第七章 电化学与环境保护

第七章电化学与环境治理7.1电化学技术与环境污染治理一、液相污染治理二、固相污染治理7.2电化学技术与环境监测一、离子传感器二、气体传感器7.1电化学技术与环境污染治理•一、液相污染治理•近年来,电化学法处理废水已成为研究热点之一。电解法作为一种较为成熟的水处理技术,目前,已广泛用于处理印染废水、制药废水、造纸黑液和含氰、含铬的电镀废水等。在水处理研究中电解槽可兼有氧化、还原、凝聚及上浮等多方面的功能。•金属电沉积具有选择性,30多种金属离子可从水溶液中电沉积到阴极上,包括贵金属和重金属。电镀废水处理工程实例•主要污染物去除工艺•(1)含氰废水的处理。•采用碱性氯化法,其基本原理都是利用次氯酸根的氧化作用将氰化物破坏。选用的氧化剂为NaClO。为使反应达到最佳效果,同时有效控制药剂投加量,采用ORP来控制(控制pH在9左右,以防止CNCl产生)。•经氧化反应后的含氰废水与含铬废水混合后进入高效反应器,通过微电解进一步破氰,最后再汇入综合调节池,与其他废水共同处理。OHClNCOOHClOCNOClCNOClOCN23232222(2)含铬废水的处理。•采用内电解还原法（也是微电解法）,将废水通过特定的高效反应器,金属离子与非金属离子被氧化还原并截流在系统中。•电解法处理含铬废水，以铁板为阳极，并用压缩空气搅拌进行电解。•之后进入综合调节池,调节pH,并与PAC进行反应,最后经沉淀过滤后达标排放。两者便沉淀下来。值时，的氧化铁和氢氧化铬沉淀值不断升高，当达到氢溶液的消耗，废水中的氢离子不断被随着电解反映的发生，。在阴极上的还原很微量离子的还原，原绝大部分是由于亚铁实践证明，六价铬的还还原将溶解下来的阳极反应在阴极上还原其次，还有少量六价铬子放电析出氢气阴极反应：主要是氢离pHpH672614Fe,2)2(7261422)1(323272622232722FeOHCrFeHOCrCrFeeFeOHCreHOCrHeH•在含有氰化物的废水中，在碱性的环境中，电解生成的亚铁离子与氰根生成亚铁氰化络合物，OHCNFeFeCNFeOHFeOHFeOHOOHFeCNFeFeCN12])([)(3)(4)(42)(4)(63644633222462最终，氧化亚铁被继续氧化，在压缩空气搅拌下，氢亚铁。，亚铁离子生成氢氧化同时，在微碱性条件下•(3)酸碱废水的处理。•酸碱废水不仅含有多种重金属离子,还有油渍、有机添加剂等,而且水量大、酸度也大。为了去除有机物,降低中和沉淀时碱的用量,采用中和过滤塔中和与二氧化氯氧化的方法对酸碱废水进行预处理。•处理完成后汇入综合调节池与其他废水一起作进一步处理。该废水中的污染物除酸碱度外主要是油脂类污染物,这也是CODCr的主要构成,处理不当将直接影响出水的排放指标,因此本工艺主要通过氧化处理工艺使得该类污染物最大程度的氧化和分解,从而改变其稳定形态,再通过絮凝过滤处理。化学凝絮剂-PAC•聚合氯化铝是一种高效净水剂，能除菌、除臭、脱色等。由于特性优势突出，适用范围广，用量可比传统净水剂减少30%以上，成本节省40%以上，已成为目前国内外公认的优良净水剂。此外，聚合氯化铝还可用于净化饮用水和自来水给水等特殊水质的处理，如除铁、除镉、除氟、除放射性污染物、除浮油等。近年来聚合氯化铝已发展成为技术成熟、市场销量大的净水剂，并有逐步取代传统净水剂的趋势。•聚丙烯酰胺(Polyscrylamide)简称ＰＡＭ，分子式为：[-CH2-CH(CONH2)]n-,是线状高分子聚合物，分子量在400-2000万之间，固体产品外观为白色或略带黄色粉末，液态为无色粘稠胶体状，易溶于水，温度超过120℃时易分解。•非离子聚丙烯酰胺,用途,污水处理剂:当悬浮性污水显酸性时,采用非离子聚丙烯酰胺作絮凝剂较为合适.这是PAM起吸附架桥作用,使悬浮的粒子产生絮凝沉淀,达到净化污水的目的.也可用于自来水的净化,尤其是和无机絮凝剂配合使用,在水处理中效果最佳.•(4)制版废水的处理。•对于制版废水,同样进入高效反应器,金属离子与非金属离子被氧化还原并截流在系统中,出水经pH调节、混凝沉淀,最后经过滤后排放。生物处理高浓硫酸盐废水•目前我国的水污染十分严重,硫酸盐污染就是一种重要的组成部分,对硫酸盐污染的治理是一项十分迫切的任务。目前对待只含硫酸盐而不含COD的废水主要采取非破坏性技术,如化学沉淀,电渗析,但这些方法很不经济,还容易产生二次污染。对待既含硫酸盐又含COD的废水主要采取破坏性的生物技术。•SRB能够把硫酸盐还原成硫化氢,硫化氢与重金属反应,产生溶解度非常低的金属硫化物,从而使溶解态的重金属离子从溶液中去除出去。硫酸盐还原过程可用方程(1)和(2)表示:•2CH2O+SO42-+2H+=H2S+CO2+H2O(1)•H2S+M2+=MS(S)+2H+(2)•其中:CH2O代表有机化合物,M代表能产生硫化物沉淀的金属(如Fe,Zn,Ni等)。当反应(1)的量超过反应(2)的量时,整个过程导致pH值增高,溶液呈碱性。溶液pH值升高,部分金属离子将以氢氧化物形式沉淀。电镀污泥的处理•（1）电镀污泥的固化/稳定化技术•（2）电镀污泥的热化学处理技术•热化学处理技术(如焚烧、离子电弧及微波等)是在高温条件下对废物进行分解,使其中的某些剧毒成分毒性降低,实现快速、显著地减容,并对废物的有用成分加以利用。•（3）电镀污泥中有价金属的回收技术•a.酸浸法和氨浸法•b.生物浸取法•生物浸取法的主要原理是,利用化能自养型嗜酸性硫杆菌的生物产酸作用,将难溶性的重金属从固相溶出而进入液相成为可溶性的金属离子,再采用适当的方法从浸取液中加以回收。•c.熔炼法和焙烧浸取法•熔炼法处理电镀污泥主要以回收其中的铜、镍为目的。熔炼法以煤炭、焦炭为燃料和还原物质,辅料有铁矿石、铜矿石、石灰石等。熔炼以铜为主的污泥时,炉温在1300℃以上,熔出的铜称为冰铜;熔炼以镍为主的污泥时,炉温在1455℃以上,熔出的镍称为粗镍。冰铜和粗镍可直接用电解法进行分离回收。炉渣一般作建材原料。酸浸法处理电镀污泥酸浸法处理电镀污泥的工艺流程•COD即（ChemicalOxygenDemand）是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。•ORP是英文Oxidation-ReductionPotential的缩写,它表示溶液的氧化还原电位。ORP值是水溶液氧化还原能力的测量指标,其单位是mv。它由ORP复合电极和mv计组成。ORP电极是一种可以在其敏感层表面进行电子吸收或释放的电极,该敏感层是一种惰性金属,通常是用铂和金来制作。参比电极是银/氯化银电极。•微电解(电凝聚)是在外电压作用下,利用可溶性阳极（通常选用铁或铝）产生大量阳离子,对电镀废水进行凝聚沉降,将金属电极置于待处理的废液中,然后通以直流,此时金属阳极发生氧化反应,产生的阳离子在水中水解、聚合生成一系列多核水解产物而起凝聚作用。•同时阴极上产生的还原能力极强的新生态氢可与废水中的污染物起还原反应或生成氢气,在阳极上也有可能有氧气放出,氢气和氧气以微气泡的形式出现,在水处理过程中与悬浮颗粒接触可获得良好的粘附性能,从而提高水处理效率。也成为电浮离。