摘要：我国工业废水的排量日益增加，且国家相关排放标准逐步严格，这就意味着废水处理行业将迎来黄金发展期。废水可应用多种技术处理，本文介绍一种新工业废水处理技术--电絮凝技术，就其在工业废水中的优势、原理及其应用做了具体介绍。
关键词：工业废水处理；电絮凝；应用
1我国工业废水的现状
工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液。其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品及生产过程中产生的污染物。工业废水主要来源于化工业、纺织业、造纸业、钢铁、电力等行业。我国工业废水来源中，化工行业、钢铁行业、电力行业、造纸行业、纺织行业和其他行业占比分别为20.7%、16.6%、15.8%、14.5%、11.3%和21.9%。
据中国产业调研网发布的《中国工业废水处理行业调查分析及市场前景预测报告（2015-2021年）》显示，工业废水治理有望成为“水十条”核心内容，“水十条”目前已报请国务院审议。工业废水处理将是其核心内容之一，治理投资分为新建项目“三同时”投资和存量企业废水治理技术改造投资两部分。“水十条”政策将强力推动工业废水污染的治理，工业废水治理行业将迎来黄金发展期。
对于新建工业项目（“三同时”项目）的废水处理设施投资需求，涉及行业众多，在结构调整和节能减排要求的大背景下，预计大部分工业行业将不会新建产能。新增废水处理设施投资将主要集中在电力（包括火电与核电）、石化、煤化工、钢铁等行业。
2电絮凝技术
2.1电絮凝的优越性
在处理废水方面，除了使用大型水处理设备，还有很多水处理药剂可以选择。但有的药剂二次污染比较严重，电絮凝就是一种对环境二次污染较小的废水处理技术。而且现在电力工业的发展使得电絮凝用于处理废水的成本大大降低。电絮凝处理废水一般都不需要另外添加其他水处理药剂，且体积小、占地面积少，后期处理也简单。这些优点是其他技术不具备的。现已逐渐成为处理重金属、氟离子以及染料等无机、有机废水的有效方法。
2.2电絮凝在处理废水中的作用原理
电絮凝法是将络合吸附与氧化还原、酸碱中和、气浮分离结合起来的废水处理工艺。
（1）吸附作用
带正电的絮凝剂与污染物颗粒通过静电引力和范德华力，络合聚集成团，生成可沉降的絮凝体而去除。
（2）氧化作用
电解过程中的氧化作用可以分为直接氧化，即：污染物直接在阳极失去电子而发生氧化；和间接氧化，即：利用溶液中的电极电势较低的阴离子在阳极失去电子生成新的较强的氧化剂的活性物质。利用这些活性物质氧化分解水中的污染物。
（3）还原作用
电解过程中的还原作用也可以分为两类。一类是直接还原，即：污染物直接在阴极上得到电子而发生还原作用。另一类是间接还原，即：污染物中的阳离子首先在阴极得到电子，使电解质中高价或低价金属阳离子在阴极得到电子直接被还原为低价阳离子或金属沉淀。
（4）酸碱中和作用
废水呈碱性时，阳极溶出产生的金属离子经水解和络合作用消耗了废水中过多的 OH-，使pH 下降；对于酸性废水，金属氢氧化物和阴极电解水产生的 OH- 能消耗废水中H+，使pH 上升。因此，电絮凝具有中和酸碱的作用。
（5）气浮分离作用
当处理含油废水等形成的絮体微轻、难沉降时，可利用阴极析氢或耦合后续电气浮工艺，由电解水产生的氧气和氢气（新生成的气泡直径非常微小，氧气泡约为20～60μm，氢气泡约为10～30μm；远小于加压溶气气浮时产生的直径为100～150μm气泡，）在上浮过程中将微轻絮体带至水面达到分离目的。电解气浮既可以去除废水中的疏水性污染物，也可以去除废水中的亲水性污染物。该过程无需外投PAM 等试剂和处理絮凝污泥。
2.3电絮凝的反应机理
电絮凝一个复杂的过程，在电场的作用下金属电极产生阳离子在进入水体时包括许多物理化学现象，从离子的产生到形成絮体包括三个连续的阶段：在电场的作用下，阳极产生电子形成“微絮凝剂”——铁或铝的氢氧化物；水中悬浮的颗粒、胶体污染物在絮凝剂的作用下失去稳定性；脱稳后的污染物颗粒和微絮凝剂之间相互碰撞，结合成肉眼可见的大絮体。
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电絮凝法中常用的电极材料为铝和铁，在阳极和阴极之间通以直流电，发生的电极反应如下：
（1）铝阳极Al－3e→Al3+
在碱性条件下Al3++3OH－→Al（OH）3
在酸性条件下Al3++3H2O→Al（OH）3+3H+
（2）铁阳极Fe－2e→Fe2+
在碱性条件下Fe2+2OH－→Fe（OH）2
在酸性条件下4 Fe2+O2+2H2O→4 Fe3+4OH－
（3）另外，水的电解还有氧气放出2H2O－4e→O2+4H+
在阴极发生如下反应2H2O+2e→H2+2OH－
2.4影响电絮凝法处理废水效果的因素
（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，这与溶解态的Fe3+具有一定氧化性有关。
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到2.5 cm，极板厚度是1到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。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。
（2）水体pH值的影响
以铝阳极为例，铝絮凝剂在弱碱性条件下能快速聚合，但由于氢氧化铝的两性特征，pH值过高时聚铝又易解离成Al（OH）4-。
铝絮凝剂在除污过程中根据pH值与絮凝剂量的不同存在两种机理：当pH值小于6.5 时，溶解的Al3+浓度小于60μmol，Al3+在水中以水合态Al（H2O）6 3+和带正电的单核Al（H2O）5（OH）2+、Al（H2O）4（OH）2+絮凝剂的形式存在，其主要通过电荷中和作用对带负电污染物进行去除；当pH值大于6.5 时，溶解的Al3+浓度大于60μmol，Al3+在水中以无定形絮凝剂的形式存在，其通过直接吸附去除污染物。
（3）停留时间的影响
Al3+在水体中的停留时间越长，与OH-水化越充分，聚铝的聚合度和产量就越大，越有利于后续除污。但停留时间过长会降低电絮凝的时空效率。所以电絮凝法通常采用序批间歇式或循环流动式的水流设置来保证金属离子的水化聚合及絮凝过程的完全和高效。
（4）电流密度的影响
电絮凝过程中的电流密度决定了金属电极上金属离子的溶出量。采用电絮凝净化废水时，最佳电流密度的选择具有重要意义。当电流密度高时电解槽的工作更为有利，因为这时电解槽的容积和电极的工作表面得到了充分的利用。但是随着电流密度的提高，电极的极化现象和钝化也增长，这导致了所需电压的增加和次要过程电能的损耗，电流效率急剧下降。电流密度的选取应综合考虑PH、温度和流速，保证电凝聚反应器在较高的电流效率下运行。金属电化学溶解主要包括金属阳极溶解和与周围介质相互作用而产生的化学溶解。
电絮凝出水水质与反应过程释放出来的金属离子的数量有关。金属离子的溶出与电量，即电解时间与电流乘积成正比。通常污染物的去除对应一个临界电量，超过临界值后再提高电流密度时，出水水质不会有明显的提高和改善。
3电絮凝技术在废水治理中的应用
电絮凝技术在目前很多废水处理领域都适用，在高浓度、难生化降解、要求高氨氮去除率的废水处理更具优势。
3.1染料废水的处理
纺织印染业排放的废水中含有大量不容易生物降解的染料分子和很高的COD，若不经处理直接排放到水体中会严重污染环境。利用电絮凝法可有效地去除废水中色度并降低COD。在溶液呈酸性时，利用铝电极去除COD和浊度处理效果要优于铁电极，但是溶液为中性或弱碱性时，利用铁电极处理效果要比铝电极好。在电絮凝过程中，溶液的电导率较高则运行费用较低，在达到相同去除COD 和浊度的去除效率，利用铁电极比铝电极需要更低电流密度。
3.2重金属废水的处理
电镀、冶金等工业生产通常排放含Cr6+溶液，由于其对环境的严重危害，各国铬的排放都有严格的要求，我国要求总铬的排放标准为0.5mg/L（GB8978-1996），传统除铬方法有沉淀、吸附、生物降解等，用电絮凝法除废水中的铬的原理为：Cr6+与阳极电解出的金属离子反应，被还原为Cr3+后与阴极产生的OH-生成沉淀而去除。
3.3高浊度废水的处理
采用两级电絮凝、两级斜管沉淀、三层滤料过滤并配合二级沉淀物回流的新工艺，可将浊度为10000度的废水在42min内一次净化为浊度小于3度的饮用水。通过对颗粒物沉淀和气浮的研究中发现：在电絮凝过程中，低电流时颗粒物可通过沉淀而去除，高电流时颗粒物可通过气浮而去除。
4电絮凝技术在废水处理应用中的前景
电絮凝是一种水处理和净化技术，可同时除去水中有机物、细菌、有毒重金属和其他毒物，降低浊度。是一种很有前途的给水净化方法。深入研究电解过程中的作用机理，针对不同的废水选择恰当的处理工艺，通过改进电源技术、研究新型电极材料及电解槽的结构，进一步提高电凝聚气浮技术处理效率和降低能耗是当前该技术发展方向。随着电力工业发展及对电化学的研究越来越深入，电絮凝在废水治理中有着广泛的应用前景。
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附：
作者简介：武建明（1985- ），男，广西柳州市人，就职于柳州市污水治理有限责任公司。
论文作者:武建明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：絮凝论文; 电极论文; 废水论文; 废水处理论文; 污染物论文; 工业废水论文; 阳极论文; 《基层建设》2019年第27期论文;