吉豐科技簡(jiǎn)述電絮凝技術(shù)處理廢水原理

【資料簡(jiǎn)介】

   電絮凝的反應(yīng)原理是以鋁、鐵等金屬為陽(yáng)，在直流電的作用下，陽(yáng)被溶蝕，產(chǎn)生Al、Fe等離子，在經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物以至氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離.同時(shí)，帶電的污染物顆粒在電場(chǎng)中泳動(dòng)，其部分電荷被電中和而促使其脫穩(wěn)聚沉。

   廢水進(jìn)行電解絮凝處理時(shí)，不僅對(duì)膠態(tài)雜質(zhì)及懸浮雜質(zhì)有凝聚沉淀作用，而且由于陽(yáng)的氧化作用和陰的還原作用，能去除水中多種污染物。

   電絮凝法是將絡(luò)合吸附與氧化還原、酸堿中和、氣浮分離結(jié)合起來(lái)的廢水處理工藝。M.Y.A.Mollah等研究電絮凝機(jī)理表明，帶正電的絮凝劑與污染物顆粒通過靜電引力和范德華力，絡(luò)合聚集成團(tuán)，生成可沉降的絮凝體而去除。有機(jī)分子可通過陽(yáng)氧化分解成小分子而易于被絮凝劑吸附，染料和溶解態(tài)的金屬離子則可通過陰的電還原沉積作用與水體分離。廢水呈堿性時(shí)，陽(yáng)溶出產(chǎn)生的金屬離子經(jīng)水解和絡(luò)合作用消耗了廢水中過多的OHˉ，使pH下降;而對(duì)于酸性廢水，金屬氫氧化物和陰電解水產(chǎn)生的OHˉ能消耗廢水中H+，使pH上升，因而，電絮凝有中和酸堿的作用。另外，當(dāng)處理含油廢水等形成的絮體微輕、難沉降時(shí)，還可利用陰析氫或耦合后續(xù)電氣浮工藝，由電解水產(chǎn)生的O2和H2(直徑不超過60μm，遠(yuǎn)小于加壓氣泡粒徑)在上浮過程中將微輕絮體帶至水面達(dá)到分離目的，而該過程無(wú)需外投PAM等試劑和處理絮凝污泥。電氣浮還兼具一定電氧化去除COD的功能。

　 電絮凝法是一個(gè)復(fù)雜的物化技術(shù)，其核心內(nèi)容是絮凝劑的生成。對(duì)于Al陽(yáng)，電解產(chǎn)生的Al3+在水中迅速以水合離子Al(H2O)63+的形態(tài)存在，隨后很快水解失去H+，形成一系列單核絡(luò)合物，如Al(H2O)5OH2+、Al(H2O)4(OH)2+、Al(H2O)3(OH)3等。由于羥基鋁離子增多，剩余孤對(duì)電子，羥基配位能力未飽和，可與另一個(gè)鋁離子逐漸聚合為羥基橋聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成兩個(gè)羥基鍵橋，從而由單核鋁的絡(luò)合物緩慢聚合成表面富含羥基的多核高分子網(wǎng)狀聚合物Alm(H2O)x(OH)n(3m-n)，如Al2(H2O)8(OH)24+、Al16(H2O)24(OH)3612+等，并zui終轉(zhuǎn)化成無(wú)定形的〔Al(OH)3〕n絮凝劑。A.Sarpola等通過質(zhì)譜分析證實(shí)了有超過80種單價(jià)鋁核陽(yáng)離子(Al2~13)和19種多價(jià)鋁核陽(yáng)離子(Al10~27)存在，另外，還發(fā)現(xiàn)超過45種單價(jià)鋁核陰離子(Al1~12)和9種多價(jià)鋁核陰離子(Al10~32)，而鋁絮凝劑的聚合度zui多可達(dá)32個(gè)鋁。另外，除上述高分子網(wǎng)狀聚合物Alm(H2O)x(OH)n(3m-n)外，還會(huì)生成一些氧化鋁合氫氧根的大分子聚合物，如Al13O4(OH)247+等，或當(dāng)水體中含有NaCl電解質(zhì)時(shí)，還會(huì)生成一些被NaCl分子包覆的絮凝劑如〔Al2(OH)3(H2O)3·2.05NaCl〕3+、〔Al3(OH)6(H2O)8·2.00NaCl〕3+等。一般地，聚合度與絮凝效率呈正相關(guān)，吳珍等研究表明30個(gè)鋁的聚合比13個(gè)鋁的聚合的吸附和架橋作用強(qiáng)，而且有更寬的有效投量范圍。通常，低聚合度絮凝劑是通過吸附作用去除污染物粒子;而高聚合度絮凝劑則因表面積大、表面基團(tuán)多，對(duì)污染物粒子通過網(wǎng)捕包覆去除，但高聚合度的絮凝劑，產(chǎn)生的后續(xù)污泥量較大，增加了處置成本。對(duì)于Al陽(yáng)，電絮凝劑的生成過程還受pH、Al3+濃度、水體成分、停留時(shí)間、水流方式和氣泡生成速率等因素的影響。

　　一般情況下，鋁絮凝劑在弱堿性條件下能快速聚合，但由于氫氧化鋁的兩性特征，pH過高時(shí)聚鋁又易解離成Al(OH)4-。JinmingDuan等的研究表明，鋁絮凝劑在除污過程中根據(jù)pH與絮凝劑量的不同存在兩種機(jī)理：pH低于6.5時(shí)，溶解的Al3+濃度小于60μmol，Al3+在水中以水合態(tài)Al(H2O)63+和帶正電的單核Al(H2O)5(OH)2+、Al(H2O)4(OH)2+絮凝的形式存在，其主要通過電荷中和作用對(duì)帶負(fù)電污染物進(jìn)行去除;pH超過6.5時(shí)，溶解的Al3+濃度大于60μmol，Al3+在水中以無(wú)定形的〔Al(OH)3〕n絮凝劑的形式存在，其通過直接吸附去除污染物。當(dāng)水體有硫酸鹽時(shí)，吸附在Alm(H2O)x(OH)n(3m-n)上的SO42-由于氫鍵和電荷的吸引作用可促進(jìn)更多的高分子網(wǎng)狀聚合物連接起來(lái)zui終形成無(wú)定形的〔Al(OH)3〕n絮凝劑。Al3+在水體中的停留時(shí)間越長(zhǎng)，與OHˉ水化越充分，聚鋁的聚合度和產(chǎn)量就越大，越有利于后續(xù)除污，但停留時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)降低電絮凝的時(shí)空效率。電絮凝法通常采用序批間歇式或循環(huán)流動(dòng)式的水流設(shè)置來(lái)保證金屬離子的水化聚合及絮凝過程的*和。陰析氫反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生微氣泡，當(dāng)其生成速率很高時(shí)，會(huì)擾亂金屬離子的聚合，絮凝劑生成慢且聚合度和致密度小。對(duì)于鐵陽(yáng)，隨pH變化溶出的鐵離子會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)和水解、聚合等復(fù)雜過程。D.Lakshmanan等研究了鐵陽(yáng)的氧化情況，發(fā)現(xiàn)鐵陽(yáng)溶出的Fe2+在pH為6.5~7.5時(shí)較少發(fā)生氧化，并且在低DO濃度下保持可溶性Fe2+狀態(tài)，而隨著DO濃度的增加，則以Fe2+和難溶的Fe(OH)3/FeOOH狀態(tài)共存;pH=8.5時(shí)，F(xiàn)e2+會(huì)迅速氧化成Fe3+并水解為Fe(OH)3/FeOOH，其間Fe3+在水中主要以水合態(tài)Fe(H2O)63+的形式存在，當(dāng)遇到水中的—OH時(shí)會(huì)水解成一系列單核水解產(chǎn)物Fe(H2O)5(OH)2+、Fe(H2O)4(OH)2+等。同樣這些單核水解產(chǎn)物由于羥基的配位數(shù)未達(dá)飽和，在相鄰羥基的鍵橋作用下可聚合成大分子聚合物并zui終形成γ-FeOOH沉淀。鐵絮凝劑生長(zhǎng)的快慢主要由鐵溶出速率和pH決定，在鐵溶出速率一定時(shí)，pH在6~10有利于γ-FeOOH的生成。如D.Lakshmanan等在電絮凝除砷的研究中發(fā)現(xiàn)，電解2min后，在pH=8.5的水體中，F(xiàn)e3+已全部聚合成γ-FeOOH。