电絮凝法处理废水的影响因素

应用电絮凝电源法有效处理废水，还要解决电极钝化和电解极化等问题，保证电流效率和絮凝效果，控制槽压和能耗。电极钝化主要由阳极溶出产生的金属离子氧化成膜并附着于阳极引起〔10〕；电解极化则包括浓差极化、电化学极化和金属阳极表面极化。

1 极板的影响

通常铁电极产生的絮体粒径小、沉淀密实、沉降快，但出水因含Fe3+而显黄色，断电时电极易继续锈蚀。而铝电极产生絮体速度快、无色度生成、絮体颗粒大且吸附能力强，但沉淀松散、沉降缓慢不利于后续处理，另外对于含油废水，铝电极去除COD 的效率略低于铁电极〔11〕，这可能与溶解态的Fe3+具有一定氧化性有关。铝、铁极板联用还可提高絮凝效果， I. Heidmann 等〔12〕研究了铝-铁组合电极对废水中 Ni2+、Cu2+、Cr6+的电絮凝效果（三者初始质量浓度分别为2.0、2.5、0.7 g/L），电解3 h，组合电极去除上述离子的效率明显高于单独使用铝或铁电极，其中铝-铁组合、铝、铁电极对Cr6+的去除率分别为99%、 85%、47%。
板间距从时空关系上影响着电絮凝剂生长和后续絮凝效果。通常适宜的极板间距为0.5~2.5 cm，极板厚度是1~2 mm，板间距过大或过小均不利于提高电絮凝效率和降低能耗。I. Zongo 等〔13〕在研究电絮凝技术去除工业废水中铬（Ⅵ）的实验时发现，电极间距以2.0 cm 为宜，间距过大则导致电解效率低和电解时间长，浓差极化增加；而板间距过小，易发生短路和絮团在极板间的堵塞。
极板的布置和水体流态也会影响传质效率。通常，极板的排布方式可分为单极和双极模式，

单极模式下所有极板均与导线相连； 而双极模式仅两端的极板与电源相连以提供极化电场而不溶出，中间的极板靠极化作用溶解，不仅易于更换，还实现了电絮凝和电浮选的结合。
原水的流向也会影响电絮凝效率，原水在极板间的流向可分为整体推流式和沿着极板组成的渠道呈现的折流式，后者可提供更长的停留时间；原水在整个电絮凝池的流向可分为平流式和竖流式，竖流式中的上流式絮凝效率较高。


2.2 pH 的影响

废水pH 会影响絮凝剂的生成和除污效率。聚铝或聚铁絮凝剂在较高pH 下吸附架桥能力会更强，混凝效果更好〔14〕。一般情况下，pH 过低不利于絮凝剂的生成，另一方面，在强碱性条件下，铝或铁的氢氧化物又会溶解，抑制其聚合生成絮凝剂。因此通常电絮凝剂生长适宜的pH 为中性或弱碱性（pH 在 6~10）。然而，pH 还影响污染物和絮凝剂表面电荷的分布，而各种絮凝剂在水中等电位所对应pH 不同〔15〕，因此pH 的选取还应视具体水质而定：对于含砷废水，pH 应在7.5 左右〔9〕；去除Cr3+的pH 应在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 约8.5 等〔18〕。Wei Wan 等〔15〕研究了不同pH 对电絮凝法去除饮用水中砷的影响，其采用铁棒阳极，当As （Ⅴ） 的初始质量浓度为0.1 mg/L，pH=7 时，电解15 min 后As（Ⅴ）的质量浓度降到了0.001 mg/L；而当pH=9 时，电解120 min 后As（Ⅴ）的质量浓度降至0.001 mg/L。S. Vasudevan 等〔19〕研究了pH 对电絮凝处理饮用水中磷的影响，结果表明，除磷率与pH 有密切的关系，当pH=6.5 时除磷率可达 98%，当pH=12 时除磷率仅为60%。
2.3 电解质的影响

废水电导率低会增加电絮凝处理时的能耗和导致电极过度极化，降低除污效率和电极寿命。因此，可采用向废水中投加合适的强电解质，通过提高水体电导率来提高电絮凝效率并降低能耗的方法〔9, 19, 20〕。
当电解质中含Cl- 时有利于电絮凝法处理废水，Cl- 在阳极能生成具有强氧化性和漂白性的Cl2 和HClO，可将水中的有机物氧化降解，并去除色度；同时，由于Cl- 半径小、穿透能力强，易吸附于阳极并与金属形成可溶性化合物，因此可使电极表面的钝化膜穿孔破裂，加速金属钝化层的溶解。G. Mouedhen 等〔4〕在含Ni2+、Cu2+、Zn2+ 的废水中加入 NaCl 来降低槽压和抑制阳极钝化，当NaCl 质量浓度从0 增加到100 mg/L 时，槽压从42 V 降低到7 V，同时阳极钝化膜出现明显点蚀痕迹。另外，J. L. Trompette 等〔21〕采用铝阳极处理pH=8.0、COD 为800 mg/L 的废水，加入铵盐增加电导率并缓冲pH，电解 16 min，NH4Cl 作电解质的COD 去除率为84%；电解30 min，（NH4）2SO4 作电解质的COD 去除率仅 60%。然而，I. Heidmann 等〔22〕的研究也表明，在电解有机废水时，氯能与有机物发生氯化反应生成高毒性的有机氯化物，增强废水毒性。J. L. Trompette 等〔21〕报导SO42- 也能增加废水的电导率，但由于 SO42- 对Al3+有保护作用，不利于絮凝剂的生成，因此处理含SO42- 的废水时能耗较高，除污效率偏低。N. Daneshvar 等〔18〕研究表明： 当废水中含有HCO3-、 SO3 2- 时，易和金属阳离子生成沉淀附着在电极表面，降低电絮凝效率，而废水中含Cl- 时可水解产生 HCl、HClO，抑制碳酸盐和亚硫酸盐沉淀的生成。
2.4 电流密度的影响

电絮凝过程中极板溶出、絮凝和气浮作用的动力来源于电流，通常电流密度大电絮凝效率就高。陈男等〔23〕采用电絮凝法处理废水中的总磷（TP），原水 TP 为2.5~3.5 mg/L，电流密度分别为10、20 A/ m2 时，出水TP 分别为0.98、1.76 mg/L；而当电流密度提高到40 A/ m2 时，出水TP 则大幅降低到0.06 mg/L；电流密度提高到100 A/ m2 时，出水TP 不能检出。然而电流密度过大易引起电极过度极化，加速电极钝化和增加槽压，引起更多的副反应〔18〕：阳极产生过多的金属阳离子，影响絮凝剂的生成；阴极析氢过多，干扰和削弱絮凝作用。
2.5 电场施加方式的影响

目前研究有效抑制极板钝化的方法是采用脉冲电流替代直流电流，降低电解极化的方法为极板换相。脉冲电流产生的电解间歇期可使电解出的金属离子与水体中的 OH- 充分反应，生成絮凝剂并随水流迁出电极区，从而减少金属离子氧化成膜的几率。极板换相可周期性更换极化方向，破坏固定极化区域并有效抑制钝化。朱小梅等〔24〕用电絮凝法处理电镀废水，考察了将直流电流改为脉冲电流对电镀废水中总铬去除的影响，结果表明脉冲电流的除铬率比直流电流的高6.27%，能耗比直流电流的低65.2%，并减少钝化。Xu Zhao 等〔17〕研究了电絮凝法去除废水中的As（Ⅲ）和 F-，研究表明每15 min 极板换相能有效抑制铝和铁电极表面的钝化层厚度。
2.6 物化协同技术的影响

近年来，有研究人员采用部分物化法协同电絮凝法的方式处理废水，用来提高对重金属离子、有机污染物的去除率。缪娟等〔25〕研究了超声协同钛铁双阳极电化学法降解废水中酚的过程，该过程集阳极催化氧化、超声空化和电絮凝为一体，在电流密度为 250 A/ m2，超声功率为0.6 kW，反应时间为1 h 条件下，酚在铁阳极系统降解55.6%，而在钛铁双阳极系统则降解76.2%。黄永茂〔26〕研究了电絮凝法耦合 H2O2 氧化法处理含邻苯二甲酸二甲酯（DMP）废水的情况，该技术将电Fenton 反应、电絮凝和电气浮结合，实现了对DMP 的有效去除。