2、电絮凝的原理
3、电絮凝法处理废水的影响因素
应用电絮凝法有效处理废水,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;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。
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,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,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%。
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。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,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;去除Cr3+的pH 应在5.0 左右;去除 F- 的pH 宜在6.0 左右;去除染料分子的pH 约8.5 等。
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。
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。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: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。
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。
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。在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%。在电絮凝法耦合 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。3、电絮凝法的应用
电絮凝技术可处理电镀、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。
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,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+。
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- 最难去除,在工况中投加生石灰可提高PO33- 的去除率,但泥量大。
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。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。
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。