Laajasti ottaen sähkökemiallinen hapetus viittaa koko sähkökemialliseen prosessiin, johon kuuluu elektrodilla tapahtuvia suoria tai epäsuoria sähkökemiallisia reaktioita hapetus-pelkistysreaktioiden periaatteiden mukaisesti. Näiden reaktioiden tavoitteena on vähentää tai poistaa epäpuhtauksia jätevedestä.
Tarkemmin sanottuna sähkökemiallinen hapetus viittaa anodiseen prosessiin. Tässä prosessissa orgaaninen liuos tai suspensio johdetaan elektrolyysikennoon, ja tasavirran avulla elektronit irtoavat anodilla, mikä johtaa orgaanisten yhdisteiden hapettumiseen. Vaihtoehtoisesti matalavalenssiset metallit voidaan hapettaa korkeavalenssisiksi metalli-ioneiksi anodilla, jotka sitten osallistuvat orgaanisten yhdisteiden hapettumiseen. Tyypillisesti tietyt orgaanisten yhdisteiden funktionaaliset ryhmät osoittavat sähkökemiallista aktiivisuutta. Sähkökentän vaikutuksesta näiden funktionaalisten ryhmien rakenne muuttuu, mikä muuttaa orgaanisten yhdisteiden kemiallisia ominaisuuksia, vähentää niiden myrkyllisyyttä ja parantaa niiden biohajoavuutta.
Sähkökemiallinen hapetus voidaan luokitella kahteen tyyppiin: suoraan hapetukseen ja epäsuoraan hapetukseen. Suorassa hapetuksessa (suora elektrolyysi) epäpuhtaudet poistetaan jätevedestä hapettamalla ne elektrodilla. Tämä prosessi sisältää sekä anodisia että katodisia prosesseja. Anodisessa prosessissa epäpuhtaudet hapettuvat anodin pinnalla, jolloin ne muuttuvat vähemmän myrkyllisiksi tai biohajoaviksi aineiksi, mikä vähentää tai poistaa epäpuhtauksia. Katodisessa prosessissa epäpuhtaudet pelkistetään katodin pinnalla, ja sitä käytetään pääasiassa halogenoitujen hiilivetyjen vähentämiseen ja poistamiseen sekä raskasmetallien talteenottoon.
Katodista prosessia voidaan kutsua myös sähkökemialliseksi pelkistykseksi. Siinä elektronit siirtyvät raskasmetalli-ionien, kuten Cr6+:n ja Hg2+:n, pelkistämiseksi alempaan hapetusasteeseensa. Lisäksi se voi pelkistää kloorattuja orgaanisia yhdisteitä muuttamalla ne vähemmän myrkyllisiksi tai myrkyttömiksi aineiksi, mikä lopulta parantaa niiden biohajoavuutta:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Epäsuora hapetus (epäsuora elektrolyysi) sisältää sähkökemiallisesti tuotettuja hapettavia tai pelkistäviä aineita reagensseina tai katalyytteinä epäpuhtauksien muuttamiseksi vähemmän myrkyllisiksi aineiksi. Epäsuora elektrolyysi voidaan luokitella edelleen palautuviin ja palautumattomiin prosesseihin. Palautuvat prosessit (välitteinen sähkökemiallinen hapetus) sisältävät redox-lajien regeneroinnin ja kierrätyksen sähkökemiallisen prosessin aikana. Palautumattomat prosessit puolestaan hyödyntävät palautumattomista sähkökemiallisista reaktioista syntyviä aineita, kuten voimakkaita hapettimia, kuten Cl2:ta, kloraatteja, hypokloriitteja, H2O2:ta ja O3:a, orgaanisten yhdisteiden hapettamiseksi. Palautumattomat prosessit voivat myös tuottaa erittäin hapettavia välituotteita, mukaan lukien solvatoituneita elektroneja, ·HO-radikaaleja, ·HO2-radikaaleja (hydroperoksyyliradikaaleja) ja ·O2-radikaaleja (superoksidianioneja), joita voidaan käyttää epäpuhtauksien, kuten syanidin, fenolien, COD:n (kemiallinen hapenkulutus) ja S2--ionien, hajottamiseen ja poistamiseen, jolloin ne lopulta muuttuvat vaarattomiksi aineiksi.
Suoran anodisen hapetuksen tapauksessa matalat lähtöainepitoisuudet voivat rajoittaa sähkökemiallista pintareaktiota massansiirtorajoitusten vuoksi, kun taas tätä rajoitusta ei ole epäsuorissa hapetusprosesseissa. Sekä suorien että epäsuorien hapetusprosessien aikana voi esiintyä sivureaktioita, joihin liittyy H2- tai O2-kaasun muodostumista, mutta näitä sivureaktioita voidaan hallita elektrodimateriaalien valinnalla ja potentiaalin hallinnalla.
Sähkökemiallisen hapetuksen on todettu olevan tehokas menetelmä jätevesien käsittelyssä, joissa on suuria orgaanisia pitoisuuksia, monimutkaisia koostumuksia, useita tulenkestäviä aineita ja paljon väriä. Käyttämällä sähkökemiallisesti aktiivisia anodeja tämä teknologia voi tehokkaasti tuottaa erittäin oksidatiivisia hydroksyyliradikaaleja. Tämä prosessi johtaa pysyvien orgaanisten epäpuhtauksien hajoamiseen myrkyttömiksi, biohajoaviksi aineiksi ja niiden täydelliseen mineralisoitumiseen yhdisteiksi, kuten hiilidioksidiksi tai karbonaateiksi.
Julkaisun aika: 07.09.2023
