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电絮凝技术方案介绍

一、 脉冲电絮凝

电凝聚－电气浮法（简称电聚浮或电絮凝）其理论基础是应用电子学、流体力学、电化学及物理、化学等相关技术结合而成的一种组合功能型水处理新技术，其关键技术是电化学反应器或称为电解反应器，也简称为电凝机。

脉冲电絮凝是一种高效的电化学反应器。传统的电解法因采用低电压、高电流，使处理费用较高，这不利于其大规模的推广使用。脉冲电絮凝则采用高电压、小电流的脉冲供电方式，电耗和铁耗显著降低，设备的去污能力增强，改进后的脉冲电絮凝设备也比传统电凝设备更加安全可靠。

电絮凝设备是污水处理电化学技术的一种。它将电能转化为化学能，其中可以发生多种反应，是一种多功能型污水处理设备，能有效去除油、COD、重金属离子、悬浮物、色度等。

二：电絮凝设备工作原理

脉冲电絮凝利用电化学原理，借助外加电压作用产生电化学反应，将电能转化为化学能，其本质就是进行电解水处理，对废水中的有机或无机物进行氧化还原反应，进而达到分解、脱稳、络合、吸附、凝聚、浮除，共沉淀等作用，可有效地去除废水中的Cr6+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Cd2+、CN－、磷酸盐、S2+、F－、As以及COD、SS、油与色度等，并显著提高废水的可生化性。

在电絮凝设备中，电絮凝、电气浮、电解氧化还原往往是同时发生的，电化学水处理功效是电极反应和由此而引发的化学反应与各种物理化学过程综合作用的结果。其具体反应原理如下：

2.1 电解氧化

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，例如OH-、Cl-在阳极失去电子生成新的较强的氧化剂的活性物质如[O]、[OH]、Cl2等。利用这些活性物质氧化分解水中的BOD5、COD、NH3-N等。

2.2 电解还原

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。

2.3 电解絮凝

可溶性阳极如铁铝等，通以直流电后，阳极失去电子，形成金属阳离子Fe2+、Al3+，与溶液中的OH-结合生成高活性的絮凝基团，其吸附能力极强，絮凝效果优于普通絮凝剂，利用其吸附架桥和网捕卷扫等作用，可将废水中的污染物质吸附共沉而将其去除。

2.4 电解气浮

电解气浮是对废水进行电解，水分子电离产生H+和OH-，在电场驱动下定向迁移，并在阴极板和阳极板表面分别析出氢气和氧气。新生成的气泡直径非常微小，氢气泡约为10～30μm，氧气泡约为20～60μm；而加压溶气气浮时产生的气泡直径为100～150μm，机械搅拌时产生的气泡直径为800～1000μm。由此可见，电解产生的气泡捕获杂质微粒的能力比后两者为高，且气泡的分散度高，作为载体粘附水中的悬浮固体而上浮，这样很容易将污染物质去除。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。

三：电絮凝设备对 COD 去除及脱色原理

3.1 氢氧化亚铁及氢氧化铁形成原理

电凝法处理废水时，会产生Fe2+和Fe3＋离子。新生态的Fe2+和Fe3+具有很好的絮凝作用，溶液在碱性条件下且有O2存在时，会形成Fe(OH)2和Fe(OH)3，反应式为

Fe2+ ＋ 2OH- ＝ Fe(OH)2

4Fe2+ ＋ 8 OH- ＋ O2 ＋ 2H2O ＝ 4Fe(OH)3

3.2 氢氧化亚铁及氢氧化铁作用

生成的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃的吸附能力高于一般药剂水解得到的Fe(OH)₃吸附能力。同时其中的Fe离子能与许多有机物形成墨绿色的络合物，如与苯环亲电子取代形成π络合物和σ络合物；与酚ArOH生成［［Fe（OAr）6］3－络合物等。这样，废水中原有的悬浮物、胶体和油类等及通过电解反应产生的不溶物和构成色度的染料及相当一部分水溶性有机物均可被其络合、吸附凝聚而从废水中分离去除，对染料废水的脱色率在90％以上。废水中具有负电位的油珠在外电场作用下，很快完成电泳沉积和聚结，经过Fe(OH)₃絮状胶体的吸附与絮凝作用，除油率达到70％～80％。

废水中染料分子、一些有机物分子Dye与氢氧化亚铁絮体的络合作用可由下式表示：

Dye-H+(OH)OFe →Dye-OFe↓+H₂O

氢氧化亚铁和氢氧化铁絮体表面电荷的静电作用，可以吸附网捕废水中带异号电荷的污染物一起沉淀，同时还可使废水脱色。

3.3 氢离子及氧原子作用

脉冲电凝反应器中水分子通过电解在电极表面生成氢离子和活性氧原子，反应式如下：            2H₂O→4H++2[O]+ 4e    2[O] →O₂

上述反应可以在脉冲电凝反应器主流区发生。废水通常含有NaCl。阳极析出的Cl₂在水中反应如下：

阳极： 2Cl－→Cl₂+2e   Cl₂+H₂O→HOCl+H++Cl－     HOCl+H₂O→H₃O++OCl－

OCl －、Cl₂都会参与氧化反应，起到降解COD和废水的脱色作用。

废水中的CO32－和HSO₄－离子也可以在阳极氧化生成有杀菌作用的强氧化剂过碳酸盐和过硫酸盐，如： 2HSO₄－－2e→2H+＋S₂O82－    S₂O82－＋2H₂O→2HSO₄－＋H₂O₂

4Na+ ＋2CO32－＋3H₂O₂→2Na₂CO₃+3H₂O₂

在电化学反应过程中，电极表面还可以产生一些其它活性中间产物，如OH、H₂O₂、O₃、ClO₂等，这些氧化性很强中间产物参与氧化污染物，使污染物降解去除。这些氧化性基团与物质的产生量很大程度上取决于电极材料，但无论产生多少都有利于COD的去除和废水的脱色。

归纳起来，脉冲电絮凝法处理废水的作用机制相当丰富、也很复杂。脉冲电絮凝法处理废水的功效正是通过以上有关过程与机制共同作用的结果。在电凝过程中发生的电絮凝、电气浮和电氧化还原等作用可以去除大量的COD，而且可以提高废水的可生化性，其脱色效果也十分显著；并且对各种金属离子都有极好的共沉淀去除效果，还能脱硫、除磷，除氰、去镍和砷。电凝法工艺与后续生化处理单元的匹配性也相当好。不仅如此，脉冲电絮凝法过程主要是耗电，材料只消耗一些铁或铝板和酸（不一定是必须投加的）、碱［Ca(OH)2］，因此处理费用也比较低廉，性价比高。

四、脉冲电絮凝处理电镀废水的原理简介

4.1 、在外加高压电场的作用下，将电能转换为化学能，水体发生解离反应，阳极生成强氧化作用的新生态的氧，可以打断废水中络合态形态的重金属的络合链，进而释放出游离的重金属离子以便后续处理；而阴极生成强还原性的新生态氢，会将电镀废水中的六价铬还原为三价铬，同时可以使废水的色度得到降低。

4.2 、采用铁板作为极板，首先，铁失去电子形成亚铁离子，亚铁离子水解生成的具有很大比表面积的无定形的Fe（OH）2（am）絮体，对重金属离子产生吸附共沉；其次，脉冲电絮凝在除重金属的过程中，铁离子经脉冲电凝电催化所形成的聚羟基阳离子和多核氢氧化铁（Ⅲ）悬浮体的凝聚作用，生成不溶于水的金属聚合物。因此，在脉冲电絮凝处理电镀废水的过程中，所形成的污泥为多种物质混合形成的复杂混凝体。总而言之，脉冲电絮凝除镍的主要作用机理有吸附、离子交换、络合沉降及网捕和机械扫卷等。（如下图）

此外，脉冲电絮凝所释放出的新生态亚铁离子其功用如混凝沉淀中加入硫酸亚铁或PAC化学药剂。但不同的是经电凝反应产生的Fe(OH)2其活性比铝盐或铁盐(一般传统污水处理所使用之混凝药剂)凝聚效果更强上40倍以上，因此能更有效率的与水中之有机物或无机物产生胶羽而沉淀。也因此可减少污泥的产生。

五、脉冲电絮凝的关键技术及优势

1. 相比于传统的电絮凝技术，脉冲电絮凝技术由高电压，高电流可以处理更高浓度的废水；采用脉冲放电的形式，一方面减少了电能与极板的消耗，另一方面，给高活性的氧，氢，亚铁离子以充分的反应时间，使得其能更加完全的与废水中的污染物质发生反应；此外，脉冲放电的形式大幅度减少了污泥的产生，给企业大幅节省了处理污泥的费用。

2. 相比与传统化学沉淀法，脉冲电絮凝释放的氧化性氧可以打断废水中的强络合物质使得其去除更为彻底，而且相对化学沉淀法，脉冲电絮凝处理电镀废水稳定，受原水成分、浓度变化影响较小，同时经电凝反应产生的Fe(OH)2其活性比铝盐或铁盐(一般传统污水处理所使用之混凝药剂)凝聚效果更强上40倍。

3. 相比于高级氧化技术，脉冲电絮凝在处理电镀废水时，处理速度更快、成本更为低廉。