電絮凝技術在水處理中的研究進展

◎ 湖南華億市政設計有限公司 羅文連

一 引言

電絮凝是在外電場作用下，使可溶性陽極(犧牲陽極)產生大量陽離子對水進行絮凝使水凈化的技術，兼具電化學氧化、絮凝和氣浮三者的特點，一度被認為是最有前途的水處理技術，但由于當時的技術水平低、能耗高，因此其發展受到制約。近幾十年來，隨著電力科學和電力工業的發展，使電化學處理成本大大降低，電化學技術在世界范圍內獲得了相當大的重視，其優勢在于顆粒去除效率高、集約化的處理設施、運行成本低以及具備全部自控的潛力。

二 電絮凝技術的機理

電絮凝技術的機理比較復雜，主要有絮凝作用、氣浮作用和氧化還原作用。電絮凝的絮凝作用主要包括吸附-電中和與壓縮絮凝兩個方面。目前公認的電絮凝處理過程是：(1)在電解質溶液中，可溶性電極被電解氧化生成金屬離子；(2)電解質溶液中，金屬離子及其水解產物{如多核氫氧化物絮狀物[M(oH)x]（-zx），通過多種方式使污染物聚集；(3)絮狀物在包裹或架橋聚集污染物后，也可依附到另一電極產生的氣泡上浮起。在電解過程中可產生獨特的絮凝環境，電極區域所產生的電解離子具有相當高的活性，在水解過程中陰極提供OH-離子同時產生H2，H2氣泡有助于將絮凝態的顆粒物上浮至水體表面，這就是氣浮作用。在電絮凝過程中，多級電化學反應以及多電子轉移具有很高的復雜性。在電流作用下，原水中的部分有機物可被氧化為低分子有機物，甚至直接被氧化為CO2和H2O。同時，陰極產生的新生態氫還原能力很強，可與廢水中的污染物發生還原反應，從而使污染物得到降解，這就是氧化還原作用。

三 電絮凝技術的研究現狀

3.1 電絮凝技術在廢水治理中的應用

從20世紀90年代開始，電絮凝技術應用范圍涵蓋了幾乎所有的廢水治理領域，馬志毅等人采用電凝聚法對懸浮物和有機物去除效果進行了試驗，得出用電凝聚法處理有機廢水時懸浮物去除率達96%，COD及BOD去除率分別為81%和7.95%。采用電絮凝技術處理染料廢水，具有設備小、占地少、運行管理簡單、COD去除率高和脫色效果好等優點。Sheng.H.Lin等應用電絮凝技術處理印染廢水的研究結果表明，向廢水中投加40mg/1的APC可提高處理效率。當電流密度在92.5A/m2左右時，其COD的去除率為51%。將電絮凝技術、化學混凝和活性污泥法工藝組合在一起進行印染廢水處理，當電化學反應器中水力停留時間為18分鐘，電流密度為53.4A/m2時，組合工藝COD總去除率超過85%。Demmni等人研究了地毯印染廢水的電化學處理，BOD和COD去除率達50%-70%，色度去除率達90%以上。Kenndey指出電化學方法對印染廢水的脫色非常有效，當電化學反應器中廢水主流區Fe2+質量濃度為200-500mg/L時，色度去除率為90%-98%，COD與BOD去除率分別為50%-70%。印染廢水經電化學處理后，廢水的毒性有明顯減少。滕華妹等采用電絮凝組合砂濾法處理制革染色廢水，可使廢水的COD濃度從344-806mg/L降至44-135mg/L，BOD5從188-209mg/L降至45-49mg/L，色度從20-100倍降至2-25倍。杜錫康，尹英敏采用電絮凝技術加錳砂過濾法處理電鍍混合廢水，不僅使處理后出水達到排放標準，而且可以直接回用到原有工段，處理后廢水中總鉻濃度低于1.5mg/L，鎳濃度低于1.0mg/L，銅離子濃度低于1.0mg/L。

3.2 電絮凝技術在給水凈化中的應用

電絮凝技術是一種很有前途的給水凈化方法，如用于微污染水源的殺菌處理、飲用水除氟、高濁水的凈化、地下水除鐵。M.M.Emamjomeh等對高含氟的模擬水樣進行除氟研究，除氟效果顯著。A.S.Koparal等采用電絮凝法去除飲用水中的硝酸鹽，可達到飲用水標準。calvin用電凝聚處理含有銅、鋁、鋅及氰化物的地下水，對其中每一種污染物的去除都達到預處理的標準，無論是高濃度還是低濃度重金屬污染，電絮凝技術都有很好的處理效果。

四 電絮凝技術的發展方向

在研究與應用的過程中，電絮凝技術也得到了不斷的改進與完善，在此過程中，改進電源技術，研究新型電極材料及結構是當前發展的方向。

4.1 電源技術的改進

電源技術的改進之一是采用脈沖電源。由于施加脈沖信號，電極上的反應時斷時續，有利于擴散，降低濃差極化，從而降低能耗。而當電解槽施加交流電信號時，由于兩極均可溶，可從兩極產生陽離子，更有利于金屬離子與膠體間的作用。同時由于兩極極性經常變化，對防止電極鈍化起到了積極的作用。高良進等人介紹了利用高壓脈沖電絮凝浮上法處理絲綢印染廢水，其色度去除率高達90%-95%，出水各項指標均能穩定達到排放標準，與常規電絮凝技術比較，電耗、鐵耗大大降低。

4.2 新型電極的應用

電絮凝技術的另一個發展方向是采用新型電極，電極材料由鐵、鋁、不銹鋼等向更多種的材料發展。活性炭纖維-鐵復合電極用于處理上海某廠扎染殘液水樣，在電壓15V、pH6.0、電解60分鐘條件下，COD去除率達到40%-80%。另外極板的形狀也由平板向球形、流化床球體、網狀、桿狀和管狀發展。采用三維電極，使電極的面體比極大增加，并且由于粒子間距小，使物質傳質效果極大改善，因而具有較高的電流效率和單位時空效率。利用三維電極的原理，并巧妙地配以催化氧化技術，在最佳處理條件下，對高色度印染廢水處理20分鐘后，色度由12500倍降到62.5倍，COD由794.6mg/l降到137.omg/1，脫色率達到99.5%，COD去除率為82.8%。

4.3 電絮凝與其他工藝組合

當單純采用電絮凝技術或其他工藝不能達到處理要求時，可將電絮凝技術和其他工藝進行組合。這種組合種類較多，如某廠采用絮凝-砂濾法處理制革染色廢水，可使COD從344-806mg/l降至44-135mg/l，色度從20-100倍降至2-25倍。將電絮凝技術和微絮凝過濾兩者結合起來處理生活飲用水，處理低濁度原水(不宜超過200度，峰值短期不超過300度)的工藝，技術上可行，處理效果好。

五 結語

電絮凝法是一種電化學水處理技術，具有去除污染物范圍廣、去除效率高、不添加化學藥劑、無二次污染、工藝和設備簡單、可操控性好等諸多優點。得到了環境科學領域的廣泛關注，但是到目前為止，很多研究成果還沒有很好的轉化為工程實踐，如果提高運行穩定性，降低運行費用將是該項技術得以推廣的關鍵所在。