電絮凝技術在水處理中的應用
電絮凝是一種對環境二次污染較小的廢水處理技術。電化學學科和電力工業的發展使電絮凝用于廢水處理的成本大大降低，競爭力不斷增強。電絮凝法處理廢水，一般不需要添加化學藥劑，設備體積小，占地面積少，操作簡單靈活，污泥量少，后續處理簡單［1］。電絮凝可以有效去除污水中的重金屬，陰離子，色度，有機物，懸浮固體甚至砷等有毒物質［2］。近年來在國內外正逐步應用于電鍍、化工、印染、制藥、制革、造紙等多種工業廢水的處理以及給水凈化等領域。
1 電絮凝技術原理
鋁材和鐵材由于價廉，易得和有效性而成為最常用的電絮凝極板材料［3］。以鋁做電極材料為例，說明電絮凝技術原理，電極反應如下［4］:
陽極反應:
Al-3e-→Al3 + (1)
Al3 + + nH2O→Al(OH)n 3-n + nH+ (2)
陽極反應:
3H2O + 3e-→3 /2H2(g) + 3OH- (3)
可溶性陽極在通入電流作用下，溶解產生大量陽離子，陽離子經過水解、聚合形成一系列多核羥基絡合物和氫氧化物，這些產物吸附能力很強，起到凝聚、吸附等作用。電解過程中，陽極和陰極上產生的氧氣和氫氣，黏附性能很強，在其上浮過程中將懸浮物帶到水面上。在電流作用下，還會發生電解氧化還原反應。影響電絮凝對水的處理效果主要包括電極材料，電流密度，反應時間，極板間距，原水pH 值等。
2 電絮凝用于水處理
2．1 電絮凝用于工業廢水處理
電絮凝技術自20 世紀初就已開始應用于廢水處理中。近年來，國內外電絮凝正逐步應用于電鍍、化工、印染、制藥、制革、造紙等多種工業廢水的處理，它可以有效去除工業廢水中的重金屬，色度，有機物等。
2．1．1 對重金屬離子的去除
當含有重金屬離子的工業廢水中未被處理而直接排放時，容易被植物和魚類吸收，這將通過食物鏈最終在人體內積累。電絮凝可以有效去除水中的重金屬離子。F．Akbal 等［5］利用鐵—鋁電極能有效處理電鍍廢水，反應時間為20 min，電流密度為10 mA/cm2 ，pH 為3．0 時，銅、鉻和鎳的去除率達到100%。M．S．Bhatti 等［6］用鋁做電極材料處理初始濃度為100 mg /L 的含Cr(VI) 廢水，當pH 為5，電壓為24 V，反應24 min，Cr(VI) 的去除率達到90．4%。M．Kobya 等［7］利用鐵電極對汽車組裝廠廢水進行處理，電流密度為60 A/m2 ，pH 為3．0，反應15 min 后，鋅的去除率達到97．8%。
2．1．2 電絮凝對色度的去除
紡織廢水、造紙廢水和制革廢水都有很高色度，對其進行有效處理有著重要意義。M．Zaied 等［8］在初始pH 為7，反應時間為50 min，電流密度為14 mA/cm2 的最佳條件下對造紙黑液進行處理，色度、COD 和酚類的去除率分別為99%、98% 和92%。
S．Aoudj 等［9］利用電絮凝方法處理含直接紅81 的合成廢水，原水pH 為6，電流密度為1．875 mA/cm2 ，極板間距為1．5 cm，加入NaCl 電解質，色度去除率為98%。．A．engil 等［10］利用鐵電極處理含活性黑5 的合成廢水，染料初始濃度為100 mg /L，當初始pH 值為5，電流密度為4．575 mA/cm2 ，鹽濃度為3 000 mg /L，溫度為20 ℃，極板間距為2．5 cm，色度去除率為98．8%。
2．1．3 電絮凝對有機物的去除
U．T．Un 等［11］用電絮凝對練油廢水進行處理，鋁做電極材料，pH 為7，反應時間90 min，電流密度35 mA/cm2 時，COD 去除率為98．9%。M．Kobya 等［12］用電絮凝處理廢舊金屬切割液，鋁做電極材料時，pH 為5．0，電流密度為60 A/m2 ，反應25 min，COD 去除率為93%。
2．2 電絮凝用于給水處理
飲用水中的氟化物，砷化合物，硬度，腐植酸等物質對人體產生危害。我國規定生活飲用水中氟的濃度不超過1．0 mg /L。M．Behbahani 等［13］用鋁做電極材料，在原水pH 為7，初始氟化物濃度為25 mg /L，電流密度為16．7 A/cm2 ，反應25 min，氟化物濃度去除率為94．5%。D．Ghosh 等［14］發現極板雙極連接對氟化物的去除優于單極連接，初始氟化物濃度為10 mg /L，電流密度為625 A/m2 ，反應30 min，出水氟化物濃度低于1 mg /L。N．S．Kumar 等［15］研究了動態實驗下電絮凝對水源中砷和硝酸鹽的去除情況，硝酸鹽和砷去除率分別達到84% 和75%。M．Malakootian［16］等人利用鐵棒做電極材料，在pH 為10，電壓為12 V，反應60 min 后，對鈣和總硬度的去除率分別達到98．2%和97．4%。馮啟言等［17］利用電絮凝去除地表水中的腐植酸，鋁做電極材料，在電流密度為47．6 A/m2 ，極板間距為1．0 cm，腐植酸濃度從20 mg /L 去除至0．43 mg /L，去除率達到97．8%。
2．3 電絮凝用于生活污水處理
電絮凝可以有效處理生活污水中的N 和P。陳男等［18］利用電絮凝法處理合并凈化槽出水，鋁做電極材料時出水色度較低，當極板間距為2 cm，電流密度為4 mA/cm2 ，反應10 min 后，出水TP 濃度＜ 0．1 mg /L，符合我國污水綜合排放一級標準。楊毅等［19］利用電絮凝處理城鎮生活污水，鋁板為陽極，不銹鋼板為陰極，pH 為6．7 ～ 9 之間，電解30 min，電流密度為0．25 ～ 0．60A/dm2 時，COD、SS 和色度去除率分別為70%、70% 和80% 以上，出水COD 達到城鎮污水二級污水排放標準。
3 電絮凝技術的研究方向
制約電絮凝廣泛應用的主要原因是能耗較高，電極消耗快，導致運行成本較高，可從以下方面對此的問題進行研究。
3．1 改進電源技術
直流電絮凝電極在長時間工作后容易鈍化從而導致能耗高。脈沖電通過重復進行供電與斷電，電解效率得到大幅提高，能耗大大降低。林輝等［20］利用脈沖電絮凝法處理餐飲廢水，發現脈沖電解可以有效消除鋁電極鈍化現象，達到相同去除率時，脈沖電絮凝比直流電絮凝節能30%。陳意民等［21］人以鋁作陽極采用脈沖電絮凝技術對難降解染料廢水進行處理，脈沖電絮凝技術相比于直流電絮凝，在處理難降解染料廢水中有著明顯的節能優勢，單脈沖和雙脈沖電絮凝的能耗分別降低84% 和87%。
3．2 新型電極的利用
相比傳統的二維電極，三維電極增加了電解槽的面體比，增大物質傳質速度，提高電流效率和處理效果。程愛華等［22］利用三維電極電解法處理偶氮染料廢水，填料為全炭，電壓為30 V，電解質(Na2 SO4) 濃度為0．01 mol /L，pH 值為8，反應60 min 后，甲基橙的脫色率可達93%。吳薇等［23］利用復極性三維電極去除表面活性劑廢水，混合填料是活性炭和玻璃珠，兩者體積比為2∶1，LAS 初始濃度為250 mg /L，pH 為2，電壓為30V，反應時間60 min，LAS 去除率可達90．6%。
3．3 與其他技術的聯用
M．Boroski 等［24］聯用電絮凝和TiO2催化處理化妝品與藥品公司出水，電絮凝能去除大部分溶解性有機物和懸浮物，原水COD 為1753 mg /L，電絮凝處理后出水COD 為160 mg /L，再經TiO2催化氧化后出水COD 為50 mg /L。Shuang Song 等［25］利用臭氧化和電絮凝聯合處理偶氮廢水，染料初始濃度為100 mg /L，初始pH 值為5．5，電流密度為10 mA/cm2 ，鹽濃度為5 000mg /L，溫度20 ℃，臭氧流量20 mL/min，電極間距為1 cm情況下，色度和COD 去除率分別達到94% 和60%，去除每千克COD耗能33 kWh。Qianhai Zuo［26］等聯用電絮凝和電氣浮能有效去除飲用水中的氟，水力停留時間僅為30 min，當初始pH 為6．0 ～7．0 時不需改變pH 值，當初始氟濃度為4．0 mg /L 時，出水氟濃度為0．87 mg /L。
4 結論
電絮凝是一項很有發展前途的廢水處理與凈化技術。電絮凝技術設備簡單，產泥量小，操作簡單，不會產生二次污染，可以有效去除水中各種污染物。國內外正逐步應用于電鍍、印染、制藥等多種工業廢水的處理以及給水凈化等領域。對于應用中存在的能耗較高的問題，可以通過改進電源、利用新型電極、與其他技術聯用解決。
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作者簡介: 宋均軻(1987- ) ，男，中國礦業大學環境科學專業在讀碩士研究生，研究方向為水污染控制。
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