负责人： 李菲

所在学院：理学院

1、技术概述：

    近些年来，在我国经济高速发展的同时，环境污染问题也日益严重。涉及众多工业领域（如矿冶、机械制造、化工、电子、电镀、仪表等）的重金属废水（如含氟、氰、铬、汞等废水）是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水。但由于不同的工业产生的重金属污染源多种多样，重金属废水的体系十分复杂，很难找到一种适用于所有重金属废水体系的处理方法；另外，目前最常用的重金属废水的化学处理法由于需要再次添加化学药剂（如混/絮凝剂、重金属沉淀剂 (如钙盐、钡盐等）)，不仅使处理成本大幅提高，同时存在对环境二次再污染的可能以及产生的含重金属污泥难以处理等诸多问题，因此，经济、高效且可持续的重金属废水的处理方法一直是我国这些年的研究热点。

    和传统的化学处理法相比，应用电化学方法治理工业废水，具有无需添加氧化剂、絮凝剂等化学药品、设备体积小、占地面积小、操作简单灵活、排污量小等优点，不仅可用于处理无机污染物，也可用于处理有机污染物，特别是一些无法用生物降解的有毒有机物。另外，用电还原法处理一些重金属时还可回收废水中的金属。因此电化学方法越来越多的被用于重金属废水的处理中。用于重金属废水处理的电化学方法包括电解法（氧化或还原）、电气俘法、电凝聚法和电渗析法等。基本原理是在外电压的作用下,利用可溶性阳极(通常为铁或铝阳极) 产生的阳离子在溶液中水解、聚合生成一系列既具有絮凝作用、又能有效吸附水中的有机污染物及其他胶体物质的聚合物。另外，在外加电压下，另一边的阴极（如铝阴极）可同时产生气体(如氢气、氧气、氯气等)，气体的微小气泡又可起到气浮或杀菌的作用（如图1所示），更加提高废水的处理效果。

图1 电化学方法处理废水中污染物的原理示意图。

    例如，在电镀工艺中含铬废水采用的电解法处理，不仅治理彻底，不会引起二次污染，处理后清水全部回用，可节省水资源，具有明显的经济效益，且该方法投资较小，技术成熟，运行稳定可靠，操作方便，易于管理，适应于不同规模的生产企业。

    另外，近些年兴起的纳米光催化氧化法，即将附着在有效介质上的纳米级二氧化钛(TiO2) 颗粒通过特定光源的照射，产生一种“电子一空穴”对，这种“电子一空穴”具有极强的氧化—还原能力，能将污水处理中的有机毒物和颜色除去（如图2所示），由于其设备简单、运行条件温和、氧化能力强、杀菌作用强、处理彻底,在水的深度处理及对难生物降解的有机废水的处理具有极好的应用前景, 同时也在处理污水中有机毒物和颜色方面显示出良好的性能（如表2-2）。目前该技术已被广泛用于工业废水，如焦化废水，的处理中。基于以上优点，该方法也成为国内外非常活跃的工业废水处理的应用研究热点之一。

            图2 二氧化钛纳米颗粒光催化氧化处理有机物的原理示意图。

    基于以上电化学方法和纳米光催化氧化在工业废水处理方面的优点，本项目中，我们通过选择一种既具有导电性，又具有光敏性的廉价的特殊电极材料，将电化学和纳米光催化氧化的方法整合到一个体系中，实现即可对重金属废水的有效处理，同时又可对工业废水中的有机毒物除去和脱色的作用，达到同时处理工业废水的多种物质的多重功效。

2、技术特点：

    (1)处理速率快，一般一次电化学处理过程处理工业废水只需要半小时至数小时；

    (2)作用工业废水污染物质范围广，如：含氟、氰、铬、汞，有机毒物等工业废水；

    (3)工艺流程简单、使用寿命长、投资费用少、操作维护方便、运行成本低、处理效果稳定。处理过程中只消耗少量的廉价电极材料，电极材料可定期添加、活化或更换；

    (4)废水经电化学处理后会在水中形成原生态的亚铁、铁离子或铝离子，具有比普通混凝剂更好的混凝作用，无需再加铁盐、铝盐等混凝剂，COD去除率高，并且不会对水造成二次污染；

    (5)废水经纳米光催化氧化处理后，有机毒物和色度也可被同时有效去除，另外，还可以起到杀菌的作用，无需再加添加杀菌剂、脱色剂等化学药剂，不会对水造成二次污染；

    (6)具有良好的混凝效果，色度、COD去除率高，同量可在很大程度上提高废水的可生化性；

    (7)该方法除了可还原除去重金属外，还可进行重金属的收集；

    (8)该技术各单元可作为单独处理方法使用，又可作为生物处理的前处理工艺，利于污泥的沉降和生物挂膜。