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电絮凝技术处理废水的原理

点击次数:98  发布时间:2019-01-31

电絮凝法是将络合吸附与氧化还原、酸碱中和、气浮分离结合起来的处理工艺。M. Y. A. Mollah 等〔3〕研究电絮凝机理表明,带正电的絮凝剂与污染物颗粒通过静电引力和范德华力,络合聚集成团,生成可沉降的絮凝体而去除。有机分子可通过阳极氧化分解成小分子而易于被絮凝剂吸附,染料和溶解态的金属离子则可通过阴极的电还原沉积作用与水体分离。废水呈碱性时,阳极溶出产生的金属离子经水解和络合作用消耗了废水中过多的 OH-,使pH 下降;而对于酸性废水,金属氢氧化物和阴极电解水产生的 OH- 能消耗废水中H+,使pH 上升,因而,电絮凝有中和酸碱的作用〔4〕。另外,当处理含油废水等形成的絮体微轻、难沉降时,还可利用阴极析氢或耦合后续电气浮工艺,由电解水产生的O2 和H2(直径不超过60 μm,远小于加压气泡粒径)在上浮过程中将微轻絮体带至水面达到分离目的,而该过程无需外投PAM 等试剂和处理絮凝污泥。电气浮还兼具一定电氧化去除COD 的功能。


电絮凝法是一个复杂的物化技术,其核心内容是絮凝剂的生成。对于Al 阳极,电解产生的Al3+在水中迅速以水合离子Al(H2O)6 3+的形态存在,随后很快水解失去H+ ,形成一系列单核络合物,如 Al(H2O)5OH2+、Al(H2O)4(OH)2+、Al(H2O)3(OH)3 等。由于羟基铝离子增多,剩余孤对电子,羟基配位能力未饱和,可与另一个铝离子逐渐聚合为羟基桥联结构,形成两个羟基键桥,从而由单核铝的络合物缓慢聚合成表面富含羟基的多核高分子网状聚合物 Alm(H2O )x(OH )n (3m-n),如Al2(H2O )8(OH)2 4+、 Al16(H2O)24(OH)36 12+ 等,并zui终转化成无定形的〔Al(OH)3〕n 絮凝剂。A. Sarpola 等〔5〕通过质谱分析证实了有超过80种单价铝核阳离子(Al2~13)和19 种多价铝核阳离子(Al10~27)存在,另外,还发现超过45 种单价铝核阴离子(Al1~12) 和9 种多价铝核阴离子(Al10~32),而铝絮凝剂的聚合度zui多可达32 个铝。除上述高分子网状聚合物Alm(H2O)x(OH) n (3m-n) 外,还会生成一些氧化铝合氢氧根的大分子聚合物,如Al13O4(OH)24 7+等,或当水体中含有NaCl 电解质时,还会生成一些被NaCl 分子包覆的絮凝剂如〔Al2 (OH)3 (H2O)3·2.05NaCl〕3 + 、〔Al3 (OH)6 (H2O)8· 2.00NaCl〕3+等。一般地,聚合度与絮凝效率呈正相关,吴珍等〔6〕研究表明30 个铝的聚合比13 个铝的聚合的吸附和架桥作用强,而且有更宽的有效投量范围。通常,低聚合度絮凝剂是通过吸附作用去除污染物粒子;而高聚合度絮凝剂则因表面积大、表面基团多,对污染物粒子通过网捕包覆去除,但高聚合度的絮凝剂,产生的后续污泥量较大,增加了处置成本。


对于Al 阳极,电絮凝剂的生成过程还受pH、 Al3+浓度、水体成分、停留时间、水流方式和气泡生成速率等因素的影响。


Al3+在水体中的停留时间越长,与 OH- 水化越充分,聚铝的聚合度和产量就越大,越有利于后续除污,但停留时间过长会降低电絮凝的时空效率。电絮凝法通常采用序批间歇式或循环流动式的水流设置来保证金属离子的水化聚合及絮凝过程的完全和高效。

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