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電絮電凝法處理廢水是利用鋁或鐵陽極溶出,原位生成高活性的多形態(tài)聚鋁或聚鐵絮凝劑,將水體中污染物微粒聚集成團(tuán)并沉降或氣浮分離的除污工藝〔1〕。電絮凝法具有效率高、泥量小并易于固液分離、無需外加藥劑、二次污染少、操控和設(shè)備維護(hù)簡單、易于自動控制和zui終出水中總?cè)芄蹋═DS)小等優(yōu)勢,現(xiàn)已逐漸成為處理重金屬、氟離子以及染料等無機(jī)、有機(jī)廢水的有效方法。
電絮電凝法處理廢水是利用鋁或鐵陽極溶出,原位生成高活性的多形態(tài)聚鋁或聚鐵絮凝劑,將水體中污染物微粒聚集成團(tuán)并沉降或氣浮分離的除污工藝〔1〕。電絮凝法具有效率高、泥量小并易于固液分離、無需外加藥劑、二次污染少、操控和設(shè)備維護(hù)簡單、易于自動控制和zui終出水中總?cè)芄蹋═DS)小等優(yōu)勢,現(xiàn)已逐漸成為處理重金屬、氟離子以及染料等無機(jī)、有機(jī)廢水的有效方法。
電絮凝技術(shù)的歷史久遠(yuǎn),1889 年倫敦首先建成電絮凝法處理海水與電解廢液的車間〔2〕。1906 年,電絮凝技術(shù)首先被德國人A. E. Dietrich 在美國申請,并用于船艙污水的處理〔2〕。由于早期電絮凝技術(shù)水平低、能耗高、處理廢水種類少,因此在以后很長的時間內(nèi)未得到廣泛應(yīng)用。近年來,隨著工業(yè)廢水類型的日益復(fù)雜和對小型廢水處理集成設(shè)備的需求增加,電絮凝技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn),其中對電絮凝劑原位生成及其絮凝機(jī)理的深入解析,各種因素對絮凝效率及電極極化和鈍化的影響機(jī)制,電絮凝法對更多類型廢水處理的嘗試,以及電絮凝技術(shù)耦合電氣浮等物化工藝提高整體處理效率等是該領(lǐng)域主要的研究方向。
1 電絮凝技術(shù)處理廢水的原理
電絮凝法是將絡(luò)合吸附與氧化還原、酸堿中和、氣浮分離結(jié)合起來的處理工藝。M. Y. A. Mollah 等〔3〕研究電絮凝機(jī)理表明,帶正電的絮凝劑與污染物顆粒通過靜電引力和范德華力,絡(luò)合聚集成團(tuán),生成可沉降的絮凝體而去除。有機(jī)分子可通過陽極氧化分解成小分子而易于被絮凝劑吸附,染料和溶解態(tài)的金屬離子則可通過陰極的電還原沉積作用與水體分離。廢水呈堿性時,陽極溶出產(chǎn)生的金屬離子經(jīng)水解和絡(luò)合作用消耗了廢水中過多的 OH-,使pH 下降;而對于酸性廢水,金屬氫氧化物和陰極電解水產(chǎn)生的 OH- 能消耗廢水中H+,使pH 上升,因而,電絮凝有中和酸堿的作用〔4〕。另外,當(dāng)處理含油廢水等形成的絮體微輕、難沉降時,還可利用陰極析氫或耦合后續(xù)電氣浮工藝,由電解水產(chǎn)生的O2 和H2(直徑不超過60 μm,遠(yuǎn)小于加壓氣泡粒徑)在上浮過程中將微輕絮體帶至水面達(dá)到分離目的,而該過程無需外投PAM 等試劑和處理絮凝污泥。電氣浮還兼具一定電氧化去除COD 的功能。
電絮凝法是一個復(fù)雜的物化技術(shù),其核心內(nèi)容是絮凝劑的生成。對于Al 陽極,電解產(chǎn)生的Al3+在水中迅速以水合離子Al(H2O)6 3+的形態(tài)存在,隨后很快水解失去H+ ,形成一系列單核絡(luò)合物,如 Al(H2O)5OH2+、Al(H2O)4(OH)2+、Al(H2O)3(OH)3 等。由于羥基鋁離子增多,剩余孤對電子,羥基配位能力未飽和,可與另一個鋁離子逐漸聚合為羥基橋聯(lián)結(jié)構(gòu),形成兩個羥基鍵橋,從而由單核鋁的絡(luò)合物緩慢聚合成表面富含羥基的多核高分子網(wǎng)狀聚合物 Alm(H2O )x(OH )n (3m-n),如Al2(H2O )8(OH)2 4+、 Al16(H2O)24(OH)36 12+ 等,并zui終轉(zhuǎn)化成無定形的〔Al(OH)3〕n 絮凝劑。A. Sarpola 等〔5〕通過質(zhì)譜分析證實(shí)了有超過80種單價鋁核陽離子(Al2~13)和19 種多價鋁核陽離子(Al10~27)存在,另外,還發(fā)現(xiàn)超過45 種單價鋁核陰離子(Al1~12) 和9 種多價鋁核陰離子(Al10~32),而鋁絮凝劑的聚合度zui多可達(dá)32 個鋁。另外,除上述高分子網(wǎng)狀聚合物Alm(H2O)x(OH) n (3m-n) 外,還會生成一些氧化鋁合氫氧根的大分子聚合物,如Al13O4(OH)24 7+等,或當(dāng)水體中含有NaCl 電解質(zhì)時,還會生成一些被NaCl 分子包覆的絮凝劑如〔Al2 (OH)3 (H2O)3·2.05NaCl〕3 + 、〔Al3 (OH)6 (H2O)8· 2.00NaCl〕3+等。一般地,聚合度與絮凝效率呈正相關(guān),吳珍等〔6〕研究表明30 個鋁的聚合比13 個鋁的聚合的吸附和架橋作用強(qiáng),而且有更寬的有效投量范圍。通常,低聚合度絮凝劑是通過吸附作用去除污染物粒子;而高聚合度絮凝劑則因表面積大、表面基團(tuán)多,對污染物粒子通過網(wǎng)捕包覆去除,但高聚合度的絮凝劑,產(chǎn)生的后續(xù)污泥量較大,增加了處置成本。
對于Al 陽極,電絮凝劑的生成過程還受pH、 Al3+濃度、水體成分、停留時間、水流方式和氣泡生成速率等因素的影響。
一般情況下,鋁絮凝劑在弱堿性條件下能快速聚合,但由于*的兩性特征,pH 過高時聚鋁又易解離成Al(OH)4-。Jinming Duan 等〔7〕的研究表明,鋁絮凝劑在除污過程中根據(jù)pH 與絮凝劑量的不同存在兩種機(jī)理:pH 低于6.5 時,溶解的Al3+濃度小于60 μmol,Al3+在水中以水合態(tài)Al(H2O)6 3+和帶正電的單核Al(H2O)5(OH)2+、Al(H2O)4(OH)2+絮凝劑的形式存在,其主要通過電荷中和作用對帶負(fù)電污染物進(jìn)行去除;pH 超過6.5 時,溶解的Al3+濃度大于60 μmol,Al3+在水中以無定形的〔Al(OH)3〕n 絮凝劑的形式存在,其通過直接吸附去除污染物。當(dāng)水體有硫酸鹽時,吸附在Alm(H2O)x(OH) n (3m-n)上的SO4 2- 由于氫鍵和電荷的吸引作用〔8〕可促進(jìn)更多的高分子網(wǎng)狀聚合物連接起來zui終形成無定形的〔Al(OH)3〕n 絮凝劑。
Al3+在水體中的停留時間越長,與 OH- 水化越充分,聚鋁的聚合度和產(chǎn)量就越大,越有利于后續(xù)除污,但停留時間過長會降低電絮凝的時空效率。電絮凝法通常采用序批間歇式或循環(huán)流動式的水流設(shè)置來保證金屬離子的水化聚合及絮凝過程的*和。
陰極析氫反應(yīng)會產(chǎn)生微氣泡,當(dāng)其生成速率很高時,會擾亂金屬離子的聚合,絮凝劑生成慢且聚合度和致密度小。
對于鐵陽極,隨pH 變化溶出的鐵離子會發(fā)生氧化還原反應(yīng)和水解、聚合等復(fù)雜過程。D. Lakshmanan 等〔1〕研究了鐵陽極的氧化情況,發(fā)現(xiàn)鐵陽極溶出的 Fe2+在pH 為6.5~7.5 時較少發(fā)生氧化,并且在低DO 濃度下保持可溶性Fe2+狀態(tài),而隨著DO 濃度的增加,則以Fe2+和難溶的Fe(OH)3/FeOOH 狀態(tài)共存; pH=8.5 時,F(xiàn)e2+會迅速氧化成Fe3+并水解為Fe(OH)3/ FeOOH,其間Fe3+在水中主要以水合態(tài)Fe(H2O)6 3+的形式存在,當(dāng)遇到水中的—OH 時會水解成一系列單核水解產(chǎn)物Fe(H2O)5(OH)2+、Fe(H2O)4(OH)2+等。同樣這些單核水解產(chǎn)物由于羥基的配位數(shù)未達(dá)飽和,在相鄰羥基的鍵橋作用下可聚合成大分子聚合物并zui終形成γ-FeOOH 沉淀。鐵絮凝劑生長的快慢主要由鐵溶出速率和pH 決定,在鐵溶出速率一定時,pH 在6~10 有利于γ-FeOOH 的生成。如D. Lakshmanan 等〔9〕在電絮凝除砷的研究中發(fā)現(xiàn),電解 2 min 后,在pH=8.5 的水體中,F(xiàn)e3+已全部聚合成 γ-FeOOH。
2 電絮凝法處理廢水的影響因素
應(yīng)用電絮凝法有效處理廢水,還要解決電極鈍化和電解極化等問題,保證電流效率和絮凝效果,控制槽壓和能耗。電極鈍化主要由陽極溶出產(chǎn)生的金屬離子氧化成膜并附著于陽極引起〔10〕;電解極化則包括濃差極化、電化學(xué)極化和金屬陽極表面極化。
2.1 極板的影響
通常鐵電極產(chǎn)生的絮體粒徑小、沉淀密實(shí)、沉降快,但出水因含F(xiàn)e3+而顯黃色,斷電時電極易繼續(xù)銹蝕。而鋁電極產(chǎn)生絮體速度快、無色度生成、絮體顆粒大且吸附能力強(qiáng),但沉淀松散、沉降緩慢不利于后續(xù)處理,另外對于含油廢水,鋁電極去除COD 的效率略低于鐵電極〔11〕,這可能與溶解態(tài)的Fe3+具有一定氧化性有關(guān)。鋁、鐵極板聯(lián)用還可提高絮凝效果, I. Heidmann 等〔12〕研究了鋁-鐵組合電極對廢水中 Ni2+、Cu2+、Cr6+的電絮凝效果(三者初始質(zhì)量濃度分別為2.0、2.5、0.7 g/L),電解3 h,組合電極去除上述離子的效率明顯高于單獨(dú)使用鋁或鐵電極,其中鋁-鐵組合、鋁、鐵電極對Cr6+的去除率分別為99%、 85%、47%。
板間距從時空關(guān)系上影響著電絮凝劑生長和后續(xù)絮凝效果。通常適宜的極板間距為0.5~2.5 cm,極板厚度是1~2 mm,板間距過大或過小均不利于提高電絮凝效率和降低能耗。I. Zongo 等〔13〕在研究電絮凝技術(shù)去除工業(yè)廢水中鉻(Ⅵ)的實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn),電極間距以2.0 cm 為宜,間距過大則導(dǎo)致電解效率低和電解時間長,濃差極化增加;而板間距過小,易發(fā)生短路和絮團(tuán)在極板間的堵塞。
極板的布置和水體流態(tài)也會影響傳質(zhì)效率。通常,極板的排布方式可分為單極和雙極模式,如圖圖 1 、圖 2 所示。
圖 1 電絮凝序列電極單極模式反應(yīng)裝置
單極模式下所有極板均與導(dǎo)線相連; 而雙極模式僅兩端的極板與電源相連以提供極化電場而不溶出,中間的極板靠極化作用溶解,不僅易于更換,還實(shí)現(xiàn)了電絮凝和電浮選的結(jié)合。
原水的流向也會影響電絮凝效率,原水在極板間的流向可分為整體推流式和沿著極板組成的渠道呈現(xiàn)的折流式,后者可提供更長的停留時間;原水在整個電絮凝池的流向可分為平流式和豎流式,豎流式中的上流式絮凝效率較高。
圖 2 電絮凝雙極模式反應(yīng)裝置
2.2 pH 的影響
廢水pH 會影響絮凝劑的生成和除污效率。聚鋁或聚鐵絮凝劑在較高pH 下吸附架橋能力會更強(qiáng),混凝效果更好〔14〕。一般情況下,pH 過低不利于絮凝劑的生成,另一方面,在強(qiáng)堿性條件下,鋁或鐵的氫氧化物又會溶解,抑制其聚合生成絮凝劑。因此通常電絮凝劑生長適宜的pH 為中性或弱堿性(pH 在 6~10)。然而,pH 還影響污染物和絮凝劑表面電荷的分布,而各種絮凝劑在水中等電位所對應(yīng)pH 不同〔15〕,因此pH 的選取還應(yīng)視具體水質(zhì)而定:對于含砷廢水,pH 應(yīng)在7.5 左右〔9〕;去除Cr3+的pH 應(yīng)在5.0 左右〔16〕;去除 F- 的pH 宜在6.0 左右〔17〕;去除染料分子的pH 約8.5 等〔18〕。Wei Wan 等〔15〕研究了不同pH 對電絮凝法去除飲用水中砷的影響,其采用鐵棒陽極,當(dāng)As (Ⅴ) 的初始質(zhì)量濃度為0.1 mg/L,pH=7 時,電解15 min 后As(Ⅴ)的質(zhì)量濃度降到了0.001 mg/L;而當(dāng)pH=9 時,電解120 min 后As(Ⅴ)的質(zhì)量濃度降至0.001 mg/L。S. Vasudevan 等〔19〕研究了pH 對電絮凝處理飲用水中磷的影響,結(jié)果表明,除磷率與pH 有密切的關(guān)系,當(dāng)pH=6.5 時除磷率可達(dá) 98%,當(dāng)pH=12 時除磷率僅為60%。
2.3 電解質(zhì)的影響
廢水電導(dǎo)率低會增加電絮凝處理時的能耗和導(dǎo)致電極過度極化,降低除污效率和電極壽命。因此,可采用向廢水中投加合適的強(qiáng)電解質(zhì),通過提高水體電導(dǎo)率來提高電絮凝效率并降低能耗的方法〔9, 19, 20〕。
當(dāng)電解質(zhì)中含Cl- 時有利于電絮凝法處理廢水,Cl- 在陽極能生成具有強(qiáng)氧化性和漂白性的Cl2 和HClO,可將水中的有機(jī)物氧化降解,并去除色度;同時,由于Cl- 半徑小、穿透能力強(qiáng),易吸附于陽極并與金屬形成可溶性化合物,因此可使電極表面的鈍化膜穿孔破裂,加速金屬鈍化層的溶解。G. Mouedhen 等〔4〕在含Ni2+、Cu2+、Zn2+ 的廢水中加入 NaCl 來降低槽壓和抑制陽極鈍化,當(dāng)NaCl 質(zhì)量濃度從0 增加到100 mg/L 時,槽壓從42 V 降低到7 V,同時陽極鈍化膜出現(xiàn)明顯點(diǎn)蝕痕跡。另外,J. L. Trompette 等〔21〕采用鋁陽極處理pH=8.0、COD 為800 mg/L 的廢水,加入銨鹽增加電導(dǎo)率并緩沖pH,電解 16 min,NH4Cl 作電解質(zhì)的COD 去除率為84%;電解30 min,(NH4)2SO4 作電解質(zhì)的COD 去除率僅 60%。然而,I. Heidmann 等〔22〕的研究也表明,在電解有機(jī)廢水時,氯能與有機(jī)物發(fā)生氯化反應(yīng)生成高毒性的有機(jī)氯化物,增強(qiáng)廢水毒性。J. L. Trompette 等〔21〕報(bào)導(dǎo)SO42- 也能增加廢水的電導(dǎo)率,但由于 SO42- 對Al3+有保護(hù)作用,不利于絮凝劑的生成,因此處理含SO42- 的廢水時能耗較高,除污效率偏低。N. Daneshvar 等〔18〕研究表明: 當(dāng)廢水中含有HCO3-、 SO3 2- 時,易和金屬陽離子生成沉淀附著在電極表面,降低電絮凝效率,而廢水中含Cl- 時可水解產(chǎn)生 HCl、HClO,抑制碳酸鹽和亞硫酸鹽沉淀的生成。
2.4 電流密度的影響
電絮凝過程中極板溶出、絮凝和氣浮作用的動力來源于電流,通常電流密度大電絮凝效率就高。陳男等〔23〕采用電絮凝法處理廢水中的總磷(TP),原水 TP 為2.5~3.5 mg/L,電流密度分別為10、20 A/ m2 時,出水TP 分別為0.98、1.76 mg/L;而當(dāng)電流密度提高到40 A/ m2 時,出水TP 則大幅降低到0.06 mg/L;電流密度提高到100 A/ m2 時,出水TP 不能檢出。然而電流密度過大易引起電極過度極化,加速電極鈍化和增加槽壓,引起更多的副反應(yīng)〔18〕:陽極產(chǎn)生過多的金屬陽離子,影響絮凝劑的生成;陰極析氫過多,干擾和削弱絮凝作用。
2.5 電場施加方式的影響
目前研究有效抑制極板鈍化的方法是采用脈沖電流替代直流電流,降低電解極化的方法為極板換相。脈沖電流產(chǎn)生的電解間歇期可使電解出的金屬離子與水體中的 OH- 充分反應(yīng),生成絮凝劑并隨水流遷出電極區(qū),從而減少金屬離子氧化成膜的幾率。極板換相可周期性更換極化方向,破壞固定極化區(qū)域并有效抑制鈍化。朱小梅等〔24〕用電絮凝法處理電鍍廢水,考察了將直流電流改為脈沖電流對電鍍廢水中總鉻去除的影響,結(jié)果表明脈沖電流的除鉻率比直流電流的高6.27%,能耗比直流電流的低65.2%,并減少鈍化。Xu Zhao 等〔17〕研究了電絮凝法去除廢水中的As(Ⅲ)和 F-,研究表明每15 min 極板換相能有效抑制鋁和鐵電極表面的鈍化層厚度。
2.6 物化協(xié)同技術(shù)的影響
近年來,有研究人員采用部分物化法協(xié)同電絮凝法的方式處理廢水,用來提高對重金屬離子、有機(jī)污染物的去除率。繆娟等〔25〕研究了超聲協(xié)同鈦鐵雙陽極電化學(xué)法降解廢水中酚的過程,該過程集陽極催化氧化、超聲空化和電絮凝為一體,在電流密度為 250 A/ m2,超聲功率為0.6 kW,反應(yīng)時間為1 h 條件下,酚在鐵陽極系統(tǒng)降解55.6%,而在鈦鐵雙陽極系統(tǒng)則降解76.2%。黃永茂〔26〕研究了電絮凝法耦合 H2O2 氧化法處理含鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)廢水的情況,該技術(shù)將電Fenton 反應(yīng)、電絮凝和電氣浮結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對DMP 的有效去除。
3 電絮凝法的應(yīng)用
電絮凝技術(shù)可處理電鍍、印染、制藥、制革、造紙等多種行業(yè)廢水,目標(biāo)污染物包括鉻、磷、氟、染料等。
3.1 含重金屬廢水的處理
線路板、制革、染料等行業(yè)排放的廢水含大量重金屬離子,如Cr6+、Cu2+、Ni2+等〔22〕,都可以通過電絮凝技術(shù)進(jìn)行有效去除。以除鉻為例,電絮凝法通常采用鐵電極,通過利用Fe2+或Fe 的還原作用〔27〕將Cr6+還原為毒性較低的Cr3+,并與 OH- 反應(yīng)生成沉淀或被原位生成的絮凝劑吸附,同時Fe2+被氧化為Fe3+。A. K. Golder 等〔20〕電絮凝法間歇處理廢水中的Cr3+,使用的是不銹鋼電極,其中極板間距22 mm,反應(yīng)器容積0.8 L,Cr3+初始質(zhì)量濃度1 000 mg/L,NaCl 質(zhì)量濃度1 000 mg/L,pH=3.4,電流密度487.8 A/ m2,反應(yīng) 40 min,Cr3+質(zhì)量濃度降至2.0 mg/L。
在電絮凝技術(shù)工程化方面,F(xiàn). R. Espinoza - Quiňones 等〔28〕將其應(yīng)用到巴西托萊多地區(qū)一個皮革制造廠排放的含Cr6+廢水的處理中,工程采用鐵電極,反應(yīng)器容積5 L,電極尺寸7 cm×14 cm×0.15 cm,極板有效表面積80.5 c m2,pH=7.8,電流密度680 A/ m2,鉻質(zhì)量濃度44 mg/L。經(jīng)電解30 min 處理,除鉻率接近* ,達(dá)到巴西環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)(≤0.5 mg/L),處理1 m3 廢水的運(yùn)行成本為1.7 美元。
3.2 廢水除磷
廢水中的磷多以PO23-、PO33-、P2O7 4- 和PO3- 的形式存在,當(dāng)廢水加熱至90 ℃以上,4 種磷酸根離子會通過一系列反應(yīng)變成PO43-,此時可與電絮凝陽極溶出的Al3+、Fe3+反應(yīng)生成難溶的AlPO4 和FePO4 而被除去。其中PO33- zui難去除,在工況中投加生石灰可提高PO33- 的去除率,但泥量大。馮爽等〔29〕采用電絮凝法去除二級處理出水中的磷,原水磷(以PO43- 計(jì)) 質(zhì)量濃度3 mg/L,電解槽容積4 L,鐵極板尺寸 10 cm×15 cm×1 mm,極板間距1.5 cm,電流0.31 A,曝氣,電解8 min 后磷去除率可達(dá)約80%,出水磷質(zhì)量濃度降至0.68 mg/L。另外,廢水酸度對磷去除率有明顯影響,堿性條件下有助于磷的去除,而在酸性條件下能顯著降低磷的去除率,這是因?yàn)楫?dāng)廢水呈酸性時,大量的金屬氫氧化物絮凝劑和難溶的 AlPO4 和FePO4 會被溶解,明顯降低除污效率。在工程化方面,M. A. Rodrigo 等〔30〕采用電絮凝技術(shù)去除生活污水中的磷,水源來自城市污水處理站,極板有效面積100 c m2,極板間距9 mm,pH=4.5,電導(dǎo)率0.75 mS/cm,電流密度10 A/ m2,每次處理廢水5 d m3,當(dāng)通電量為25 A·h/ m3,能耗為4.5 kW·h/ m3 時,該污水中磷的去除率接近*。
3.3 廢水除氟
目前,有關(guān)電絮凝法去除水體中 F- 的報(bào)道存在兩種機(jī)理: F-與絮凝劑中 OH-的置換反應(yīng)和 F-與金屬陽離子反應(yīng)生成沉淀。M. M. Emamjomeh 等〔31〕研究表明,F(xiàn)- 置換Aln(OH)m (3n-m)中的 OH-從而被去除。而N. Mameri 等〔32〕研究表明,F(xiàn)- 與 Al3+ 反應(yīng)生成 AlF6 3-,再與Na+反應(yīng)生成沉淀,從而將氟從水中除去。在電絮凝效果方面,V. Khatibikamal 等〔33〕采用鋁板雙極模式處理初始質(zhì)量濃度為5 mg/L 的含 F-廢水,電解5 min F-質(zhì)量濃度可迅速降至0.35mg/L。在工程應(yīng)用方面,劉峰彪等〔34〕采用電絮凝法處理北京某地區(qū)地?zé)崴械姆⒃黾訛V柱,F(xiàn)-質(zhì)量濃度為 7.5 mg/L,選用鋁板電極,板間距0.5 cm,pH=7.1,電導(dǎo)率0.48 mS/cm,水溫30~40 ℃,電流密度10 A/ m2,電絮凝30 min,能耗為2.13 kW·h/t 時,出水 F-質(zhì)量濃度可達(dá)到飲用水對 F-質(zhì)量濃度的要求(0.5~1.0 mg/L)。另外,當(dāng)水體中存在PO43- 時,由于PO43- 的水解,水體呈強(qiáng)堿性,從而促進(jìn)Al(OH)3 水解成 Al(OH)4-,致使絮凝劑喪失除氟能力;當(dāng)水體中存在 SO42- 時也對電絮凝除氟有不利影響,但其影響機(jī)制尚不清楚,有待深入研究〔35〕。
3.4 染料廢水的處理
電絮凝法處理染料廢水時,有機(jī)染料分子可直接被原位絮凝劑吸附或被陽極直接氧化,也可能被陽極產(chǎn)生的氧化劑如O2、H2O2(可與Fe2+組成Fenton 試劑)等間接氧化,降解為小分子化合物,再被絮凝劑吸附去除。由于染料分子大部分帶負(fù)電,而絮凝劑帶正電,因而吸附是以靜電吸附為主。另外,廢水的 pH 對反應(yīng)過程的影響很大〔36〕,在pH 小于6.5 時,電絮凝法處理染料廢水以化學(xué)沉淀反應(yīng)為主;pH 超過 6.5 時,電絮凝法處理染料廢水以吸附反應(yīng)為主。
Huijuan Liu 等〔36〕采用鋁板單極模式處理酸性紅-14 染料,電流密度80 A/ m2,pH 為6~9,電解4 min 后,COD 和色度的去除率分別為85%、95%,而該研究還表明單極模式對色度的去除率高于雙極模式,其原因尚不明晰,有待深入研究。
4 展望
綜上所述,電絮凝法的研究及工藝已應(yīng)用于各種水體的凈化和處理。由于其原位產(chǎn)生絮凝劑的特點(diǎn),因此具有活性高、易操控、泥量低等優(yōu)點(diǎn)。但電絮凝技術(shù)存在電極易鈍化和極化、運(yùn)行成本較高等問題,仍限制其發(fā)展,相關(guān)過程機(jī)理也尚未*明晰。今后的研究還需對在電絮凝過程中電沉積、絮凝和氣浮等過程的相互作用和增效機(jī)制進(jìn)行深入解析〔2〕。另外,因廢水水質(zhì)和目標(biāo)污染物屬性差異較大,針對各種復(fù)雜水質(zhì)和污染物的電絮凝工藝參數(shù)還需進(jìn)行相應(yīng)的特征設(shè)計(jì)和優(yōu)化,甚至可以通過耦合后續(xù)的電氣浮等工藝以強(qiáng)化絮凝效果,而目前還缺乏可以廣泛使用的數(shù)據(jù)模型〔37〕來對電絮凝反應(yīng)器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)并制造各種模塊化集成設(shè)備。再者,與其他物化技術(shù)耦合以提高污染物去除率和擴(kuò)展廢水處理種類的相關(guān)研究也亟待開展。上述問題的解決,將進(jìn)一步推動電絮凝法的發(fā)展和實(shí)用化,使之成為廣泛使用的廢水物化處理方法。
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