电催化氧化是基于电解反应的一种高级氧化工艺，它利用外加电场驱动废水中的污染物在电极表面发生氧化还原反应。以下是电催化氧化在污水处理中的应用简介。

一、应用原理

在阳极上，污染物直接或间接接受电子被氧化为易于生物降解的小分子或无害物质；在阴极，水得到电子生成氢气和氢氧根离子，增强了体系的碱性环境，有助于促进污染物的分解。同时，电催化氧化能有效激活并活化废水中的氧气或过硫酸盐等氧化剂，形成强氧化性的羟基自由基，从而对各种难以生物降解的有机物进行深度氧化。

二、电催化氧化工艺参数

电催化氧化的工艺参数主要包括电压、电流密度、电极材料、催化剂、反应时间和氧化剂种类等。

1、电压：

电催化氧化电压一般在1~2V之间。

具体电压取决于反应体系、电解液、电极材料等多种因素。

不同的反应体系和电解液具有不同的电化学性质，因此所需的电催化氧化电压也会有所不同。

电极材料：对电催化氧化反应具有重要影响，不同的电极材料具有不同的催化活性和电化学稳定性，从而影响反应所需的电压。

温度也是影响电催化氧化电压的一个重要因素。随着温度的升高，反应速率会加快，从而可能影响所需的电压。然而，过高的温度也可能导致电极材料的损耗和反应效率的降低。

2、电流密度：

提高电流密度能加快电子在电极和有机物之间的转移速率，同时也产生了更多强氧化剂（如羟基自由基），有机物的氧化速度加快。

但电流密度增加到一定值后，CODcr和有机物去除率反而随着电流密度的增大有所降低，可能是因为高电流导致了高电位，析氧副反应不断加剧，减弱了有机物的降解效果。

在确定电流密度时应该综合考虑处理效果和电耗。

3、电极材料：

电极材料是影响电催化氧化反应的关键因素之一。

常用的电极材料包括贵金属（如铂、钯等）、金属氧化物（如二氧化锰、二氧化钛等）、复合催化剂（将多种具有催化活性的物质组合在一起）以及碳材料（如活性炭、石墨烯等）。

不同的电极材料具有不同的催化活性和稳定性，从而影响电催化氧化的效率和效果。

4、催化剂：

催化剂在电催化氧化过程中起着重要作用，能够降低反应的活化能，加速反应速率。

常用的催化剂包括贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、复合催化剂等。

催化剂的选择应根据废水的具体成分和处理要求来确定。

5、反应时间：

反应时间是影响电催化氧化效果的重要因素之一。

一般来说，反应时间越长，有机物的去除率越高。

但过长的反应时间会增加能耗和处理成本，因此需要在保证处理效果的前提下，尽可能缩短反应时间。

6、氧化剂种类：

氧化剂在电催化氧化过程中起着提供氧源的作用，能够加速有机物的氧化分解。

常用的氧化剂包括双氧水、氧气、臭氧等。

不同的氧化剂具有不同的氧化能力和反应速率，应根据废水的具体成分和处理要求来选择合适的氧化剂。

三、作用阶段

1、预处理：电催化氧化设备适用于高浓度难降解化工废水预处理，可直接降解COD和将高分子结构有机物降解为易生物降解的小分子有机物，提高BOD/COD比。

2、深度处理：电催化氧化设备适用于难降解化工废水的深度处理，可将不可生化的有机物直接氧化成二氧化碳和水，并氧化去除氨氮，达到深度处理COD和氨氮同时达标排放的目的。

3、达标处理：电催化氧化设备特别适合小水量高难废水的达标处理。

四、应用领域

工业废水：电催化氧化设备适用于化工、印刷、垃圾渗滤液、机加工、医药中间体、制药、农药、染料、精细化工等行业的多种高浓度、高色度、毒性大、难生化降解的有机废水处理。

生活污水：电催化氧化技术可以用于生活污水的处理，特别是对于含有难以生物降解的有机物的污水，电催化氧化技术可以有效地将其去除。

农业污水：在农业污水中，电催化氧化技术可以用于去除农药残留和其他有害化学物质，以保护环境和人体健康。

五、应用优势与劣势

1、优势

（1）高效处理：电催化氧化设备对有机物氧化几乎无选择性，能同时有效地去除污水中的有机物、氨氮和总磷，脱色脱毒效果明显。对于难生化降解的有机物，电催化氧化设备也有较好的处理效果。

（2）减少二次污染：电催化氧化设备不需要或仅需少量投加药剂，污泥产量少，从而减少了二次污染的风险。

（3）反应条件温和：电催化氧化设备在常温常压条件下进行反应，不受地理和气候条件的影响，具有广泛的适用性。

（4）可控制性强：电催化氧化设备的操作简单，只需要改变外加电压就能控制运行条件的改变，容易实现自动化控制。

（5）设备体积小：由于污染物反应速率快，电催化氧化设备的体积相对较小，有利于节约土地资源。

2、劣势

（1）能耗较高：电催化氧化过程需要消耗大量电能来维持电极反应，尤其是在处理高浓度、大流量废水时，电能成本可能会较高。此外，部分电能可能会以热能等形式散失，而不是完全用于促进氧化反应，这进一步增加了能耗。

（2）电极寿命有限：电极在长期使用过程中，可能会由于表面污染、腐蚀、钝化等原因而导致性能下降，从而缩短电极的使用寿命。高性能的电极材料通常价格昂贵，这使得电催化氧化技术的初始投资成本较高。

（3）处理效果受限：对于含有多种复杂成分的废水，电催化氧化技术可能难以实现完全的降解和去除。某些污染物可能会与电极表面发生竞争吸附，抑制氧化反应的进行。此外，废水中的硬度离子（如钙、镁等）和其他杂质可能会在电极表面沉积，影响电极的催化活性和稳定性。

（4）缺乏统一标准：目前电催化氧化技术在工程应用中缺乏统一的设计标准、操作规范和性能评价指标。这使得不同的设备性能差异较大，用户在选择和应用该技术时面临一定的困难。

（5）存在一定安全风险，在电催化氧化反应过程中会产生氢气、氯气、氧气等介质，控制不好，存在安全隐患。

五、应用案例

某化工厂采用电催化氧化技术处理含有较高浓度二甲胺的废水。通过物理沉淀和过滤预处理后，采用自制电解系统对废水进行电催化氧化处理。实验发现，电解3小时后，TKN浓度从450mg/L显著下降，通过调整电流密度、电解质浓度和pH值等参数，进一步提高了处理效率。该工艺显著提高了二甲胺的去除率，减少了废水的毒性和生物抑制作用，同时降低了后续生物处理的负担，整体处理成本有所下降，且环境友好。

综上所述，电催化氧化技术在污水处理中具有广泛的应用前景和显著的优势。随着技术的不断发展和完善，它有望在环保事业中发挥更大的作用。