电絮凝法的应用
电絮凝电源技术可处理电镀、印染、制药、制革、造纸等多种行业废水，目标污染物包括铬、磷、氟、染料等。
1 含重金属废水的处理
线路板、制革、染料等行业排放的废水含大量重金属离子，如Cr6+、Cu2+、Ni2+等〔22〕，都可以通过电絮凝技术进行有效去除。以除铬为例，电絮凝法通常采用铁电极，通过利用Fe2+或Fe 的还原作用〔27〕将Cr6+还原为毒性较低的Cr3+，并与 OH- 反应生成沉淀或被原位生成的絮凝剂吸附，同时Fe2+被氧化为Fe3+。A. K. Golder 等〔20〕电絮凝法间歇处理废水中的Cr3+，使用的是不锈钢电极，其中极板间距22 mm，反应器容积0.8 L，Cr3+初始质量浓度1 000 mg/L，NaCl 质量浓度1 000 mg/L，pH=3.4，电流密度487.8 A/ m2，反应 40 min，Cr3+质量浓度降至2.0 mg/L。
在电絮凝技术工程化方面，F. R. Espinoza - Quiňones 等〔28〕将其应用到巴西托莱多地区一个皮革制造厂排放的含Cr6+废水的处理中，工程采用铁电极，反应器容积5 L，电极尺寸7 cm×14 cm×0.15 cm，极板有效表面积80.5 c m2，pH=7.8，电流密度680 A/ m2，铬质量浓度44 mg/L。经电解30 min 处理，除铬率接近100% ，达到巴西环境排放标准（≤0.5 mg/L），处理1 m3 废水的运行成本为1.7 美元。
2 废水除磷
废水中的磷多以PO23-、PO33-、P2O7 4- 和PO3- 的形式存在，当废水加热至90 ℃以上，4 种磷酸根离子会通过一系列反应变成PO43-，此时可与电絮凝阳极溶出的Al3+、Fe3+反应生成难溶的AlPO4 和FePO4 而被除去。其中PO33- 很难去除，在工况中投加生石灰可提高PO33- 的去除率，但泥量大。冯爽等〔29〕采用电絮凝法去除二级处理出水中的磷，原水磷（以PO43- 计） 质量浓度3 mg/L，电解槽容积4 L，铁极板尺寸 10 cm×15 cm×1 mm，极板间距1.5 cm，电流0.31 A，曝气，电解8 min 后磷去除率可达约80%，出水磷质量浓度降至0.68 mg/L。另外，废水酸度对磷去除率有明显影响，碱性条件下有助于磷的去除，而在酸性条件下能显著降低磷的去除率，这是因为当废水呈酸性时，大量的金属氢氧化物絮凝剂和难溶的 AlPO4 和FePO4 会被溶解，明显降低除污效率。在工程化方面，M. A. Rodrigo 等〔30〕采用电絮凝技术去除生活污水中的磷，水源来自城市污水处理站，极板有效面积100 c m2，极板间距9 mm，pH=4.5，电导率0.75 mS/cm，电流密度10 A/ m2，每次处理废水5 d m3，当通电量为25 A·h/ m3，能耗为4.5 kW·h/ m3 时，该污水中磷的去除率接近100%。
3 废水除氟
目前，有关电絮凝法去除水体中 F- 的报道存在两种机理： F-与絮凝剂中 OH-的置换反应和 F-与金属阳离子反应生成沉淀。M. M. Emamjomeh 等研究表明，F- 置换Aln（OH）m （3n-m）中的 OH-从而被去除。而N. Mameri 等研究表明，F- 与 Al3+ 反应生成 AlF6 3-，再与Na+反应生成沉淀，从而将氟从水中除去。在电絮凝效果方面，V. Khatibikamal 等采用铝板双极模式处理初始质量浓度为5 mg/L 的含 F-废水，电解5 min F-质量浓度可迅速降至0.35mg/L。在工程应用方面，刘峰彪等采用电絮凝法处理北京某地区地热水中的氟，并增加滤柱，F-质量浓度为 7.5 mg/L，选用铝板电极，板间距0.5 cm，pH=7.1，电导率0.48 mS/cm，水温30~40 ℃，电流密度10 A/ m2，电絮凝30 min，能耗为2.13 kW·h/t 时，出水 F-质量浓度可达到饮用水对 F-质量浓度的要求（0.5~1.0 mg/L）。另外，当水体中存在PO43- 时，由于PO43- 的水解，水体呈强碱性，从而促进Al（OH）3 水解成 Al（OH）4-，致使絮凝剂丧失除氟能力；当水体中存在 SO42- 时也对电絮凝除氟有不利影响，但其影响机制尚不清楚，有待深入研究。
4 染料废水的处理
电絮凝法处理染料废水时，有机染料分子可直接被原位絮凝剂吸附或被阳极直接氧化，也可能被阳极产生的氧化剂如O2、H2O2（可与Fe2+组成Fenton 试剂）等间接氧化，降解为小分子化合物，再被絮凝剂吸附去除。由于染料分子大部分带负电，而絮凝剂带正电，因而吸附是以静电吸附为主。另外，废水的 pH 对反应过程的影响很大，在pH 小于6.5 时，电絮凝法处理染料废水以化学沉淀反应为主；pH 超过 6.5 时，电絮凝法处理染料废水以吸附反应为主。
Huijuan Liu 等采用铝板单极模式处理酸性红-14 染料，电流密度80 A/ m2，pH 为6~9，电解4 min 后，COD 和色度的去除率分别为85%、95%，而该研究还表明单极模式对色度的去除率高于双极模式，其原因尚不明晰，有待深入研究。
综上所述，电絮凝法的研究及工艺已应用于各种水体的净化和处理。由于其原位产生絮凝剂的特点，因此具有活性高、易操控、泥量低等优点。但电絮凝技术存在电极易钝化和极化、运行成本较高等问题，仍限制其发展，相关过程机理也尚未完全明晰。今后的研究还需对在电絮凝过程中电沉积、絮凝和气浮等过程的相互作用和增效机制进行深入解析另外，因废水水质和目标污染物属性差异较大，针对各种复杂水质和污染物的电絮凝工艺参数还需进行相应的特征设计和优化，甚至可以通过耦合后续的电气浮等工艺以强化絮凝效果，而目前还缺乏可以广泛使用的数据模型来对电絮凝反应器进行标准化设计并制造各种模块化集成设备。再者，与其他物化技术耦合以提高污染物去除率和扩展废水处理种类的相关研究也亟待开展。上述问题的解决，将进一步推动电絮凝电源法的发展和实用化，使之成为广泛使用的废水物化处理方法。
1 含重金属废水的处理
线路板、制革、染料等行业排放的废水含大量重金属离子，如Cr6+、Cu2+、Ni2+等〔22〕，都可以通过电絮凝技术进行有效去除。以除铬为例，电絮凝法通常采用铁电极，通过利用Fe2+或Fe 的还原作用〔27〕将Cr6+还原为毒性较低的Cr3+，并与 OH- 反应生成沉淀或被原位生成的絮凝剂吸附，同时Fe2+被氧化为Fe3+。A. K. Golder 等〔20〕电絮凝法间歇处理废水中的Cr3+，使用的是不锈钢电极，其中极板间距22 mm，反应器容积0.8 L，Cr3+初始质量浓度1 000 mg/L，NaCl 质量浓度1 000 mg/L，pH=3.4，电流密度487.8 A/ m2，反应 40 min，Cr3+质量浓度降至2.0 mg/L。
在电絮凝技术工程化方面，F. R. Espinoza - Quiňones 等〔28〕将其应用到巴西托莱多地区一个皮革制造厂排放的含Cr6+废水的处理中，工程采用铁电极，反应器容积5 L，电极尺寸7 cm×14 cm×0.15 cm，极板有效表面积80.5 c m2，pH=7.8，电流密度680 A/ m2，铬质量浓度44 mg/L。经电解30 min 处理，除铬率接近100% ，达到巴西环境排放标准（≤0.5 mg/L），处理1 m3 废水的运行成本为1.7 美元。
2 废水除磷
废水中的磷多以PO23-、PO33-、P2O7 4- 和PO3- 的形式存在，当废水加热至90 ℃以上，4 种磷酸根离子会通过一系列反应变成PO43-，此时可与电絮凝阳极溶出的Al3+、Fe3+反应生成难溶的AlPO4 和FePO4 而被除去。其中PO33- 很难去除，在工况中投加生石灰可提高PO33- 的去除率，但泥量大。冯爽等〔29〕采用电絮凝法去除二级处理出水中的磷，原水磷（以PO43- 计） 质量浓度3 mg/L，电解槽容积4 L，铁极板尺寸 10 cm×15 cm×1 mm，极板间距1.5 cm，电流0.31 A，曝气，电解8 min 后磷去除率可达约80%，出水磷质量浓度降至0.68 mg/L。另外，废水酸度对磷去除率有明显影响，碱性条件下有助于磷的去除，而在酸性条件下能显著降低磷的去除率，这是因为当废水呈酸性时，大量的金属氢氧化物絮凝剂和难溶的 AlPO4 和FePO4 会被溶解，明显降低除污效率。在工程化方面，M. A. Rodrigo 等〔30〕采用电絮凝技术去除生活污水中的磷，水源来自城市污水处理站，极板有效面积100 c m2，极板间距9 mm，pH=4.5，电导率0.75 mS/cm，电流密度10 A/ m2，每次处理废水5 d m3，当通电量为25 A·h/ m3，能耗为4.5 kW·h/ m3 时，该污水中磷的去除率接近100%。
3 废水除氟
目前，有关电絮凝法去除水体中 F- 的报道存在两种机理： F-与絮凝剂中 OH-的置换反应和 F-与金属阳离子反应生成沉淀。M. M. Emamjomeh 等研究表明，F- 置换Aln（OH）m （3n-m）中的 OH-从而被去除。而N. Mameri 等研究表明，F- 与 Al3+ 反应生成 AlF6 3-，再与Na+反应生成沉淀，从而将氟从水中除去。在电絮凝效果方面，V. Khatibikamal 等采用铝板双极模式处理初始质量浓度为5 mg/L 的含 F-废水，电解5 min F-质量浓度可迅速降至0.35mg/L。在工程应用方面，刘峰彪等采用电絮凝法处理北京某地区地热水中的氟，并增加滤柱，F-质量浓度为 7.5 mg/L，选用铝板电极，板间距0.5 cm，pH=7.1，电导率0.48 mS/cm，水温30~40 ℃，电流密度10 A/ m2，电絮凝30 min，能耗为2.13 kW·h/t 时，出水 F-质量浓度可达到饮用水对 F-质量浓度的要求（0.5~1.0 mg/L）。另外，当水体中存在PO43- 时，由于PO43- 的水解，水体呈强碱性，从而促进Al（OH）3 水解成 Al（OH）4-，致使絮凝剂丧失除氟能力；当水体中存在 SO42- 时也对电絮凝除氟有不利影响，但其影响机制尚不清楚，有待深入研究。
4 染料废水的处理
电絮凝法处理染料废水时，有机染料分子可直接被原位絮凝剂吸附或被阳极直接氧化，也可能被阳极产生的氧化剂如O2、H2O2（可与Fe2+组成Fenton 试剂）等间接氧化，降解为小分子化合物，再被絮凝剂吸附去除。由于染料分子大部分带负电，而絮凝剂带正电，因而吸附是以静电吸附为主。另外，废水的 pH 对反应过程的影响很大，在pH 小于6.5 时，电絮凝法处理染料废水以化学沉淀反应为主；pH 超过 6.5 时，电絮凝法处理染料废水以吸附反应为主。
Huijuan Liu 等采用铝板单极模式处理酸性红-14 染料，电流密度80 A/ m2，pH 为6~9，电解4 min 后，COD 和色度的去除率分别为85%、95%，而该研究还表明单极模式对色度的去除率高于双极模式，其原因尚不明晰，有待深入研究。
综上所述，电絮凝法的研究及工艺已应用于各种水体的净化和处理。由于其原位产生絮凝剂的特点，因此具有活性高、易操控、泥量低等优点。但电絮凝技术存在电极易钝化和极化、运行成本较高等问题，仍限制其发展，相关过程机理也尚未完全明晰。今后的研究还需对在电絮凝过程中电沉积、絮凝和气浮等过程的相互作用和增效机制进行深入解析另外，因废水水质和目标污染物属性差异较大，针对各种复杂水质和污染物的电絮凝工艺参数还需进行相应的特征设计和优化，甚至可以通过耦合后续的电气浮等工艺以强化絮凝效果，而目前还缺乏可以广泛使用的数据模型来对电絮凝反应器进行标准化设计并制造各种模块化集成设备。再者，与其他物化技术耦合以提高污染物去除率和扩展废水处理种类的相关研究也亟待开展。上述问题的解决，将进一步推动电絮凝电源法的发展和实用化，使之成为广泛使用的废水物化处理方法。
上一条：
电絮凝法处理废水的影响因素
下一条： 如何选择高频电源设备？要符合哪些要求？
