Sähkökemiallisella hapetuksella tarkoitetaan laajassa mielessä koko sähkökemian prosessia, joka sisältää suoria tai epäsuoria sähkökemiallisia reaktioita, jotka tapahtuvat elektrodilla hapetus-pelkistysreaktioiden periaatteiden pohjalta. Näiden reaktioiden tarkoituksena on vähentää tai poistaa saasteita jätevedestä.
Suppeasti määritelty sähkökemiallinen hapetus viittaa erityisesti anodiseen prosessiin. Tässä prosessissa orgaaninen liuos tai suspensio johdetaan elektrolyysikennoon ja tasavirran avulla elektronit uutetaan anodilla, mikä johtaa orgaanisten yhdisteiden hapettumista. Vaihtoehtoisesti matalavalenssiset metallit voidaan hapettaa anodilla korkeavalenssisiksi metalli-ioneiksi, jotka sitten osallistuvat orgaanisten yhdisteiden hapettumiseen. Tyypillisesti tietyt funktionaaliset ryhmät orgaanisten yhdisteiden sisällä 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: suora hapetus ja epäsuora hapetus. Suora hapetus (suora elektrolyysi) sisältää epäpuhtauksien suoran poistamisen jätevedestä hapettamalla ne elektrodilla. Tämä prosessi sisältää sekä anodisia että katodisia prosesseja. Anodisessa prosessissa epäpuhtaudet hapetetaan anodin pinnalla, jolloin ne muuttuvat vähemmän myrkyllisiksi aineiksi tai aineiksi, jotka ovat paremmin biohajoavia, mikä vähentää tai eliminoi epäpuhtauksia. Katodinen prosessi sisältää epäpuhtauksien pelkistyksen katodin pinnalla, ja sitä käytetään ensisijaisesti halogenoitujen hiilivetyjen pelkistykseen ja poistamiseen sekä raskasmetallien talteenottoon.
Katodista prosessia voidaan kutsua myös sähkökemialliseksi pelkistykseksi. Se sisältää elektronien siirron raskasmetalli-ionien, kuten Cr6+:n ja Hg2+:n, pelkistämiseksi alempaan hapetustilaansa. Lisäksi se voi vähentää kloorattujen orgaanisten yhdisteiden määrää ja muuttaa ne vähemmän myrkyllisiksi tai myrkyttömiksi aineiksi, mikä lopulta parantaa niiden biohajoavuutta:
R-Cl + H+ + e → RH + Cl-
Epäsuora hapetus (epäsuora elektrolyysi) sisältää sähkökemiallisesti tuotettujen hapettimien tai pelkistysaineiden käytön reagoivina aineina tai katalyytteinä saasteiden muuntamiseksi vähemmän myrkyllisiksi aineiksi. Epäsuora elektrolyysi voidaan jakaa edelleen palautuviin ja irreversiibeliin prosesseihin. Palautuvat prosessit (välitteinen sähkökemiallinen hapetus) sisältävät redox-lajien regeneroinnin ja kierrätyksen sähkökemiallisen prosessin aikana. Irreversiibelit prosessit puolestaan käyttävät palautumattomissa sähkökemiallisissa reaktioissa syntyviä aineita, kuten vahvoja hapettimia, kuten Cl2:ta, kloraatteja, hypokloriitteja, H2O2:ta ja O3:a, orgaanisten yhdisteiden hapettamiseen. Peruuttamattomat prosessit voivat myös tuottaa erittäin hapettavia välituotteita, kuten solvatoituneita elektroneja, ·HO-radikaaleja, ·HO2-radikaaleja (hydroperoksyyliradikaaleja) ja ·O2-radikaaleja (superoksidianioneja), joita voidaan käyttää hajottamaan ja poistamaan epäpuhtauksia, kuten syanidia, fenoleja, COD (Chemical Oxygen Demand) ja S2-ionit, jotka lopulta muuttavat ne vaarattomiksi aineet.
Suoran anodisen hapettumisen tapauksessa alhaiset reagenssipitoisuudet voivat rajoittaa sähkökemiallista pintareaktiota johtuen aineensiirron rajoituksista, 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 potentiaalisäädöllä.
Sähkökemiallisen hapetuksen on havaittu olevan tehokas jätevesien käsittelyssä, jossa on korkeita orgaanisia pitoisuuksia, monimutkaisia koostumuksia, lukuisia tulenkestäviä aineita ja korkea värjäys. Käyttämällä sähkökemiallisesti aktiivisia anodeja tämä tekniikka voi tehokkaasti tuottaa erittäin hapettavia hydroksyyliradikaaleja. Tämä prosessi johtaa pysyvien orgaanisten epäpuhtauksien hajoamiseen myrkyttömiksi, biohajoaviksi aineiksi ja niiden täydelliseen mineralisoitumiseen yhdisteiksi, kuten hiilidioksidiksi tai karbonaateiksi.
Postitusaika: 07-07-2023
