摘要：電絮凝是通過(guò)原位產(chǎn)生絮凝劑實(shí)現(xiàn)污染物去除的電化學(xué)技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、易于控制、污泥產(chǎn)生量少、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，在飲用水和廢水處理領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合電絮凝反應(yīng)機(jī)理，從去除磷酸鹽、氟離子、重金屬離子、有機(jī)污染物等方面論述電絮凝技術(shù)的研究進(jìn)展，同時(shí)分析其組合工藝，為電絮凝技術(shù)在水處理領(lǐng)域的工程化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：電絮凝；水處理；反應(yīng)機(jī)理；組合工藝

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）02-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.028

Research progress in the treatment of typical pollutants in water by Electro-coagulation technology

LU Tianyou

（Zhongzhu Engineering Design Co.， Ltd.， Guiyang 550081， China）

Abstract： Electro-coagulation is an electrochemical technology to remove pollutants by producing flocculants in situ， which has the advantages of simple operation， easy control， less sludge production and good treatment effect， and is widely concerned in the field of drinking water and wastewater treatment. Based on the mechanism of electro-coagulation， this paper discusses the research progress of electro-coagulation technology from the aspects of removing phosphate， fluorine ion， heavy metal ion and organic pollutants， and analyzes its combination process， laying a foundation for the engineering application of electro-coagulation technology in the field of water treatment.

Keywords： electro-coagulation; water treatment; reaction mechanism; combination process

電絮凝技術(shù)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、污染物去除效果好、污泥產(chǎn)生量少、易于操作等特點(diǎn)，在飲用水及廢水處理領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。該技術(shù)多以鋁、鐵等金屬為陽(yáng)極，在電場(chǎng)作用下原位產(chǎn)生絮凝劑，以絮凝沉淀、氣浮等形式實(shí)現(xiàn)污染物的去除，而電化學(xué)氧化還原是去除污染物的有效途徑之一。電絮凝產(chǎn)生的絮體尺寸遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)化學(xué)絮凝，分散度更均勻，有利于絮體與污染物的碰撞接觸，其污染物去除效果優(yōu)于傳統(tǒng)混凝技術(shù)。電絮凝技術(shù)在水處理領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。本文結(jié)合電絮凝反應(yīng)機(jī)理，綜述電絮凝技術(shù)去除磷酸鹽、氟離子、重金屬離子與有機(jī)污染物的研究進(jìn)展，同時(shí)論述其組合工藝，以期將電絮凝技術(shù)更好地應(yīng)用在水處理領(lǐng)域。

1 電絮凝技術(shù)反應(yīng)機(jī)理

電絮凝是指在外加電場(chǎng)作用下，陽(yáng)極析出可溶性陽(yáng)離子（Mn+），與陰極產(chǎn)生的OH-形成M（OH）n，通過(guò)吸附架橋、網(wǎng)捕卷掃、電荷中和等反應(yīng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)污染物的去除，同時(shí)電極析出的氣泡裹帶有污染物的微小絮體，形成氣浮作用，強(qiáng)化污染物的去除。電絮凝技術(shù)在電化學(xué)反應(yīng)、絮凝沉淀、氣浮等共同作用下去除污染物，反應(yīng)機(jī)理如圖1所示。

電絮凝的影響因素包括電流密度、初始pH、污染物類型及濃度、電解質(zhì)濃度、極板間距等。增大電流密度能提高金屬離子析出量，產(chǎn)生更多的絮凝劑，進(jìn)而提高污染物去除率。陽(yáng)離子析出速率與施加電壓之間滿足法拉第定律。由于不同污染物及金屬離子水合物的存在形態(tài)差異，初始pH對(duì)污染物去除的影響尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。增大電解質(zhì)濃度有助于降低反應(yīng)所需能耗。極板間距對(duì)系統(tǒng)的水力條件及電阻有影響，但對(duì)污染物去除效果影響較小。污染物初始濃度越高，電絮凝技術(shù)所需的反應(yīng)時(shí)間及電流密度越大。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間能提高污染物去除效果，但去除速率會(huì)逐漸降低，因此要合理控制反應(yīng)時(shí)間，降低處理成本。

2 電絮凝處理廢水的研究進(jìn)展

2.1 電絮凝除磷

磷元素是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的典型污染物，電絮凝技術(shù)在除磷方面具有良好的效果。楊亞紅等[1]以二級(jí)生化出水為研究對(duì)象，當(dāng)磷酸鹽初始濃度為1.307 mg/L，電流密度為2.5 mA/cm2，反應(yīng)時(shí)間為10 min時(shí)，磷酸鹽去除率超過(guò)98%。陳鵬等[2]對(duì)比分析了陽(yáng)極類型對(duì)磷去除效果的影響，最優(yōu)條件下，磷去除率均超過(guò)99%，除磷過(guò)程均滿足一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)要求，鋁電極優(yōu)于鐵電極。楊海燕等[3]的研究表明，電流密度和電解時(shí)間對(duì)污染物去除效果的影響顯著，最佳反應(yīng)條件下，化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）的去除率分別為85.46%和99.70%。肖淑穎等[4]利用正交試驗(yàn)證實(shí)，極板間距對(duì)磷酸鹽去除的影響程度大于初始pH和電流密度。

2.2 電絮凝除氟

徐越群等[5]采用電絮凝技術(shù)除氟的研究結(jié)果表明，當(dāng)氟離子（F-）濃度為6 mg/L，電解電壓為18 V，流量為36 mL/min，未調(diào)節(jié)pH，反應(yīng)時(shí)間為2 h時(shí)，處理出水的F-濃度能夠滿足生活飲用水的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。陳聰聰?shù)萚6]以鋁電極構(gòu)建電絮凝裝置，處理高含氟地下水，除氟過(guò)程符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)要求，當(dāng)電流密度為300 A/m3，pH為6.0～7.0，極板間距為1 cm時(shí)，F(xiàn)-的去除率為89.56%，能耗為0.157 8 kW·h/g。硫酸鹽、碳酸鹽等無(wú)機(jī)鹽含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電絮凝除氟效果降低，鈣、鎂離子對(duì)除氟效果有促進(jìn)作用。為提高處理效果和降低處理成本，要根據(jù)水質(zhì)特征選取合適的預(yù)處理方式[7]。相比傳統(tǒng)的絮凝沉淀法，電絮凝除氟具有污泥產(chǎn)生量少、無(wú)須添加化學(xué)藥劑等優(yōu)勢(shì)。

2.3 電絮凝去除重金屬離子

六價(jià)鉻（Cr（Ⅵ））是一種廣泛存在且毒性極強(qiáng)的重金屬離子，含鉻廢水達(dá)標(biāo)處理是水污染防治領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。郭軍等[8]分析了陽(yáng)極種類對(duì)電絮凝去除Cr（Ⅵ）的影響，發(fā)現(xiàn)鋁陽(yáng)極優(yōu)于鐵陽(yáng)極，當(dāng)電流密度為350 A/m2，初始pH為4.5，電解質(zhì)濃度為15 g/L，反應(yīng)時(shí)間為90 min時(shí)，鋁電極對(duì)Cr（Ⅵ）的去除率達(dá)到99.86%。劉玉玲等[9]以鐵電極為陽(yáng)極，當(dāng)Cr（Ⅵ）初始濃度為105 mg/L，電解電壓為4 V，pH為6，反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí)，Cr（Ⅵ）去除率為98.84%。高晨等[10]以鐵電極為陽(yáng)極，當(dāng)Cr（Ⅵ）濃度為10 mg/L，電解電壓為3.0 V，pH為6，電解質(zhì)濃度為2%，反應(yīng)時(shí)間為12 min時(shí)，Cr（Ⅵ）去除率為99.98%。Cr（Ⅵ）主要通過(guò)Fe2+還原為三價(jià)鉻（Cr（Ⅲ）），繼而以CrOOH和Cr（OH）3等化合物形態(tài)被絮體攜帶形成沉淀。電絮凝過(guò)程產(chǎn)生的含重金屬污泥應(yīng)妥善處置。

2.4 電絮凝去除有機(jī)污染物

電絮凝技術(shù)在有機(jī)污染物去除方面也具有良好的效果。當(dāng)電流密度為800 A/m2，pH為6，反應(yīng)時(shí)間為30 min時(shí)，采用電絮凝技術(shù)處理制革廢水，COD去除率為83.4%[11]。于文靜等[12]以全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）為目標(biāo)污染物，采用鋁-鋅組合電極構(gòu)建周期換向電絮凝裝置，當(dāng)電流密度為25 mA/cm2，攪拌速度為600 r/min，pH呈中性時(shí)，兩種全氟化合物的去除率均在99%以上。劉宗等[13]采用電絮凝技術(shù)處理叔丁醇（TBA），當(dāng)TBA初始濃度為500 μg/L，電流密度為20 mA/cm2，初始pH為8時(shí)，電解120 min后TBA的去除率為80.4%。TBA在絮凝沉淀和電化學(xué)氧化共同作用下被降解。

2.5 電絮凝協(xié)同技術(shù)

電絮凝技術(shù)單獨(dú)使用時(shí)很難經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)排放，其組合工藝成為污水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。趙凱等[14]采用電絮凝-超濾協(xié)同去除腐植酸（HA），當(dāng)HA初始濃度為10 mg/L，電流密度為10 A/m2，初始pH為7，電解時(shí)間為15 min時(shí)，HA去除率達(dá)到97.3%。陳順權(quán)等[15]采用電絮凝（陽(yáng)極為鋁電極、電壓4 V、硫酸鈉濃度5 g/L）耦合電催化（BDD電極為陽(yáng)極、電流密度10 mA/cm2）處理表面活性劑（LAS）廢水，當(dāng)LAS初始濃度為10 g/L時(shí)，經(jīng)過(guò)8 h（電絮凝和電催化各反應(yīng)4 h）反應(yīng)后，LAS、COD去除率分別為86.24%和99.13%，耦合工藝有助于降低能耗。劉雨果等[16]以污水處理廠二級(jí)出水為處理對(duì)象，當(dāng)電流密度為15 mA/cm2，臭氧投加量為1.5 mg/L，初始pH為5時(shí)，電凝聚臭氧化耦合工藝對(duì)溶解性有機(jī)物的去除率達(dá)到58.6%，鋁鹽混凝劑水解產(chǎn)物催化臭氧生成羥基自由基，提高了污染物去除率。蘇菲等[17]采用電絮凝/氧化-超濾協(xié)同去除天然有機(jī)物（NOM），當(dāng)NOM初始濃度為10 mg/L，初始pH為7，電流密度為10 A/m2，反應(yīng)時(shí)間為20 min時(shí)，有機(jī)物去除率保持在94%～97%。

3 結(jié)論

電絮凝技術(shù)能實(shí)現(xiàn)污染物的高效去除，同時(shí)產(chǎn)生的污泥量較少，它是一種具有廣闊應(yīng)用前景的電化學(xué)技術(shù)。如何有效控制反應(yīng)條件，在實(shí)現(xiàn)高效去除污染物的同時(shí)，減少出水含有的Al3+對(duì)水環(huán)境的負(fù)面影響，是電絮凝技術(shù)工程應(yīng)用需要著重考慮的內(nèi)容之一。電絮凝反應(yīng)機(jī)理的研究有待進(jìn)一步強(qiáng)化，金屬離子水合物對(duì)污染物去除的貢獻(xiàn)需要進(jìn)一步明確。陽(yáng)極鈍化機(jī)理尚不明確，如何有效破解陽(yáng)極鈍化機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)電絮凝技術(shù)工程化應(yīng)用的重要前提。

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