電絮凝技術(shù)與微濾技術(shù)在水處理及水凈化中的應用

張 亞 娟

（黔西南民族職業(yè)技術(shù)學院， 貴州 興義 562400）

電絮凝技術(shù)與微濾技術(shù)在水處理及水凈化中的應用

張 亞 娟

（黔西南民族職業(yè)技術(shù)學院， 貴州 興義 562400）

從電絮凝技術(shù)及微濾技術(shù)的概念出發(fā)，設(shè)計了一組實驗進行了研究，并為其在新時期水處理劑凈化中的應用進行了積極探討，以期為廣大行業(yè)同仁帶來有益的參考。

電絮凝；微濾；水處理；凈化

作為一種對環(huán)境二次污染較小的廢水處理技術(shù)，電絮凝技術(shù)在廢水的處理過程中具有成本低的特點，而且處理時不需要添加化學劑，其設(shè)備的本身體積小，所占用的面積也很小，處理過程中污泥量小，操作簡易，后續(xù)處理也較為簡單；微濾技術(shù)作為膜分離技術(shù)的重要組成部分，在運用于水處理的過程中表現(xiàn)出出水質(zhì)量好及穩(wěn)定等優(yōu)點，被廣泛運用于新時期的水處理及凈化方面?；诋斍笆澜绶秶鷥?nèi)的水污染嚴重現(xiàn)狀，加緊對電絮凝技術(shù)與微濾技術(shù)的研究與應用，對當前的社發(fā)展具有很重要的現(xiàn)實意義［1］。

1 電絮凝技術(shù)及微濾技術(shù)的工作原理分析

1.1 電絮凝技術(shù)的工作原理

經(jīng)過外加電廠的作用，對可溶性陽極產(chǎn)生的陽歷在進行利用，使其在溶液中進行水解、聚合，并在此基礎(chǔ)上形成一系列多核羥基絡(luò)合物和氫氧化物，這些物質(zhì)本身帶有吸附、凝聚的作用，在這些物質(zhì)的作用下進行電解，電極會不斷產(chǎn)生氧氣和氫氣的微小氣泡及其他氣體，其具有的粘附性能，可在自身的上浮的過程中將懸浮物帶到水面上，這樣就達到了去除污染物的目的，實現(xiàn)了對水污染的凈化處理［2］。

電絮凝使用的過程中，金屬陽極通過直流電作用溶解并水解，進而形成了水中分散雜物的高效絮凝劑，這種情形下，對水中污染物的處理就可以通過以下三方面來實現(xiàn)：（1）絮凝作用；（2）陰極上的還原作用，陽極上的氧化作用；（3）氣浮作用。在實施此反應的過程中，陽極材料一般用鐵、鋁，如果此時運用鋁作為電極，那么在電場的作用下，陽極會電解生成Al3+，而在水中，Al3+極易生成Al(OH)3，并在此基礎(chǔ)上聚合成膠體AIn(OH)3n,然后會因為離子交換、吸附等作用使得水中的污染物得到有效去除［3］。反應公示如下：

在陰極發(fā)生如下反應：

1.2 微濾技術(shù)的工作原理

微濾是一種精密過濾技術(shù)，其運用的孔徑范圍介于0.1～75μm之間，運用過程中的攔截能力來自于其對多孔材料的運用，經(jīng)過物理截留的方式使得水中的雜質(zhì)顆粒得到有效的去除。在壓力的作用下，無機離子、有機低分子以及溶液中水等尺寸小的物質(zhì)可經(jīng)過微孔運動到膜的另一側(cè)，而大尺寸諸如水中的膠體、菌體等則因不能透過纖維墻而被截留下來，這樣，就實現(xiàn)了不同組分的篩選目的，而且上述的過程為常溫操作，微孔濾膜的截留粒子粒徑為0.1～10 μm，不會發(fā)生相態(tài)變化，更不會產(chǎn)生二次污染，對水的處理效果良好。

2 電絮凝技術(shù)與微濾技術(shù)應用的試驗研究

2.1 裝置

在本次試驗中，設(shè)計的具體裝置組成形式為：首先在進行實驗的自制電絮凝槽內(nèi)采用平行的方式放置金屬鋁板作為電解的正負極，其中鋁板的規(guī)格為高152 mm，寬70 mm，厚2 mm，極板間距為10 mm，其次在實驗中將板塊浸入實驗水樣中90 mm，除上述裝置外，還需用到的微濾膜孔徑為0.22μm。

試驗中，通過電源輸出直流電壓，并在此基礎(chǔ)上與電極構(gòu)成回路，進而發(fā)生絮凝反應。

2.2 實驗用水選擇

筆者選用了京杭運河徐州段的水作為實驗用水，主要水質(zhì)如表 1。

表1 實驗的原水水質(zhì)指標Table 1 Raw water quality indicators

2.3 試驗方法

在開始的實驗的時候，向電絮凝槽依次加入水樣1L，然后根據(jù)實驗的需要對水進行不同條件下的處理。且要保持實驗所用電流的恒定，并根據(jù)實驗要求，在通電后及逆行能夠及時，達到預定時間或，對水樣進行微濾，繼而檢測。本次試驗以研究電絮凝對污水中氨氮、油類及TOC的去除效果為主要目的，所以后續(xù)試驗進行中對上述物質(zhì)的測試方法為：氨氮運用納氏試劑比色法；TOC運用Elementar liqui TOC分析儀；油類運用紫外線分光光度法。

2.4 實驗結(jié)果與討論分析

2.4.1 電流密度對去除效果的影響

在實驗的進行過程中，絮凝效率、絮體生成以及氣泡生成率和大小都是由電流決定的，基于此，影響電絮凝處理效率的主要因素就成了電流密度，于是，筆者運用不同的電流密度，對原裝水在反應器內(nèi)的反映進行了觀察，并及時對微濾后的油類、氨氮及TOC進行測定，結(jié)果如圖1( a)-(c)所示。

從圖1（a）可以看出，相同時間的前提下，電流密度增大時，TOC的去除效率也相應隨之提高，但后續(xù)的檢測發(fā)現(xiàn)，當電流密度達到一定數(shù)值后，去除效率便會逐漸變緩，逐漸向穩(wěn)定的方向發(fā)展，經(jīng)過研究分析，筆者認為這是因為在短時間內(nèi)較高的電流密度下，反應中可以電解出足夠的Al3+，Al3+水解并產(chǎn)生Al(OH)3和多核羥基絡(luò)合物較多，使得試驗中須經(jīng)效果良好，但是過高的電流密度下，會產(chǎn)生過量的Al3+，這樣導致膠體表面的電荷發(fā)生逆轉(zhuǎn)，形成交替排斥，對原有的絮體進行了破壞，絮凝能力也隨之下降，不利于污水處理。

圖1 電流密度、電解時間對污染物去除的影響Fig.1 Effects of current density, electrolytic time on removal efficiency of pollutants

從圖1（b）可看出，相同電解時間內(nèi)，電流密度決定了氨氮的去除效果，其去除效果會隨著電流密度的增大而增大。原因是此實驗利用電化學反應將水中的Cl-氧化成了次氯酸，經(jīng)過后續(xù)的氧化作用，實現(xiàn)了去除效果。所以氨氮的處理效果取決于生成的次氯酸量，相同反應時間里，Cl-會隨著電流密度的升高更易被氧化成次氯酸，進而使得氨氮的去除效率和速度更高，效果更明顯。

從圖1（c）可看出，相同的電解時間內(nèi)，電流密度的變化對去除效率的影響不大，特別是實驗進行到8min以后，去除效率趨于穩(wěn)定，不會隨著電流密度再變化。因為電氣浮是油類的主要去除形式，水電解時產(chǎn)生的微小氣泡具有粘附性能和浮載能力，可對電凝徐過程中產(chǎn)生的絮團進行吸附，這樣就形成了對油類物質(zhì)的分離和去除，達到水處理效果。

2.4.2 電解時間對去除效果的影響

相同的電流密度條件下，污染物的去除效果與電解時間的關(guān)系如圖2，其中，在圖1（a）中，隨著電解時間的加長，TOC的去除率會增加，并在一定的時間后達到平緩狀態(tài)，而在圖1（b）中，隨著時間的延長，氨氮的去除率隨著生成次氯酸的增多而升高，在圖1（c）中，隨著電解時間的加長，油類的去除率增加，直至一定時間后，油類的去除率不再升高，去除效果逐漸穩(wěn)定。

2.4.3 pH值對去除效果的影響

實驗發(fā)現(xiàn)，當電流密度為23.8 A/m2時，筆者對原水的pH值進行了調(diào)整，向里加入了0.1 mg/L的NaOH或HCl溶液。并將不同初始pH值的原裝水放入實驗裝置進行電解，達到12 min后，取出后進行油類、TOC、以及氨氮的檢測，如圖 2所示。

由圖2可看出，當實驗中的pH值＜7.5時，隨著pH的升高，TOC的去除效率升高，但pH＞7.5時，去除效率不會再升高，基于本實驗去除水中的TOC是應用Al(OH)3的吸附性的現(xiàn)狀，當實驗中的原水中酸性大于堿性時不利于Al(OH)3生成，所以，在接近中性的條件下，對TOC的去除效果最佳。

圖2 pH對污染物去除效果的影響Fig.2 Effect of pH on removal rate

從實驗中可看出，隨著pH值的增加，暗淡的去除效率會升高。因為在Cl2+H2O=HClO+H++Cl-反應中，pH越高，生成的次氯酸的生成，進而將水中的氨氮氧化成氮氣，實現(xiàn)對氨氮的去除。在對油類的去除方面，pH介于4到10時，對油類的去除效果可達到94%左右，因為實驗中的電極產(chǎn)生的氧氣或氫氣的氣浮作用是電絮凝去除油類的重要手段，所以，溶液的初始pH值對油類的去除影響不大。

3 結(jié) 語

綜上所述，基于我國水污染嚴重的現(xiàn)狀，筆者運用實驗的方法對當前水處理的兩種主要技術(shù)進行了綜合應用分析，發(fā)現(xiàn)電絮凝—微濾法可以有效去除水中的TOC、氨氮和油類，而在運用的過程中，電流密度、電解時間以及pH值都會對去除效率產(chǎn)生影響，但pH值的變化對油類的去除沒有明顯影響，所以此技術(shù)應推廣應用。

［1］高偉.電絮凝在水處理中的應用[J]. 工程設(shè)計與研究,2011(01):29-31; 48.

［2］宋均軻,錢斌.電絮凝技術(shù)在水處理中的應用[J]. 廣州化工,2011(14): 40-41;95．

［3］周義文,周義斌,翟利杰,張瑾,戴猷元.高壓脈沖電絮凝技術(shù)及其應用[J].廣東化工,2013(08):79-80．

Application of Electroflocculation Technology and Microfiltration Technology in Water Treatment and Purification

ZHANG Ya-juan
（Southwest Guizhou Vocational and Technical College for Nationalities，Guizhou Xingyi 113001，China）

Starting from the concepts of electric flocculation technology and microfiltration technology, a experiment was designed and studied, and the feasibility of electroflocculation technology and microfiltration technology in water treatment and purification was discussed.

Electroflocculation; Microfiltration; Water treatment; Purification

X 703

： A

： 1671-0460（2015）02-0253-03

2014-08-19

張亞娟（1982-），女，陜西西安人，碩士，講師，研究方向：主要從事水處理研究與教學工作。