概述：微電解水箱自潔消毒器、水箱消毒器、水箱自潔器、水箱水處理機的電化學殺菌是一種率、低成本、環境友好的新型殺菌技術，包括電解活性氯殺菌、電解?OH殺菌、電解O3殺菌、電解H2O2殺菌等。對這4種電化學殺菌技術的殺菌機理、電極材料、電解工藝條件及特點進行了探討。
中  1引言 
　　微生物的有效控制是水處理領域的關鍵技術之一，常用的方法包括物理法和化學法。其中，物理法是利用物理技術進行殺菌，包括紫外線消毒器照射、超聲破碎、電磁輻射、微波等。物理法對環境友好，但殺菌效果較差。化學殺菌法是向水中投加無機或有機的殺菌劑，殺死或抑制微生物的生長繁殖，從而控制微生物。常用的殺菌劑包括臭氧、H2O2、氯和次氯酸鹽、二氧化氯、溴及溴化物、季銨鹽、戊二醛、異噻唑啉酮等，其中使用zui多的是氯系殺菌劑。化學法殺菌成本低、效果好，但這些藥劑均屬化學品，在、儲存、運輸和使用過程中存在安全隱患，且大部分使用后對環境不友好。隨著電極材料的日趨成熟，水箱自潔消毒器、水箱消毒器、水箱自潔器、水箱水處理機的電化學殺菌作為一種“清潔技術"，有望在水處理領域得到快速發展。微電解電化學殺菌可以根據需求實現殺菌劑的現場制備，避免了殺菌劑在儲運過程和使用過程中污染環境或發生安全事故，具有率、低成本、對環境友好等優點。 
　　微電解水箱自潔消毒器、水箱消毒器、水箱自潔器、水箱水處理機的電化學殺菌的基本原理是利用電場的物理作用和電解產物的化學作用進行殺菌，前者為直接殺菌，后者為間接殺菌。直接殺菌是利用電場擊穿細胞膜，造成微生物細胞質外流致死，或通過電極與微生物細胞之間的電子傳遞，擾亂其呼吸系統致死。微電解水箱自潔消毒器、水箱消毒器、水箱自潔器、水箱水處理機具有代表性的直接殺菌是吸附-電解法殺菌，此類裝置的吸附區為導電性吸附材料如活性炭、活性炭纖維等，對水中微生物進行吸附，吸附區兩端為電極，施加電壓進行殺菌。 
　　對于間接殺菌，電解產物因電極材料及電解質溶液的組成不同而異，電解殺菌活性產物主要包括：活性氯、?OH、O3和H2O2。 
　　2微電解水箱自潔消毒器、水箱消毒器、水箱自潔器、水箱水處理機的電化學殺菌技術綜述 
　　2.1電解活性氯殺菌 
　　活性氯是Cl2、HClO和ClO-三種形式的總和，HClO和ClO-的比例由電解質溶液的pH值決定。電解氯離子含量高的水（如海水）或向水中添加鹽酸鹽，可產生高濃度的活性氯，其殺菌效果已得到普遍認可，但高濃度氯離子和活性氯會引起水質的腐蝕性增強。為了解決水質腐蝕性增強的問題，20世紀90年代開始，研究人員開始研究Cl-濃度極低溶液的電解殺菌。 
　　含Cl-電解質溶液電解時，陽極產生次氯酸或次氯酸鹽（式1，2，3）， 
　　伴隨著析氧副反應的發生，以低Cl-濃度水（×10-6級）為電解質溶液進行電解活性氯殺菌，電極材料的電流效率是關鍵因素，電流效率越高，產生的活性氯越多，殺菌效果越好。對于低Cl-濃度水電解，不同的電極材料產生活性氯的效率差別很大[4，8～10]。Alexander Kraft等人分別以Ti/IrO2、Ti/IrO2-RuO2、Pt、摻硼金剛石BDD（Boron-Doped Diamond）為陽極電極，對不同Cl-濃度的水進行電解。Ti/IrO2電極和Ti/IrO2-RuO2電極的電流效率和活性氯產率都明顯高于Pt電極和摻硼金剛石BDD電極。當Cl-濃度為180mg/L時，Ti/IrO2電極的電流效率在10%左右，而Pt電極和BDD電極的電流效率低于2%。Joonseon Jeong等人研究了Ti/IrO2、Ti/RuO2、Ti/Pt-IrO2、BDD、Pt電極材料在低Cl-濃度水溶液中（1.7×10-2M NaCl）的電化學特性，得出了相似的結論，電極材料的活性氯產率順序為：Ti/IrO2>Ti/RuO2>Ti/Pt-IrO2>BDD>Pt，與電極材料的析氯活性（Ti/IrO2>Ti/RuO2>Ti/Pt-IrO2>BDD>Pt）相一致。 
　　2.2電解?OH殺菌 
　　羥基自由基?OH是目前已知的水中zui強的氧化劑，其氧化電位高達3.06V（表1）。?OH通過破壞微生物的蛋白質、酶和核酸使其致死。 
　　2.3電解O3殺菌 
　　氧化過電位高的陽極材料在高電流密度、低溫條件下可直接電解水產生O3（式8），這類高氧化過電位陽極材料主要有PbO2[19～21]、SnO2、玻璃碳、BDD等。Manuela Stadelmann等人發明的“三明治"結構電極組件：金剛石陽極/固體聚合物（SPE，solid polymer electrolyte）/陰極，類似于質子交換膜燃料電池的三合一膜電極組件，電極結構緊湊，電流效率高，可用于電導率極低的水（如去離子水）電解產生O3。Alexander Kraft 等人采用BDD/Nafion324/BDD電極結構（BDD基體為金屬Nb），研究了電流密度、水流速、電導率等因素對電解O3產率和電流效率的影響，當電流密度為153mA/cm2，水的流速為95L/h，電導率為1 μS/cm時，電解水生成O3的電流效率達到24%。Kazuki Arihara等人采用類似的“三明治"電極結構，以多孔BDD為陰、陽極材料，研究了孔直徑、孔數、極板厚度以及總邊緣長度對電解水產生O3效率的影響。采用厚度為0.54mm的D10HN410電極（孔徑為1mm，孔數為410），在適宜的工藝條件下電解水產生O3的電流效率可達到47%。Choonsoo Kim等人分別采用BDD、Pt、Ti/IrO2、Ti/RuO2、Ti/Pt-IrO2電極材料電解水生成O3，其中BDD電極的活性zui高。研究發現叔丁醇的加入可明顯抑制O3的生成，?OH在BDD電解水生成O3的過程中起關鍵作用，O3可由O2和?O生成（式9，10）。
    2.4電解H2O2殺菌 
　　多數電解殺菌活性物質（如Cl2、?OH、O3 等）都由陽極產生，而H2O2是由陰極產生。為了減少電解時陰極析氫副反應的發生，采用氣體擴散陰極（GDE，gas diffusion electrode）可將氧氣還原生成H2O2（式11）。碳材料（石墨、活性炭、活性碳纖維、玻璃碳等）具有自催化作用，是比較理想的電解產生H2O2的陰極材料。Choonsoo Kim等人分別采用BDD、Pt、Ti/IrO2、Ti/RuO2、Ti/Pt-IrO2電極材料電解水生成H2O2，其中BDD電極的活性zui高，其次是Ti/RuO2電極，與產生?OH的活性相一致，表明H2O2由2個?OH生成（式12）。 
　　?OH +?OH→H2O2（11） 
　　在碳材料的基礎上，加入具有氧化還原催化性能的有機物（PTFE、2-乙基蒽醌等）或貴金屬（如Pt）可進一步提高H2O2的產率。Wenying Xu等人以活性碳/聚四氟乙烯PTFE作為氣體擴散層電解產生H2O2，研究發現Pt擔載量為3‰，NH4HCO3造孔劑用量為30%、pH<8、O2流速為1.25L/min、Na2SO4含量為10%、電流密度為6.7mA/cm2時的殺菌效果，成本相對較低。 
　　O2 + H2O + 2 e-→H2O2 + 2OH-（12） 
　　3結語 
　　在這4種電化學殺菌技術中，微電解水箱自潔消毒器、水箱消毒器、水箱自潔器、水箱水處理機的電解活性氯殺菌研究的較多，且技術相對成熟，已經在飲用水和工業用水方面有所應用。對于Cl-含量極少又不能添加鹽酸鹽，電導率極低（如高純水、雨水）的低溫水質，可通過電解O3殺菌。電解O3殺菌技術不受電導率低的限制，副反應少，電流效率高（47%），但其電極材料BDD的制備目前還于小尺寸，限制了該技術的規模應用。H2O2的氧化電位比O3低，穩定性較活性氯差，在、長時殺菌場合應用受限。?OH氧化能力*（氧化電位3.06V），可快速殺菌滅藻，zui終產物是水和二氧化碳，無二次污染，但穩定性差，其規模應用還有待進一步的研究。