電絮凝技術與微濾技術在水處理及水凈化中的應用

張 亞 娟

（黔西南民族職業技術學院， 貴州 興義 562400）

電絮凝技術與微濾技術在水處理及水凈化中的應用

張 亞 娟

（黔西南民族職業技術學院， 貴州 興義 562400）

從電絮凝技術及微濾技術的概念出發，設計了一組實驗進行了研究，并為其在新時期水處理劑凈化中的應用進行了積極探討，以期為廣大行業同仁帶來有益的參考。

電絮凝；微濾；水處理；凈化

作為一種對環境二次污染較小的廢水處理技術，電絮凝技術在廢水的處理過程中具有成本低的特點，而且處理時不需要添加化學劑，其設備的本身體積小，所占用的面積也很小，處理過程中污泥量小，操作簡易，后續處理也較為簡單；微濾技術作為膜分離技術的重要組成部分，在運用于水處理的過程中表現出出水質量好及穩定等優點，被廣泛運用于新時期的水處理及凈化方面?；诋斍笆澜绶秶鷥鹊乃廴緡乐噩F狀，加緊對電絮凝技術與微濾技術的研究與應用，對當前的社發展具有很重要的現實意義［1］。

1 電絮凝技術及微濾技術的工作原理分析

1.1 電絮凝技術的工作原理

經過外加電廠的作用，對可溶性陽極產生的陽歷在進行利用，使其在溶液中進行水解、聚合，并在此基礎上形成一系列多核羥基絡合物和氫氧化物，這些物質本身帶有吸附、凝聚的作用，在這些物質的作用下進行電解，電極會不斷產生氧氣和氫氣的微小氣泡及其他氣體，其具有的粘附性能，可在自身的上浮的過程中將懸浮物帶到水面上，這樣就達到了去除污染物的目的，實現了對水污染的凈化處理［2］。

電絮凝使用的過程中，金屬陽極通過直流電作用溶解并水解，進而形成了水中分散雜物的高效絮凝劑，這種情形下，對水中污染物的處理就可以通過以下三方面來實現：（1）絮凝作用；（2）陰極上的還原作用，陽極上的氧化作用；（3）氣浮作用。在實施此反應的過程中，陽極材料一般用鐵、鋁，如果此時運用鋁作為電極，那么在電場的作用下，陽極會電解生成Al3+，而在水中，Al3+極易生成Al(OH)3，并在此基礎上聚合成膠體AIn(OH)3n,然后會因為離子交換、吸附等作用使得水中的污染物得到有效去除［3］。反應公示如下：

在陰極發生如下反應：

1.2 微濾技術的工作原理

微濾是一種精密過濾技術，其運用的孔徑范圍介于0.1～75μm之間，運用過程中的攔截能力來自于其對多孔材料的運用，經過物理截留的方式使得水中的雜質顆粒得到有效的去除。在壓力的作用下，無機離子、有機低分子以及溶液中水等尺寸小的物質可經過微孔運動到膜的另一側，而大尺寸諸如水中的膠體、菌體等則因不能透過纖維墻而被截留下來，這樣，就實現了不同組分的篩選目的，而且上述的過程為常溫操作，微孔濾膜的截留粒子粒徑為0.1～10 μm，不會發生相態變化，更不會產生二次污染，對水的處理效果良好。

2 電絮凝技術與微濾技術應用的試驗研究

2.1 裝置

在本次試驗中，設計的具體裝置組成形式為：首先在進行實驗的自制電絮凝槽內采用平行的方式放置金屬鋁板作為電解的正負極，其中鋁板的規格為高152 mm，寬70 mm，厚2 mm，極板間距為10 mm，其次在實驗中將板塊浸入實驗水樣中90 mm，除上述裝置外，還需用到的微濾膜孔徑為0.22μm。

試驗中，通過電源輸出直流電壓，并在此基礎上與電極構成回路，進而發生絮凝反應。

2.2 實驗用水選擇

筆者選用了京杭運河徐州段的水作為實驗用水，主要水質如表 1。

表1 實驗的原水水質指標Table 1 Raw water quality indicators

2.3 試驗方法

在開始的實驗的時候，向電絮凝槽依次加入水樣1L，然后根據實驗的需要對水進行不同條件下的處理。且要保持實驗所用電流的恒定，并根據實驗要求，在通電后及逆行能夠及時，達到預定時間或，對水樣進行微濾，繼而檢測。本次試驗以研究電絮凝對污水中氨氮、油類及TOC的去除效果為主要目的，所以后續試驗進行中對上述物質的測試方法為：氨氮運用納氏試劑比色法；TOC運用Elementar liqui TOC分析儀；油類運用紫外線分光光度法。

2.4 實驗結果與討論分析

2.4.1 電流密度對去除效果的影響

在實驗的進行過程中，絮凝效率、絮體生成以及氣泡生成率和大小都是由電流決定的，基于此，影響電絮凝處理效率的主要因素就成了電流密度，于是，筆者運用不同的電流密度，對原裝水在反應器內的反映進行了觀察，并及時對微濾后的油類、氨氮及TOC進行測定，結果如圖1( a)-(c)所示。

從圖1（a）可以看出，相同時間的前提下，電流密度增大時，TOC的去除效率也相應隨之提高，但后續的檢測發現，當電流密度達到一定數值后，去除效率便會逐漸變緩，逐漸向穩定的方向發展，經過研究分析，筆者認為這是因為在短時間內較高的電流密度下，反應中可以電解出足夠的Al3+，Al3+水解并產生Al(OH)3和多核羥基絡合物較多，使得試驗中須經效果良好，但是過高的電流密度下，會產生過量的Al3+，這樣導致膠體表面的電荷發生逆轉，形成交替排斥，對原有的絮體進行了破壞，絮凝能力也隨之下降，不利于污水處理。

圖1 電流密度、電解時間對污染物去除的影響Fig.1 Effects of current density, electrolytic time on removal efficiency of pollutants

從圖1（b）可看出，相同電解時間內，電流密度決定了氨氮的去除效果，其去除效果會隨著電流密度的增大而增大。原因是此實驗利用電化學反應將水中的Cl-氧化成了次氯酸，經過后續的氧化作用，實現了去除效果。所以氨氮的處理效果取決于生成的次氯酸量，相同反應時間里，Cl-會隨著電流密度的升高更易被氧化成次氯酸，進而使得氨氮的去除效率和速度更高，效果更明顯。

從圖1（c）可看出，相同的電解時間內，電流密度的變化對去除效率的影響不大，特別是實驗進行到8min以后，去除效率趨于穩定，不會隨著電流密度再變化。因為電氣浮是油類的主要去除形式，水電解時產生的微小氣泡具有粘附性能和浮載能力，可對電凝徐過程中產生的絮團進行吸附，這樣就形成了對油類物質的分離和去除，達到水處理效果。

2.4.2 電解時間對去除效果的影響

相同的電流密度條件下，污染物的去除效果與電解時間的關系如圖2，其中，在圖1（a）中，隨著電解時間的加長，TOC的去除率會增加，并在一定的時間后達到平緩狀態，而在圖1（b）中，隨著時間的延長，氨氮的去除率隨著生成次氯酸的增多而升高，在圖1（c）中，隨著電解時間的加長，油類的去除率增加，直至一定時間后，油類的去除率不再升高，去除效果逐漸穩定。

2.4.3 pH值對去除效果的影響

實驗發現，當電流密度為23.8 A/m2時，筆者對原水的pH值進行了調整，向里加入了0.1 mg/L的NaOH或HCl溶液。并將不同初始pH值的原裝水放入實驗裝置進行電解，達到12 min后，取出后進行油類、TOC、以及氨氮的檢測，如圖 2所示。

由圖2可看出，當實驗中的pH值＜7.5時，隨著pH的升高，TOC的去除效率升高，但pH＞7.5時，去除效率不會再升高，基于本實驗去除水中的TOC是應用Al(OH)3的吸附性的現狀，當實驗中的原水中酸性大于堿性時不利于Al(OH)3生成，所以，在接近中性的條件下，對TOC的去除效果最佳。

圖2 pH對污染物去除效果的影響Fig.2 Effect of pH on removal rate

從實驗中可看出，隨著pH值的增加，暗淡的去除效率會升高。因為在Cl2+H2O=HClO+H++Cl-反應中，pH越高，生成的次氯酸的生成，進而將水中的氨氮氧化成氮氣，實現對氨氮的去除。在對油類的去除方面，pH介于4到10時，對油類的去除效果可達到94%左右，因為實驗中的電極產生的氧氣或氫氣的氣浮作用是電絮凝去除油類的重要手段，所以，溶液的初始pH值對油類的去除影響不大。

3 結 語

綜上所述，基于我國水污染嚴重的現狀，筆者運用實驗的方法對當前水處理的兩種主要技術進行了綜合應用分析，發現電絮凝—微濾法可以有效去除水中的TOC、氨氮和油類，而在運用的過程中，電流密度、電解時間以及pH值都會對去除效率產生影響，但pH值的變化對油類的去除沒有明顯影響，所以此技術應推廣應用。

［1］高偉.電絮凝在水處理中的應用[J]. 工程設計與研究,2011(01):29-31; 48.

［2］宋均軻,錢斌.電絮凝技術在水處理中的應用[J]. 廣州化工,2011(14): 40-41;95．

［3］周義文,周義斌,翟利杰,張瑾,戴猷元.高壓脈沖電絮凝技術及其應用[J].廣東化工,2013(08):79-80．

Application of Electroflocculation Technology and Microfiltration Technology in Water Treatment and Purification

ZHANG Ya-juan
（Southwest Guizhou Vocational and Technical College for Nationalities，Guizhou Xingyi 113001，China）

Starting from the concepts of electric flocculation technology and microfiltration technology, a experiment was designed and studied, and the feasibility of electroflocculation technology and microfiltration technology in water treatment and purification was discussed.

Electroflocculation; Microfiltration; Water treatment; Purification

X 703

： A

： 1671-0460（2015）02-0253-03

2014-08-19

張亞娟（1982-），女，陜西西安人，碩士，講師，研究方向：主要從事水處理研究與教學工作。