Nos últimos anos, com o contínuo desenvolvimento e melhoria da tecnologia de tratamento de água, a tecnologia eletroquímica de tratamento de água tem sido cada vez mais valorizada e aplicada devido à sua alta taxa de degradação, operação simples e características livres de poluição. Como existem muitas subdivisões da tecnologia eletroquímica de tratamento de água, aqui apenas a oxidação eletroquímica e a microeletrólise são discutidas e trocadas.
1. Princípio do tratamento de água por oxidação eletrocatalítica
Oxidação eletroquímica:
Em termos gerais, a oxidação eletroquímica, na verdade, refere-se a todo o processo de eletroquímica. Baseia-se no princípio da reação redox, e reações eletroquímicas diretas ou indiretas ocorrem nos eletrodos do eletrolisador de oxidação eletrocatalítica, reduzindo ou removendo poluentes das águas residuais.
Em sentido estrito, oxidação eletroquímica refere-se especificamente ao processo anódico, no qual uma solução ou suspensão de matéria orgânica é colocada na célula eletrolítica, e corrente contínua é usada para capturar elétrons no ânodo para oxidar a matéria orgânica, ou para primeiro oxidam metais de baixa valência em íons metálicos de alta valência e, em seguida, os íons metálicos de alta valência oxidam a matéria orgânica. Geralmente, alguns grupos funcionais da matéria orgânica são eletroquimicamente ativos. Através da acção forçada do campo eléctrico, a estrutura dos grupos funcionais altera-se, alterando assim as propriedades químicas da matéria orgânica, reduzindo a sua toxicidade ou mesmo eliminando-a, e aumentando a sua biodegradabilidade. A oxidação eletroquímica é dividida em oxidação direta e oxidação indireta.
A oxidação direta (eletrólise direta) refere-se à remoção de poluentes das águas residuais por oxidação direta no eletrodo eletrocatalítico, que pode ser dividida em processo anódico e processo catódico. O processo anódico consiste em que os poluentes são oxidados na superfície do ânodo e convertidos em substâncias menos tóxicas ou facilmente biodegradáveis, atingindo assim o objetivo de reduzir e remover poluentes. O processo catódico consiste na redução e remoção dos poluentes na superfície do cátodo, que é utilizado principalmente para a redução e desalogenação de hidrocarbonetos halogenados e a recuperação de metais pesados. Este processo catódico também conhecido como redução eletroquímica consiste no uso de cátodos de aço inoxidável ou eletrodos banhados em Pt à base de Ti para conceder elétrons o que equivale à redução e deposição de íons de metais pesados como Cr6+ e Hg2+ reduzindo agentes. Os íons em alto estado de oxidação são reduzidos a estados de baixa oxidação (o cromo hexavalente torna-se cromo trivalente); a matéria orgânica contendo cloro é reduzida e desclorada, convertida em substâncias pouco tóxicas ou não tóxicas, e a biodegradabilidade é melhorada: R-Cl +H++e →RH + Cl-
A oxidação indireta (eletrólise indireta) refere-se ao uso de substâncias redox geradas eletroquimicamente como reagentes ou catalisadores para converter poluentes em substâncias menos tóxicas. A eletrólise indireta é dividida em processos reversíveis e processos irreversíveis. Processo reversível (oxidação eletroquímica mediada) significa que o redox pode ser regenerado eletroquimicamente e reciclado durante o processo de eletrólise. Processo irreversível refere-se ao processo de oxidação da matéria orgânica utilizando substâncias produzidas por reações eletroquímicas irreversíveis, como Cl2, clorato, hipoclorito, H2O2 e O3 com fortes propriedades oxidantes. As reações eletroquímicas também podem ser usadas para produzir intermediários oxidantes fortes, incluindo elétrons solvatados, ·HO, ·HO2 (radicais superóxido), ·O2- (radicais ânion superóxido) e outros radicais livres, que degradam e eliminam cianeto, fenol , COD, S2- e outros poluentes na água e, eventualmente, convertê-los em substâncias inofensivas. Para a oxidação direta no ânodo, se a concentração dos reagentes for muito baixa, a reação eletroquímica da superfície será limitada pela etapa de transferência de massa; para oxidação indireta, não existe tal limitação. Em processos de oxidação direta ou indireta, geralmente há reações colaterais de precipitação de H2 ou O2, mas as reações colaterais podem ser suprimidas pela seleção de materiais de eletrodo e controle de potencial.
A oxidação eletroquímica alcançou bons resultados para águas residuais com alta concentração orgânica, componentes complexos, muitas substâncias difíceis de degradar e alta cromaticidade, como águas residuais de campos petrolíferos offshore, águas residuais de impressão e tingimento, lixiviados de alta concentração e águas residuais ricas em nitrogênio amoniacal e cianeto. A tecnologia de oxidação eletroquímica pode efetivamente formar radicais livres de hidroxila com forte capacidade oxidante com a ajuda de materiais anódicos eletroquimicamente ativos, que podem não apenas decompor poluentes orgânicos persistentes e convertê-los em substâncias biodegradáveis não tóxicas, mas também mineralizá-los completamente em substâncias como carbono dióxido ou carbonatos.
Pode ser aplicado a: águas residuais industriais difíceis de degradar com alta concentração de poluentes orgânicos, alto teor de sal, cor única, baixa biodegradabilidade ou tipos de águas residuais que são difíceis de degradar com tecnologia convencional de tratamento de água.
2. Tecnologia de tratamento de água por microeletrólise
Na década de 1970, cientistas da antiga União Soviética usaram limalha de ferro para tratar águas residuais de impressão e tingimento e, desde então, a microeletrólise tem sido aplicada ao tratamento de águas residuais. meu país começou a pesquisar neste campo na década de 1980. Com o aprofundamento da pesquisa, a tecnologia de microeletrólise vem ganhando atenção na tecnologia de tratamento de águas residuais industriais de difícil degradação e tem sido aplicada na prática da engenharia.
O princípio da microeletrólise também é relativamente simples. É um processo que utiliza o princípio da corrosão do metal para formar uma bateria primária para tratamento de águas residuais. Este método utiliza sucata como matéria-prima, não consome recursos elétricos e tem o significado de “tratar resíduos com resíduos”. Especificamente, a coluna de eletrólise interna do método de microeletrólise geralmente usa sucata de ferro e carvão ativado como cargas e produz íons Fe2+ com fortes propriedades redutoras por meio de reações químicas, que podem reduzir certos componentes oxidantes nas águas residuais; além disso, a floculação de Fe(OH)2 pode ser usada para tratamento de água; o C ativo tem efeito de adsorção e pode adsorver matéria orgânica e microorganismos; portanto, o método de microeletrólise consiste em gerar uma corrente fraca através de uma bateria primária composta de ferro-carbono, que tem efeito estimulante no crescimento e metabolismo de microrganismos. A vantagem do método de tratamento de água por eletrólise interna é que ele não consome energia, e esse método pode remover uma variedade de poluentes e cromaticidade no esgoto e, ao mesmo tempo, melhorar a biodegradabilidade de substâncias difíceis de degradar. A tecnologia de tratamento de água por microeletrólise é geralmente usada em combinação com outras tecnologias de tratamento de água como método de pré-tratamento ou método suplementar para melhorar a tratabilidade e a biodegradabilidade das águas residuais. Mas, ao mesmo tempo, o método de tratamento de água por microeletrólise também tem desvantagens, as desvantagens são que a velocidade de reação é relativamente lenta, o reator é fácil de entupir e é difícil tratar águas residuais de alta concentração.
Como um novo método de tratamento de águas residuais, a tecnologia de microeletrólise ferro-carbono foi inicialmente usada no tratamento de águas residuais de impressão e tingimento. Além disso, há também muitas pesquisas e aplicações no tratamento de muitas águas residuais ricas em orgânicos, como águas residuais de fabricação de papel, águas residuais farmacêuticas, águas residuais de coque, águas residuais orgânicas de alta salinidade e águas residuais de galvanoplastia, águas residuais petroquímicas, águas residuais de pesticidas e arsênico- contendo águas residuais de cianeto. No tratamento de águas residuais orgânicas, os grupos oxidantes da matéria orgânica são reduzidos pelos novos íons ferrosos ecológicos, que têm efeitos de adsorção, floculação, complexação e eletrodeposição. O método de microeletrólise pode não apenas remover a matéria orgânica, mas também remover DQO e melhorar a biodegradabilidade, criando condições para tratamento posterior.
Em aplicações práticas, o método de microeletrólise ferro-carbono tem mostrado suas vantagens, mas também existem problemas como endurecimento e ajuste de pH. Esses problemas restringiram o desenvolvimento do processo. Isto requer mais pesquisas para criar condições mais favoráveis para a tecnologia de microeletrólise ferro-carbono para tratar águas residuais industriais em grande escala.
O tratamento eletroquímico da água também pode ser usado em combinação com outros métodos para melhorar significativamente a eficiência e a qualidade do tratamento de esgoto. Atualmente, a tecnologia de tratamento de esgoto que mais vem sendo estudada é a combinação de métodos eletroquímicos e biológicos. Depois de combinar esses dois métodos, vários poluentes na água podem ser efetivamente degradados e tratados no tratamento conjunto de tecnologia biológica e tecnologia eletroquímica. A corrente fraca gerada pelo processo de reação eletroquímica pode efetivamente estimular a atividade metabólica dos microrganismos, promovendo assim a eficiência do tratamento biológico. Portanto, a combinação desses dois métodos apresenta vantagens que são difíceis de alcançar com outros métodos no tratamento de esgotos de difícil biodegradação e na eletrólise incompleta de águas residuais.
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