Xử lý nước bằng phương pháp điện hóa là một phương pháp hóa lý. Phương pháp điện hóa được đặc trưng bởi sự đa tầng và độ phức tạp của các hiện tượng vật lý và hóa học xảy ra quá trình điện phân. Cơ chế và tốc độ xuất hiện của các tầng phản ứng riêng lẻ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cần được xác định nhằm mục đíc tối ưu hóa các điều kiện cho hoạt động của phản ứng. Dựa trên các tính chất hóa lý, phương pháp điện hóa xử lý nước thải có thể được chia thành ba loại chính. Chúng là các phương pháp biến đổi, phân tách và kết hợp (Hình 1).
Phương pháp biến đổi (conversion method) làm thay đổi pha và các đặc tính hóa lý của các chất ô nhiễm phân bố rời rạc trong nước và loại bỏ chúng khỏi nước thải. Sự biến đổi của tạp chất có thể trải qua một loạt các giai đoạn liên tiếp, bắt đầu bằng sự tương tác điện tử của các hợp chất hòa tan và kết thúc bằng sự thay đổi đặc tính điện và thể tích của các chất lơ lửng có trong nước thải. Các phương pháp chuyển đổi phổ biến là phương pháp oxi hóa điện hóa, phương pháp điện khử, phương pháp kết tủa điện hóa. Phương pháp oxi hóa điện hóa và điện khử được sử dụng để xử lý nước có các tạp chất hòa tan như xyanua, thiocyanate, amin, rượu, aldehyd, hợp chất nitro, thuốc nhuộm azo, sunfua và thiol. Các quá trình oxy hóa điện hóa dẫn đến sự phân hủy hoàn toàn các hợp chất có trong nước thải thành CO2, NH3 và nước hoặc hình thành các chất không độc hại đơn giản hơn, có thể được loại bỏ bằng các cách khác. Các điện cực được làm bằng vật liệu dẫn điện không hòa tan khác nhau như than chí hoặc hỗn hợp oxit kim loại (chì dioxide, mangan, ruthenium, iridium, v.v., được áp dụng cho chất nền titan) được sử dụng làm cực dương. Cực âm thường được làm bằng molypden, hợp kim vonfram với sắt hoặc niken, than chì, thép không gỉ, và các kim loại và hợp kim kim loại khác.
Phương pháp phân tách (separation methods) được sử dụng khi lượng chất ô nhiễm tập trung tại một số vùng trong thể tích của dung dịch, phương pháp này không làm thay đổi đáng kể về pha hoặc tính chất hóa lý của các chất ô nhiễm. Việc phân tách các tạp chất ra khỏi nước được tiến hành chủ yếu bằng bọt khí điện hóa keo tụ hoặc bằng sức mạnh của điện trường, được tạo ra khi có sự chuyển động của các hạt điện tích trong nước trong quá trình điện phân.
Phương pháp kết hợp (combined methods) là kết hợp một hoặc nhiều phương pháp chuyển đổi và phân tách trong cùng một phản ứng. Phương pháp kết tủa điện hóa dựa trên quá trình điện phân sử dụng cực dương làm từ thép hoặc nhôm. Các ion dương sắt hoặc nhôm trong quá trình điện phân hòa tan vào dung dịch điện phân, nơi chúng phản ứng với các chất ô nhiễm tạo thành các kết tủa. Nói chung, trong quá trình kết tủa điện hóa các chất ô nhiễm mất ổn định và kết quả là trải qua quá trình lắng, tức là, tách pha. Tuy nhiên, ngoài việc tách pha, các chất kết tủa có thể gây biến đổi tính chất của các chất ô nhiễm. Ví dụ, các ion Fe (II) hòa tan làm giảm các ion Cr (VI) thành các ion Cr (III) trong quá trình kết tủa.
Tất cả các quá trình điện hóa diễn ra tại các điện cực trong khi truyền dòng điện trực tiếp qua dung dịch điện phân. Phương pháp điện hóa có thể được sử dụng xử lý nước uống và nước thải. Trong trường hợp xử lý nước thải, phương pháp này có khả năng trích xuất các sản phẩm có giá trị từ nước công nghệ tương đối đơn giản mà không cần sử dụng hóa chất. Nhược điểm chính của các phương pháp này là tiêu thụ năng lượng cao. Tùy thuộc vào yều cầu của xử lý nước, chúng ta có thể chọn phương pháp điện hóa loại phản ứng phù hợp.
Điện phân xử lý nước có thể được phân loại theo các tính năng sau:
- Động học dòng chảy (liên tục hoặc từng đợt);
- Thủy động lực (có áp lực hoặc không áp lực);
- Loại phản ứng (mở, đóng, màng hoặc tế bào màng);
- Chuyển động của nước trong khoảng cách xen kẽ các điện cực (ngang, góc, thẳng đứng với lưu lượng nước tăng dần và giảm dần);
- Loại tác động lên các chất ô nhiễm (điện trường, quá trình điện cực, phóng điện hoặc các tác động phức tạp)
Hiệu quả của các phương pháp điện hóa được đánh giá bằng một số tham số như mật độ dòng điện, giá trị quá tải, hiệu quả dòng điện và mức tiêu thụ năng lượng.
Nguồn: S. Mika, S. Marina. Electrochemical Water Treatment Methods Fundamentals, Methods and Full Scale Applications. Butterworth-Heinemann, pp 13 – 15, 2017.
