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

1　電絮凝的理論基礎

電絮凝一個復雜的過程，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。電絮凝法具有很多的優(yōu)點，如：

（1）設備簡單，占地面積少，設備維護簡單；

（2）電絮凝過程中不需要添加任何化學藥劑，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)生的電極反應如下：

鋁陽極
Al－3e→Al3e+               　　　　　　　　　　 (1)
在堿性條件下
Al3e++3OH－→Al(OH)3      　　　　　　　　  (2)
在酸性條件下
Al3e++3H2O→Al(OH)3+3H+   　　　　　?。?）
鐵陽極
Fe－2e→Fe2e+              　　　　　　　　　 (4)
在堿性條件下
Fe2e++2OH－→Fe(OH)2                            (5)
在酸性條件下
4Fe2e++O2+2H2O→4Fe3e++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
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。

圖1  電絮凝去除污染物過程

2　電絮凝反應器中電極組合方式

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些極板直接流向靠近電源負極的一些極板，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。

（a）              (b)                (c)
圖2   電絮凝器電極連接方式
(a) 單極式  (b) 雙極式  (c) 組合式

3　在水處理中的應用

電絮凝技術在目前很多廢水處理領域都可應用，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，電絮凝技術可在很低的投資條件下，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。

圖3    電絮凝可取代常規(guī)廢水處理中的流程

1889年，英國人曾利用鐵電極電絮凝法來處理城市污水。20世紀60年代初期，隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電化學法開始引起人們的注意。近年來，電絮凝技術已廣泛地應用于各類水處理當中。目前，電絮凝技術已成功地應用于金屬的回收、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[1]以鋁作為電極材料，利用電絮凝技術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1kgCOD產(chǎn)生干泥0.20-0.37kg，能消耗為0.5kWh/(m3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低COD。Bayramoglu[2] 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，在溶液呈酸性時，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[3]等利用電絮凝技術處理活性染料印染廢水，研究了pH、電流密度和反應時間等因素對去除色度和COD的影響，最佳反應105min，電流密度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些工業(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CaCl2，可提高電導率，降低能量的消耗。

在石油、天然氣開采鉆探過程中，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[4]等采用電絮凝技術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12V，電流為77.13mA，不論使用鐵或鋁電極，在2min內(nèi)都能有效去除除NO 3-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Cr 6+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[5]等對利用電絮凝法除廢水中的鉻，Cr 6+與陽極電解出的Fe 2+反應，被還原為Cr 3+后與陰極產(chǎn)生的OH-生成沉淀而去除，總鉻濃度為3.0g/L的溶液經(jīng)過電絮凝處理后濃度小于0.5mg/L，最佳運行條件為：電量2.5F/m3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[6]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2.11kg/m3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、兩級斜管沉淀、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As（Ⅲ）和As(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[7]等研究表明，利用電絮凝法去除水As（Ⅲ）和As(Ⅴ)的效率相近， 在電絮凝過程中As（Ⅲ）首先被氧化成As(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FeCl3絮凝劑。

我國飲用水衛(wèi)生標準規(guī)定，水中鐵含量不超過0.3mg/l。在使用電機的壓力式電絮凝SS濾料過濾除鐵的裝置中，原水中的Fe 2+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。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、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的處理效率和降低能耗是當前該技術的發(fā)展方向。隨著電力工業(yè)的發(fā)展以及對電化學的研究越來越深入，電絮凝在水處理中有著廣泛的應用前景。

參考文獻

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[3]　A. Alinsafi, M. Khemis, M. N. Pons, et al. Electro-coagulation of reactive dyes and textile wastewater [J]. Chemical Engineering and Processing, 2005, 44(4):461-470.
[4]　馬文臣,葉艷,陳世宏,等.電絮凝法處理聚磺泥漿體系鉆井廢水[J].化工環(huán)保,2004,,24(增刊):196-198.
[5]　Gao P., Chen, X. M., Shen, F. , et al. Removal of chromium(VI) from wastewater by combined electrocoagulation-electroflotation without a filter [J]. Separation and Purification Technology, 2005, 43 (2): 117-123.
[6]　Adhoum N., Monser L.. Decolourization and removal of phenolic compounds from wastewater by electrocoagulation [J]. Chemical Engineering and Processing, 2004, 43(10): 1281-1287.
[7]　P. R. Kumar, S. Chaudhari, K. Khilar, et al. Removal of arsenic from water by electrocoagulation [J]. Chemosphere, 2004, 55(9):1245-1252.
 

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