一、引言

近年來(lái)，石油勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)增多,所產(chǎn)生的污染物也隨之增加,對(duì)環(huán)境造成的污染日趨嚴(yán)重.如何有效的控制和治理在開(kāi)采和使用石油過(guò)程中造成的環(huán)境污染，以成為世界各國(guó)面臨的重要課題。油田廢水成分復(fù)雜,除了含有可溶性鹽類和重金屬、懸浮物、乳化的原油、固體顆粒、硫化氫等天然的雜質(zhì)外，還含有一些用來(lái)改變采出水性質(zhì)的化學(xué)添加劑，以及注入地層的酸類、除氧劑、潤(rùn)滑劑、殺菌劑、防垢劑等。

油田廢水中主要污染物及排放標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)

污染物 石油類 CODcr SS 硫化物 揮發(fā)酚 BOD5

污染物含量 20-200 100-1200 70-200 20-60 0.1-0.5 50-100

排放標(biāo)準(zhǔn) 10 150 20 1.0 0.5 30

在污水處理技術(shù)研究方面，國(guó)外早在四十年代，國(guó)內(nèi)從六十年代開(kāi)始，就不斷的研究和應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)處理化工、農(nóng)藥、印染、制革、油田等多種廢水。一些成分較簡(jiǎn)單、生物降解性較好、濃度較低的工業(yè)廢水都可通過(guò)組合傳統(tǒng)工藝而得以處理，但對(duì)于高濃度廢水，如印染、煉油、制藥等廢水則因技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因，治理難度較大。因此，探求有效處理難生化、難降解污染物的技術(shù)，成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。

電化學(xué)是最近發(fā)展起來(lái)的新技術(shù),作為處理多種廢水的有效方法之一，因其處理效果高、操作簡(jiǎn)便、與環(huán)境兼容等優(yōu)點(diǎn)引起了研究者的廣泛關(guān)注。它可以廣泛用于水的澄清、脫色、殺菌、除有機(jī)物質(zhì)和鋁、硅、鐵、錳的化合物、重金屬離子、浮游生物細(xì)胞、放射性物質(zhì)等。

電化學(xué)技術(shù)使用電子這一無(wú)毒、無(wú)害且價(jià)格低廉的強(qiáng)氧化還原劑，通過(guò)方便地控制電極電勢(shì)，就可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的氧化或還原。一方面可以用于工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，是一種基本上對(duì)環(huán)境無(wú)污染的“綠色”生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)環(huán)境可起到直接的保護(hù)作用;另一方面，應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)治理環(huán)境污染，通過(guò)氧化或還原除去對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，對(duì)環(huán)境起到簡(jiǎn)潔的保護(hù)作用，在國(guó)內(nèi)外都得到了重視。此外應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)檢測(cè)環(huán)境中的污染物以及開(kāi)發(fā)化學(xué)電源，在環(huán)境保護(hù)工程中都具有廣泛的應(yīng)用前景。電解法水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.過(guò)程中產(chǎn)生的?OH無(wú)選擇的直接與廢水中的有機(jī)污染物反應(yīng)將其降解為二氧化碳、水和簡(jiǎn)單有機(jī)物，沒(méi)有或很少產(chǎn)生二次污染。

2.能量效率高電化學(xué)過(guò)程一般在常溫常壓下就可以進(jìn)行。

3.既可以作為單獨(dú)處理，又可以與其他處理相結(jié)合，如作為前處理，可以提高廢水的可生物降解性。

4.電解設(shè)備及其操作一般比較簡(jiǎn)單，如設(shè)計(jì)合理費(fèi)用并不昂貴。

因此，在國(guó)外，電解法水處理技術(shù)被稱為“環(huán)境友好”技術(shù)。

二、研究進(jìn)展

電解法的應(yīng)用已有較長(zhǎng)的歷史，在源水和多種行業(yè)廢水處理中有著廣泛的應(yīng)用。

(一)污水處理

電解法處理印染廢水早有應(yīng)用，這方面的報(bào)道很多。Sheng H.Lin等應(yīng)用電解法處理印染廢水的研究結(jié)果表明向廢水中投加40mg/L的PAC可提高處理效率。當(dāng)電流密度在92.5A/m2左右時(shí)其COD的去除率為51%[6]。之后，他們將電解法，化學(xué)混凝和活性污泥法工藝組合在一起進(jìn)行印染廢水處理。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)器中水停留時(shí)間為18min，電流密度為53.4A/m2時(shí)，組合工藝COD總?cè)コ食^(guò)85%。

用電解法處理油乳膠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋁反應(yīng)器優(yōu)于鐵反應(yīng)器，前者除油率較高，能耗較低還發(fā)現(xiàn)后者中加入硫酸鐵可提高除油效率。用電解法處理煉油廠含油廢水，出水中的含油量和懸浮物含量較低，可達(dá)到生化處理和工業(yè)水排放標(biāo)準(zhǔn)。

用電解法做的對(duì)懸浮物和有機(jī)物去除效果實(shí)驗(yàn)得出：懸浮物去除率達(dá)96%，CODcr及BOD5去除率分別為81%和79.5%[10]。由該法處理高濃度表面活性劑廢水的研究得知，槽電壓主要消耗在溶液電阻上，表面活性劑對(duì)電極反應(yīng)抑制作用較弱。

(二)給水凈水

電解法可同時(shí)除去水中的有機(jī)物、細(xì)菌、有毒重金屬和其他毒物，降低濁度，是一種很有前途的給水凈化方法。Calvin用電解法處理含有銅、鋁、鋅及氰化物的地下水，研究結(jié)果表明，對(duì)其中每一種污染物的去除都達(dá)到預(yù)處理的標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的處理系統(tǒng)(氰化物氧化/堿性沉淀法/高聚物-酸凈化)相比電解法處理成本較低。

高濁度水處理被列為水質(zhì)凈化處理的兩大難題之一。采用二級(jí)電解法、二級(jí)斜管沉淀、三級(jí)濾料過(guò)濾，并配合二級(jí)沉淀物回流的新工藝，將濁度為10000度的源水在42min內(nèi)一次凈化為濁度小于3度的飲用水。用鐵做電極處理污染的河水時(shí)，細(xì)菌與濁度的去除效果都是非常顯著。增大電流密度可提高CODCr和細(xì)菌的去除率與速率，但達(dá)到相同去除率的能耗將增大。

國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水中鐵含量不得超過(guò)0.3mg/L。在壓力式電凝聚SS濾料過(guò)濾除鐵的裝置中，源水中的Fe2+經(jīng)過(guò)Al(OH)3(使用鋁電極)吸附，再經(jīng)SS濾料過(guò)濾，便可除去。當(dāng)原水中含鐵量小于30mg/L時(shí)，處理后的水均能達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

導(dǎo)電板置于不通電帶相反電荷的兩極之間時(shí)，將從中性變?yōu)槠鋬蛇厧吓c其鄰近平行電極相反的電荷，從而構(gòu)成雙極電極。利用雙電極鋁電極系統(tǒng)能有效地脫除薩哈拉水體中的氟，并且在電解法處理過(guò)程中鋁不會(huì)污染天然水。

三、原理

(一).電解法處理廢水的實(shí)質(zhì)，就是直接或間接的利用電解作用，把水中污染物去除，或把有毒物質(zhì)變成無(wú)毒或低毒物質(zhì)。電解槽陽(yáng)極可分為可溶性陽(yáng)極與不溶性陽(yáng)極兩類，不溶性陽(yáng)極是用鉑，石墨制成的，在電解過(guò)程中本身不參與反應(yīng)，只起傳導(dǎo)電子的作用。而可溶性陽(yáng)極是采用鐵，鋁等可溶性金屬制成的，在電解過(guò)程中本身溶解，金屬原子放出電子而氧化成正離子進(jìn)入溶液，這些正離子或沉積于陰極，或形成金屬氫氧化物，可作為混凝劑，起凝聚作用。用電解法或電化學(xué)法處理廢水，按照去除對(duì)象以及產(chǎn)生的電化學(xué)作用來(lái)區(qū)分，又可分為電化學(xué)氧化，電化學(xué)還原，電氣浮，電凝聚等法。

四、電化學(xué)方式

1.電化學(xué)氧化法

電化學(xué)氧化法是利用陽(yáng)極的直接電極反應(yīng)(如CN-的陽(yáng)極氧化)與某些陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物(如Cl2,ClO-,O2等)間接的氧化作用(如陽(yáng)極產(chǎn)物Cl2除氰脫色)來(lái)使廢水中污染物氧化破壞。實(shí)際上，為了強(qiáng)化陽(yáng)極的氧化作用，同常投加一定量的食鹽，進(jìn)行所謂電氯化，這時(shí)陽(yáng)極的直接氧化作用和間接氧化作用往往同時(shí)起作用。電化學(xué)氧化法主要用于去除水中氰，酚以及COD，S2-等。

2.電化學(xué)還原

電解槽的陰極可以給出電子，相當(dāng)于還原劑，可使廢水中的重金屬離子還原出來(lái)，沉積于陰極，予以回收利用。還可把六價(jià)鉻(CrO2-4或Cr2O72-)及五價(jià)砷(AsO3-或As43-)分別還原為Cr3+ 及AsH3，予以去除或回收。

3.電氣浮法

廢水電解時(shí)，由于水的電解及有機(jī)物的電解氧化，在陽(yáng)極，陰極表面上會(huì)有氣體(如H2, ,O2 ,CO2 ,Cl2等)，呈微小氣泡析出，它們?cè)谏仙^(guò)程中，可粘附水中雜質(zhì)微粒及油類浮到水面而分離。利用這一原理的技術(shù)或方法稱為電氣浮法，又稱電解浮上法。電解時(shí)，不僅有氣泡浮上作用，而且還兼有凝聚，共沉，電化學(xué)氧化，電化學(xué)還原等作用。

廢水在直流電場(chǎng)作用下，水被電解，在陽(yáng)極析出氧，在陰極析出氫。電解氧化時(shí)，有機(jī)物可生成CO2，氯化物可產(chǎn)生Cl2。電解產(chǎn)生的氣泡粒徑很小，而且密度也小，因此，電解氣泡捕獲雜質(zhì)的能力比加壓氣浮，機(jī)械液輪氣浮為高，而且浮載能力也高。

該方法具有去除的污染物范圍廣，泥沙量少，工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備小等優(yōu)點(diǎn);主要缺點(diǎn)是能耗大，與其他方法配合使用則比較經(jīng)濟(jì)。

4.電凝聚法

電解凝聚(亦稱電凝聚或電混凝)是以鋁鐵等金屬為陽(yáng)極，在直流電的作用下受到電化學(xué)腐蝕，具有可溶性，Al3+，F(xiàn)e3+以離子狀態(tài)溶入溶液中，經(jīng)過(guò)水解反應(yīng)可生成多核羥基絡(luò)合物以及氫氧化物，作為混凝劑對(duì)水中懸浮物及膠體進(jìn)行凝聚處理。與此同時(shí)，由于陽(yáng)極的氧化作用和陰極的還原作用，能去除水中多種污染物，如許多可溶性有機(jī)物可通過(guò)陽(yáng)極氧化而去處，二價(jià)鐵可氧化為三價(jià)的氫氧化鐵再沉淀去處。

電凝聚法可用于去除廢水的濁度與色度，從水中除去鐵、硅的化合物，重金屬離子等污染物。例如，國(guó)外采用電凝聚法處理污染的河水以提供飲用水，是以鋁板作電極，槽電壓為13.6V，電流密度為 0.5A/dm2，能比較完全的除去水中的色度，且可降低耗氧量、堿度、硬度、含鐵量。電能消耗為0.3kw.h/m3(水)，鋁耗量為7g/m3(水)。

電凝聚法的優(yōu)點(diǎn)：裝置緊湊，占地面積小，可去除的污染物廣，反應(yīng)迅速，使用的范圍寬，形成的沉渣密實(shí)。缺點(diǎn)是極板需消耗大量金屬，電耗也較高。

(二)過(guò)濾

在廢水處理中，常用過(guò)濾處理沉淀或澄清池出水，由于濾料顆粒(如石英砂，無(wú)煙煤等)之間存在空隙，原水穿過(guò)一定深度的濾層，水中的懸浮物即被截留，使濾后出水的渾濁度滿足用水要求;過(guò)濾常作為吸附，里子交換，膜分理法等預(yù)處理手段，也做為生化處理后的深度處理，使濾后水達(dá)到回用的要求。

1、過(guò)濾的機(jī)理

過(guò)濾的作用，不僅可截留水中懸浮物，而且通過(guò)過(guò)濾層還可把水中的有機(jī)物，細(xì)菌乃至病毒隨著懸浮物的降低而被大量去除。濾池的凈水原理如下：

(1)阻力截留

當(dāng)廢水自上而下流過(guò)粒狀濾料層時(shí)，粒徑較大的懸浮顆粒首先被截留在表層濾料的空隙中，隨著此層濾料間的空隙越來(lái)越小，截污能力也變得越來(lái)越大，逐漸形成一層主要由被截留的固體顆粒構(gòu)成的濾膜，并由它起主要的過(guò)濾作用。這種作用屬阻力截留或篩濾作用。懸浮物粒徑越大，表層濾料和濾速越小，就越容易形成表層篩濾膜，濾膜的截污能力也越高。

(2)重力沉降

廢水通過(guò)濾料層時(shí)，眾多的濾料表面提供了巨大的沉降面積。重力沉降強(qiáng)度主要與濾料直徑及過(guò)濾速度有關(guān)。濾料越小，沉降面積越大，濾速越小，則水流越平穩(wěn)，這些都有利于懸浮物的沉降。

(3)接觸絮凝

由于濾料具有極大的比表面積，它與懸浮物之間有明顯的物理吸附作用。此外，砂粒在水中常帶有表面負(fù)電荷，能吸附帶電膠體，從而在濾料表面形成帶正電荷的薄膜并進(jìn)而吸附帶負(fù)電荷的粘土和多種有機(jī)物等膠體，在砂粒上形成接觸絮凝。

在實(shí)際過(guò)濾過(guò)程中，上述三中機(jī)理往往同時(shí)起作用。只是隨條件不同而有主次之分。對(duì)粒徑較大的懸浮顆粒，以阻力截留為主，因這一過(guò)程主要發(fā)生在濾料表層，通常稱為表面過(guò)濾。對(duì)于細(xì)微懸浮物，以發(fā)生在濾料深層的重力沉降和接觸絮凝為主，稱為深層過(guò)濾。

2、快濾池介紹

過(guò)濾工藝：包括過(guò)濾和反洗兩個(gè)基本階段。過(guò)濾時(shí)，廢水由水管經(jīng)閘門進(jìn)入池內(nèi)，并通過(guò)濾層和墊層流到池底，水中的懸浮物和膠體被截留于濾料表面和內(nèi)層孔隙中，過(guò)濾水由集水系統(tǒng)經(jīng)閘門排出。隨著過(guò)濾過(guò)程的進(jìn)行，污物在濾料層中不斷積累，濾料層內(nèi)的孔隙由上至下逐漸被堵塞，水流通過(guò)濾料層的阻力和水頭損失隨之逐步增大，當(dāng)水頭損失達(dá)到允許的最大值時(shí)或出水水質(zhì)達(dá)某一定值時(shí)，這時(shí)濾池就要停止過(guò)濾，進(jìn)行反沖洗工作。沖洗時(shí)，沖洗水的流向與過(guò)濾完全相反，是從濾池的底部向?yàn)V池上部流動(dòng)，故叫反沖洗。沖洗水的流向是：首先進(jìn)入配水系統(tǒng)向上流過(guò)承拖層和濾料層，沖走沉積于濾層中的污物，并夾帶著污物進(jìn)入洗砂排水槽，由此經(jīng)閘門排出池外。沖洗完畢后，即可進(jìn)行下一循環(huán)的過(guò)濾。從過(guò)濾開(kāi)始到過(guò)濾停止之間的過(guò)濾時(shí)間叫做濾池的工作周期它同濾料組成，進(jìn)出水水質(zhì)等因素有關(guān)。

五、結(jié)論與展望

電解法水處理技術(shù)從產(chǎn)生到現(xiàn)在，已經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)間未能廣泛應(yīng)用的主要原因是電流效率低，而且缺乏電化學(xué)降解的機(jī)理直接的實(shí)驗(yàn)支持。要解決這個(gè)問(wèn)題必須從有關(guān)理論出發(fā)，合理地設(shè)計(jì)電解反應(yīng)器。有理由相信，隨著現(xiàn)代電化學(xué)工程理論的完善和實(shí)驗(yàn)室研究的深入，電解法水處理技術(shù)必將在廢水處理方面得到廣泛的應(yīng)用。

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