Rafefnafræðileg oxun

Í víðum skilningi vísar rafefnafræðileg oxun til alls rafefnafræðiferlisins, sem felur í sér bein eða óbein rafefnafræðileg viðbrögð sem eiga sér stað við rafskautið byggt á meginreglum oxunar-afoxunarviðbragða. Þessi viðbrögð miða að því að draga úr eða fjarlægja mengunarefni úr frárennsli.

Þröngt skilgreint, rafefnafræðileg oxun vísar sérstaklega til anodic ferlisins. Í þessu ferli er lífræn lausn eða sviflausn sett inn í rafgreiningarfrumu og með því að beita jafnstraumi eru rafeindir dregnar út við rafskautið sem leiðir til oxunar lífrænna efnasambanda. Að öðrum kosti er hægt að oxa lággildismálma í hágildismálmjónir við rafskautið, sem taka síðan þátt í oxun lífrænna efnasambanda. Venjulega sýna ákveðnir virkir hópar innan lífrænna efnasambanda rafefnafræðilega virkni. Undir áhrifum rafsviðs breytist uppbygging þessara virku hópa, breytir efnafræðilegum eiginleikum lífrænu efnasambandanna, dregur úr eituráhrifum þeirra og eykur lífbrjótanleika þeirra.

Hægt er að flokka rafefnafræðilega oxun í tvær gerðir: bein oxun og óbein oxun. Bein oxun (bein rafgreining) felur í sér beinan flutning mengunarefna úr skólpvatni með því að oxa þau við rafskautið. Þetta ferli felur í sér bæði anódísk og katódísk ferli. Rafskautsferlið felur í sér oxun mengunarefna á yfirborði rafskautsins, breytir þeim í minna eitruð efni eða efni sem eru meira niðurbrjótanleg og dregur þannig úr eða eyðir mengunarefnum. Bakskautaferlið felur í sér minnkun mengunarefna við bakskautyfirborðið og er fyrst og fremst notað til að draga úr og fjarlægja halógenað kolvetni og endurheimt þungmálma.

Einnig er hægt að vísa til bakskautsferlisins sem rafefnafræðileg afoxun. Það felur í sér flutning rafeinda til að minnka þungmálmjónir eins og Cr6+ og Hg2+ í lægri oxunarástand þeirra. Að auki getur það dregið úr klóruðum lífrænum efnasamböndum, umbreytt þeim í minna eitruð eða óeitruð efni, og að lokum aukið lífbrjótanleika þeirra:

R-Cl + H+ + e → RH + Cl-

Óbein oxun (óbein rafgreining) felur í sér notkun rafefnafræðilega myndaðra oxunar- eða afoxunarefna sem hvarfefna eða hvata til að breyta mengunarefnum í minna eitruð efni. Hægt er að flokka óbeina rafgreiningu frekar í afturkræf og óafturkræf ferli. Afturkræf ferli (miðluð rafefnafræðileg oxun) felur í sér endurnýjun og endurvinnslu redoxtegunda meðan á rafefnafræðilegu ferli stendur. Óafturkræf ferli nota aftur á móti efni sem myndast við óafturkræf rafefnafræðileg viðbrögð, svo sem sterk oxunarefni eins og Cl2, klóröt, hýpóklórít, H2O2 og O3, til að oxa lífræn efnasambönd. Óafturkræf ferli geta einnig myndað mjög oxandi milliefni, þar með talið leysanlegar rafeindir, ·HO stakeindir, ·HO2 stakeindir (hýdróperoxýlrótar) og ·O2-radicals (ofuroxíðanjónir), sem hægt er að nota til að brjóta niður og útrýma mengunarefnum eins og blásýru, fenólum, COD (Chemical Oxygen Demand), og S2- jónir, umbreyta þeim að lokum í skaðlaus efni.

Þegar um er að ræða beina rafskautsoxun getur lítill styrkur hvarfefna takmarkað rafefnafræðileg yfirborðsviðbrögð vegna takmarkana á massaflutningi, á meðan þessi takmörkun er ekki til fyrir óbeina oxunarferla. Í bæði beinum og óbeinum oxunarferlum geta hliðarhvörf sem fela í sér myndun H2 eða O2 gas átt sér stað, en hægt er að stjórna þessum hliðarhvörfum með vali á rafskautsefnum og hugsanlegri stjórn.

Rafefnafræðileg oxun hefur reynst árangursrík til að meðhöndla skólpvatn með háum lífrænum styrk, flóknum samsetningum, fjölda eldföstum efnum og mikilli litun. Með því að nýta rafskaut með rafefnafræðilegri virkni getur þessi tækni á skilvirkan hátt myndað mjög oxandi hýdroxýl stakeindir. Þetta ferli leiðir til niðurbrots þrávirkra lífrænna mengunarefna í óeitruð, niðurbrjótanleg efni og algjörrar steinefnamyndunar þeirra í efnasambönd eins og koltvísýring eða karbónöt.