一、电絮凝设备简介

电絮凝技术的历史久远，1889年伦敦首先建成电絮凝法处理海水与电解废液的车间。近年来，随着工业废水类型的日益复杂和对小型高效废水处理集成设备的需求增加，电絮凝技术逐渐成为研究热点，其中对电絮凝剂原位生成及其絮凝机理的深入解析，各种因素对絮凝效率及电极极化和钝化的影响机制，电絮凝法对更多类型废水处理的尝试，以及电絮凝技术耦合电气浮等物化工艺提高整体处理效率等是该领域主要的研究方向。

电絮凝法处理废水是利用铝或铁阳极溶出，原位生成高活性的多形态聚铝或聚铁絮凝剂，将水体中污染物微粒聚集成团并沉降或气浮分离的除污工艺。电絮凝法具有效率高、泥量小并易于固液分离、无需外加药剂、二次污染少、操控和设备维护简单、易于自动控制和最终出水中总溶固（TDS）小等优势，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。

电絮凝工艺能有效去除水中胶体和悬浮类污染物质，并对乳化油、大分子有机物、微生物、重金属离子、氟离子、浊度和部分有色类物质具有良好的去除效果，因此能广泛地应用于各类废水治理和给水处理工程。和传统化学混凝相比，电絮凝工艺具有分离效果好、泥渣含水率低、占地面积小、易于实现自动控制等优点，具有广阔的应用前景。

二、电絮凝设备构造

电絮凝设备通常由原水提升泵、流量调节装置，PH 调整、电解反应槽，固液分离装置、辅助加药、EC   高压脉冲电源和控制系统构成。如图 A1 所示。其中流量调节装置用以计量和调节进入电絮凝装置的废水流量；电解反应槽由一组金属电极板组成，在通电的情况下电解生成金属氢氧化物絮体和氢气，从而产生絮凝气浮作用；分离装置则为废水中污染物通过絮凝气浮作用进行分离提供了
场所，其本质是一个气浮沉淀池，含有撇渣和刮泥装置，以实现渣（泥）水分离；供电电源是电解反应的供电装置，为电絮凝过程提供直流电流，以完成电解反应；控制装置的主要功能是实现整套电絮凝装置协调、稳定、自动运行。

三、电絮凝工作原理

电絮凝是利用可溶性金属阳极在电解过程中产生的金属氢氧化

物絮凝去除水中污染物质的水处理工艺。阳极材料通常采用铝、铁等易得而价廉的金属，以铁为例，其基本反应过程如下

阳极反应：Fe＋2e→Fe2+

阴极反应：2H2O＋2e→H2↑＋2OH-

水解反应：Fe2+＋2OH-→Fe(OH)2↓

电解生成的氢氧化亚铁沉淀具有良好的絮凝、吸附性能，能有效地从废水中去除污染物质。同时电解时阴极析出的氢气能形成大量微小的气泡，具有良好的气浮分离效果，因此电絮凝通常也称作电絮凝-气浮工艺。另外，电解过程中阳极表面会发生电化学氧化反应，而电解产生的亚铁离子和阴极析出的新生态氢具有较强还原性，因此电絮凝工艺还具有氧化还原功能。

电凝工作原理是通过对间距为1cm—2cm 或2—5cm 之间的水加上一定的电压，当脉冲电流经电极通过电解水(废水)使水中的各种有机物破碎分解，将大分子破碎成小分子，再参与水中的电子流运动得到电子或失去电子，使  (电解床)产生电子迁移,形成电化学反应, 最终与铁极板或铝极板析出的铁盐或铝盐产生共沉析出，而水中重金属离子则在一定的电压、电流作用下先打断其在水中复杂的络合链或鳌合链，再参与得到电子或失去电子的置换反应（主要是与水中的 Fe、Al 离子）最终会有部分成为细微的分子粒状态沉淀或仍然以金属离子的氢氧化物沉淀形式与 Fe,Al 氢氧化物共沉析出。其反应是一个复杂的物理、电化学的过程，理论上所消耗的电能可以处理任何当量的COD，分子能转换等。

1、正极产生氧化反应: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，利用溶液中的电极电势较低的阴离子，废水在惰性阳极产生 OH 放电而产生氧气(O),这是一种新生化能力初生态氧,具备紫外线,次氯酸钠,臭氧等功效,对水中有机物,无机物进行氧化。利用这些活性物质使污染物失去电子，起到氧化分解作用，以降低原液中的 BOD、COD、NH3-N 等。

2、负极产生还原反应：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，污染物中的阳离子首先在阴极得到电子，使得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。在电解的同时阴极的离子获得电子形成氢分子,此种初生态氢(H)具有很强的还原能力,能将六价铬还原成三价铬,并对许多以氧化态成分为主的色素染料将其还原成无色物质而将其去。

3、气浮:电解过程中阳极,阴极表面不断产生氧气和氢气,形成很小的气泡,分散度高,作为载体粘附 在水中的悬浮固体及油脂而上浮，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,很容易将污染物去除.而较大的颗粒以氢氧化物沉淀。

4、絮凝剂；可溶性阳极例如铁铝等，通过直流电后，阳极失去电子后，形成金属阳离子 Fe2+、Al3+，与溶液中的 OH-生成金属氢氧化物胶体絮凝剂，吸附能力极强，将废水中的污染物质吸附共沉而去除。金属极板受电化学反应析出二价铁被氧化成三价铁与磷酸根反应沉淀,同时氢氧化铁和性很强,能与水中有机物,无机物凝聚产生羽胶絮凝剂而重金属最后以氢氧化物形式沉淀,比化学投加铁盐,铝盐的混凝剂在废水处理中的效果要好。

四、电絮凝适用范围

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。

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，都可以通过电絮凝技术进行有效去除。以除铬为例，电絮凝气浮通常采用铁电极，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+。电絮凝气浮间歇处理废水中的 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 1000 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2.0mg/L。

在电絮凝技术工程化方面，应用在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 cm2，pH=7.8，电流密度680 A/ m2，铬质量浓度44 mg/L。经电解 30 mi处理，除铬率接近100%。

2、废水除磷

废水中的磷多以 PO23-、PO33-、P2O74-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AlPO和FePO而被除去。其中PO3- 最难去除，在工况中投加生石灰可提PO3-的去除率，但泥量大。采用电絮凝气浮去除二级处理出水中的磷，原水磷（以PO 3-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，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 100cm2，极板间距 9mm，pH=4.5，电导率0.75 mS/cm，电流密度10 A/m2，每次处理废水 5dm3，当通电量为 25 A·h/ m3，能耗为 4.5kW·h/m3时，该污水中磷的去除率接近 100%。

3、废水除氟

目前，有关电絮凝气浮去除水体中 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。研究表明，F- 置换 Aln（OH）m（3n-m）中的 OH-从而被去除。F-与Al3+反应生成AlF 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，采用铝板双极模式处理初始质量浓度为 5mg/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，采用电絮凝气浮处理地热水中的氟，并增加滤柱，F-质量浓度为7.5 mg/L，选用铝板电极，板间距0.5cm，pH=7.1，电导率 0.48mS/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PO 3-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 SO 2- 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

电絮凝气浮处理染料废水时，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。

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。