一起來探討：電絮凝法處理電鍍廢水的研究進(jìn)展

隨著科技的不斷發(fā)展，電鍍企業(yè)的規(guī)模也越來越大，對電鍍廢水的處理已成為電鍍行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對不同鍍種的電鍍廢水采用了不同的處理方法，如物理法、化學(xué)法、膜處理法、吸附交換法、物理化學(xué)法及生物法等，但傳統(tǒng)的方法存在成本高、處理時間長、占地面積大、投資大、處理效率低、出水難以達(dá)標(biāo)排放、二次污染及后續(xù)處理作復(fù)雜等問題。

電絮凝技術(shù)集氧化還原、絮凝和氣浮為一體，具有設(shè)備構(gòu)造簡單、占地面積小、基建投資少、操作管理方便、無二次污染以及能夠同時去除多種污染物等特點(diǎn)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)處理方法的不足，具有很好的發(fā)展前景及應(yīng)用價值。

目前，電絮凝技術(shù)的研究已取得長足的進(jìn)步，電絮凝技術(shù)已發(fā)展成為值得注意和信賴的新的電鍍廢水處理方法。

1電絮凝技術(shù)的原理

電凝聚法是近年發(fā)展起來的頗具競爭力的電鍍廢水處理方法，它是利用鐵板或鋁板作陽極，電解氧化生成Fe“、Fe“或Al“，經(jīng)一系列水解、聚合成為多核羥基絡(luò)合物及氫氧化物，其作為凝聚劑對水中懸浮物及有機(jī)物進(jìn)行凝聚處理。同時，水分子在電流作用下發(fā)生電解反應(yīng)，在陰極和陽極分別產(chǎn)生氫氣和氧氣，水中未被絮凝劑沉降的懸浮固體顆粒，與氫氣和氧氣結(jié)合形成密度小于水的電氣浮體，處理效果進(jìn)一步提高。

2電絮凝技術(shù)處理電鍍廢水的研究現(xiàn)狀

電絮凝技術(shù)對電鍍廢水處理效果的影響因素很多，是多種相關(guān)因素綜合作用的結(jié)果。目前，主要研究了廢水的pH、廢水電導(dǎo)率、電流密度、進(jìn)水濃度及電極材料等對廢水處理的影響。

01進(jìn)水PH的影響

溶液的pH影響反應(yīng)速度的快慢，決定著溶質(zhì)的存在形態(tài)和電離程度。另外，H或OH一直接參加反應(yīng)或起著催化劑的作用。因此溶液的pH是影響電絮凝去除效果的重要因素，必須嚴(yán)格控制。

以鐵作為電極，研究電絮凝法處理含多種重金屬廢水的影響因素及處理效果。結(jié)果表明，總鉛、總鎳、總鉻的去除率隨pH的變化較大，當(dāng)進(jìn)水的pH高于8.5時，重金屬離子的處理率均理想。

以鋁板作為電極進(jìn)行廢水中Ni的電絮凝去除實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，，pH較高有利于鋁絮體的生成，并通過絮體對Ni的吸附以及共沉淀作用實(shí)現(xiàn)對金屬離子的高效去除，但pH過高，到較強(qiáng)堿性時，會使鋁絮體溶解，降低其絮凝活性，不利于提高電絮凝效率擊。因此溶液pH的控制應(yīng)綜合考慮金屬氫氧化物的溶度積、鐵和鋁氫氧化物的溶解性，一般來說，對于去除污染物，鋁電極pH為中性，鐵電極為堿性為宜。

02電流密度的影響

電流密度影響微絮體的形成量(微絮體主要為高價金屬離子的羥基化合物)，對重金屬處理效果影響較大，因而對金屬極板溶出量(高價金屬離子)具有決定性的影響，一般情況下，電流密度增大會使去除率提高。

電流密度增大雖然可減少操作單元，但是能量損失和電流效率下降是重要的問題。當(dāng)電流密度較小時，隨著電流密度的增大，電絮凝效率增大，當(dāng)電流密度增大到一定值時，隨著電流密度的增大，電絮凝效率變化不明顯。

究其原因可能是電流密度增大，盡管鋁絮體量較多，但由于陰極析氫過于劇烈，大量鋁絮體會被上浮的微氣泡迅速帶出水面，縮短了鋁絮體與金屬離子的有效接觸時間，不利于金屬離子的去除。

一定程度增加電流密度可顯著提高電絮凝效率，但電流密度的增加，加速電極的鈍化，同時電流密度過高會導(dǎo)致溶液氣浮現(xiàn)象劇烈，反而不利于電絮凝效率的提升。

因此應(yīng)根據(jù)廢水的具體情況，選擇合適的電流密度，不僅可保證處理效果，同時可在一定程度上降低極板消耗與能耗。

03電導(dǎo)率對去除效果的影響

通常選用NaCl溶液調(diào)節(jié)電導(dǎo)率。維持過高的電導(dǎo)率可能會導(dǎo)致加藥量增加，運(yùn)行成本上升，同時槽電壓降低使電解氧化還原作用減弱。

電導(dǎo)率對處理廢水的效果影響不大，但在保證電流密度不變的情況下適當(dāng)?shù)靥岣邚U水的電導(dǎo)率可以有效地降低電壓，從而降低能耗。

在投加食鹽時，相應(yīng)的電壓值會隨投鹽量的增加而降低，這是因?yàn)槁然c屬強(qiáng)電解質(zhì)，在一定限度內(nèi)可降低電阻，增加廢水的電導(dǎo)率，減少極間電壓和能耗。

另外，氯離子是陽極的活化劑，它易被吸附在具有氧化膜的電極表面，使得膜中氧被氯離子取代，這樣在吸附氯離子的區(qū)域就有鐵或鋁的氯化物溶解，使這些區(qū)域的鈍水膜成孔隙，鋁離子或二價鐵離子得以進(jìn)入電解液中，但投鹽量過多，一方面會使費(fèi)用增加，另一方面會使出水中鈉離子和氯離子過多，為排放或回用帶來不利。所以，一般來說投鹽量也應(yīng)盡可能減少。

NaCl質(zhì)量濃度大于1.0g/L后去除率基本相同。因Cl一本身對電極極板有腐蝕作用，高濃度的NaCl溶液會縮短極板的使用壽命，因此NaC1的質(zhì)量濃度應(yīng)以1.0g/L左右為佳。

04進(jìn)水濃度的影響

污染物成分復(fù)雜、種類多，不同廢水的進(jìn)水濃度與處理效果之間的關(guān)系差異很大，有的廢水低濃度時處理效果好，有的則相反。

實(shí)際的處理過程中，應(yīng)根據(jù)具體工程的廢水排放濃度，通過實(shí)驗(yàn)確定電絮凝處理效果和進(jìn)水濃度的關(guān)系。當(dāng)進(jìn)水的重金屬離子濃度較高時，要達(dá)到理想的出水水質(zhì)，可通過提高電流密度的方式實(shí)現(xiàn)，但與此同時能耗增大。

因此，電絮凝技術(shù)更適用于重金屬廢水的深度處理，對于高濃度重金屬廢水，應(yīng)先進(jìn)行預(yù)處理，再進(jìn)行電絮凝處理，在保證處理效果的同時可盡可能降低運(yùn)行成本。

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不同電極材料及其組合方式

目前，電絮凝法主要用鐵或鋁做陽極。用鐵做陽極、鋁做陰極，電流密度為10A/m，對鉻、銅及鎳離子的去除率可達(dá)到100%。

采用鈦.鐵雙陽極電絮凝技術(shù)去除電鍍廢水中鉻(Ⅵ)進(jìn)行了研究，利用di一陽極鐵電解溶解，產(chǎn)生絮凝物，絡(luò)合吸附鉻(VI);而輔助陽極鈦則發(fā)生氧化還原作用，使鉻(Ⅵ)還原為鉻(11I)，兩者結(jié)合處理鍍鉻廢水，達(dá)到了理想的去除效果。

為此許多學(xué)者研究用兩種或三種以上的金屬合金、石墨電極或涂有金屬氧化物的鈦?zhàn)鳛殛枠O處理廢水。

因此一般的電鍍廢水用鐵做陽極，鐵陽極比鋁陽極對金屬離子的去除效果好。同時針對溶液不同的理化性質(zhì)，可以選擇鐵與其他的金屬復(fù)合電極做陽極。

3電絮凝技術(shù)的發(fā)展方向

在研究與應(yīng)用的過程中，電絮凝技術(shù)發(fā)展的主要發(fā)展方向?yàn)樵谔岣呷コ实耐瑫r，降低能耗，防止電極鈍化。

① 電源技術(shù)的改進(jìn)

從供電方式上提高電流效率和解決極板鈍化是當(dāng)前的研究方向之一。有研究報道，電源技術(shù)的改進(jìn)主要為采用脈沖電源或者周期換向電流。施加脈沖信號，電極上的反應(yīng)時斷時續(xù)，有利于擴(kuò)散，降低濃差極化，從而降低能耗。

而當(dāng)電解槽施加交流電信號時，由于兩極均可溶，可從兩極產(chǎn)生陽離子，更有利于金屬離子與膠體間的作用。由于兩極極性經(jīng)常變化，對防止電極鈍化也起到了積極的作用。

結(jié)果表明，離子去除率均在99.5%以上，10—15min的換向周期在一定程度上解決了極板鈍化問題。因此采用高電壓小電流、脈沖式、間歇式或周期換向等供電方式可有效解決電極的鈍化問題，并且可以削減電解能耗值。

② 新型電極的應(yīng)用

電絮凝技術(shù)的另一個發(fā)展方向是采用新型電極，包括采用更廣泛的電極材料，和更加多種多樣的極板幾何形狀¨。電極由鐵、不銹鋼或鋁等向更多種的材料發(fā)展。同時極板的形狀也由平板向球形、桿狀、網(wǎng)狀和管狀發(fā)展。

采用三維電極，可減小粒子間距，極大程度改善物質(zhì)傳質(zhì)效果，因而具有較高的電流效率。電極的鏈接方式采用復(fù)極式。復(fù)極式連接要比單極式連接對于離子的去除效果更好，但去除率的差距很小，這也說明了電極連接方式對于離子的去除影響不大。

但復(fù)極式連接比單極式連接有以下優(yōu)點(diǎn)：所需直流電源要求電流較小，經(jīng)濟(jì)便于維修，電極上電流分布比較均勻，設(shè)備緊湊，占地面積小。因此，在實(shí)驗(yàn)中電極的連接方式統(tǒng)一采取復(fù)極式連接。

③ 反應(yīng)器的設(shè)計優(yōu)化

反應(yīng)槽的設(shè)計也由傳統(tǒng)的間歇處理單元向各式的連續(xù)處理單元發(fā)展和改進(jìn)。其中的一個改進(jìn)是將流體的傳質(zhì)與電絮凝過程結(jié)合起來構(gòu)成導(dǎo)流電絮凝。反應(yīng)槽的陰、陽極既起導(dǎo)流桶的作用，又起電極的作用，在較低攪拌速度下可使槽內(nèi)液體充分湍動。該法縮短電解時間，減少極化作用，從而降低電耗，其費(fèi)用遠(yuǎn)低于普通電解法。

④ 電絮凝與其他工藝組合

當(dāng)單純采用電絮凝技術(shù)或其他工藝不能達(dá)到處理要求時，可將電絮凝技術(shù)和其他工藝進(jìn)行組合。

電絮凝-膜法復(fù)合工藝對Cr(VI)、Ni的去除率可達(dá)到99%以上。劉輝等’采用高壓脈沖電絮凝與硅藻精土處理電鍍廢水，結(jié)果表明，對Cr(VI)、Cu和Ni“的去除率分別達(dá)到99.77%、100%和99.90%，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。

黃小兵等以發(fā)酵工業(yè)常用的酵母菌為生物吸附劑，利用電絮凝和微生物聯(lián)合處理混合電鍍廢水。探討了電絮凝工藝在廢水高濃度區(qū)及低濃度區(qū)的去除率，研究了pH、電極間距及電流密度對去除率的影響，并通過實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行論證了工藝的適用性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用電絮凝一微生物聯(lián)合工藝處理混合電鍍廢水，對廢水中重金屬離子的去除率達(dá)到99.98%以上。

林峰等研究了高壓脈沖電絮凝+加載磁絮凝充分結(jié)合的工藝。結(jié)果表明，對于車間鍍鋅、鉻和銅等排放的綜合廢水處理有顯著的效果，通過本工程應(yīng)用，出水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB21900—2008)要求。因此，電絮凝與其他工藝組合是電鍍廢水處理發(fā)展的方向。

4結(jié)語

到目前為止，電絮凝法得到了環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，但許多研究成果向工程實(shí)踐的轉(zhuǎn)化還需要一個過程，如何降低運(yùn)行費(fèi)用，提高運(yùn)行穩(wěn)定性將是該項(xiàng)技術(shù)得以推廣的關(guān)鍵所在引。將技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)相結(jié)合，還需要進(jìn)一步研究的問題有：

1)為了使電絮凝法的處理效果和處理成本達(dá)到最優(yōu)化，需要對電絮凝過程中去除機(jī)理進(jìn)行更深入的研究，對電極膜的化學(xué)成分及價態(tài)、極板的鈍化及原因進(jìn)行深入的分析。

為了有效解決電流效率低和電極壽命短的問題，需對電極材料的選擇、電極材料的組成比例、尺寸及表面結(jié)構(gòu)的改善進(jìn)行研究，以盡量避免鈍化，延長電極使用壽命;

2)由于電凝聚技術(shù)本身包含有混凝過程、電化學(xué)機(jī)理及氣浮過程，應(yīng)當(dāng)將這三者有機(jī)聯(lián)系起來，分析三者之間的相互作用，綜合考慮這三種機(jī)理的影響因素，既要發(fā)揮電化學(xué)效應(yīng)，又要考慮混凝劑的產(chǎn)生量以及氣泡的產(chǎn)生速度和尺寸分布，以便將這三種效應(yīng)的潛能充分發(fā)揮出來;

3)在提高廢水中重金屬離子去除率的同時，兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。電絮凝裝置的運(yùn)行費(fèi)用主要包括電耗和極板材料的消耗，其中電能的利用率與極板的利用率有著直接的關(guān)系，因而從理論上定量剖析電絮凝的能耗與其他各種因素的關(guān)系，對降低電絮凝法對廢水處理成本，具有重要意義。轉(zhuǎn)載自環(huán)球電鍍網(wǎng)