污水電化學處理技術（簡體書）

《污水電化學處理技術》系統地介紹了幾種廢水電化學處理技術的基本原理、工藝流程、設計計算、操作管理等。全書共分6章，內容包括緒論、電絮凝、電化學氧化、電滲析、電容去離子、微生物電化學水處理等技術體系。本書可供水污染治理和水環境管理者、環境工程專業學生及工作者參考。

本書重視基本概念和基礎理論的闡述，注重吸收廢水處理的新理論和新技術，同時力求理論聯繫實際，用工程觀點分析並解決問題。本書系統地介紹了幾種廢水電化學處理技術的基本原理、工藝流程、設計計算、操作管理等。全書共分六章，內容包括電絮凝、電化學氧化、電滲析、電容去離子、微生物電化學等技術。

在過去的20年中，人類對汙水處理的理解和認識已經取得了巨大的進展，研究方法也由以經驗為主轉變為包含化學、微生物學、物理及生化工程的研究體系。對於正在進入污水電化學處理領域學習的年輕一代研究者以及工作人員來說，這些新發展在數量、複雜性和多樣性方面來說是很難在短期內理解並掌握的。

近幾年來，本書編著者及所領導的研究小組在電化學水處理技術方面開展了系統的工作。以污染物的電絮凝、電化學氧化等過程為核心，以水中污染物的安全降解和高效去除為重點，以技術發展和實際應用為目標，在染料廢水的處理、地下水硝酸鹽的處理、海水淡化等幾個方面進行了研究和探索，根據東北大學環境工程研究所實際承擔研究課題的目標需求，開發並形成了具有特色的污水電化學處理技術體系：週期換向電凝聚技術、陰極催化還原-電解氯氧化技術、基於響應面法優化的電容去離子技術、微生物電化學技術。在國內外發表了數篇研究論文，取得了多項發明專利，本書也是對這些研究工作的部分總結，適用於廣大從事水污染治理與控制技術領域的工作者以及青年學生們閱讀並借鑒。

全書共6章，第1章緒論是在已有資料基礎上，結合水處理電化學問題所做的一般性和基礎性介紹，參考了物理化學等方面的教科書，目的是為本書的其他各章節介紹奠定知識基礎。第2～6章，涉及了電絮凝、電化學氧化、電滲析、電容去離子以及微生物電化學等水處理技術，除概述或文獻綜述以外，絕大部分是編著者及其研究小組的工作結果。本書重視基本概念和基礎理論的闡述，注重吸收廢水處理的新理論和新技術，同時力求理論聯繫實際，用工程觀點分析並解決問題。

在此感謝參加本書第2章編寫的付忠田和孫兆楠，第3章編寫的葉舒帆，第4章編寫的朱茂森，第5章編寫的趙研以及第6章編寫的李亮等博士，感謝姜彬慧老師等人對本書排版、圖表編輯所做的大量工作，感謝出版社的編輯們對本書校對和審核等方面的工作。此外，本書在研究和寫作過程中，參考了國內外有關文獻並在書中引用，在此向這些文獻的作者表示感謝。

本書得到了國家自然科學基金和水體污染控制與治理重大專項的大力支持，在此一併深致謝意。

由於水準有限，這些結果還只是初步的、不系統和不完善的，一些認識和結論會受到編著者現階段的研究結果和知識水準的限制，可能存在偏頗與不妥之處，敬請讀者批評指正。



編著者

2019年8月

第1章緒論1



第2章電絮凝技術3

2.1電絮凝的技術原理及基本理論3

2.1.1電化學溶解3

2.1.2電化學還原4

2.1.3電凝聚作用5

2.1.4電解氣浮作用6

2.1.5極化作用7

2.2電絮凝的技術特點8

2.2.1技術特點8

2.2.2電絮凝與化學絮凝的不同9

2.2.3電絮凝體系的要素10

2.3電絮凝技術在水處理領域中的應用11

2.3.1電絮凝技術在重金屬廢水處理中的應用11

2.3.2電絮凝技術在印染廢水處理中的應用12

2.3.3電絮凝技術在地下水及飲用水處理中的應用14

2.4週期換向電凝聚技術15

2.4.1技術原理及研究適用範圍15

2.4.2週期換向電凝聚體系的優勢以及組成16

2.4.3運行效果分析17

2.4.4反應機理24

參考文獻31



第3章電化學氧化技術33

3.1電化學氧化/還原技術的基本原理33

3.1.1陽極氧化過程33

3.1.2芬頓氧化反應34

3.1.3陽極材料35

3.1.4芬頓體系陰極材料39

3.2電化學氧化技術的特點41

3.2.1技術優勢41

3.2.2體系組成42

3.3電化學氧化技術在水處理領域中的應用42

3.4陰極催化還原-電解氯氧化技術44

3.4.1技術原理45

3.4.2體系組成及電極製備46

3.4.3體系運行效果47

參考文獻124



第4章電滲析技術126

4.1電滲析技術的基本原理及理論126

4.1.1液相傳質126

4.1.2菲克定律127

4.1.3唐南平衡理論128

4.1.4電滲析技術原理128

4.2電滲析技術的體系特點和組成129

4.2.1體系特點129

4.2.2體系組成130

4.3電滲析技術在水處理領域中的應用131

4.4雙極膜電滲析技術132

4.4.1雙極膜電滲析的基本原理132

4.4.2雙極膜電滲析技術在水處理領域中的應用133

4.5反向電滲析技術134

4.5.1發電原理135

4.5.2系統組成及影響因素136

4.6擴散滲析-電滲析技術137

4.6.1技術原理及體系構建138

4.6.2運行效果分析142

參考文獻174



第5章電容去離子技術175

5.1電容去離子技術的原理及技術特點175

5.1.1雙電層理論175

5.1.2CDI體系對離子態污染物的去除機制177

5.1.3技術特點178

5.2CDI體系的電極材料184

5.2.1活性炭基材料185

5.2.2炭氣凝膠186

5.2.3碳納米管及碳纖維材料186

5.2.4石墨烯及其改性材料187

5.3CDI技術在水處理領域中的應用189

5.3.1海水淡化及苦咸水脫鹽189

5.3.2重金屬離子的去除190

5.3.3含氮含磷離子的去除190

5.4電極材料電容、電阻及迴圈充放電性能的評價方法191

5.4.1迴圈伏安法191

5.4.2交流阻抗法192

5.4.3計時電位法192

5.5基於響應面優化分析的電容去離子技術（RSM-CDI）194

5.5.1CDI系統的構建194

5.5.2電極的製備195

5.5.3運行參數對CDI過程脫鹽效率的影響196

5.5.4運行參數對CDI過程電能消耗的影響203

5.5.5基於響應面法的CDI脫鹽工藝參數優化206

5.5.6CDI過程電極再生性216

5.5.7CDI技術強化與改進218

5.5.8提高CDI脫鹽效率並降低能耗的機理229

參考文獻245



第6章微生物電化學水處理技術247

6.1微生物電化學水處理技術的基本原理及特點247

6.1.1微生物燃料電池247

6.1.2微生物電解池248

6.1.3技術特點249

6.2微生物電化學技術在水處理領域中的應用250

6.3原位電凝聚膜生物處理技術254

6.3.1現狀254

6.3.2原位電凝聚生物膜反應器的開發257

6.3.3原位電凝聚膜生物反應器不同操作條件下的污水處理性能260

6.3.4原位電凝聚膜生物反應器不同操作條件對膜污染速率的影響265

6.3.5原位電凝聚膜生物反應器同步硝化反硝化脫氮269

6.3.6電凝聚強化膜生物反應器同步硝化反硝化機理279

6.3.7原位電凝聚膜生物反應器處理印染廢水287

6.3.8原位電凝聚膜生物反應器與其他反應器對比實驗292

6.3.9原位電凝聚膜生物反應器中微生物群落結構變化296

參考文獻299