【专业的人干专业的事儿！由青年汽车的“水氢发动机”新闻作为契机，复习下污水电解处理技术有关知识】

电解水制氢原理

01由水氢发动机引起的联想：污水电解处理技术

庞青年和他的青年汽车又一次成功的站在了风口浪尖上，这次是他们的水氢发动机技术，由于过于夸张的效能，别说正牌科学家们，就连普罗大众们也不相信以目前的科学技术水平能达到这么神奇的效果。估计这会那些伪科学大师们心里一定很有感慨：“现在的吃瓜群众，真的不如以前好骗了！”

调侃归调侃，作为一个正牌注册给排水工程师，咱也不是一般墙倒众人推、破鼓万人捶的吃瓜群众能比。这次借助青年汽车的水氢发动机，谈一谈在注册给排水考试中的一个相对偏门的知识点：污水电解处理技术原理。

为啥说咱作为一个注册给排水工程师，竟然能由水氢发动机这看起来貌似八竿子都打不着的事想起了污水电解处理技术？凡事必有因果，注册给排水工程师专注于给水排水方面研究，而在排水工程领域内，涉及到工业废水处理技术时，就有有一种高级催化氧化技术——电催化氧化（实质就是电解），其处理污废水的原理，就和青年汽车的水氢发动机制氢原理有共同之处。

电解法处理污水设备——复极式电催化氧化装备

02电解水制氢技术原理解密

目前水解制氢的技术，主要有电解水制氢、微生物制氢和铝水解制氢。其中电解水制氢这项技术对于普罗大众来说最是耳熟能详，毕竟作为一个对于试验要求不高的科普性试验，在初高中化学课上，是经常被老师们拿来展示的：找两个碳棒，插入水中，弄两节1.5V电池接通了，就能看到插入水中的碳棒表面产生气体，一端是氢气，一端是氧气，手段更加高明的老师，会选择在水中加入酚酞，酚酞遇碱会变红，而由于阴极碳棒制氢的过程中产生了氢氧根，所以阴极区域附近的水会变成粉红色。

电解水制氢的原理是，在外加直流电源的作用下，当槽电压达到了离子相应的电势电位，自由电荷由直流电源的负极到达和水接触的阴极材料，在阴极材料和水接触的那一层界面上，自由电荷从阴极进入到水中带正电荷离子中，完成从自由电荷到离子电荷的转变，同时，阳极材料和水接触的那一层界面上，带负电荷的离子会通过阳极材料传向直流电源的正极，完成从离子电荷到自由电荷的转变。在这个过程中，可以把水体看成是一条导线，并且水体中的离子含量越多，电导率越高，则传送相同电量电荷所需电压越低。

电解法处理污水设备图

03电解处理污水技术原理解密

和电解纯水不同，污水中大多含有各种各样的无机离子和有机物，所以在传送相同电量的电荷时，槽电压更低，运行费用更省。假如污水中含有氯离子，一经通电在阳极表面会生成氯气，氯气溶于水中会发生歧化反应，产生次氯酸根，具有很强的氧化性，能够去除水体中含有的有机物。假如污水中不含有氯离子，则阳极通电会产生一定量的羟基自由基，但是由于羟基自由基的猝灭时间超短（10的负六次方秒），所以在阳极表面产生的羟基自由基一般无法在水体中迁移，所以其相较于含氯根污水相比较，处理效率非常低。

在电解处理污水的过程中，会产生极化现象，所谓的极化现象产生根源，可以做如下理解，污水中的离子含量有限，假如一直向某固定容积、不流通的污水中通电，随着污水中电场的建立，污水中的阴离子会慢慢聚集于阳极区域，阳离子会聚集于阴极区域，而阴阳极板中间区域可以导电的离子会大大减少，造成槽电压升高，不利于降低处理能耗，所以适当的混合有助于污水电解过程中能耗的降低和效率的提升。

污水电解装置局部

04电解制氢和污水电解技术能耗高，实际应用均困难重重

虽然电解水制氢和电解处理污水技术原理看上去非常简单，但是实际上电解技术在工业化应用过程中遇到的困难很大，最重要的一点就是电解水制氢或者污水电解处理的过程中，电流转化效率并不高，在这个过程中会伴随着各种形式的能量损失，一般电流利用效率仅为10%左右，所以制得的氢气成本过大。对于电解水制氢而言要想克服这个难题，就只能是在电能非常丰富、电价很便宜的地区大规模制备，然后在通过运输分配给各地区加氢站点加氢，所以此种方法并不适合于移动制氢设备，而对于电解法处理污水技术而言，就只能选择那些高电导率、规模不大的污水，或者电能丰富、电价便宜的地区选用。

多组污水电解处理装置

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