張 亞 娟

（黔西南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 貴州 興義 562400）

電絮凝技術(shù)與微濾技術(shù)在水處理及水凈化中的應(yīng)用

張 亞 娟

（黔西南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 貴州 興義 562400）

從電絮凝技術(shù)及微濾技術(shù)的概念出發(fā)，設(shè)計(jì)了一組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究，并為其在新時(shí)期水處理劑凈化中的應(yīng)用進(jìn)行了積極探討，以期為廣大行業(yè)同仁帶來(lái)有益的參考。

電絮凝；微濾；水處理；凈化

作為一種對(duì)環(huán)境二次污染較小的廢水處理技術(shù)，電絮凝技術(shù)在廢水的處理過(guò)程中具有成本低的特點(diǎn)，而且處理時(shí)不需要添加化學(xué)劑，其設(shè)備的本身體積小，所占用的面積也很小，處理過(guò)程中污泥量小，操作簡(jiǎn)易，后續(xù)處理也較為簡(jiǎn)單；微濾技術(shù)作為膜分離技術(shù)的重要組成部分，在運(yùn)用于水處理的過(guò)程中表現(xiàn)出出水質(zhì)量好及穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于新時(shí)期的水處理及凈化方面?；诋?dāng)前世界范圍內(nèi)的水污染嚴(yán)重現(xiàn)狀，加緊對(duì)電絮凝技術(shù)與微濾技術(shù)的研究與應(yīng)用，對(duì)當(dāng)前的社發(fā)展具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義［1］。

1 電絮凝技術(shù)及微濾技術(shù)的工作原理分析

1.1 電絮凝技術(shù)的工作原理

經(jīng)過(guò)外加電廠(chǎng)的作用，對(duì)可溶性陽(yáng)極產(chǎn)生的陽(yáng)歷在進(jìn)行利用，使其在溶液中進(jìn)行水解、聚合，并在此基礎(chǔ)上形成一系列多核羥基絡(luò)合物和氫氧化物，這些物質(zhì)本身帶有吸附、凝聚的作用，在這些物質(zhì)的作用下進(jìn)行電解，電極會(huì)不斷產(chǎn)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(guò)程中將懸浮物帶到水面上，這樣就達(dá)到了去除污染物的目的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水污染的凈化處理［2］。

電絮凝使用的過(guò)程中，金屬陽(yáng)極通過(guò)直流電作用溶解并水解，進(jìn)而形成了水中分散雜物的高效絮凝劑，這種情形下，對(duì)水中污染物的處理就可以通過(guò)以下三方面來(lái)實(shí)現(xiàn)：（1）絮凝作用；（2）陰極上的還原作用，陽(yáng)極上的氧化作用；（3）氣浮作用。在實(shí)施此反應(yīng)的過(guò)程中，陽(yáng)極材料一般用鐵、鋁，如果此時(shí)運(yùn)用鋁作為電極，那么在電場(chǎng)的作用下，陽(yáng)極會(huì)電解生成Al3+，而在水中，Al3+極易生成Al(OH)3，并在此基礎(chǔ)上聚合成膠體AIn(OH)3n,然后會(huì)因?yàn)殡x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(yīng)公示如下：

在陰極發(fā)生如下反應(yīng)：

1.2 微濾技術(shù)的工作原理

微濾是一種精密過(guò)濾技術(shù)，其運(yùn)用的孔徑范圍介于0.1～75μm之間，運(yùn)用過(guò)程中的攔截能力來(lái)自于其對(duì)多孔材料的運(yùn)用，經(jīng)過(guò)物理截留的方式使得水中的雜質(zhì)顆粒得到有效的去除。在壓力的作用下，無(wú)機(jī)離子、有機(jī)低分子以及溶液中水等尺寸小的物質(zhì)可經(jīng)過(guò)微孔運(yùn)動(dòng)到膜的另一側(cè)，而大尺寸諸如水中的膠體、菌體等則因不能透過(guò)纖維墻而被截留下來(lái)，這樣，就實(shí)現(xiàn)了不同組分的篩選目的，而且上述的過(guò)程為常溫操作，微孔濾膜的截留粒子粒徑為0.1～10 μm，不會(huì)發(fā)生相態(tài)變化，更不會(huì)產(chǎn)生二次污染，對(duì)水的處理效果良好。

2 電絮凝技術(shù)與微濾技術(shù)應(yīng)用的試驗(yàn)研究

2.1 裝置

在本次試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)的具體裝置組成形式為：首先在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的自制電絮凝槽內(nèi)采用平行的方式放置金屬鋁板作為電解的正負(fù)極，其中鋁板的規(guī)格為高152 mm，寬70 mm，厚2 mm，極板間距為10 mm，其次在實(shí)驗(yàn)中將板塊浸入實(shí)驗(yàn)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(yàn)中，通過(guò)電源輸出直流電壓，并在此基礎(chǔ)上與電極構(gòu)成回路，進(jìn)而發(fā)生絮凝反應(yīng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)用水選擇

筆者選用了京杭運(yùn)河徐州段的水作為實(shí)驗(yàn)用水，主要水質(zhì)如表 1。

表1 實(shí)驗(yàn)的原水水質(zhì)指標(biāo)Table 1 Raw water quality indicators

2.3 試驗(yàn)方法

在開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，向電絮凝槽依次加入水樣1L，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要對(duì)水進(jìn)行不同條件下的處理。且要保持實(shí)驗(yàn)所用電流的恒定，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在通電后及逆行能夠及時(shí)，達(dá)到預(yù)定時(shí)間或，對(duì)水樣進(jìn)行微濾，繼而檢測(cè)。本次試驗(yàn)以研究電絮凝對(duì)污水中氨氮、油類(lèi)及TOC的去除效果為主要目的，所以后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)行中對(duì)上述物質(zhì)的測(cè)試方法為：氨氮運(yùn)用納氏試劑比色法；TOC運(yùn)用Elementar liqui TOC分析儀；油類(lèi)運(yùn)用紫外線(xiàn)分光光度法。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論分析

2.4.1 電流密度對(duì)去除效果的影響

在實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過(guò)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(yùn)用不同的電流密度，對(duì)原裝水在反應(yīng)器內(nèi)的反映進(jìn)行了觀(guān)察，并及時(shí)對(duì)微濾后的油類(lèi)、氨氮及TOC進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖1( a)-(c)所示。

從圖1（a）可以看出，相同時(shí)間的前提下，電流密度增大時(shí)，TOC的去除效率也相應(yīng)隨之提高，但后續(xù)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流密度達(dá)到一定數(shù)值后，去除效率便會(huì)逐漸變緩，逐漸向穩(wěn)定的方向發(fā)展，經(jīng)過(guò)研究分析，筆者認(rèn)為這是因?yàn)樵诙虝r(shí)間內(nèi)較高的電流密度下，反應(yīng)中可以電解出足夠的Al3+，Al3+水解并產(chǎn)生Al(OH)3和多核羥基絡(luò)合物較多，使得試驗(yàn)中須經(jīng)效果良好，但是過(guò)高的電流密度下，會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的Al3+，這樣導(dǎo)致膠體表面的電荷發(fā)生逆轉(zhuǎn)，形成交替排斥，對(duì)原有的絮體進(jìn)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(shí)間對(duì)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(shí)間內(nèi)，電流密度決定了氨氮的去除效果，其去除效果會(huì)隨著電流密度的增大而增大。原因是此實(shí)驗(yàn)利用電化學(xué)反應(yīng)將水中的Cl-氧化成了次氯酸，經(jīng)過(guò)后續(xù)的氧化作用，實(shí)現(xiàn)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(yīng)時(shí)間里，Cl-會(huì)隨著電流密度的升高更易被氧化成次氯酸，進(jìn)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(shí)間內(nèi)，電流密度的變化對(duì)去除效率的影響不大，特別是實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到8min以后，去除效率趨于穩(wěn)定，不會(huì)隨著電流密度再變化。因?yàn)殡姎飧∈怯皖?lèi)的主要去除形式，水電解時(shí)產(chǎn)生的微小氣泡具有粘附性能和浮載能力，可對(duì)電凝徐過(guò)程中產(chǎn)生的絮團(tuán)進(jìn)行吸附，這樣就形成了對(duì)油類(lèi)物質(zhì)的分離和去除，達(dá)到水處理效果。

2.4.2 電解時(shí)間對(duì)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(shí)間的關(guān)系如圖2，其中，在圖1（a）中，隨著電解時(shí)間的加長(zhǎng)，TOC的去除率會(huì)增加，并在一定的時(shí)間后達(dá)到平緩狀態(tài)，而在圖1（b）中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)間的加長(zhǎng)，油類(lèi)的去除率增加，直至一定時(shí)間后，油類(lèi)的去除率不再升高，去除效果逐漸穩(wěn)定。

2.4.3 pH值對(duì)去除效果的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流密度為23.8 A/m2時(shí)，筆者對(duì)原水的pH值進(jìn)行了調(diào)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(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行電解，達(dá)到12 min后，取出后進(jìn)行油類(lèi)、TOC、以及氨氮的檢測(cè)，如圖 2所示。

由圖2可看出，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中的pH值＜7.5時(shí)，隨著pH的升高，TOC的去除效率升高，但pH＞7.5時(shí)，去除效率不會(huì)再升高，基于本實(shí)驗(yàn)去除水中的TOC是應(yīng)用Al(OH)3的吸附性的現(xiàn)狀，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中的原水中酸性大于堿性時(shí)不利于A(yíng)l(OH)3生成，所以，在接近中性的條件下，對(duì)TOC的去除效果最佳。

圖2 pH對(duì)污染物去除效果的影響Fig.2 Effect of pH on removal rate

從實(shí)驗(yàn)中可看出，隨著pH值的增加，暗淡的去除效率會(huì)升高。因?yàn)樵贑l2+H2O=HClO+H++Cl-反應(yīng)中，pH越高，生成的次氯酸的生成，進(jìn)而將水中的氨氮氧化成氮?dú)?，?shí)現(xiàn)對(duì)氨氮的去除。在對(duì)油類(lèi)的去除方面，pH介于4到10時(shí)，對(duì)油類(lèi)的去除效果可達(dá)到94%左右，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的電極產(chǎn)生的氧氣或氫氣的氣浮作用是電絮凝去除油類(lèi)的重要手段，所以，溶液的初始pH值對(duì)油類(lèi)的去除影響不大。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，基于我國(guó)水污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，筆者運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)當(dāng)前水處理的兩種主要技術(shù)進(jìn)行了綜合應(yīng)用分析，發(fā)現(xiàn)電絮凝—微濾法可以有效去除水中的TOC、氨氮和油類(lèi)，而在運(yùn)用的過(guò)程中，電流密度、電解時(shí)間以及pH值都會(huì)對(duì)去除效率產(chǎn)生影響，但pH值的變化對(duì)油類(lèi)的去除沒(méi)有明顯影響，所以此技術(shù)應(yīng)推廣應(yīng)用。

［1］高偉.電絮凝在水處理中的應(yīng)用[J]. 工程設(shè)計(jì)與研究,2011(01):29-31; 48.

［2］宋均軻,錢(qián)斌.電絮凝技術(shù)在水處理中的應(yīng)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(shù)及其應(yīng)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(xué)工作。