医院的污水水质复杂，除了大量的有机污染物和无机污染物，如各种药物，消毒剂，麻醉剂，放射性元素等；特别地，它包含大量的各种病原细菌，病毒和寄生虫卵。如果不经治疗直接出院，将严重危害人体健康。二氧化铅电极具有高的析氧势，强氧化性，良好的导电性和良好的耐腐蚀性，因此被广泛用于有机废水处理领域。但是，关于医院污水消毒处理的研究很少。已有学者将钛基贵金属氧化物（Ti / IrO2，Ti / RuO2），Cu，Ag及其合金电极用于电化学灭菌研究，表明这些电极具有较高的灭菌效率，可以达到满意的杀菌效果。然而，钛基贵金属氧化物的电极制造工艺复杂且成本太高，这限制了其进一步的大规模使用。铜，银及其合金电极由于溶于离子态而增加了水中的重金属离子含量。 

因此，迫切需要找到一种消毒效果好，加工成本低的电化学消毒技术。根据医院污水水质特点，对粗砂，水解，接触氧化处理后的废水进行电化学消毒实验。以粪大肠菌群的去除率作为消毒控制指标，以研究和分析不同的阳极材料，电流密度和电极间距。电解质浓度等因素对消毒效果的影响，确定实验的最佳操作参数，并为工程应用提供理论指导。

1实验材料与方法
1.1电极准备
1.1.1基质预处理
以钛板（120mm×50mm×1mm）为基材，分别用320＃和600＃金相砂纸打磨，使其具有金属光泽。然后在超声条件下用10％NaOH洗涤20分钟以去除表面。用蒸馏水清洗后，将其置于10％的草酸溶液中，并在微沸条件下蚀刻2至3小时。钛板的表面形成粗糙的灰色表面，没有金属光泽，并置于无水乙醇中。保存备用。

1.1.2电极中间层的制备
通过热分解制备中间层。涂料溶液：将SnCl4·5H2O和SbCl3溶解在正丁醇中，加入37％的盐酸，搅拌均匀，制成饱和溶液，并保存在棕色的容量瓶中以备后用。用刷子将涂覆溶液均匀地涂覆在预处理的钛板上，在恒温干燥箱（110°C）中孵育5分钟，然后在马弗炉中于300°C退火20分钟，然后在550°退火C持续20分钟；喷涂过程重复10次，最后在550°C退火1 h。

1.1.3电极外层的准备
外层通过电沉积制备。电镀液：0.6 mol / LPb-（NO3）2、20 mmol / L NaF和0.1 mol / L HNO3的混合物。将具有中间层的钛板置于电解池中，并以20 A / m2的电流密度连续电沉积1 h，以在电极表面形成β-PbO2。1.2实验方法
用自制的电解槽进行医院污水消毒处理实验。 Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2，碳纤维和不锈钢用作阳极，碳纤维用作阴极，阳极（1）和阴极（2）之间的距离可调。在搅拌下进行电化学消毒实验，电解池如图1所示。粪大肠菌群的数量是评价消毒效果的重要参数。粪大肠菌群的数量通过多管发酵确定。粪大肠菌群去除率η根据公式（1）计算：

C0和Ct分别代表初始时间和消毒时间的粪便大肠菌的数量。

1.3实验水样
实验水样通过砂砾，水解和接触氧化处理从城市综合医院污水中的废水中提取。粪大肠菌群数为9.0×104〜9.2×104 cfu / L，pH = 7〜8。

2结果与讨论
2.1阳极材料对杀菌作用的影响
实验使用Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2，碳纤维和不锈钢作为阳极，碳纤维作为阴极，恒定电流密度100 A / m2，电极间距5 mm。在不同的时间进行电化学消毒实验，结果如图2所示。

从图1可以看出，在0到9分钟时，三个阳极的粪大肠菌群的去除率随时间迅速增加，并且Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2的斜率最大，因此粪便大肠菌群的去除速度最快。在9至15分钟时，三个阳极的粪便大肠菌群的去除率随时间缓慢增加。在9分钟时，Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2的粪大肠菌去除率高达99.5％，杀菌效果是碳纤维的1.2倍，不锈钢的1.8倍，粪便大肠的杀菌效果。消毒后的污水。菌群数量为450 cfu / L，符合综合废水排放一级标准（GB8978-1996）。由上可知，杀菌效果的顺序为：Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2>碳纤维>不锈钢。

不锈钢是由不同元素组成的合金金属材料，并且氧化反应会作为阳极发生。在消毒过程中，观察到污水从澄清状态变为浑浊状态的现象，并产生沉淀，并且在电极表面上分布着不同大小的孔。结论是不锈钢杀菌的基本原理主要是电化学絮凝。不锈钢本身溶解并沉淀出不同的金属离子，从而形成不同种类的氢氧化物胶体（Fe（OH）2和Fe（OH）3），可以被吸附。桥接和净捕集清扫作用形成包含病原体的电中性絮凝剂。 Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2和碳纤维都是惰性电极，不会溶解。 Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2具有很强的杀菌能力，主要依靠β-PbO2催化。由于其较高的氧气释放超电势，因此在电解过程中会生成标准电极电势高于O2的O3和H2O2。 OH反应性基团，反应方程式为：2H2O = O2 + 4H ++ 4e E0 = 1.23 V（3）
3H2O = O3 + 4H ++ 4e E0 = 1.60 V（4）
2H2O = H2O2 + 2H ++ 2e E0 = 1.78 V（5）

在实验过程中pH值发生变化，并检测到O3​​的存在，这与Wilk L. J. Wait和Shiue L. R.有关。得到的结论是一致的。为了证明在电气消毒系统中存在·OH，加入叔丁醇表明叔丁醇与·OH的反应速率非常大，常用于·OH的定性分析。实验结果如图3所示。随着叔丁醇浓度的增加，粪便大肠菌的去除率不断降低，幅度达25％。这是因为叔丁醇与·OH的反应常数非常大，并且与粪大肠菌群竞争时·OH很容易被叔丁醇捕获，从而降低了粪大肠菌反应的可能性并降低了去除率。率。 ·电化学消毒系统中存在OH。废水中含有300 mg / L的Cl-，并且在消毒过程中检测到Cl-的含量，可以将其转化为Cl2，ClO-和HClO活性氯基团。这些大量的反应性基团协同破坏病原微生物的细胞结构并杀死它。碳纤维杀菌主要依靠低压电场效应和高压电氧化还原。碳纤维具有丰富的微孔结构，可以吸收大量细菌和病毒。当电场强度超过细胞膜电位时，细胞膜被穿孔，从而细胞质通过微孔损失。在高电压下，发生电化学氧化反应以形成具有强氧化性的基团。活性基团的量与电极本身的性质密切相关。碳纤维的氧释放超电势优于Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2。低，活性氧基团的形成受到限制。因此，碳纤维的灭菌效率不如Ti / SnO2-Sb2O3 /α-PbO2高。

2.2电流密度对消毒效果的影响
Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2被用作阳极，碳纤维被用作阴极。在不同的电流密度和不同的消毒时间下进行了电化学消毒实验。结果如图4所示。

从图4可以看出，当灭菌时间恒定时，粪便大肠菌的去除率随着电流密度的增加而逐渐增加。这是因为电流密度越高，电化学反应速度越快，阳极产生的强氧化活性物质越多，则可以杀死更多的病原细菌和病毒，提高了杀菌效率；考虑到电流密度越高，消毒时间越好。当消毒时间为6分钟且电流密度为0至100 A / m2时，流出物中粪便大肠菌的数量大于8 600 cfu / L。消毒时间为9分钟，电流密度为100 A / m2时；当消毒时间为12分钟且电流密度为80 A / m2时，废水中的粪便大肠菌群细菌小于500 cfu / L。根据法拉第电解的第一定律，在电极上发生化学变化的物质A的量N与电解质的总电量Q成正比（即，电流强度I与通电时间t的乘积） ），即NA = KQ = KIt。实验参数为t = 12min和I = 80 A / m2。产生的活性物质的数量大于t = 9分钟和I = 100 A / m2的实验参数。当电流密度太大时，阳极上发生副反应或二次反应，导致水体中其他物质的电解反应，从而降低了电流效率。因此，在达到相同的粪大肠菌群去除率的条件下，消毒时间为12分钟，电流密度为80 A / m2的工艺参数是最合适的。2.3电极间距对消毒效果的影响
在恒定电流密度80 A / m2，消毒时间12 min及其他实验条件下，研究了不同电极间距对消毒过程的影响。结果如图5所示。

从图5可以看出，粪便大肠菌的去除率随着电极间距的增加而降低，并且实验测得的细胞电压逐渐升高。当电极间距为5〜10 mm时，曲线的斜率基本不变，电池电压保持在10.2 V，粪便大肠菌的去除率保持在98.9％以上。消毒效果好；电极间距为10〜30 mm时，曲线下降趋势更陡，斜率更大，杀菌速度更快，消毒效果不佳，电池电压高达18.5V。电阻并降低电场强度。这导致带负电荷的细菌和病毒的迁移速率降低并且灭菌效率降低。尽管增加电极间隔可以降低一次性投资成本，但是操作成本高，并且电极间隔优选为5mm。

2.4氯化钠电解液浓度对消毒效果的影响
将Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2用作阳极，将碳纤维用作阴极，恒定电流密度为80 A / m2，消毒时间为12分钟，电极间距为5 mm。在不同的NaCl电解质浓度下进行了电化学消毒实验。图6显示。

从图6可以看出，当NaCl浓度在100-400 mg / L之间时，粪便大肠菌的去除率随NaCl浓度的增加而增加，粪便大肠菌的去除率高达99.6％。 ；当NaCl浓度大于400 mg / L时，未检测到粪便大肠菌。添加NaCl电解质不仅可以提高溶液的电导率，而且还可以产生活性物质（如ClO-和Cl2），对杀灭细菌和病毒起协同作用。然而，高浓度的NaCl电解质增加了电极的能量消耗，并且对消毒效果没有影响。实验废水的Cl含量为300-320 mg / L，满足了这种电化学消毒的要求，并且不需要额外的电解质。2.5阳极寿命测试

在高电流密度（25 A / dm2）和强酸性电解质（60°C，1 mol / L H 2 SO 4）的条件下进行电解实验。从电解开始到电池电压急剧上升或电极表面严重腐蚀的时间称为电极加速寿命。这三个电极的实验结果如图7所示。

从图7可以看出，Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2的加速寿命比不锈钢和碳纤维的寿命要长45小时。根据电极寿命与电流密度的平方成反比的规则，将加速寿命转换为实验电流密度（80 A / m2）的使用寿命。结果如下：（2 500/80）2×45 = 43 945（h）5.0年。表明Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2使用寿命长，不需要频繁更换电极。
2.6经济效益分析
为研究Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2阳极消毒的经济可行性，理论耗电量为1.03 kW·h / m3，电价按0.5元/度计算。运行成本仅为0. 52元/ m3，而常规医院污水消毒方法-二氧化氯法的消毒费用约为0.20元/ m3。尽管Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2的运行成本略高于二氧化氯，但就二氧化氯的不稳定性以及现场制备和使用而言，上述成本是可以接受的。
3结论
使用Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2作为阳极，碳纤维作为阴极对医院污水进行电化学处理是有效的。消毒后出水粪便中大肠菌群数量少于500 cfu / L，可达到污水综合排放水平。标准（GB8978-1996）。实验的最佳工艺参数为：恒定电流密度= 80 A / m2，消毒时间= 12分钟，电极间距= 5 mm，医院废水中的Cl-含量为300〜320 mg / L，不需要额外的电解质。
Ti / SnO2-Sb2O3 /β-PbO2的理论电极寿命长，长达数年，并且使用非贵金属氧化物作为催化层。生产成本低，加工成本不高，具有广阔的应用前景，具有广阔的发展前景和电化学消毒阳极的潜力。