靜電技術在水處理中的應用

朱 凌，陳為裕

（1.浙江天藍環保工程有限公司，浙江杭州 311200；2.浙江東天虹環保工程有限公司，浙江杭州 311200）

靜電水處理技術經過了數十年的發展和技術革新，越來越多的科研工作者因為靜電處理技術對于水處理有著獨到的特性而對其展開研究，并且已經取得了一定的成果。根據科研人員的研究結果顯示：靜電水處理技術還可以往下細分，根據電壓的強度分為高壓靜電水處理技術以及低壓靜電水處理技術。低壓靜電水處理技術有比較明顯的優勢：相對較為安全，耗能量相對較少，更易于穩定操控；高壓靜電場水處理技術的主要優點是相對消耗能量較少，對環境造成危害較低，且有很高的處理率，該技術未來應用性高，創新性強，需要大力投入研發。未來或可期，相信在不久的將來靜電水處理技術勢必會成為水處理技術發展的領頭羊。

1 低壓靜電場生物效應在水處理技術中的應用

地球本身就是一個巨大永磁體，南極和北極分別相當于永磁體的S極和N極，居住在地球的任何生命體都處于“地球這個大磁鐵”的靜電場作用下。對于生命體的點場環境的改變，勢必會對這個生命體的生活和活動帶來巨大的影響。活性污泥系統中生活著數量龐大的微生物體系，通過改變它們的生活環境中的靜電場可以改變活性污泥系統中污水的處理能力。

1.1 低壓直流靜電改善污泥絮體的沉降性能

在生化處理為主要工藝的污水處理廠，二沉池的主要用途是沉淀和濃縮污泥：首先生化曝氣池出水需要在二沉池固液分離，確保二沉池溢流上清液的SS達標排放；其次是將沉淀在下部的污泥進行回流，使得生化曝氣池的污泥濃度穩定在正常的區間，確保污水處理達到設計的效果。可以說二沉池是污水處理系統及其關鍵的一個工藝模塊。

因此如何提高活性污泥絮體在二沉池中的沉降性能，對于提高出水水質和減小二沉池的占地面積有十分重要的意義。

1.2 低壓直流靜電場提高活性污泥的活性

在污水處理工藝中，曝氣池中活性污泥的活性對污水處理起著十分重要影響和作用。提高活性污泥的活性可以降低污水處理成本，提高出水水質。Alshawabkeh等通過將活性污泥系統通入低壓直流電，在電流強度為13～70mA環境下考察活性污泥系統的溶解氧、電導率、pH，COD降解能力與對照組的異同。在低壓直流靜電場作用的活性污泥系統環境中，當電場強度為0.28V/cm，0.57V/cm和1.14V/cm條件下，活性污泥系統中溶解氧和pH較對照組沒有十分明顯的變化；在低壓直流靜電作用的反應器內COD降解能力較對照組反應器有十分明顯的變化；當電場強度低于0.28V/cm時，活性污泥系統的COD降解能力沒有十分顯著的變化；當加電電場強度為0.57～1.14V/cm時，加電反應器的COD降解能力有了十分顯著的變化；當電場強度大于1.14V/cm時，活性污泥系統的COD降解能力和對照組相比沒有十分顯著的變化。通過實驗說明當電場強度0.28～1.14V/cm時，活性污泥系統的COD降解能力有了十分明顯的提高，當電場強度低于0.28V/cm時活性沒有改變，當大于1.14V/cm時，活性污泥活性可能因為電流值太大而受到損害。

2 直流靜電物理效應在水處理中的應用

2.1 靜電污泥脫水技術

目前我國靜電脫水技術應用的設備種類比較多樣，其中最為常用且成熟的設備是串聯式靜電脫水設備和疊加式經典脫水設備。串聯式靜電脫水設備主要工作原理首先是進行機械脫水，將污泥處理完成之后，再進行操作絮體并且對其加以直流電，從而完成電滲透脫水步驟；而疊加式經典脫水設備的工作原理主要是對污泥同時施加以機械電壓和磁場作用力，從而實現污泥脫水的效果。雖然這兩種脫水設備都能有效地進行污泥脫水，但是也存在著一些問題需要解決，那就是當設備運作脫水的過程中，一旦電極的脫水床含水量出現不飽和現象，就會產生分層情況的發生，進一步會引起電阻的驟然上升，供電電源的電壓全部處在上層的脫水層結構上面，底部的電磁場會愈發減少，從而導致底部的脫水沒有動力；再者電極在水中引發化學反應，就會出現金屬離子，這些離子會對電極的離子濃度產生巨大的影響，導致電滲透的原動力降低，從而影響到脫水動作的進行。想要解決這些脫水過程中的問題，雖然可以采取電機短路、運用交變電場等方式進行有效緩解，但是治標不治本，想要實現電脫水技術成為行業引領技術，設備和技術的不斷革新，才能從根本上改變這些問題[3]。

2.2 直流靜電抑制膜過濾過程的濃差極化

膜分離是選擇透過性膜在外部能量或者化學力的作用下，來將溶液的溶質和溶劑分離開。膜分離法主要有反滲透、納濾、超濾、微濾等。該技術有多項優點，包括相對節約能耗、出色的效率、簡易、經濟、操控性好等，是一種開創性的分離技術。膜污染和濃差極化是膜過濾技術的關鍵問題。根據專家的研究報告顯示，這些方法對于膜污染“治標不治本”，起到的效果有限，而且無法改變其本質。

顯然，濃差極化是一個可逆過程。電場膜濾技術已被應用于解決這個問題。電場膜濾就是將電場與逆流技術結合起來，溶液在膜上方過流，在膜兩邊形成直流電場。這樣，膜一側的清液經過加速進入到膜的另一側，可以大大降低對膜的損害，使得濃差極化受到制約，增加了膜通量。

3 高壓靜電場生物效應在水處理技術中的應用

3.1 高壓靜電場處理水提高活性污泥微生物耗氧速率研究

實驗室中利用活性污泥微生物膜制成BOD生物傳感器，將它應用于緩沖溶液實驗，在這項實驗過程中，需要將緩沖溶液進行電磁場致電的處理。根據實驗結果顯示緩沖溶液在經過高壓靜電場長時間的處理之后可以有效提高在BOD生物傳感器中的活性污泥微生物對于氧氣的消耗速度，同比提升15%以上。

3.2 高壓靜電場防垢除垢技術

19世紀60年代末，世界上第一臺靜電水垢控制器在華盛頓的一家公司問世。短短數年風靡于美國各大一流水處理企業的應用上，并且受到一致好評。進入19世紀70年代，這項技術傳入日本，也正在此時我國的第一臺靜電水垢控制器自主設計也成功了，經過數十年的技術推廣，靜電水垢控制器已經普及到我國全境。靜電水垢控制器除了具備水垢處理的功效外，對于殺菌消毒也有著不錯的效果。

目前靜電水垢控制器已經廣泛應用于我國各個產業，這其中不乏石油冶煉、化學加工、區域供暖、空調制冷等行業核心反應器的應用以及鋼鐵行業的加熱爐體的系統等。靜電水垢控制器還在市區游泳館廣泛被應用，用來對泳池中的水進行殺菌消毒，保持水質的安全。

4 結語

綜上所述，高壓靜電處理技術已經顯示出其在污水凈化處理上以及環境改善方面上的重要意義和作用，未來有著很客觀的市場應用前景，但是以目前的技術還尚不能滿足人們的需求，這其中像“關于靜電場是如何對活性污泥中的微生物活性產生影響”等理論尚處于有待完善的狀態。已知的高壓靜電處理技術具有的殺菌消毒作用還有待進一步的論證，所以高壓靜電處理技術想要在各行業發揮重要作用，還需要進一步的技術研究和探索革新。