靜電技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

朱 凌，陳為裕

（1.浙江天藍(lán)環(huán)保工程有限公司，浙江杭州 311200；2.浙江東天虹環(huán)保工程有限公司，浙江杭州 311200）

靜電水處理技術(shù)經(jīng)過(guò)了數(shù)十年的發(fā)展和技術(shù)革新，越來(lái)越多的科研工作者因?yàn)殪o電處理技術(shù)對(duì)于水處理有著獨(dú)到的特性而對(duì)其展開(kāi)研究，并且已經(jīng)取得了一定的成果。根據(jù)科研人員的研究結(jié)果顯示：靜電水處理技術(shù)還可以往下細(xì)分，根據(jù)電壓的強(qiáng)度分為高壓靜電水處理技術(shù)以及低壓靜電水處理技術(shù)。低壓靜電水處理技術(shù)有比較明顯的優(yōu)勢(shì)：相對(duì)較為安全，耗能量相對(duì)較少，更易于穩(wěn)定操控；高壓靜電場(chǎng)水處理技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)消耗能量較少，對(duì)環(huán)境造成危害較低，且有很高的處理率，該技術(shù)未來(lái)應(yīng)用性高，創(chuàng)新性強(qiáng)，需要大力投入研發(fā)。未來(lái)或可期，相信在不久的將來(lái)靜電水處理技術(shù)勢(shì)必會(huì)成為水處理技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)頭羊。

1 低壓靜電場(chǎng)生物效應(yīng)在水處理技術(shù)中的應(yīng)用

地球本身就是一個(gè)巨大永磁體，南極和北極分別相當(dāng)于永磁體的S極和N極，居住在地球的任何生命體都處于“地球這個(gè)大磁鐵”的靜電場(chǎng)作用下。對(duì)于生命體的點(diǎn)場(chǎng)環(huán)境的改變，勢(shì)必會(huì)對(duì)這個(gè)生命體的生活和活動(dòng)帶來(lái)巨大的影響。活性污泥系統(tǒng)中生活著數(shù)量龐大的微生物體系，通過(guò)改變它們的生活環(huán)境中的靜電場(chǎng)可以改變活性污泥系統(tǒng)中污水的處理能力。

1.1 低壓直流靜電改善污泥絮體的沉降性能

在生化處理為主要工藝的污水處理廠，二沉池的主要用途是沉淀和濃縮污泥：首先生化曝氣池出水需要在二沉池固液分離，確保二沉池溢流上清液的SS達(dá)標(biāo)排放；其次是將沉淀在下部的污泥進(jìn)行回流，使得生化曝氣池的污泥濃度穩(wěn)定在正常的區(qū)間，確保污水處理達(dá)到設(shè)計(jì)的效果?？梢哉f(shuō)二沉池是污水處理系統(tǒng)及其關(guān)鍵的一個(gè)工藝模塊。

因此如何提高活性污泥絮體在二沉池中的沉降性能，對(duì)于提高出水水質(zhì)和減小二沉池的占地面積有十分重要的意義。

1.2 低壓直流靜電場(chǎng)提高活性污泥的活性

在污水處理工藝中，曝氣池中活性污泥的活性對(duì)污水處理起著十分重要影響和作用。提高活性污泥的活性可以降低污水處理成本，提高出水水質(zhì)。Alshawabkeh等通過(guò)將活性污泥系統(tǒng)通入低壓直流電，在電流強(qiáng)度為13～70mA環(huán)境下考察活性污泥系統(tǒng)的溶解氧、電導(dǎo)率、pH，COD降解能力與對(duì)照組的異同。在低壓直流靜電場(chǎng)作用的活性污泥系統(tǒng)環(huán)境中，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度為0.28V/cm，0.57V/cm和1.14V/cm條件下，活性污泥系統(tǒng)中溶解氧和pH較對(duì)照組沒(méi)有十分明顯的變化；在低壓直流靜電作用的反應(yīng)器內(nèi)COD降解能力較對(duì)照組反應(yīng)器有十分明顯的變化；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度低于0.28V/cm時(shí)，活性污泥系統(tǒng)的COD降解能力沒(méi)有十分顯著的變化；當(dāng)加電電場(chǎng)強(qiáng)度為0.57～1.14V/cm時(shí)，加電反應(yīng)器的COD降解能力有了十分顯著的變化；當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大于1.14V/cm時(shí)，活性污泥系統(tǒng)的COD降解能力和對(duì)照組相比沒(méi)有十分顯著的變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度0.28～1.14V/cm時(shí)，活性污泥系統(tǒng)的COD降解能力有了十分明顯的提高，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度低于0.28V/cm時(shí)活性沒(méi)有改變，當(dāng)大于1.14V/cm時(shí)，活性污泥活性可能因?yàn)殡娏髦堤蠖艿綋p害。

2 直流靜電物理效應(yīng)在水處理中的應(yīng)用

2.1 靜電污泥脫水技術(shù)

目前我國(guó)靜電脫水技術(shù)應(yīng)用的設(shè)備種類比較多樣，其中最為常用且成熟的設(shè)備是串聯(lián)式靜電脫水設(shè)備和疊加式經(jīng)典脫水設(shè)備。串聯(lián)式靜電脫水設(shè)備主要工作原理首先是進(jìn)行機(jī)械脫水，將污泥處理完成之后，再進(jìn)行操作絮體并且對(duì)其加以直流電，從而完成電滲透脫水步驟；而疊加式經(jīng)典脫水設(shè)備的工作原理主要是對(duì)污泥同時(shí)施加以機(jī)械電壓和磁場(chǎng)作用力，從而實(shí)現(xiàn)污泥脫水的效果。雖然這兩種脫水設(shè)備都能有效地進(jìn)行污泥脫水，但是也存在著一些問(wèn)題需要解決，那就是當(dāng)設(shè)備運(yùn)作脫水的過(guò)程中，一旦電極的脫水床含水量出現(xiàn)不飽和現(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生分層情況的發(fā)生，進(jìn)一步會(huì)引起電阻的驟然上升，供電電源的電壓全部處在上層的脫水層結(jié)構(gòu)上面，底部的電磁場(chǎng)會(huì)愈發(fā)減少，從而導(dǎo)致底部的脫水沒(méi)有動(dòng)力；再者電極在水中引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，就會(huì)出現(xiàn)金屬離子，這些離子會(huì)對(duì)電極的離子濃度產(chǎn)生巨大的影響，導(dǎo)致電滲透的原動(dòng)力降低，從而影響到脫水動(dòng)作的進(jìn)行。想要解決這些脫水過(guò)程中的問(wèn)題，雖然可以采取電機(jī)短路、運(yùn)用交變電場(chǎng)等方式進(jìn)行有效緩解，但是治標(biāo)不治本，想要實(shí)現(xiàn)電脫水技術(shù)成為行業(yè)引領(lǐng)技術(shù)，設(shè)備和技術(shù)的不斷革新，才能從根本上改變這些問(wèn)題[3]。

2.2 直流靜電抑制膜過(guò)濾過(guò)程的濃差極化

膜分離是選擇透過(guò)性膜在外部能量或者化學(xué)力的作用下，來(lái)將溶液的溶質(zhì)和溶劑分離開(kāi)。膜分離法主要有反滲透、納濾、超濾、微濾等。該技術(shù)有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，包括相對(duì)節(jié)約能耗、出色的效率、簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)、操控性好等，是一種開(kāi)創(chuàng)性的分離技術(shù)。膜污染和濃差極化是膜過(guò)濾技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題。根據(jù)專家的研究報(bào)告顯示，這些方法對(duì)于膜污染“治標(biāo)不治本”，起到的效果有限，而且無(wú)法改變其本質(zhì)。

顯然，濃差極化是一個(gè)可逆過(guò)程。電場(chǎng)膜濾技術(shù)已被應(yīng)用于解決這個(gè)問(wèn)題。電場(chǎng)膜濾就是將電場(chǎng)與逆流技術(shù)結(jié)合起來(lái)，溶液在膜上方過(guò)流，在膜兩邊形成直流電場(chǎng)。這樣，膜一側(cè)的清液經(jīng)過(guò)加速進(jìn)入到膜的另一側(cè)，可以大大降低對(duì)膜的損害，使得濃差極化受到制約，增加了膜通量。

3 高壓靜電場(chǎng)生物效應(yīng)在水處理技術(shù)中的應(yīng)用

3.1 高壓靜電場(chǎng)處理水提高活性污泥微生物耗氧速率研究

實(shí)驗(yàn)室中利用活性污泥微生物膜制成BOD生物傳感器，將它應(yīng)用于緩沖溶液實(shí)驗(yàn)，在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要將緩沖溶液進(jìn)行電磁場(chǎng)致電的處理。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示緩沖溶液在經(jīng)過(guò)高壓靜電場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的處理之后可以有效提高在BOD生物傳感器中的活性污泥微生物對(duì)于氧氣的消耗速度，同比提升15%以上。

3.2 高壓靜電場(chǎng)防垢除垢技術(shù)

19世紀(jì)60年代末，世界上第一臺(tái)靜電水垢控制器在華盛頓的一家公司問(wèn)世。短短數(shù)年風(fēng)靡于美國(guó)各大一流水處理企業(yè)的應(yīng)用上，并且受到一致好評(píng)。進(jìn)入19世紀(jì)70年代，這項(xiàng)技術(shù)傳入日本，也正在此時(shí)我國(guó)的第一臺(tái)靜電水垢控制器自主設(shè)計(jì)也成功了，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的技術(shù)推廣，靜電水垢控制器已經(jīng)普及到我國(guó)全境。靜電水垢控制器除了具備水垢處理的功效外，對(duì)于殺菌消毒也有著不錯(cuò)的效果。

目前靜電水垢控制器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)各個(gè)產(chǎn)業(yè)，這其中不乏石油冶煉、化學(xué)加工、區(qū)域供暖、空調(diào)制冷等行業(yè)核心反應(yīng)器的應(yīng)用以及鋼鐵行業(yè)的加熱爐體的系統(tǒng)等。靜電水垢控制器還在市區(qū)游泳館廣泛被應(yīng)用，用來(lái)對(duì)泳池中的水進(jìn)行殺菌消毒，保持水質(zhì)的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高壓靜電處理技術(shù)已經(jīng)顯示出其在污水凈化處理上以及環(huán)境改善方面上的重要意義和作用，未來(lái)有著很客觀的市場(chǎng)應(yīng)用前景，但是以目前的技術(shù)還尚不能滿足人們的需求，這其中像“關(guān)于靜電場(chǎng)是如何對(duì)活性污泥中的微生物活性產(chǎn)生影響”等理論尚處于有待完善的狀態(tài)。已知的高壓靜電處理技術(shù)具有的殺菌消毒作用還有待進(jìn)一步的論證，所以高壓靜電處理技術(shù)想要在各行業(yè)發(fā)揮重要作用，還需要進(jìn)一步的技術(shù)研究和探索革新。