En los últimos años, con el continuo desarrollo y mejora de la tecnología de tratamiento de agua, la tecnología de tratamiento de agua electroquímico ha sido cada vez más valorada y aplicada debido a su alta tasa de degradación, operación simple y características libres de contaminación. Debido a que existen muchas subdivisiones de la tecnología de tratamiento electroquímico de agua, aquí solo se analizan e intercambian la oxidación electroquímica y la microelectrólisis.
1. Principio del tratamiento del agua por oxidación electrocatalítica.
Oxidación electroquímica:
En términos generales, la oxidación electroquímica en realidad se refiere a todo el proceso de electroquímica. Se basa en el principio de reacción redox y se producen reacciones electroquímicas directas o indirectas en los electrodos del electrolizador de oxidación electrocatalítica, reduciendo o eliminando así los contaminantes de las aguas residuales.
En un sentido estricto, la oxidación electroquímica se refiere específicamente al proceso anódico, en el que se coloca una solución o suspensión de materia orgánica en la celda electrolítica y se utiliza corriente continua para capturar electrones en el ánodo para oxidar la materia orgánica, o primero oxidan metales de baja valencia a iones metálicos de alta valencia, y luego los iones metálicos de alta valencia oxidan la materia orgánica. Generalmente, algunos grupos funcionales de la materia orgánica son electroquímicamente activos. Mediante la acción forzada del campo eléctrico se modifica la estructura de los grupos funcionales, cambiando así las propiedades químicas de la materia orgánica, reduciendo su toxicidad o incluso eliminándola, y potenciando su biodegradabilidad. La oxidación electroquímica se divide en oxidación directa y oxidación indirecta.
La oxidación directa (electrólisis directa) se refiere a la eliminación de contaminantes de las aguas residuales mediante oxidación directa en el electrodo electrocatalítico, que se puede dividir en proceso anódico y proceso catódico. El proceso anódico consiste en que los contaminantes se oxidan en la superficie del ánodo y se convierten en sustancias menos tóxicas o fácilmente biodegradables, logrando así el propósito de reducir y eliminar los contaminantes. El proceso catódico consiste en que los contaminantes se reducen en la superficie del cátodo y se eliminan, y se utiliza principalmente para la reducción y deshalogenación de hidrocarburos halogenados y la recuperación de metales pesados. Este proceso catódico, también conocido como reducción electroquímica, consiste en el uso de cátodos de acero inoxidable o electrodos recubiertos de Pt a base de Ti para otorgar electrones, lo que equivale a la reducción y deposición de iones de metales pesados como Cr6+ y Hg2+ por agentes reductores. Los iones con un estado de oxidación alto se reducen a estados de oxidación bajos (el cromo hexavalente se convierte en cromo trivalente); La materia orgánica que contiene cloro se reduce y declora, se convierte en sustancias poco tóxicas o no tóxicas y se mejora la biodegradabilidad: R-Cl +H++e →RH + Cl-
La oxidación indirecta (electrólisis indirecta) se refiere al uso de sustancias redox generadas electroquímicamente como reactivos o catalizadores para convertir contaminantes en sustancias menos tóxicas. La electrólisis indirecta se divide en procesos reversibles y procesos irreversibles. El proceso reversible (oxidación electroquímica mediada) significa que el redox puede regenerarse y reciclarse electroquímicamente durante el proceso de electrólisis. Proceso irreversible se refiere al proceso de oxidación de materia orgánica utilizando sustancias producidas por reacciones electroquímicas irreversibles, como Cl2, clorato, hipoclorito, H2O2 y O3 con fuertes propiedades oxidantes. Las reacciones electroquímicas también se pueden utilizar para producir intermediarios oxidantes fuertes, incluidos electrones solvatados, ·HO, ·HO2 (radicales superóxido), ·O2- (radicales aniónicos superóxido) y otros radicales libres, que degradan y eliminan el cianuro, el fenol. , DQO, S2- y otros contaminantes del agua, y eventualmente convertirlos en sustancias inofensivas. Para la oxidación directa en el ánodo, si la concentración de los reactivos es demasiado baja, la reacción electroquímica de la superficie estará limitada por el paso de transferencia de masa; para la oxidación indirecta, no existe tal limitación. En los procesos de oxidación directa o indirecta, generalmente hay reacciones secundarias de precipitación de H2 u O2, pero las reacciones secundarias pueden suprimirse mediante la selección de materiales de electrodos y el control de potencial.
La oxidación electroquímica ha logrado buenos resultados en aguas residuales con alta concentración orgánica, componentes complejos, muchas sustancias difíciles de degradar y alta cromaticidad, como aguas residuales de yacimientos petrolíferos marinos, aguas residuales de impresión y teñido, lixiviados de alta concentración y aguas residuales ricas en nitrógeno amoniacal y cianuro. La tecnología de oxidación electroquímica puede formar eficazmente radicales libres de hidroxilo con una fuerte capacidad oxidante con la ayuda de materiales anódicos electroquímicamente activos, que no sólo pueden descomponer los contaminantes orgánicos persistentes y convertirlos en sustancias biodegradables no tóxicas, sino también mineralizarlos completamente en sustancias como el carbono. dióxido o carbonatos.
Se puede aplicar a: aguas residuales industriales difíciles de degradar con alta concentración de contaminantes orgánicos, alto contenido de sal, color único, mala biodegradabilidad o tipos de aguas residuales que son difíciles de degradar con tecnología de tratamiento de agua convencional.
2. Tecnología de tratamiento de agua por microelectrólisis.
En la década de 1970, los científicos de la antigua Unión Soviética utilizaron limaduras de hierro para tratar las aguas residuales de impresión y teñido, y desde entonces se ha aplicado la microelectrólisis al tratamiento de las aguas residuales. Mi país inició la investigación en este campo en los años 1980. Con la profundización de la investigación, la tecnología de microelectrólisis está ganando atención en la tecnología de tratamiento de aguas residuales industriales difíciles de degradar y se ha aplicado en la práctica de la ingeniería.
El principio de la microelectrólisis también es relativamente sencillo. Es un proceso que utiliza el principio de corrosión del metal para formar una batería primaria para tratar aguas residuales. Este método utiliza chatarra como materia prima, no consume recursos eléctricos y tiene el significado de "tratar residuos con residuos". Específicamente, la columna de electrólisis interna del método de microelectrólisis a menudo utiliza chatarra y carbón activado como rellenos, y produce iones Fe2+ con fuertes propiedades reductoras a través de reacciones químicas, que pueden reducir ciertos componentes oxidantes en las aguas residuales; además, se puede utilizar la floculación de Fe(OH)2 para el tratamiento del agua; el C activo tiene un efecto de adsorción y puede adsorber materia orgánica y microorganismos; por lo tanto, el método de microelectrólisis consiste en generar una corriente débil a través de una batería primaria compuesta de hierro-carbono, que tiene un efecto estimulante sobre el crecimiento y metabolismo de los microorganismos. La ventaja del método de tratamiento de agua por electrólisis interna es que no consume energía y este método puede eliminar una variedad de contaminantes y cromaticidad en las aguas residuales y, al mismo tiempo, mejorar la biodegradabilidad de sustancias difíciles de degradar. La tecnología de tratamiento de agua por microelectrólisis se utiliza generalmente en combinación con otras tecnologías de tratamiento de agua como método de pretratamiento o método complementario para mejorar la tratabilidad y biodegradabilidad de las aguas residuales. Pero al mismo tiempo, el método de tratamiento de agua por microelectrólisis también tiene desventajas, las desventajas son que la velocidad de reacción es relativamente lenta, el reactor se obstruye fácilmente y es difícil tratar aguas residuales de alta concentración.
Como nuevo método de tratamiento de aguas residuales, la tecnología de microelectrólisis de hierro-carbono se utilizó inicialmente en el tratamiento de aguas residuales de impresión y teñido. Además, también hay muchas investigaciones y aplicaciones en el tratamiento de muchas aguas residuales ricas en materia orgánica, como aguas residuales de fabricación de papel, aguas residuales farmacéuticas, aguas residuales de coque, aguas residuales orgánicas de alta salinidad y aguas residuales de galvanoplastia, aguas residuales petroquímicas, aguas residuales de pesticidas y aguas residuales de arsénico. aguas residuales que contienen cianuro. En el tratamiento de aguas residuales orgánicas, los grupos oxidantes de la materia orgánica son reducidos por los nuevos iones ferrosos ecológicos, que tienen efectos de adsorción, floculación, complejación y electrodeposición. El método de microelectrólisis no sólo puede eliminar la materia orgánica, sino también eliminar la DQO y mejorar la biodegradabilidad, creando las condiciones para un tratamiento posterior.
En aplicaciones prácticas, el método de microelectrólisis hierro-carbono ha demostrado sus ventajas, pero también plantea problemas como el endurecimiento y el ajuste del pH. Estos problemas han restringido el desarrollo posterior del proceso. Esto requiere más investigación para crear condiciones más favorables para que la tecnología de microelectrólisis de hierro-carbono pueda tratar aguas residuales industriales a gran escala.
El tratamiento electroquímico del agua también se puede utilizar en combinación con otros métodos para mejorar en gran medida la eficiencia y la calidad del tratamiento de aguas residuales. Actualmente, la tecnología de tratamiento de aguas residuales que más se está estudiando es la combinación de métodos electroquímicos y biológicos. Después de combinar estos dos métodos, varios contaminantes del agua pueden degradarse y tratarse eficazmente mediante el tratamiento conjunto de tecnología biológica y electroquímica. La débil corriente generada por el proceso de reacción electroquímica puede estimular eficazmente la actividad metabólica de los microorganismos, promoviendo así la eficiencia del tratamiento biológico. Por lo tanto, la combinación de estos dos métodos tiene ventajas que son difíciles de lograr con otros métodos en el tratamiento de aguas residuales difíciles de biodegradar y la electrólisis incompleta de aguas residuales.
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