工業(yè)廢水成分復(fù)雜,常含有毒、難降解有機(jī)物(如酚類、染料、農(nóng)藥),而電氧化技術(shù)對(duì)此類污染物表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。例如,在焦化廢水處理中,采用Ti/SnO?-Sb?O?電極可將苯酚濃度從500 mg/L降至5 mg/L以下,COD去除率達(dá)85%。對(duì)于印染廢水,電氧化能同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫色(降解偶氮鍵)和COD削減,如使用Ti/Pt陽極時(shí),活性艷紅X-3B的脫色率在60分鐘內(nèi)達(dá)99%。該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用需解決電極壽命(如涂層剝落問題)和能耗優(yōu)化(如采用脈沖電流),目前已有模塊化電氧化反應(yīng)器用于電鍍、制藥等行業(yè)的中試案例。電化學(xué)方法使碳鋼腐蝕速率降至0.02mm/a。山西循壞水電極除硬
鈦電極具有良好的穩(wěn)定性,包括化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。在長期的電化學(xué)過程中,其表面的活性涂層不易發(fā)生脫落、溶解或結(jié)構(gòu)變化,能夠保持穩(wěn)定的電催化性能。同時(shí),鈦基體的度和良好的韌性,使得電極在受到機(jī)械振動(dòng)、熱應(yīng)力等外界因素影響時(shí),依然能夠保持結(jié)構(gòu)完整。例如,在電解水制氫設(shè)備中,鈦電極需要在連續(xù)的電解過程中保持穩(wěn)定的工作狀態(tài),其化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性確保了設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行,減少了因電極性能下降而導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)維護(hù)次數(shù)。浙江海水淡化電極設(shè)施新型電極材料耐腐蝕性能優(yōu)異。
一般循環(huán)水管壁的生物膜難以通過常規(guī)殺菌劑清洗,電化學(xué)生成的氫氧自由基(·OH)可氧化破壞生物膜胞外聚合物(EPS),實(shí)現(xiàn)物理剝離。采用脈沖電解模式(頻率100 Hz,占空比50%)時(shí),鈦基電極產(chǎn)生的·OH能滲透至生物膜深層,剝離效率比連續(xù)電解提高40%。某制藥廠案例中,每周運(yùn)行2小時(shí)電化學(xué)處理,生物膜厚度從500 μm降至50 μm以下,換熱效率恢復(fù)至設(shè)計(jì)值的95%。需注意高濃度·OH可能腐蝕非金屬管道(如PVC),建議配合緩蝕劑投加。
循環(huán)水中的鈣鎂離子易形成碳酸鈣和硫酸鈣垢,電化學(xué)除垢技術(shù)通過陰極反應(yīng)(2H?O + 2e? → H?↑ + 2OH?)提高局部pH,促使成垢離子(Ca2?、Mg2?)以疏松形式析出并隨排污水排除。采用網(wǎng)狀不銹鋼陰極時(shí),垢層主要成分為文石型CaCO?(非粘附性),可通過自動(dòng)刮垢裝置清洗。關(guān)鍵參數(shù)包括電流密度(10-30 mA/cm2)、水溫(<60℃)和停留時(shí)間(>30分鐘)。某電廠循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用后,換熱管結(jié)垢速率從3 mm/年降至0.5 mm/年,同時(shí)節(jié)水15%(減少排污量)。該技術(shù)的瓶頸在于高硬度水質(zhì)(>500 mg/L CaCO?)時(shí)能耗上升,需配合水質(zhì)軟化預(yù)處理。電化學(xué)除磷產(chǎn)物純度達(dá)90%可用作磷肥。
氯離子對(duì)電極氧化的影響主要體現(xiàn)在:①競(jìng)爭(zhēng)吸附破壞鈍化膜(Cl?與O2?競(jìng)爭(zhēng)金屬表面位點(diǎn));②形成可溶性金屬氯配合物(如FeCl?);③形成酸性微環(huán)境。當(dāng)Cl?濃度超過300mg/L時(shí),316不銹鋼的點(diǎn)蝕電位會(huì)從+0.35V驟降至+0.05V。值得注意的是,Cl?/SO?2?比值超過0.5時(shí),協(xié)同效應(yīng)會(huì)明顯加劇腐蝕,這解釋了為何海水冷卻系統(tǒng)需要特種合金電極。
硫酸鹽還原菌(SRB)等微生物可通過獨(dú)特機(jī)制加速電極氧化:①分泌酸性代謝物;②形成差異通氣電池;③直接參與電子轉(zhuǎn)移。研究發(fā)現(xiàn)SRB存在時(shí),碳鋼腐蝕速率可達(dá)無菌環(huán)境的5-10倍。更復(fù)雜的是,微生物生物膜會(huì)導(dǎo)致電極表面pH梯度變化,某些區(qū)域pH可低至2-3,這種微區(qū)酸化現(xiàn)象常規(guī)探頭難以檢測(cè),需借助微電極陣列進(jìn)行空間分辨測(cè)量。 電化學(xué)處理使軍團(tuán)菌檢出率降為零。廣東循壞水電極
電化學(xué)沉積回收銅純度達(dá)99.5%。山西循壞水電極除硬
電極材料是電氧化技術(shù)的重要部分,其催化活性、穩(wěn)定性和成本直接決定應(yīng)用可行性。目前研究較多的包括金屬氧化物電極(如Ti/RuO?、Ti/PbO?)、BDD電極及碳基電極(如石墨、碳?xì)郑i/RuO?電極具有高析氧電位(1.6 V vs. SHE),適合處理含氯廢水,但易發(fā)生析氧副反應(yīng);Ti/PbO?電極成本較低且催化活性強(qiáng),但長期運(yùn)行后Pb溶出可能造成二次污染。BDD電極因其化學(xué)惰性和超高氧析出電位(>2.3 V)成為難降解有機(jī)物處理的理想選擇,但制備成本限制了大規(guī)模應(yīng)用。未來趨勢(shì)是開發(fā)復(fù)合涂層電極(如SnO?-Sb/Ti)或非貴金屬催化劑,以兼顧性能與經(jīng)濟(jì)性。山西循壞水電極除硬