就是污染物在陰極表面還原而得以去除,主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。
這一陰極過程,又可稱為電化學(xué)還原,是利用不銹鋼陰極或Ti基鍍Pt電極授予電子,相當(dāng)于還原劑將Cr、Hg等重金屬離子還原沉積出來。高氧化態(tài)離子還原為低氧化態(tài)(六價鉻變?yōu)槿齼r鉻);含氯有機物還原脫氯,轉(zhuǎn)化為低毒或無毒物質(zhì),提高生物可降解性:
R-Cl +H+e →R-H + Cl
間接氧化(間接電解)是指利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑或催化劑,使污染物轉(zhuǎn)化成毒性更小的物質(zhì)。間接電解分為可逆過程和不可逆過程??赡孢^程(媒介電化學(xué)氧化)是指氧化還原物在電解過程中可電化學(xué)再生和循環(huán)使用。不可逆過程是指利用不可逆電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì),如具有強氧化性的Cl、氯酸鹽、次氯酸鹽、HO和O等氧化有機物的過程,還可以利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生強氧化性的中間體, 包括溶劑化電子、·HO、·HO(超氧化氫自由基)、·O(超氧陰離子自由基)等自由基,降解消除水中的氰、酚以及COD、 S等污染物,最終轉(zhuǎn)化為無害物質(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。在直接或間接氧化過程中,一般都伴有析出H或O的副反應(yīng),但通過電極材料的選擇和電勢控制可使副反應(yīng)得到抑制。
電化學(xué)氧化法對于海洋油田廢水、印染廢水、高濃度的滲濾液、富含氨氮和氰的廢水等有機物濃度高、組分復(fù)雜、難降解物質(zhì)多、色度大的廢水,取得了較好的結(jié)果。電化學(xué)氧化技術(shù)借助具有電化學(xué)活性的陽極材料,能有效形成氧化能力極強的羥基自由基,既能使持久性有機污染物發(fā)生分解并轉(zhuǎn)化為無毒性的可生化降解物質(zhì),又可將之完全礦化為二氧化碳或碳酸鹽等物質(zhì)。
電化學(xué)氧化法的優(yōu)點在于操作簡單、無需添加化學(xué)藥劑,同時可以針對不同的污染物質(zhì)采用不同的電極材料,以達到更好的處理效果。它適用于含有難以降解的有機物、重金屬離子等污染物的工業(yè)廢水處理。但是,電化學(xué)氧化法存在著能耗高、設(shè)備建設(shè)成本高等缺點,限制了其在工業(yè)實踐中的應(yīng)用。