絮凝是水處理過程最重要的物理化學(xué)操作過程之一,這一過程通常是脫穩(wěn)和使小顆粒物凝聚成大顆粒。目前,化學(xué)絮凝的可接受程度正逐漸變小,這主要是因為與化學(xué)試劑處理有關(guān)費用昂貴(如:產(chǎn)生污泥的體積大,產(chǎn)生有毒廢物,昂貴化學(xué)藥劑等),而絮凝過程可通過化學(xué)和電學(xué)途徑即電絮凝技術(shù)而獲得。

1 電絮凝的理論基礎(chǔ)

        電絮凝一個復(fù)雜的過程,在電場的作用下金屬電極產(chǎn)生陽離子在進入水體時包括許多物理化學(xué)現(xiàn)象,從離子的產(chǎn)生到形成絮體包括三個連續(xù)的階段:

        (1)在電場的作用下,陽極產(chǎn)生電子形成“微絮凝劑”——鐵或鋁的氫氧化物;

        (2)水中懸浮的顆粒、膠體污染物在絮凝劑的作用下失去穩(wěn)定性;

        (3)脫穩(wěn)后的污染物顆粒和微絮凝劑之間相互碰撞,結(jié)合成肉眼可見的大絮體。

        由于電絮凝過程中電解反應(yīng)的產(chǎn)物只是離子,不需要投加任何氧化劑或還原劑,對環(huán)境不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生污染,被稱為是一種環(huán)境友好水處理技術(shù)。電絮凝法具有很多的優(yōu)點,如:

        (1)設(shè)備簡單,占地面積少,設(shè)備維護簡單;

        (2)電絮凝過程中不需要添加任何化學(xué)藥劑,產(chǎn)生的污泥量少,且污泥的含水率低,易于處理;

        (3)操作簡單,只需要改變電場的外加電壓就能控制運行條件的改變,很容易實現(xiàn)自動化控制;

        電絮凝法中常用的電極材料為鋁和鐵,在陽極和陰極之間通以直流電,發(fā)生的電極反應(yīng)如下:

        鋁陽極   Al-3e→Al³⁺  (1)

        在堿性條件下   Al³⁺+3OH^-→Al(OH)₃  (2)

        在酸性條件下   Al³⁺ +3H₂O→Al(OH)₃+3H⁺  (3)

                                    Fe-2e→Fe²⁺    (4)

        在堿性條件下Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂   (5)

        在酸性條件下4Fe²⁺+O₂+2H₂O→4Fe3⁺+4OH^-   (6)

        另外,水的電解還有氧氣放出2H₂O-4e→O₂+4H⁺    (7)

        在陰極發(fā)生如下反應(yīng)2H₂O+2e→H₂+2OH^-   (8)

        電絮凝法在處理過程中具有多功能性,除了電絮凝作用之外還有電化學(xué)氧化和還原、電氣浮等作用。電絮凝法去除水中污染物過程見圖1。
 

2 電絮凝反應(yīng)器中電極組合方式

        在電絮凝器中，按照電極板兩側(cè)的電極極性分，電絮凝器可分為單極式、雙極式和組合式三類，見圖2。對于單極式電絮凝器，電勢高低交錯，電流總是從某一陽極流向相鄰的陰極，而不可能繞過幾塊極板流向其他陰極，每塊極板表現(xiàn)出一種電性且相鄰的電極表現(xiàn)為不同的電性:,這類電絮凝器不存在電流的泄漏問題;雙極式與組合式的情況則有所不同，部分電流可以繞過幾塊極板，從靠近電源正極的一此極板直接流向靠近電源負極的一此極板，除了與電源兩極相連的極板外，每塊極板表現(xiàn)出不同的電性:,雙極式和組合式都存在著電流泄漏的現(xiàn)象。
 

3 在水處理中的應(yīng)用
   
　　 電絮凝技術(shù)在目前很多廢水處理領(lǐng)域都可應(yīng)用，在高濃度、難生化降解、要求高氨氮去除率的廢水的處理更具優(yōu)勢;在目前工藝不能滿足的廢水處理，電絮凝技術(shù)可在很低的投資條件卜，實現(xiàn)原有廢水處理工藝的出水達標，可將原工藝主要的耗費段放棄不用，見圖3。
 

 
　　1889年，英國人曾利用鐵電極電絮凝法來處理城市污水。20世代紀60年代初期，隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電化學(xué)法開始引起人們的注意。近年來，電絮凝技術(shù)已)’泛地應(yīng)用于各類水處理當中。目前，電絮凝技術(shù)已成功地應(yīng)用于金屬的回收、處理有機染料、懸浮顆粒、從各種工業(yè)廢水和生活廢水中去除油脂以及其它各種廢水的處理。
    
　　Chen等以鋁作為電極材料，利用電絮凝技術(shù)處理高濃度油脂的餐飲廢水，處理時間小于4.5min,油脂,COD和SS的去除率分別為99%,88%和98%，每去除1 kgCOD產(chǎn)生干泥0.20- 0.37kg,能消耗為0.5kWh/(m，廢水)，處理后的出水滿足排放要求，可有效減輕對城市公共水處理設(shè)施的負荷。
    
　　紡織印染業(yè)排放的廢水中含有大量不容易生物降解的染料分子和很高的COD,若不經(jīng)處理排放到水體中會嚴重污染環(huán)境。利用電絮凝法可有效地去除廢水中的色度以及降COD。Bayramoglu等分別利用鐵和鋁作為電極進行了電絮凝處理紡織廢水的研究，在溶液旱酸性時，利用鋁電極去除COD和濁度的處理效果要優(yōu)于鐵電極，但是溶液為中性或弱堿性時，利用鐵電極則處理效果要比鋁電極好。在電絮凝過程中，溶液的電導(dǎo)率較高則運行的費用較低，在達到相同的去除COD和濁度的去除效率，利用鐵電極比鋁電極需要更低的電流密度。Alinsafi等利用電絮凝技術(shù)處理話性染料印染廢水，研究了pH、電流密度和反應(yīng)時間等因索對去除色度和COD的影響，最佳反應(yīng)10.5min，電流密12mA/cm²，色度的去除率達到90-95%, COD的去除率在30-36%之間。
    
　　電絮凝可用于處理某鄴工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的含硼溶液，硼的去除效率主要取決于電流密度、初始溶液中硼的濃度以及處理時間，在電流密度為20 mA/cm²，處理20- 30min后，硼的去除率約為90%初始濃度為2.5g/L) ,能耗為2.5- 4.5kWh/m³廢水。在溶液中添加CaC12,可提高電導(dǎo)率，降低能量的消耗。
    
　　在石油、天然氣采鉆探過程中，聚磺泥漿體系產(chǎn)生的鉆井廢水中含有大量的多種無機物和有機物，其COD大、色度高、礦化度高、懸浮物高、含油量高，若不經(jīng)處理直接排放，將對環(huán)境造成污染。該類廢水采用常規(guī)絮凝工藝處理難以做到廢水達標排放，其處理在國內(nèi)還沒有得到妥善解決。馬文臣等采用電絮凝技術(shù)對聚磺泥漿體系鉆井廢水進行處理，廢水經(jīng)75min處理后，COD可由1511mg/L  下降到86.3mg/L，色度可從1500倍降到27倍，其主要水質(zhì)指標可滿足GB8978- 1996一級排放標準要求。
    
　　利用電絮凝處理造紙廢水，研究結(jié)果表明，在電壓為12 V,電流為77.13mA，不論使用鐵或鋁電極，在2min內(nèi)都能有效去除NO₃以外的所有造紙廢水中的污染物，繼續(xù)增加電絮凝處理的時間，對COD和BOD的去除率的影響不大。
    
　　電鍍、冶金等工業(yè)生產(chǎn)通常排放含Cr⁶⁺溶液，由于其對環(huán)境的嚴重危害，各國鉻的排放都有嚴格的要求，如我國要求總鉻的排放標準為0.5mg/L GB8978- 1996)，傳統(tǒng)除鉻的方法有沉淀、吸附、生物降解等，Gao等對利用電絮凝法除廢水中的鉻，Cr⁶⁺與陽極電解出的Fe²⁺反應(yīng)，被還原為Cr³⁺后與陰極產(chǎn)生的OH^-生成沉淀而去除，總鉻濃度為3.0 g/L的溶液經(jīng)過電絮凝處理后濃度小于0.5 mg/L,最佳運行條件為:電量2.5 F/m^-廢水，pH5- 8，電能消耗小于1kWh/m³廢水。廢水中鉻的去除率超過99%。
    
　　橄欖油廠排放的深紅色廢水中含有大量的酚，排放到水體中或用于農(nóng)業(yè)灌溉之前必須進行處理。 Adhoum等利用電絮凝法處理橄欖油廠廢水，電絮凝處理25min后，出水的COD、多元酚以及色度的去除率分別達到76% , 91%和95% ,鋁電極的消耗量為2.11 kg/m，廢水。利用電絮凝和生物法結(jié)合處理橄欖油廢水會取得更好的處理效果。
     
　　高濁度水處理被認為是水質(zhì)凈化處理的兩大難題之一。采用兩級電絮凝、兩級斜答沉淀、三層濾料過濾，并配合二級沉淀物回流的新工藝，可將濁度為10000度的原水在42min內(nèi)一次凈化為濁度小于3度的飲用水。通過對顆粒物沉淀和氣浮的研究發(fā)現(xiàn)，在電絮凝過程中:低電流時顆粒物通過沉淀而去除，高電流時顆粒物通過氣浮而去除。
      
　　電凝聚可同時除去水中有機物、細菌、有毒重金屬和其他毒物，降低濁度，是一種很有前途的給水凈化方法。
    
　　飲用水中的砷主要以A$(III)和A$(V)兩種形態(tài)存在，由于其高毒性嚴重影響著人類的健康。 Kumar等研究表明，利用電絮凝法去除水A睡III)和As(V)的效率相近，在電絮凝過程中A$III)首先被氧化成A$(V)，然后通過吸附以及與金屬氫氧化物形成配位化合物而去除。利用該法除毒性更高的As(III>的效率要優(yōu)于傳統(tǒng)的使用FeCI₃絮凝劑。
    
　　我國飲用水衛(wèi)生標準規(guī)定，水中鐵含量不超過0.3 mg/L。在使用電機的壓力式電絮凝55濾料過濾除鐵的裝置中，原水中的Fe²⁺經(jīng)過Al(OH)₃:吸附，再經(jīng)過SS濾料過濾后即可去除。
  
　　當原水中的鐵含量小于30mg/L時，處理后的水均能達到國家飲用水衛(wèi)生標準。 用鐵作電極處理污染的河水時，細菌與濁度的去除效果都十分顯著。增大電流密度可提高COD和細菌的去除率與速率，但達到相同去除率的能耗將增大。

4 結(jié)語
    
        電絮凝是一種水處理和凈化技術(shù)。深入研究電解過程中的作用機理，針對不同的廢水選擇恰當?shù)奶幚砉に?，通過改進電源技術(shù)、研究新型電極材料及電解槽結(jié)構(gòu)，以進一步提高電凝聚氣浮技術(shù)的處理效率和降低能耗是當前該技術(shù)的發(fā)展方向。隨著電力工業(yè)的發(fā)展以及對電化學(xué)的研究越來越深入，電絮凝在水處理中有著廣泛的應(yīng)用前景。
 

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