电絮凝技术在水处理中的研究进展

◎ 湖南华亿市政设计有限公司 罗文连

一 引言

电絮凝是在外电场作用下，使可溶性阳极(牺牲阳极)产生大量阳离子对水进行絮凝使水净化的技术，兼具电化学氧化、絮凝和气浮三者的特点，一度被认为是最有前途的水处理技术，但由于当时的技术水平低、能耗高，因此其发展受到制约。近几十年来，随着电力科学和电力工业的发展，使电化学处理成本大大降低，电化学技术在世界范围内获得了相当大的重视，其优势在于颗粒去除效率高、集约化的处理设施、运行成本低以及具备全部自控的潜力。

二 电絮凝技术的机理

电絮凝技术的机理比较复杂，主要有絮凝作用、气浮作用和氧化还原作用。电絮凝的絮凝作用主要包括吸附-电中和与压缩絮凝两个方面。目前公认的电絮凝处理过程是：(1)在电解质溶液中，可溶性电极被电解氧化生成金属离子；(2)电解质溶液中，金属离子及其水解产物{如多核氢氧化物絮状物[M(oH)x]（-zx），通过多种方式使污染物聚集；(3)絮状物在包裹或架桥聚集污染物后，也可依附到另一电极产生的气泡上浮起。在电解过程中可产生独特的絮凝环境，电极区域所产生的电解离子具有相当高的活性，在水解过程中阴极提供OH-离子同时产生H2，H2气泡有助于将絮凝态的颗粒物上浮至水体表面，这就是气浮作用。在电絮凝过程中，多级电化学反应以及多电子转移具有很高的复杂性。在电流作用下，原水中的部分有机物可被氧化为低分子有机物，甚至直接被氧化为CO2和H2O。同时，阴极产生的新生态氢还原能力很强，可与废水中的污染物发生还原反应，从而使污染物得到降解，这就是氧化还原作用。

三 电絮凝技术的研究现状

3.1 电絮凝技术在废水治理中的应用

从20世纪90年代开始，电絮凝技术应用范围涵盖了几乎所有的废水治理领域，马志毅等人采用电凝聚法对悬浮物和有机物去除效果进行了试验，得出用电凝聚法处理有机废水时悬浮物去除率达96%，COD及BOD去除率分别为81%和7.95%。采用电絮凝技术处理染料废水，具有设备小、占地少、运行管理简单、COD去除率高和脱色效果好等优点。Sheng.H.Lin等应用电絮凝技术处理印染废水的研究结果表明，向废水中投加40mg/1的APC可提高处理效率。当电流密度在92.5A/m2左右时，其COD的去除率为51%。将电絮凝技术、化学混凝和活性污泥法工艺组合在一起进行印染废水处理，当电化学反应器中水力停留时间为18分钟，电流密度为53.4A/m2时，组合工艺COD总去除率超过85%。Demmni等人研究了地毯印染废水的电化学处理，BOD和COD去除率达50%-70%，色度去除率达90%以上。Kenndey指出电化学方法对印染废水的脱色非常有效，当电化学反应器中废水主流区Fe2+质量浓度为200-500mg/L时，色度去除率为90%-98%，COD与BOD去除率分别为50%-70%。印染废水经电化学处理后，废水的毒性有明显减少。滕华妹等采用电絮凝组合砂滤法处理制革染色废水，可使废水的COD浓度从344-806mg/L降至44-135mg/L，BOD5从188-209mg/L降至45-49mg/L，色度从20-100倍降至2-25倍。杜锡康，尹英敏采用电絮凝技术加锰砂过滤法处理电镀混合废水，不仅使处理后出水达到排放标准，而且可以直接回用到原有工段，处理后废水中总铬浓度低于1.5mg/L，镍浓度低于1.0mg/L，铜离子浓度低于1.0mg/L。

3.2 电絮凝技术在给水净化中的应用

电絮凝技术是一种很有前途的给水净化方法，如用于微污染水源的杀菌处理、饮用水除氟、高浊水的净化、地下水除铁。M.M.Emamjomeh等对高含氟的模拟水样进行除氟研究，除氟效果显著。A.S.Koparal等采用电絮凝法去除饮用水中的硝酸盐，可达到饮用水标准。calvin用电凝聚处理含有铜、铝、锌及氰化物的地下水，对其中每一种污染物的去除都达到预处理的标准，无论是高浓度还是低浓度重金属污染，电絮凝技术都有很好的处理效果。

四 电絮凝技术的发展方向

在研究与应用的过程中，电絮凝技术也得到了不断的改进与完善，在此过程中，改进电源技术，研究新型电极材料及结构是当前发展的方向。

4.1 电源技术的改进

电源技术的改进之一是采用脉冲电源。由于施加脉冲信号，电极上的反应时断时续，有利于扩散，降低浓差极化，从而降低能耗。而当电解槽施加交流电信号时，由于两极均可溶，可从两极产生阳离子，更有利于金属离子与胶体间的作用。同时由于两极极性经常变化，对防止电极钝化起到了积极的作用。高良进等人介绍了利用高压脉冲电絮凝浮上法处理丝绸印染废水，其色度去除率高达90%-95%，出水各项指标均能稳定达到排放标准，与常规电絮凝技术比较，电耗、铁耗大大降低。

4.2 新型电极的应用

电絮凝技术的另一个发展方向是采用新型电极，电极材料由铁、铝、不锈钢等向更多种的材料发展。活性炭纤维-铁复合电极用于处理上海某厂扎染残液水样，在电压15V、pH6.0、电解60分钟条件下，COD去除率达到40%-80%。另外极板的形状也由平板向球形、流化床球体、网状、杆状和管状发展。采用三维电极，使电极的面体比极大增加，并且由于粒子间距小，使物质传质效果极大改善，因而具有较高的电流效率和单位时空效率。利用三维电极的原理，并巧妙地配以催化氧化技术，在最佳处理条件下，对高色度印染废水处理20分钟后，色度由12500倍降到62.5倍，COD由794.6mg/l降到137.omg/1，脱色率达到99.5%，COD去除率为82.8%。

4.3 电絮凝与其他工艺组合

当单纯采用电絮凝技术或其他工艺不能达到处理要求时，可将电絮凝技术和其他工艺进行组合。这种组合种类较多，如某厂采用絮凝-砂滤法处理制革染色废水，可使COD从344-806mg/l降至44-135mg/l，色度从20-100倍降至2-25倍。将电絮凝技术和微絮凝过滤两者结合起来处理生活饮用水，处理低浊度原水(不宜超过200度，峰值短期不超过300度)的工艺，技术上可行，处理效果好。

五 结语

电絮凝法是一种电化学水处理技术，具有去除污染物范围广、去除效率高、不添加化学药剂、无二次污染、工艺和设备简单、可操控性好等诸多优点。得到了环境科学领域的广泛关注，但是到目前为止，很多研究成果还没有很好的转化为工程实践，如果提高运行稳定性，降低运行费用将是该项技术得以推广的关键所在。