电解（Electrolysis）是将电流通过电解质溶液或熔融态电解质（电解液），在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电化学电池在外加直流电压时可发生电解过程。

基本原理

这是一个电解槽，其中插入了阴极和阳极，外部还有一个电源：

电解设备示意图

电解槽中放入电解质，电解质溶液就会在电流的作用下发生氧化反应，这个过程就是电解。利用电解反应，可以去除水中的有机和无机污染物。

电解法的基本原理与过程是比较复杂的，其中涉及到了电解的氧化还原、电絮凝以及电解气浮等过程，接下来会逐一的进行介绍。

氧化还原反应

电解食盐水

由于电解槽的阳极与电源的正极连接，可以将电子传递给电源，因此阳极发生氧化反应。可以直接氧化水中的污染物，阳极的OH-会被氧化为氧气，Cl-被氧化为氯气，两者均有氧化能力，也能对水中的污染物进行氧化。

阴极与电源负极连接，从电源接受电子，起到还原作用。可以直接还原水中的部分污染物，阴极的H+被还原为氢气，氢气的还原能力很强，同样可以还原水中的部分污染物。

电絮凝

如果电解槽中的阳极采用铁板或铝板，由于电化学的腐蚀作用，其中的铁离子或铝离子在通电后就会进入水中，进一步水解生成羟基配合物，起到混凝剂的作用，将废水中的悬浮物和胶体通过混凝加以去除。

关于铝离子的水解可以查看之前的《水的混凝机理和混凝过程》进行了解。

电解气浮

电解池中阳极会产生氧气，阴极会产生氢气，这些气体会以微气泡的形式溢出。这些气泡的比表面积很大，在上升过程中可以粘附水中的杂质，产生气浮的作用。

关于气浮的相关内容可以看这里《气浮工艺概述》。

法拉第电解定律

在电解的过程中，理论耗电量可以使用法拉第电解定律进行计算。

法拉第大家应该都知道，电学和交流电之父，那么法拉第电解定律是啥呢，其实就是法拉第定律，一是在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的电量成正比；二是通电于若干个电解池串联的线路中，当所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个电极上发生反应的物质，其物质的量相同，析出物质的质量与其摩尔质量成正比。

伴随着电解的过程，电极上析出或溶解的物质质量与通过的电量成正比，计算公式如下：

当我们知道电流强度和通电时间时，就可以计算出理论上析出的物质质量。

还是那句话，理论归理论，实际操作中，由于电解过程还存在某些副反应，因此实际的耗电量是要比理论值大很多的。用于目标物质析出的电量只占总电量的一部分，其占用的比例即为电流效率。

翻腾式电解槽

电解法中的电解槽形式多种多样，这里以应用比较广泛的翻腾式电解槽为例。

翻腾式电解槽结构示意图

电解槽中设置有几组阴、阳电极，分组悬挂在吊管上，中间用导流板隔开。

水流从电解槽的右边进入，从左边流出，水流方向与极板板面平行。水流进入电解槽后在极板间作上下翻腾流动，产生电解反应。

电解法的应用

电解法在水处理中有广泛的应用，常用于含铬、含氰等无机废水的处理，以及染料、印染等有机废水的处理，还可用于电解消毒。

这里以含铬废水为例，介绍一下电解法在其中的应用。

先看一下阳极，假如阳极采用铁电极，在电解过程中电极会溶解产生Fe2+，具有很强的还原性，在酸性条件下会将废水中的Cr6+还原为Cr3+，以上反应方程如下所示：

还原一个Cr6+，需要3个Fe2+，理论上阳极铁板的消耗的质量应该是被处理的Cr6+的3.22倍。忽略电解过程中副反应消耗的电量以及阴极直接还原的情况下，理论上来说，1A·h的电量可以还原0.3235g的铬。

在阴极，H+获得电子被还原成氢气，废水中的Cr6+直接被还原成Cr3+，其反应方程如下：

随着反应的进行，废水中H+浓度逐渐降低，碱性逐渐增加，Cr3+和Fe3+，就会以氢氧化物的形式沉淀下来，从废水中去除，反应如下：

结合以上的反应过程我们可以看到，电解时阳极的溶解产物Fe2+是将Cr6+还原成Cr3+的重要因素，阴极则是次要因素。

结 语

电解法具有效果稳定可靠，操作惯例简单，设备占地面积小等有优点。但其需要消耗电能和钢材等，整体的运行费用也是比较高的。这里需要根据实际情况进行取舍。

来源：百家号 文：小白科普水处理