電解（Electrolysis）是將電流通過電解質溶液或熔融態(tài)電解質（電解液），在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程，電化學電池在外加直流電壓時可發(fā)生電解過程。

基本原理

這是一個電解槽，其中插入了陰極和陽極，外部還有一個電源：

電解設備示意圖

電解槽中放入電解質，電解質溶液就會在電流的作用下發(fā)生氧化反應，這個過程就是電解。利用電解反應，可以去除水中的有機和無機污染物。

電解法的基本原理與過程是比較復雜的，其中涉及到了電解的氧化還原、電絮凝以及電解氣浮等過程，接下來會逐一的進行介紹。

氧化還原反應

電解食鹽水

由于電解槽的陽極與電源的正極連接，可以將電子傳遞給電源，因此陽極發(fā)生氧化反應?？梢灾苯友趸械奈廴疚铮枠O的OH-會被氧化為氧氣，Cl-被氧化為氯氣，兩者均有氧化能力，也能對水中的污染物進行氧化。

陰極與電源負極連接，從電源接受電子，起到還原作用?？梢灾苯舆€原水中的部分污染物，陰極的H+被還原為氫氣，氫氣的還原能力很強，同樣可以還原水中的部分污染物。

電絮凝

如果電解槽中的陽極采用鐵板或鋁板，由于電化學的腐蝕作用，其中的鐵離子或鋁離子在通電后就會進入水中，進一步水解生成羥基配合物，起到混凝劑的作用，將廢水中的懸浮物和膠體通過混凝加以去除。

關于鋁離子的水解可以查看之前的《水的混凝機理和混凝過程》進行了解。

電解氣浮

電解池中陽極會產生氧氣，陰極會產生氫氣，這些氣體會以微氣泡的形式溢出。這些氣泡的比表面積很大，在上升過程中可以粘附水中的雜質，產生氣浮的作用。

關于氣浮的相關內容可以看這里《氣浮工藝概述》。

法拉第電解定律

在電解的過程中，理論耗電量可以使用法拉第電解定律進行計算。

法拉第大家應該都知道，電學和交流電之父，那么法拉第電解定律是啥呢，其實就是法拉第定律，一是在電極界面上發(fā)生化學變化物質的質量與通入的電量成正比；二是通電于若干個電解池串聯(lián)的線路中，當所取的基本粒子的荷電數(shù)相同時，在各個電極上發(fā)生反應的物質，其物質的量相同，析出物質的質量與其摩爾質量成正比。

伴隨著電解的過程，電極上析出或溶解的物質質量與通過的電量成正比，計算公式如下：

當我們知道電流強度和通電時間時，就可以計算出理論上析出的物質質量。

還是那句話，理論歸理論，實際操作中，由于電解過程還存在某些副反應，因此實際的耗電量是要比理論值大很多的。用于目標物質析出的電量只占總電量的一部分，其占用的比例即為電流效率。

翻騰式電解槽

電解法中的電解槽形式多種多樣，這里以應用比較廣泛的翻騰式電解槽為例。

翻騰式電解槽結構示意圖

電解槽中設置有幾組陰、陽電極，分組懸掛在吊管上，中間用導流板隔開。

水流從電解槽的右邊進入，從左邊流出，水流方向與極板板面平行。水流進入電解槽后在極板間作上下翻騰流動，產生電解反應。

電解法的應用

電解法在水處理中有廣泛的應用，常用于含鉻、含氰等無機廢水的處理，以及染料、印染等有機廢水的處理，還可用于電解消毒。

這里以含鉻廢水為例，介紹一下電解法在其中的應用。

先看一下陽極，假如陽極采用鐵電極，在電解過程中電極會溶解產生Fe2+，具有很強的還原性，在酸性條件下會將廢水中的Cr6+還原為Cr3+，以上反應方程如下所示：

還原一個Cr6+，需要3個Fe2+，理論上陽極鐵板的消耗的質量應該是被處理的Cr6+的3.22倍。忽略電解過程中副反應消耗的電量以及陰極直接還原的情況下，理論上來說，1A·h的電量可以還原0.3235g的鉻。

在陰極，H+獲得電子被還原成氫氣，廢水中的Cr6+直接被還原成Cr3+，其反應方程如下：

隨著反應的進行，廢水中H+濃度逐漸降低，堿性逐漸增加，Cr3+和Fe3+，就會以氫氧化物的形式沉淀下來，從廢水中去除，反應如下：

結合以上的反應過程我們可以看到，電解時陽極的溶解產物Fe2+是將Cr6+還原成Cr3+的重要因素，陰極則是次要因素。

結 語

電解法具有效果穩(wěn)定可靠，操作慣例簡單，設備占地面積小等有優(yōu)點。但其需要消耗電能和鋼材等，整體的運行費用也是比較高的。這里需要根據(jù)實際情況進行取舍。

來源：百家號 文：小白科普水處理