電絮凝技術(shù)在水處理中的研究進(jìn)展

◎ 湖南華億市政設(shè)計(jì)有限公司 羅文連

一 引言

電絮凝是在外電場(chǎng)作用下，使可溶性陽極(犧牲陽極)產(chǎn)生大量陽離子對(duì)水進(jìn)行絮凝使水凈化的技術(shù)，兼具電化學(xué)氧化、絮凝和氣浮三者的特點(diǎn)，一度被認(rèn)為是最有前途的水處理技術(shù)，但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平低、能耗高，因此其發(fā)展受到制約。近幾十年來，隨著電力科學(xué)和電力工業(yè)的發(fā)展，使電化學(xué)處理成本大大降低，電化學(xué)技術(shù)在世界范圍內(nèi)獲得了相當(dāng)大的重視，其優(yōu)勢(shì)在于顆粒去除效率高、集約化的處理設(shè)施、運(yùn)行成本低以及具備全部自控的潛力。

二 電絮凝技術(shù)的機(jī)理

電絮凝技術(shù)的機(jī)理比較復(fù)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(gè)方面。目前公認(rèn)的電絮凝處理過程是：(1)在電解質(zhì)溶液中，可溶性電極被電解氧化生成金屬離子；(2)電解質(zhì)溶液中，金屬離子及其水解產(chǎn)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(chǎn)生的氣泡上浮起。在電解過程中可產(chǎn)生獨(dú)特的絮凝環(huán)境，電極區(qū)域所產(chǎn)生的電解離子具有相當(dāng)高的活性，在水解過程中陰極提供OH-離子同時(shí)產(chǎn)生H2，H2氣泡有助于將絮凝態(tài)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(jí)電化學(xué)反應(yīng)以及多電子轉(zhuǎn)移具有很高的復(fù)雜性。在電流作用下，原水中的部分有機(jī)物可被氧化為低分子有機(jī)物，甚至直接被氧化為CO2和H2O。同時(shí)，陰極產(chǎn)生的新生態(tài)氫還原能力很強(qiáng)，可與廢水中的污染物發(fā)生還原反應(yīng)，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(shù)的研究現(xiàn)狀

3.1 電絮凝技術(shù)在廢水治理中的應(yīng)用

從20世紀(jì)90年代開始，電絮凝技術(shù)應(yīng)用范圍涵蓋了幾乎所有的廢水治理領(lǐng)域，馬志毅等人采用電凝聚法對(duì)懸浮物和有機(jī)物去除效果進(jìn)行了試驗(yàn)，得出用電凝聚法處理有機(jī)廢水時(shí)懸浮物去除率達(dá)96%，COD及BOD去除率分別為81%和7.95%。采用電絮凝技術(shù)處理染料廢水，具有設(shè)備小、占地少、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、COD去除率高和脫色效果好等優(yōu)點(diǎn)。Sheng.H.Lin等應(yīng)用電絮凝技術(shù)處理印染廢水的研究結(jié)果表明，向廢水中投加40mg/1的APC可提高處理效率。當(dāng)電流密度在92.5A/m2左右時(shí)，其COD的去除率為51%。將電絮凝技術(shù)、化學(xué)混凝和活性污泥法工藝組合在一起進(jìn)行印染廢水處理，當(dāng)電化學(xué)反應(yīng)器中水力停留時(shí)間為18分鐘，電流密度為53.4A/m2時(shí)，組合工藝COD總?cè)コ食^85%。Demmni等人研究了地毯印染廢水的電化學(xué)處理，BOD和COD去除率達(dá)50%-70%，色度去除率達(dá)90%以上。Kenndey指出電化學(xué)方法對(duì)印染廢水的脫色非常有效，當(dāng)電化學(xué)反應(yīng)器中廢水主流區(qū)Fe2+質(zhì)量濃度為200-500mg/L時(shí)，色度去除率為90%-98%，COD與BOD去除率分別為50%-70%。印染廢水經(jīng)電化學(xué)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(shù)加錳砂過濾法處理電鍍混合廢水，不僅使處理后出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)在給水凈化中的應(yīng)用

電絮凝技術(shù)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(duì)高含氟的模擬水樣進(jìn)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(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。calvin用電凝聚處理含有銅、鋁、鋅及氰化物的地下水，對(duì)其中每一種污染物的去除都達(dá)到預(yù)處理的標(biāo)準(zhǔn)，無論是高濃度還是低濃度重金屬污染，電絮凝技術(shù)都有很好的處理效果。

四 電絮凝技術(shù)的發(fā)展方向

在研究與應(yīng)用的過程中，電絮凝技術(shù)也得到了不斷的改進(jìn)與完善，在此過程中，改進(jìn)電源技術(shù)，研究新型電極材料及結(jié)構(gòu)是當(dāng)前發(fā)展的方向。

4.1 電源技術(shù)的改進(jìn)

電源技術(shù)的改進(jìn)之一是采用脈沖電源。由于施加脈沖信號(hào)，電極上的反應(yīng)時(shí)斷時(shí)續(xù)，有利于擴(kuò)散，降低濃差極化，從而降低能耗。而當(dāng)電解槽施加交流電信號(hào)時(shí)，由于兩極均可溶，可從兩極產(chǎn)生陽離子，更有利于金屬離子與膠體間的作用。同時(shí)由于兩極極性經(jīng)常變化，對(duì)防止電極鈍化起到了積極的作用。高良進(jìn)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(dá)90%-95%，出水各項(xiàng)指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，與常規(guī)電絮凝技術(shù)比較，電耗、鐵耗大大降低。

4.2 新型電極的應(yīng)用

電絮凝技術(shù)的另一個(gè)發(fā)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(fā)展。活性炭纖維-鐵復(fù)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(dá)到40%-80%。另外極板的形狀也由平板向球形、流化床球體、網(wǎng)狀、桿狀和管狀發(fā)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(zhì)傳質(zhì)效果極大改善，因而具有較高的電流效率和單位時(shí)空效率。利用三維電極的原理，并巧妙地配以催化氧化技術(shù)，在最佳處理?xiàng)l件下，對(duì)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(dá)到99.5%，COD去除率為82.8%。

4.3 電絮凝與其他工藝組合

當(dāng)單純采用電絮凝技術(shù)或其他工藝不能達(dá)到處理要求時(shí)，可將電絮凝技術(shù)和其他工藝進(jìn)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(shù)和微絮凝過濾兩者結(jié)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(shù)上可行，處理效果好。

五 結(jié)語

電絮凝法是一種電化學(xué)水處理技術(shù)，具有去除污染物范圍廣、去除效率高、不添加化學(xué)藥劑、無二次污染、工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單、可操控性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。得到了環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，但是到目前為止，很多研究成果還沒有很好的轉(zhuǎn)化為工程實(shí)踐，如果提高運(yùn)行穩(wěn)定性，降低運(yùn)行費(fèi)用將是該項(xiàng)技術(shù)得以推廣的關(guān)鍵所在。