污水电化学处理技术

本书重视基本概念和基础理论的阐述，注重吸收废水处理的新理论和新技术，同时力求理论联系实际，用工程观点分析并解决问题。本书系统地介绍了几种废水电化学处理技术的基本原理、工艺流程、设计计算、操作管理等。全书共分六章，内容包括电絮凝、电化学氧化、电渗析、电容去离子、微生物电化学等技术。

 

《污水电化学处理技术》系统地介绍了几种废水电化学处理技术的基本原理、工艺流程、设计计算、操作管理等。全书共分6章，内容包括绪论、电絮凝、电化学氧化、电渗析、电容去离子、微生物电化学水处理等技术体系。本书可供水污染治理和水环境管理者、环境工程专业学生及工作者参考。

第1章绪论1

第2章电絮凝技术3

2.1电絮凝的技术原理及基本理论3

2.1.1电化学溶解3

2.1.2电化学还原4

2.1.3电凝聚作用5

2.1.4电解气浮作用6

2.1.5极化作用7

2.2电絮凝的技术特点8

2.2.1技术特点8

2.2.2电絮凝与化学絮凝的不同9

2.2.3电絮凝体系的要素10

2.3电絮凝技术在水处理领域中的应用11

2.3.1电絮凝技术在重金属废水处理中的应用11

2.3.2电絮凝技术在印染废水处理中的应用12

2.3.3电絮凝技术在地下水及饮用水处理中的应用14

2.4周期换向电凝聚技术15

2.4.1技术原理及研究适用范围15

2.4.2周期换向电凝聚体系的优势以及组成16

2.4.3运行效果分析17

2.4.4反应机理24

参考文献31

第3章电化学氧化技术33

3.1电化学氧化/还原技术的基本原理33

3.1.1阳极氧化过程33

3.1.2芬顿氧化反应34

3.1.3阳极材料35

3.1.4芬顿体系阴极材料39

3.2电化学氧化技术的特点41

3.2.1技术优势41

3.2.2体系组成42

3.3电化学氧化技术在水处理领域中的应用42

3.4阴极催化还原-电解氯氧化技术44

3.4.1技术原理45

3.4.2体系组成及电极制备46

3.4.3体系运行效果47

参考文献124

第4章电渗析技术126

4.1电渗析技术的基本原理及理论126

4.1.1液相传质126

4.1.2菲克定律127

4.1.3唐南平衡理论128

4.1.4电渗析技术原理128

4.2电渗析技术的体系特点和组成129

4.2.1体系特点129

4.2.2体系组成130

4.3电渗析技术在水处理领域中的应用131

4.4双极膜电渗析技术132

4.4.1双极膜电渗析的基本原理132

4.4.2双极膜电渗析技术在水处理领域中的应用133

4.5反向电渗析技术134

4.5.1发电原理135

4.5.2系统组成及影响因素136

4.6扩散渗析-电渗析技术137

4.6.1技术原理及体系构建138

4.6.2运行效果分析142

参考文献174

第5章电容去离子技术175

5.1电容去离子技术的原理及技术特点175

5.1.1双电层理论175

5.1.2CDI体系对离子态污染物的去除机制177

5.1.3技术特点178

5.2CDI体系的电极材料184

5.2.1活性炭基材料185

5.2.2炭气凝胶186

5.2.3碳纳米管及碳纤维材料186

5.2.4石墨烯及其改性材料187

5.3CDI技术在水处理领域中的应用189

5.3.1海水淡化及苦咸水脱盐189

5.3.2重金属离子的去除190

5.3.3含氮含磷离子的去除190

5.4电极材料电容、电阻及循环充放电性能的评价方法191

5.4.1循环伏安法191

5.4.2交流阻抗法192

5.4.3计时电位法192

5.5基于响应面优化分析的电容去离子技术（RSM-CDI）194

5.5.1CDI系统的构建194

5.5.2电极的制备195

5.5.3运行参数对CDI过程脱盐效率的影响196

5.5.4运行参数对CDI过程电能消耗的影响203

5.5.5基于响应面法的CDI脱盐工艺参数优化206

5.5.6CDI过程电极再生性216

5.5.7CDI技术强化与改进218

5.5.8提高CDI脱盐效率并降低能耗的机理229

参考文献245

第6章微生物电化学水处理技术247

6.1微生物电化学水处理技术的基本原理及特点247

6.1.1微生物燃料电池247

6.1.2微生物电解池248

6.1.3技术特点249

6.2微生物电化学技术在水处理领域中的应用250

6.3原位电凝聚膜生物处理技术254

6.3.1现状254

6.3.2原位电凝聚生物膜反应器的开发257

6.3.3原位电凝聚膜生物反应器不同操作条件下的污水处理性能260

6.3.4原位电凝聚膜生物反应器不同操作条件对膜污染速率的影响265

6.3.5原位电凝聚膜生物反应器同步硝化反硝化脱氮269

6.3.6电凝聚强化膜生物反应器同步硝化反硝化机理279

6.3.7原位电凝聚膜生物反应器处理印染废水287

6.3.8原位电凝聚膜生物反应器与其他反应器对比实验292

6.3.9原位电凝聚膜生物反应器中微生物群落结构变化296

参考文献299

 

在过去的20年中，人类对污水处理的理解和认识已经取得了巨大的进展，研究方法也由以经验为主转变为包含化学、微生物学、物理及生化工程的研究体系。对于正在进入污水电化学处理领域学习的年轻一代研究者以及工作人员来说，这些新发展在数量、复杂性和多样性方面来说是很难在短期内理解并掌握的。

近几年来，本书编著者及所领导的研究小组在电化学水处理技术方面开展了系统的工作。以污染物的电絮凝、电化学氧化等过程为核心，以水中污染物的安全降解和高效去除为重点，以技术发展和实际应用为目标，在染料废水的处理、地下水硝酸盐的处理、海水淡化等几个方面进行了研究和探索，根据东北大学环境工程研究所实际承担研究课题的目标需求，开发并形成了具有特色的污水电化学处理技术体系：周期换向电凝聚技术、阴极催化还原-电解氯氧化技术、基于响应面法优化的电容去离子技术、微生物电化学技术。在国内外发表了数篇研究论文，取得了多项发明专利，本书也是对这些研究工作的部分总结，适用于广大从事水污染治理与控制技术领域的工作者以及青年学生们阅读并借鉴。

全书共6章，第1章绪论是在已有资料基础上，结合水处理电化学问题所做的一般性和基础性介绍，参考了物理化学等方面的教科书，目的是为本书的其他各章节介绍奠定知识基础。第2～6章，涉及了电絮凝、电化学氧化、电渗析、电容去离子以及微生物电化学等水处理技术，除概述或文献综述以外，绝大部分是编著者及其研究小组的工作结果。本书重视基本概念和基础理论的阐述，注重吸收废水处理的新理论和新技术，同时力求理论联系实际，用工程观点分析并解决问题。

在此感谢参加本书第2章编写的付忠田和孙兆楠，第3章编写的叶舒帆，第4章编写的朱茂森，第5章编写的赵研以及第6章编写的李亮等博士，感谢姜彬慧老师等人对本书排版、图表编辑所做的大量工作，感谢出版社的编辑们对本书校对和审核等方面的工作。此外，本书在研究和写作过程中，参考了国内外有关文献并在书中引用，在此向这些文献的作者表示感谢。

本书得到了国家自然科学基金和水体污染控制与治理重大专项的大力支持，在此一并深致谢意。

由于水平有限，这些结果还只是初步的、不系统和不完善的，一些认识和结论会受到编著者现阶段的研究结果和知识水平的限制，可能存在偏颇与不妥之处，敬请读者批评指正。

编著者

2019年8月