電絮凝是一種對環(huán)境二次污染較小的廢水處理技術(shù)。電化學(xué)學(xué)科和電力工業(yè)的發(fā)展使電絮凝用于廢水處理的成本大大降低，競爭力不斷增強(qiáng)。電絮凝法處理廢水，一般不需要添加化學(xué)藥劑，設(shè)備體積小，占地面積少，操作簡單靈活，污泥量少，后續(xù)處理簡單［1］。電絮凝可以有效去除污水中的重金屬，陰離子，色度，有機(jī)物，懸浮固體甚至砷等有毒物質(zhì)［2］。近年來在國內(nèi)外正逐步應(yīng)用于電鍍、化工、印染、制藥、制革、造紙等多種工業(yè)廢水的處理以及給水凈化等領(lǐng)域。

1 電絮凝技術(shù)原理

鋁材和鐵材由于價廉，易得和有效性而成為最常用的電絮凝極板材料［3］。以鋁做電極材料為例，說明電絮凝技術(shù)原理，電極反應(yīng)如下［4］:

陽極反應(yīng):

Al-3e-→Al3 + (1)

Al3 + + nH2O→Al(OH)n 3-n + nH+ (2)

陽極反應(yīng):

3H2O + 3e-→3 /2H2(g) + 3OH- (3)

可溶性陽極在通入電流作用下，溶解產(chǎn)生大量陽離子，陽離子經(jīng)過水解、聚合形成一系列多核羥基絡(luò)合物和氫氧化物，這些產(chǎn)物吸附能力很強(qiáng)，起到凝聚、吸附等作用。電解過程中，陽極和陰極上產(chǎn)生的氧氣和氫氣，黏附性能很強(qiáng)，在其上浮過程中將懸浮物帶到水面上。在電流作用下，還會發(fā)生電解氧化還原反應(yīng)。影響電絮凝對水的處理效果主要包括電極材料，電流密度，反應(yīng)時間，極板間距，原水pH 值等。

2 電絮凝用于水處理

2．1 電絮凝用于工業(yè)廢水處理

電絮凝技術(shù)自20 世紀(jì)初就已開始應(yīng)用于廢水處理中。近年來，國內(nèi)外電絮凝正逐步應(yīng)用于電鍍、化工、印染、制藥、制革、造紙等多種工業(yè)廢水的處理，它可以有效去除工業(yè)廢水中的重金屬，色度，有機(jī)物等。

2．1．1 對重金屬離子的去除

當(dāng)含有重金屬離子的工業(yè)廢水中未被處理而直接排放時，容易被植物和魚類吸收，這將通過食物鏈最終在人體內(nèi)積累。電絮凝可以有效去除水中的重金屬離子。F．Akbal 等［5］利用鐵—鋁電極能有效處理電鍍廢水，反應(yīng)時間為20 min，電流密度為10 mA/cm2 ，pH 為3．0 時，銅、鉻和鎳的去除率達(dá)到100%。M．S．Bhatti 等［6］用鋁做電極材料處理初始濃度為100 mg /L 的含Cr(VI) 廢水，當(dāng)pH 為5，電壓為24 V，反應(yīng)24 min，Cr(VI) 的去除率達(dá)到90．4%。M．Kobya 等［7］利用鐵電極對汽車組裝廠廢水進(jìn)行處理，電流密度為60 A/m2 ，pH 為3．0，反應(yīng)15 min 后，鋅的去除率達(dá)到97．8%。

2．1．2 電絮凝對色度的去除

紡織廢水、造紙廢水和制革廢水都有很高色度，對其進(jìn)行有效處理有著重要意義。M．Zaied 等［8］在初始pH 為7，反應(yīng)時間為50 min，電流密度為14 mA/cm2 的最佳條件下對造紙黑液進(jìn)行處理，色度、COD 和酚類的去除率分別為99%、98% 和92%。

S．Aoudj 等［9］利用電絮凝方法處理含直接紅81 的合成廢水，原水pH 為6，電流密度為1．875 mA/cm2 ，極板間距為1．5 cm，加入NaCl 電解質(zhì)，色度去除率為98%。．A．engil 等［10］利用鐵電極處理含活性黑5 的合成廢水，染料初始濃度為100 mg /L，當(dāng)初始pH 值為5，電流密度為4．575 mA/cm2 ，鹽濃度為3 000 mg /L，溫度為20 ℃，極板間距為2．5 cm，色度去除率為98．8%。

2．1．3 電絮凝對有機(jī)物的去除

U．T．Un 等［11］用電絮凝對練油廢水進(jìn)行處理，鋁做電極材料，pH 為7，反應(yīng)時間90 min，電流密度35 mA/cm2 時，COD 去除率為98．9%。M．Kobya 等［12］用電絮凝處理廢舊金屬切割液，鋁做電極材料時，pH 為5．0，電流密度為60 A/m2 ，反應(yīng)25 min，COD 去除率為93%。

2．2 電絮凝用于給水處理

飲用水中的氟化物，砷化合物，硬度，腐植酸等物質(zhì)對人體產(chǎn)生危害。我國規(guī)定生活飲用水中氟的濃度不超過1．0 mg /L。M．Behbahani 等［13］用鋁做電極材料，在原水pH 為7，初始氟化物濃度為25 mg /L，電流密度為16．7 A/cm2 ，反應(yīng)25 min，氟化物濃度去除率為94．5%。D．Ghosh 等［14］發(fā)現(xiàn)極板雙極連接對氟化物的去除優(yōu)于單極連接，初始氟化物濃度為10 mg /L，電流密度為625 A/m2 ，反應(yīng)30 min，出水氟化物濃度低于1 mg /L。N．S．Kumar 等［15］研究了動態(tài)實驗下電絮凝對水源中砷和硝酸鹽的去除情況，硝酸鹽和砷去除率分別達(dá)到84% 和75%。M．Malakootian［16］等人利用鐵棒做電極材料，在pH 為10，電壓為12 V，反應(yīng)60 min 后，對鈣和總硬度的去除率分別達(dá)到98．2%和97．4%。馮啟言等［17］利用電絮凝去除地表水中的腐植酸，鋁做電極材料，在電流密度為47．6 A/m2 ，極板間距為1．0 cm，腐植酸濃度從20 mg /L 去除至0．43 mg /L，去除率達(dá)到97．8%。

2．3 電絮凝用于生活污水處理

電絮凝可以有效處理生活污水中的N 和P。陳男等［18］利用電絮凝法處理合并凈化槽出水，鋁做電極材料時出水色度較低，當(dāng)極板間距為2 cm，電流密度為4 mA/cm2 ，反應(yīng)10 min 后，出水TP 濃度＜ 0．1 mg /L，符合我國污水綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)。楊毅等［19］利用電絮凝處理城鎮(zhèn)生活污水，鋁板為陽極，不銹鋼板為陰極，pH 為6．7 ～ 9 之間，電解30 min，電流密度為0．25 ～ 0．60A/dm2 時，COD、SS 和色度去除率分別為70%、70% 和80% 以上，出水COD 達(dá)到城鎮(zhèn)污水二級污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 電絮凝技術(shù)的研究方向

制約電絮凝廣泛應(yīng)用的主要原因是能耗較高，電極消耗快，導(dǎo)致運(yùn)行成本較高，可從以下方面對此的問題進(jìn)行研究。

3．1 改進(jìn)電源技術(shù)

直流電絮凝電極在長時間工作后容易鈍化從而導(dǎo)致能耗高。脈沖電通過重復(fù)進(jìn)行供電與斷電，電解效率得到大幅提高，能耗大大降低。林輝等［20］利用脈沖電絮凝法處理餐飲廢水，發(fā)現(xiàn)脈沖電解可以有效消除鋁電極鈍化現(xiàn)象，達(dá)到相同去除率時，脈沖電絮凝比直流電絮凝節(jié)能30%。陳意民等［21］人以鋁作陽極采用脈沖電絮凝技術(shù)對難降解染料廢水進(jìn)行處理，脈沖電絮凝技術(shù)相比于直流電絮凝，在處理難降解染料廢水中有著明顯的節(jié)能優(yōu)勢，單脈沖和雙脈沖電絮凝的能耗分別降低84% 和87%。

3．2 新型電極的利用

相比傳統(tǒng)的二維電極，三維電極增加了電解槽的面體比，增大物質(zhì)傳質(zhì)速度，提高電流效率和處理效果。程愛華等［22］利用三維電極電解法處理偶氮染料廢水，填料為全炭，電壓為30 V，電解質(zhì)(Na2 SO4) 濃度為0．01 mol /L，pH 值為8，反應(yīng)60 min 后，甲基橙的脫色率可達(dá)93%。吳薇等［23］利用復(fù)極性三維電極去除表面活性劑廢水，混合填料是活性炭和玻璃珠，兩者體積比為2∶1，LAS 初始濃度為250 mg /L，pH 為2，電壓為30V，反應(yīng)時間60 min，LAS 去除率可達(dá)90．6%。

3．3 與其他技術(shù)的聯(lián)用

M．Boroski 等［24］聯(lián)用電絮凝和TiO2催化處理化妝品與藥品公司出水，電絮凝能去除大部分溶解性有機(jī)物和懸浮物，原水COD 為1753 mg /L，電絮凝處理后出水COD 為160 mg /L，再經(jīng)TiO2催化氧化后出水COD 為50 mg /L。Shuang Song 等［25］利用臭氧化和電絮凝聯(lián)合處理偶氮廢水，染料初始濃度為100 mg /L，初始pH 值為5．5，電流密度為10 mA/cm2 ，鹽濃度為5 000mg /L，溫度20 ℃，臭氧流量20 mL/min，電極間距為1 cm情況下，色度和COD 去除率分別達(dá)到94% 和60%，去除每千克COD耗能33 kWh。Qianhai Zuo［26］等聯(lián)用電絮凝和電氣浮能有效去除飲用水中的氟，水力停留時間僅為30 min，當(dāng)初始pH 為6．0 ～7．0 時不需改變pH 值，當(dāng)初始氟濃度為4．0 mg /L 時，出水氟濃度為0．87 mg /L。

4 結(jié)論

電絮凝是一項很有發(fā)展前途的廢水處理與凈化技術(shù)。電絮凝技術(shù)設(shè)備簡單，產(chǎn)泥量小，操作簡單，不會產(chǎn)生二次污染，可以有效去除水中各種污染物。國內(nèi)外正逐步應(yīng)用于電鍍、印染、制藥等多種工業(yè)廢水的處理以及給水凈化等領(lǐng)域。對于應(yīng)用中存在的能耗較高的問題，可以通過改進(jìn)電源、利用新型電極、與其他技術(shù)聯(lián)用解決。

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作者簡介: 宋均軻(1987- ) ，男，中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向為水污染控制。

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