隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，電鍍企業(yè)的規模也越來(lái)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(lái)，國內外學(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，但傳統的方法存在成本高、處理時(shí)間長(cháng)、占地面積大、投資大、處理效率低、出水難以達標排放、二次污染及后續處理作復雜等問(wèn)題。
電絮凝技術(shù)集氧化還原、絮凝和氣浮為一體，具有設備構造簡(jiǎn)單、占地面積小、基建投資少、操作管理方便、無(wú)二次污染以及能夠同時(shí)去除多種污染物等特點(diǎn)，可以彌補傳統處理方法的不足，具有很好的發(fā)展前景及應用價(jià)值。
目前，電絮凝技術(shù)的研究已取得長(cháng)足的進(jìn)步，電絮凝技術(shù)已發(fā)展成為值得注意和信賴(lài)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(lái)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(yáng)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物進(jìn)行凝聚處理。同時(shí)，水分子在電流作用下發(fā)生電解反應，在陰極和陽(yáng)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)因素綜合作用的結果。目前，主要研究了廢水的pH、廢水電導率、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影響反應速度的快慢，決定著(zhù)溶質(zhì)的存在形態(tài)和電離程度。另外，H或OH一直接參加反應或起著(zhù)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。結果表明，總鉛、總鎳、總鉻的去除率隨pH的變化較大，當進(jìn)水的pH高于8.5時(shí)，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。實(shí)驗結果表明，，pH較高有利于鋁絮體的生成，并通過(guò)絮體對Ni的吸附以及共沉淀作用實(shí)現對金屬離子的高效去除，但pH過(guò)高，到較強堿性時(shí)，會(huì )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(lái)說(shuō)，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(jià)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(jià)金屬離子)具有決定性的影響，一般情況下，電流密度增大會(huì )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(wèn)題。當電流密度較小時(shí)，隨著(zhù)電流密度的增大，電絮凝效率增大，當電流密度增大到一定值時(shí)，隨著(zhù)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(guò)于劇烈，大量鋁絮體會(huì )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(shí)間，不利于金屬離子的去除。
一定程度增加電流密度可顯著(zhù)提高電絮凝效率，但電流密度的增加，加速電極的鈍化，同時(shí)電流密度過(guò)高會(huì )導致溶液氣浮現象劇烈，反而不利于電絮凝效率的提升。
因此應根據廢水的具體情況，選擇合適的電流密度，不僅可保證處理效果，同時(shí)可在一定程度上降低極板消耗與能耗。
03電導率對去除效果的影響
通常選用NaCl溶液調節電導率。維持過(guò)高的電導率可能會(huì )導致加藥量增加，運行成本上升，同時(shí)槽電壓降低使電解氧化還原作用減弱。
電導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地提高廢水的電導率可以有效地降低電壓，從而降低能耗。
在投加食鹽時(shí)，相應的電壓值會(huì )隨投鹽量的增加而降低，這是因為氯化鈉屬強電解質(zhì)，在一定限度內可降低電阻，增加廢水的電導率，減少極間電壓和能耗。
另外，氯離子是陽(yáng)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域就有鐵或鋁的氯化物溶解，使這些區域的鈍水膜成孔隙，鋁離子或二價(jià)鐵離子得以進(jìn)入電解液中，但投鹽量過(guò)多，一方面會(huì )使費用增加，另一方面會(huì )使出水中鈉離子和氯離子過(guò)多，為排放或回用帶來(lái)不利。所以，一般來(lái)說(shuō)投鹽量也應盡可能減少。
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(huì )縮短極板的使用壽命，因此NaC1的質(zhì)量濃度應以1.0g/L左右為佳。
04進(jìn)水濃度的影響
污染物成分復雜、種類(lèi)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(shí)處理效果好，有的則相反。
實(shí)際的處理過(guò)程中，應根據具體工程的廢水排放濃度，通過(guò)實(shí)驗確定電絮凝處理效果和進(jìn)水濃度的關(guān)系。當進(jìn)水的重金屬離子濃度較高時(shí)，要達到理想的出水水質(zhì)，可通過(guò)提高電流密度的方式實(shí)現，但與此同時(shí)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，應先進(jìn)行預處理，再進(jìn)行電絮凝處理，在保證處理效果的同時(shí)可盡可能降低運行成本。
05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(yáng)極。用鐵做陽(yáng)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到100%。
采用鈦.鐵雙陽(yáng)極電絮凝技術(shù)去除電鍍廢水中鉻(Ⅵ)進(jìn)行了研究，利用第一陽(yáng)極鐵電解溶解，產(chǎn)生絮凝物，絡(luò )合吸附鉻(VI);而輔助陽(yáng)極鈦則發(fā)生氧化還原作用，使鉻(Ⅵ)還原為鉻(11I)，兩者結合處理鍍鉻廢水，達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作為陽(yáng)極處理廢水。
因此一般的電鍍廢水用鐵做陽(yáng)極，鐵陽(yáng)極比鋁陽(yáng)極對金屬離子的去除效果好。同時(shí)針對溶液不同的理化性質(zhì)，可以選擇鐵與其他的金屬復合電極做陽(yáng)極。
3電絮凝技術(shù)的發(fā)展方向
在研究與應用的過(guò)程中，電絮凝技術(shù)發(fā)展的主要發(fā)展方向為在提高去除率的同時(shí)，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，電極上的反應時(shí)斷時(shí)續，有利于擴散，降低濃差極化，從而降低能耗。
而當電解槽施加交流電信號時(shí)，由于兩極均可溶，可從兩極產(chǎn)生陽(yáng)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(wèn)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(wèn)題，并且可以削減電解能耗值。
②新型電極的應用
電絮凝技術(shù)的另一個(gè)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(shí)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極式。復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(shuō)明了電極連接方式對于離子的去除影響不大。
但復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)濟便于維修，電極上電流分布比較均勻，設備緊湊，占地面積小。因此，在實(shí)驗中電極的連接方式統一采取復極式連接。
③反應器的設計優(yōu)化
反應槽的設計也由傳統的間歇處理單元向各式的連續處理單元發(fā)展和改進(jìn)。其中的一個(gè)改進(jìn)是將流體的傳質(zhì)與電絮凝過(guò)程結合起來(lái)構成導流電絮凝。反應槽的陰、陽(yáng)極既起導流桶的作用，又起電極的作用，在較低攪拌速度下可使槽內液體充分湍動(dòng)。該法縮短電解時(shí)間，減少極化作用，從而降低電耗，其費用遠低于普通電解法。
④電絮凝與其他工藝組合
當單純采用電絮凝技術(shù)或其他工藝不能達到處理要求時(shí)，可將電絮凝技術(shù)和其他工藝進(jìn)行組合。
電絮凝-膜法復合工藝對Cr(VI)、Ni的去除率可達到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，結果表明，對Cr(VI)、Cu和Ni“的去除率分別達到99.77%、100%和99.90%，出水各項指標均達到了排放標準。
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及低濃度區的去除率，研究了pH、電極間距及電流密度對去除率的影響，并通過(guò)實(shí)際的生產(chǎn)運行論證了工藝的適用性。
實(shí)驗結果表明，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+加載磁絮凝充分結合的工藝。結果表明，對于車(chē)間鍍鋅、鉻和銅等排放的綜合廢水處理有顯著(zhù)的效果，通過(guò)本工程應用，出水水質(zhì)各項指標均達到電鍍污染物排放標準(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結語(yǔ)
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)踐的轉化還需要一個(gè)過(guò)程，如何降低運行費用，提高運行穩定性將是該項技術(shù)得以推廣的關(guān)鍵所在引。將技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境保護相結合，還需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題有：
1)為了使電絮凝法的處理效果和處理成本達到最優(yōu)化，需要對電絮凝過(guò)程中去除機理進(jìn)行更深入的研究，對電極膜的化學(xué)成分及價(jià)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(wèn)題，需對電極材料的選擇、電極材料的組成比例、尺寸及表面結構的改善進(jìn)行研究，以盡量避免鈍化，延長(cháng)電極使用壽命;
2)由于電凝聚技術(shù)本身包含有混凝過(guò)程、電化學(xué)機理及氣浮過(guò)程，應當將這三者有機聯(lián)系起來(lái)，分析三者之間的相互作用，綜合考慮這三種機理的影響因素，既要發(fā)揮電化學(xué)效應，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，以便將這三種效應的潛能充分發(fā)揮出來(lái);
3)在提高廢水中重金屬離子去除率的同時(shí)，兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。電絮凝裝置的運行費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(zhù)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。