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產(chǎn)品簡介
詳細(xì)介紹
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(shí)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)雜和對小型高效廢水處理集成設(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)合起來的廢水處理工藝。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(shí)，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(shí)，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(gè)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(gè)鋁離子逐漸聚合為羥基橋聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成兩個(gè)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(jià)鋁核陽離子（Al2~13）和19 種多價(jià)鋁核陽離子（Al10~27）存在，另外，還發(fā)現(xiàn)超過45 種單價(jià)鋁核陰離子（Al1~12） 和9 種多價(jià)鋁核陰離子（Al10~32），而鋁絮凝劑的聚合度多可達(dá)32 個(gè)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(shí)，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(gè)鋁的聚合比13 個(gè)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(shí)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，但由于氫氧化鋁的兩性特征，pH 過高時(shí)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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)狀聚合物連接起來終形成無定形的〔Al（OH）3〕n 絮凝劑。
Al3+在水體中的停留時(shí)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(shí)間過長會降低電絮凝的時(shí)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*和高效。
陰極析氫反應(yīng)會產(chǎn)生微氣泡，當(dāng)其生成速率很高時(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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。