強(qiáng)化電絮凝技術(shù)的基礎(chǔ)現(xiàn)狀和未來(lái)展望

1、強(qiáng)化電絮凝技術(shù)的基礎(chǔ)現(xiàn)狀和未來(lái)展望電絮凝技術(shù)開展至今已有130余年的歷史，是一種兼具化學(xué)絮凝和電化學(xué)技 術(shù)特點(diǎn)的環(huán)境友好型水處理工藝。1889年，英國(guó)學(xué)者P. P. STR0KACH首次提出了將電化學(xué)法應(yīng)用在水處理過(guò) 程中的理論；1901年，英國(guó)學(xué)者H. EUGENE等提出了電絮凝（Electrocoagulation）凈 化廢水的概念，并進(jìn)行了處理工廠實(shí)際廢水的應(yīng)用研究；1903年和1905年，美國(guó)學(xué)者J. T. HARRIS和F. B. HINKSON分別在美國(guó) 獲得了電絮凝水凈化技術(shù)專利；19n年，美國(guó)政府搭建了基于電絮凝技術(shù)的大型污水處理設(shè)施，并應(yīng)用在 俄克拉荷馬州的圣莫尼卡和俄克拉荷

2、馬市，但高耗電量導(dǎo)致設(shè)施在1930年底全 部停止運(yùn)行；1946年，電絮凝技術(shù)首次大規(guī)模應(yīng)用于飲用水處理中，但再次由于技術(shù)不 成熟和運(yùn)行費(fèi)用過(guò)高的原因未得到推廣使用；20世紀(jì)50年代后，美國(guó)和前蘇聯(lián)進(jìn)行了大量深入而廣泛的電絮凝技術(shù)研究, 處理了河水、市政污水、石化廢水和含鋁廢水等；21世紀(jì)初，化學(xué)絮凝劑的快速開展和大規(guī)模使用，以及不興旺的電力工業(yè), 導(dǎo)致電絮凝技術(shù)依舊開展緩慢；至今，伴隨電化學(xué)理論的逐漸完善、科技水平的穩(wěn)步提升和電力工業(yè)的快速 開展，電絮凝技術(shù)的開展不再受到嚴(yán)重制約，再次成為水處理工藝的研究熱點(diǎn)。相比于化學(xué)絮凝，電絮凝技術(shù)具備以下四方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）原位反響且無(wú)二次污染。電絮凝劑

3、是由犧牲陽(yáng)極在電流通過(guò)時(shí)發(fā)生氧 化電解，之后金屬離子自發(fā)水解，原位生成金屬氫氧化物。影響其性質(zhì)的主要因 素是電極材料的種類和水質(zhì)特點(diǎn)（pH、陰陽(yáng)離子和污染物種類等）。電絮凝過(guò)程 不會(huì)有其他外源物質(zhì)（如Cl= S042-和N03-等）的引入，消除了陰離子的競(jìng)爭(zhēng), 減少了水體可能受到的干擾，利于后續(xù)處理的進(jìn)行。（2）有效成分含量高。對(duì)于鋁系絮凝劑，一般認(rèn)為A113是聚合鋁中最有效 的絮凝成分。而在商用鋁鹽絮凝劑的水溶液中鋁的主要形態(tài)為Ala （單體和初聚3日極反響：3日極反響：2Fe 4e2Fe2*（工）陽(yáng)極反響:2H2。 4e O2 H- 4H 1( 2 )溶液反響:2Fe2 + 4OH f 2

4、Fe(OH)2 ( 3 ) 溶液反應(yīng)：Fe2* + H2O2 Fe3* + - OH + OH ( 4 )B月極反.應(yīng):8H + + 8e 4H2( 5 )B月極反響:O2 + 2H + 2e H2O2 ( 6 )總質(zhì)應(yīng)：2Fe + 5H2c - 2Fe(OH)2 + OH +(fi/2)H2( 7 )鋁陽(yáng)極的洛液反響：3H2O2 + 3H，+ Al0 3 . OH + Al3* 3H2O ( 8 )2018年后，關(guān)于電絮凝過(guò)程中氧化還原的相關(guān)研究逐漸有了新的進(jìn)展。W. BARAN等使用電絮凝法去除波蘭城市廢水中常見的獸用抗生素，包括青 霉素(氨年青霉素)、四環(huán)素(強(qiáng)力霉素)、大環(huán)內(nèi)酯類(酒石

5、酸泰樂菌素)和 磺胺(磺胺暖喋鈉)，發(fā)現(xiàn)只有四環(huán)素可以通過(guò)絮凝和氧化降解最終從廢水中去 除，但對(duì)該過(guò)程的氧化降解途徑和機(jī)理未有明確提及?；诖耍瑖?guó)內(nèi)局部學(xué)者對(duì)該過(guò)程的氧化機(jī)理進(jìn)行了深入的探究。高雪等發(fā)現(xiàn), 使用鐵板作為陽(yáng)極，在電流為0.3 A,電絮凝時(shí)間為15 min的條件下，水中四 環(huán)素(TTC)能夠被快速高效去除，去除率到達(dá)99.6%。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到可被氧化降解的四環(huán)素到達(dá)41. 9%,證實(shí)了鐵電絮凝具有高 氧化率的特點(diǎn)，鐵電極溶出的Fe (II)能夠生成氧化性物質(zhì)Fe (II) -TTC. Fe (III) Fe (III) -TTC,并與強(qiáng)吸附性絮凝劑y-FeOOH發(fā)生協(xié)同作用完成了四

6、 環(huán)素的高效去除。張嚴(yán)等以磺胺污染的漢江平原地下水為對(duì)象，通過(guò)猝滅自由基、厭氧電絮凝 和加Fe (III)鹽等對(duì)照實(shí)驗(yàn)，揭示了鐵電絮凝降解磺胺過(guò)程中的羥基自由基氧 化機(jī)制。該項(xiàng)研究最正確條件中初始pH為7. 30. 1,即在中性條件下也明顯有-0H 的生成。這與D. GHERNAOUT的推論是不相符的，說(shuō)明-0H的生成并非完全由pH主 導(dǎo)。電絮凝過(guò)程中-0H的控制因素尚需要更多的研究討論來(lái)完善。錢傲等研究了鐵電絮凝在不同特定氧化還原電位條件（電流條件和供氧方式）下的0H產(chǎn)生和污染物（苯甲酸）降解轉(zhuǎn)化的機(jī)理，轉(zhuǎn)變了固有的電絮凝 是以電凝聚過(guò)程為主的污染物去除機(jī)理。結(jié)論可以概括為以下5點(diǎn)：（1）有

7、氧氧化是產(chǎn)生0H的必要條件，這與D. GHERNAOUT的初始推論是 相近的。（2）當(dāng)電流為530 mA時(shí)（較低電流條件，反響體系氧化還原電位較高）， 電絮凝系統(tǒng)能夠保持一定程度的溶解氧，電解出的Fe （II）可以被完全氧化， 且氧化過(guò)程中有-OH生成，-OH的產(chǎn)生速率隨電流增加而逐漸加快，但在控制 電解出的總鐵量一定時(shí)-OH的產(chǎn)量未受電流變化的影響。（3）當(dāng)電流為50130 mA時(shí)（高電流條件，反響體系氧化還原電位較低）， 電流增加，-OH的產(chǎn)生速率和產(chǎn)生量都會(huì)隨之增加。而當(dāng)溶解氧為Omg/L 時(shí)，-0H的產(chǎn)生也隨之停止。（4）進(jìn)行人為曝氣供氧來(lái)維持體系的溶解氧在一定程度，當(dāng)電流為50130

8、 mA時(shí)，陽(yáng)極釋放的Fe （H）能夠被完全氧化，-0H的產(chǎn)生速率隨電流增加而增 加。（5）鐵電絮凝過(guò)程中，溶解氧供給充足可使Fe （II）被完全氧化進(jìn)一步產(chǎn) 生 0H,當(dāng)供給缺乏時(shí)Fe （II）氧化不完全會(huì)導(dǎo)致pH升高從而抑制 0H的生成。 因此，電流和溶解氧會(huì)共同控制-0H的生成。當(dāng)強(qiáng)氧化劑-0H存在時(shí)，鐵電絮 凝就具有了氧化還原的能力。目前來(lái)說(shuō)，近年的研究理論和數(shù)據(jù)都說(shuō)明了電絮凝過(guò)程中0H的存在，即 電絮凝技術(shù)真實(shí)具備氧化還原能力，為傳統(tǒng)電絮凝向強(qiáng)化電絮凝技術(shù)的轉(zhuǎn)化提供 了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐，增加了對(duì)強(qiáng)化電絮凝技術(shù)的深入認(rèn)知。當(dāng)然，這里討論 的主要是強(qiáng)化電絮凝過(guò)程中的原位自由基產(chǎn)生機(jī)理，實(shí)

9、際強(qiáng)化電絮凝的氧化機(jī)理 不止于此，將會(huì)在后面的討論中繼續(xù)分析說(shuō)明。4強(qiáng)化電絮凝技術(shù)研究現(xiàn)狀4.1電源技術(shù)4. 1. 1脈沖電源傳統(tǒng)電絮凝最常使用的電源為直流電源，其以低電壓、大電流的供電方式運(yùn) 行，但這種方式容易使陽(yáng)極外表發(fā)生鈍化，造成電極使用壽命縮短以及系統(tǒng)能耗 增加。針對(duì)電極鈍化的解決方法主要為機(jī)械清洗法、引入破鈍劑和脈沖電流法。大 量研究發(fā)現(xiàn)，將脈沖技術(shù)與傳統(tǒng)電絮凝結(jié)合形成的脈沖電絮凝是目前解決電絮凝 陽(yáng)極鈍化問(wèn)題的最正確方式。脈沖電絮凝是在電極板之間施加脈沖信號(hào)，使電極反響間斷進(jìn)行，形成“通 一斷一通”的模式，這種模式下犧牲陽(yáng)極溶解的金屬離子更易于在溶液中擴(kuò)散， 有利于絮體的快速形成，

10、以及降低濃差極化、減緩電極鈍化。在脈沖電絮凝的基 礎(chǔ)上，再施加周期換向電流，可有效提高陰極利用率。雙極均可成為犧牲陽(yáng)極，兩極交替使用減輕了單極的外表鈍化問(wèn)題，并促進(jìn) 了整個(gè)系統(tǒng)金屬離子水解生成的絮凝劑與污染物間的相互作用。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 長(zhǎng)期頻繁的電極調(diào)換會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電源的使用壽命，從另一方面提高了該技術(shù)的工 程價(jià)格。因此，基于脈沖電源的強(qiáng)化電絮凝技術(shù)目前需要研究如何提高電源穩(wěn)定 性，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。王瑤使用脈沖電源進(jìn)行了除氟的研究，選擇鋁（陽(yáng)）-鐵（陰）電極組合， 在脈沖頻率為1 000 Hz,占空比為40%,正向和反向電流密度分別為4 mA/cm2 和1 mA/cm2時(shí)，氟的去除率到

11、達(dá)83%以上，出水氟質(zhì)量濃度低于1 mg/Lo廣州精美集團(tuán)生產(chǎn)塑膠的電鍍廢水中含有高濃度Cr2072-、Ni2+和Cu2+等重 金屬離子，原系統(tǒng)使用化學(xué)沉降法，費(fèi)用高且難以達(dá)標(biāo)排放。經(jīng)改造后，使用2 臺(tái)高壓脈沖電絮凝裝置并聯(lián)操作，在電流密度為60.5 A/cm2下穩(wěn)定運(yùn)行后，污 染物凈化水平到達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)泥量更少，每月節(jié)約污水處理費(fèi)用20余萬(wàn)元。徐國(guó)仁等考察了復(fù)極式高壓脈沖電絮凝反響設(shè)備對(duì)河南省開封市某五金電 鍍公司的化學(xué)鍍鏢車間廢水的處理情況，實(shí)際運(yùn)行說(shuō)明出水中的總鎮(zhèn)和C0D均能 夠到達(dá)電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 219002008）的限制要求，整套設(shè)備運(yùn)行 一年以上狀況良好。同時(shí)，整個(gè)設(shè)

12、備采用PLC控制系統(tǒng)可全自動(dòng)操作，減少了人力操作可能產(chǎn)生 的問(wèn)題。將相同的設(shè)備應(yīng)用于天津某電鍍公司的六價(jià)銘廢水處理，出水中六價(jià)鋁 濃度遠(yuǎn)低于排放限制，本錢比投藥工藝低70%,污泥量減少30%。4. 1.2光伏電源實(shí)際使用中，傳統(tǒng)電絮凝的電源需要通過(guò)變壓器、整流器和過(guò)濾器將交流電 轉(zhuǎn)換為直流電。而在電力短缺、位置偏遠(yuǎn)的地區(qū)，環(huán)境壓力和經(jīng)濟(jì)投入等問(wèn)題會(huì) 導(dǎo)致傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)難以應(yīng)用。雖然以目前的技術(shù)來(lái)說(shuō)，光伏電源能源利用率相對(duì)較低，但其具有投資和運(yùn) 行本錢低且更為環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。因此，在特殊地區(qū)基于光伏電源的強(qiáng)化電絮凝技術(shù) 表現(xiàn)出良好的可持續(xù)開展性。D. VALERO等在2008年首次進(jìn)行了通過(guò)光伏陣列

13、供電驅(qū)動(dòng)的電絮凝研究， 論證了直接由光伏陣列供電的電絮凝系統(tǒng)的可行性。李俊聰?shù)纫阅苤苯虞敵龅蛪褐绷麟姷墓夥姵刈鳛殡娫?，使用電絮凝工藝進(jìn) 行了新農(nóng)村微污染水體中磷的治理研究，驗(yàn)證了光伏電源驅(qū)動(dòng)的電絮凝工藝在農(nóng) 村區(qū)域具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值及可持續(xù)開展前景。2017年，Shunxi ZHANG等通過(guò)光伏驅(qū)動(dòng)電絮凝技術(shù)去除廢水中銀，在光照 強(qiáng)度為(75030) W/m2,處理時(shí)間為40 min時(shí)，鏢去除率接近100虬王航宇等進(jìn)行了太陽(yáng)能電池板和電絮凝設(shè)備的耦合設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化，極板數(shù) 量和光照時(shí)間是影響油田污水處理效率的主要因素，并且太陽(yáng)能可提供足夠反響 裝置穩(wěn)定運(yùn)行的電能，具備替代傳統(tǒng)電絮凝電源的

14、能力。4. 1.3空氣陰極傳統(tǒng)電絮凝通常是使用鐵、鋁和不銹鋼等作為陰極，主要起到構(gòu)成系統(tǒng)回路 的作用。而空氣陰極具有疏水氣體擴(kuò)散層，電極一側(cè)直接暴露在空氣中，從而實(shí) 現(xiàn)無(wú)源氧擴(kuò)散，并進(jìn)一步進(jìn)行二電子反響到達(dá)催化降解污染物的效果。田雨時(shí)通過(guò)使用輻壓活性炭空氣陰極，構(gòu)建了遷移電場(chǎng)輔助空氣陰極電絮凝 系統(tǒng)，以自主富氧方式突破了傳統(tǒng)電絮凝電耗大和曝氣束縛等問(wèn)題，在處理污水 處理廠初沉池生活污水的過(guò)程中，氨氮和磷酸鹽去除率超過(guò)99%, COD去除率為 73. 5%,電能消耗為 1.8 kW h/m3oYanxiao SI等使用空氣陰極產(chǎn)生(3. 70. 1) mg/ (L h)的H202,在與 Fe (

15、II)的相互作用下間接促進(jìn)了 As (III)的氧化。當(dāng)電流密度為4 A/m2時(shí)， 空氣陰極電絮凝的平均槽電壓為1.0 V,遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電絮凝的1.9 Vo盡管空氣 陰極的價(jià)格要比不銹鋼陰極高出18%,但整個(gè)系統(tǒng)的能耗降低了 74%,更低的能 耗有效促進(jìn)了基于空氣陰極的強(qiáng)化電絮凝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。無(wú)線技術(shù)傳統(tǒng)電絮凝通常是通過(guò)歐姆接觸(即導(dǎo)線)使電極和外電路之間建立連接， 而電極在與導(dǎo)線相互接觸時(shí)，接觸界面受到的腐蝕應(yīng)力較大，使得犧牲電極在接 頭區(qū)域更容易受到腐蝕。針對(duì)這種問(wèn)題，ZhenlianQI等提出了無(wú)線電絮凝技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)以鐵板或 者鋁板作為犧牲陽(yáng)極和陰極，同時(shí)使用2個(gè)石墨板作為驅(qū)動(dòng)電極

16、，電場(chǎng)引起的電 位差使陽(yáng)極溶解產(chǎn)生電絮凝作用。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明產(chǎn)生的總鐵濃度只與雙極的幾何構(gòu)型有關(guān)，和電化學(xué)參數(shù)無(wú)直 接關(guān)系，且平行電場(chǎng)放置的雙極較垂直放置的雙極的總鐵濃度高出84. 6%, “H” 型雙極構(gòu)型能夠節(jié)省超過(guò)40%的電極材料本錢。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以解決電 極連接問(wèn)題，并且可以設(shè)置任意數(shù)量“H”型雙極裝置進(jìn)行工作，目前需要進(jìn)一 步研究更大水量下系統(tǒng)的可行性。4.2電極技術(shù)4. 2. 1電極材料電極反響是電化學(xué)技術(shù)的核心，不同電極材料具備不同的電化學(xué)特性，因此 選擇合適的電極能夠有效提升電絮凝技術(shù)處理污染物的效率。傳統(tǒng)電絮凝最常使用的陽(yáng)極材料為鋁和鐵，從眾多科學(xué)研究結(jié)果看，鋁電極 的

17、絮凝效果更佳，而鐵電極的經(jīng)濟(jì)適用性更強(qiáng)。因此，鋁陽(yáng)極多用于飲用水處理, 鐵陽(yáng)極多用來(lái)處理各類工業(yè)廢水和生活污水。當(dāng)陽(yáng)極為鋁電極時(shí)，電化學(xué)反響如下：Al t Al3+ + 3e (9 )堿性條件下：Al3+ + 3OH t A1(OH)3( 10 )酸性條件下：A13+ + 3H2。t A1(OH)3 + 3H+ (11 )當(dāng)陽(yáng)極為鐵電極時(shí)，電化學(xué)反響如下：Fe T Fe2+ + 2e (12)堿性條件下：Fe2+ + 2OH- t Fe(OH)2 ( 13 )酸性條件下：lEe21 十()2 十 2H2。t 1Fe34 + 4OH ( 14 )在電絮凝領(lǐng)域，研究者的目光主要集中在鐵和鋁上，其他

18、材料的研究極少。 自2010年后，局部學(xué)者逐步進(jìn)行了其他可溶解性金屬陽(yáng)極的研究，如鎂、鋅、 銅和鈦等。D. OUMAR等研究了鎂作為陽(yáng)極電混凝耦合生物過(guò)濾技術(shù)處理垃圾滲濾液的 過(guò)程，在電流密度為10 mA/cm2,處理30 min后COD去除率和脫色率分別到達(dá) 了 53%和 85%o在美國(guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中，限制鋁離子的質(zhì)量濃度為0.2 mg/L,鎂離子的 質(zhì)量濃度高達(dá)30 mg/L,而中國(guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)甚至對(duì)鎂離子沒有限定。這項(xiàng)研 究為目前難以解決的鐵鋁殘留問(wèn)題提出了另一條解決方式，可以通過(guò)共同使用多 類型犧牲陽(yáng)極保證水質(zhì)污染物去除率達(dá)標(biāo)，同時(shí)金屬離子剩余量符合標(biāo)準(zhǔn)。M. S. SAFWAT等

19、使用銅電極作為陽(yáng)極處理了實(shí)際印刷廢水，并與鋁陽(yáng)極進(jìn) 行了比擬研究，結(jié)果說(shuō)明銅電極對(duì)污染物的去除效果優(yōu)于鋁電極；當(dāng)電流密度為 21 mA/cm2時(shí)，銅電極比鋁電極的COD去除率高出約10%；當(dāng)反響進(jìn)行90 min 時(shí)，銅電極對(duì)于總?cè)芙庑怨腆w的去除率為24%,而鋁電極僅能到達(dá)7%。H. K. SHON等首次使用了鈦板作為電絮凝犧牲陽(yáng)極，在電流密度為8. 3 mA/cm2,攪拌速率為700率為n, pH為4的條件下,DOC的去除率到達(dá)60%70%, 同時(shí)電解鈦板生成的絮凝劑具有去除尺寸更小有機(jī)物的特點(diǎn)，而且絮凝后的污泥 在低溫煨燒后可作為二氧化鈦催化劑應(yīng)用于光催化降解技術(shù)中。這項(xiàng)研究擴(kuò)展了 陽(yáng)極材料

20、的領(lǐng)域，同時(shí)對(duì)于絮凝污泥的后處理提供了新的途徑?；陔姌O材料的強(qiáng)化電絮凝技術(shù)表現(xiàn)出了更大范圍且更高效的污染物處理 能力，并具備了傳統(tǒng)電絮凝不具備的一些新型后處理手段。除使用純金屬陽(yáng)極外，也可將金屬合金作為電絮凝陽(yáng)極。金屬合金相對(duì)于單 金屬來(lái)說(shuō)，電化學(xué)性能顯著改善。合金化能有效促進(jìn)電極外表鈍化膜的活化溶解, 增加電極使用壽命并減少系統(tǒng)的能耗。D. ADELAIDE等研究發(fā)現(xiàn)Al-Mg合金和Al-Zn-In合金較純A1陽(yáng)極表現(xiàn)出更 優(yōu)秀的廢水處理效果。Al-Mg合金處理實(shí)際硝酸鹽廢水15 min即可到達(dá)完全去 除。同時(shí)，純A1陽(yáng)極外表會(huì)被動(dòng)形成穩(wěn)定的氧化膜，而合金對(duì)這種被動(dòng)鈍化行 為的敏感性更弱，

21、且更易于溶解。4. 2.2電極形狀電極的幾何形狀會(huì)影響反響器的構(gòu)型，除污染物去除性能上的差異外，還會(huì) 影響反響器的放大、運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)電絮凝研究中最常使用的為平板電極, 而近十年來(lái)學(xué)者們還進(jìn)行了棒狀電極、圓柱電極、旋轉(zhuǎn)電極和穿孔電極等方面的 研究見圖40(d)圖4棒狀電極(a )、國(guó)柱電報(bào)(b)、旋轉(zhuǎn)電極(c )、穿孔電極(d )示意M. MALAKOOTIAN等使用鐵棒電極作為陽(yáng)極進(jìn)行了電絮凝法去除飲用水硬度 的實(shí)驗(yàn)室研究，如圖4 (a)所示，電極尺寸直徑2 mm。由于棒狀電極與平板電 極適用的反響器構(gòu)型相近，因此處理污染物的效果也較為相近。這類電極需要完全浸沒到水體內(nèi)部，并通過(guò)攪拌的方

22、式使其均勻傳質(zhì)。由于 金屬板本身的不均勻腐蝕特性，通常會(huì)有難以拆卸的問(wèn)題。U. T. UN等設(shè)計(jì)了一種圓柱形陽(yáng)極搭配旋轉(zhuǎn)葉輪陰極的電極構(gòu)型處理水中 氟化物。由于反響器和陽(yáng)極均為圓柱形，因此能夠?qū)㈥帢O放置在陽(yáng)極的內(nèi)部。除 了能使用如圖4 (b)所示的旋轉(zhuǎn)葉輪陰極，也可以使用金屬棒作為陰極。這種 電極構(gòu)型利于控制電極間距，并且在更換電極方面也表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。A. S. NAJE等設(shè)計(jì)了一種特殊的能夠同時(shí)處理紡織廢水和制氫的電絮凝反 應(yīng)器一一旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極反響器，電極結(jié)構(gòu)如圖4(c)所示，內(nèi)部為搭配葉輪的柱狀 陽(yáng)極，外側(cè)套入多組圓環(huán)作為陰極，這種構(gòu)型下電極總活性面積可到達(dá)500 nl2； 同時(shí)，通過(guò)調(diào)整

23、陽(yáng)極的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)總電耗僅為0.56kW-h/m3,比傳統(tǒng)電絮凝構(gòu) 型更為經(jīng)濟(jì)。D. 0. AVANCINI等考察了電絮凝過(guò)程中穿孔電極處理廢金屬加工乳液的效 果，穿孔電極如圖4 (d)所示，這些孔的存在會(huì)導(dǎo)致水體pH變化率增加，會(huì)更 快速到達(dá)最終穩(wěn)定狀態(tài)；同時(shí)，孔的數(shù)量會(huì)影響污染物去除效率，孔數(shù)的增加明 顯增強(qiáng)了電絮凝系統(tǒng)對(duì)污染物的去除能力。研究還發(fā)現(xiàn)在孔附近不存在金屬腐蝕現(xiàn)象，而孔的存在會(huì)影響電極整體腐蝕 坑的平均尺寸和分布。基于電極形狀的強(qiáng)化電絮凝技術(shù)是其實(shí)際應(yīng)用的基本保 障，合理的電極結(jié)構(gòu)與反響器構(gòu)型的搭配，在保證提升污染物的去除效率以外, 能促使其實(shí)際運(yùn)行的長(zhǎng)期穩(wěn)定。3集成技術(shù)3.1電

24、絮凝-活性炭吸附技術(shù)活性炭材料通常具有較大的比外表積，最高可超3 000 m2/g,同時(shí)其外表 也具有豐富的官能團(tuán)，如羥基、竣基和內(nèi)酯基等，因此對(duì)各類污染物都具有極強(qiáng) 的吸附能力。活性炭材料的前驅(qū)體種類眾多（如稻殼、秸稈、樹葉和木屑等），制備價(jià)格 低廉且水處理效果出眾。因此，考慮到電絮凝技術(shù)本身存在能耗較高的問(wèn)題，基 于活性炭吸附的強(qiáng)化電絮凝技術(shù)有利于降低系統(tǒng)本錢。N. V. NARAYANAN等使用間歇式攪拌電絮凝反響器，研究了鐵鋁電極結(jié)合顆 粒活性炭吸附去除合成廢水中六價(jià)鋁的可行性，研究發(fā)現(xiàn)在較低的電流密度下， 添加顆?；钚蕴浚℅AC）作為吸附劑能明顯提高六價(jià)鋁的去除率。M. S. SEC

25、ULA等考察了 4種不同商用活性炭與電絮凝聯(lián)用技術(shù)與傳統(tǒng)電絮 凝技術(shù)對(duì)水溶液中靛胭脂脫色能力和運(yùn)行本錢上的差異，得出了與N. V. NARAYANAN相近的研究結(jié)果，在較低的電流密度和工作時(shí)間下，加入吸附劑對(duì)污 染物的去除效果更佳；這種去除效率的提升根本在于活性炭材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，L27活性炭具 有較大的比外表積以及豐富的酸性外表官能團(tuán)，因此在耦合過(guò)程中表現(xiàn)出了最優(yōu) 異的性能；同時(shí)，在反響進(jìn)行90 min時(shí)，傳統(tǒng)電絮凝去除單位污染物的能耗為3. 41 kW h/kg,而EC/GAC強(qiáng)化技術(shù)的能耗僅為1.35 kW - h/kgo因此，這種強(qiáng)化電 絮凝技術(shù)適合替代傳統(tǒng)電絮凝。4. 3.2電絮

26、凝-超聲技術(shù)超聲技術(shù)能夠有效提高電絮凝處理污染物過(guò)程的整體性能。超聲過(guò)程可以破 壞沉積在電極外表的固體層及降低電極外表雙電層的厚度，減緩陽(yáng)極的鈍化現(xiàn) 象；同時(shí)，能夠使電極外表生成缺陷，進(jìn)一步活化電極和電極反響區(qū)的離子。但 超聲也可能破壞膠體顆粒的結(jié)構(gòu)及外表的吸附層，因此需要合理控制超聲功率和 頻率。目前的研究發(fā)現(xiàn)超聲能夠輔助自由基的形成，機(jī)制如下：H2o+(US) . OH f . H ( 15 ) H + H t H2 ( 16 )* OH 十 OH - H2O2(17 ) H+ O2 - HO2 ,( 18 )H2O2 + H t H2O + OH ( 19 )HOg - + HO2 H2

27、O2 十 O2 ( 20 )超聲過(guò)程有OH、- H和H02 等自由基生成，自由基的存在能夠促進(jìn)有機(jī) 物的降解。但實(shí)際上使用超聲降解有機(jī)物的研究極少。Jiangping LI等針對(duì)精細(xì)化工除磷過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了電絮凝與超 聲共同處理的方法，在電絮凝最正確反響條件下超聲10 min后，合成廢水中的總 磷由86 mg由降低到0. 4 mg/L,去除率到達(dá)99. 6%,此時(shí)超聲功率為4 W/cm2, 頻率為20 kHz；比照而言，單一電絮凝處理下污染物的去除率僅為81. 3%,單獨(dú)超聲對(duì)污染 物幾乎無(wú)去除能力。超聲促進(jìn)了絮凝劑在溶液中的擴(kuò)散，加快了電極外表鈍化層 的破壞，同時(shí)，超聲強(qiáng)化了電場(chǎng)傳遞

28、過(guò)程，降低了電絮凝體系的電位，減弱了反 應(yīng)體系中的濃差極化。因此，兩者的協(xié)同作用有效加強(qiáng)了高磷廢水的凈化，較單 一電絮凝的處理時(shí)間縮短了 2倍。超聲除了促進(jìn)電絮凝絮體聚集和空化作用對(duì)電極外表鈍化層進(jìn)行清洗外，電 絮凝過(guò)程中產(chǎn)生的大量微氣泡具有增強(qiáng)超聲空化效應(yīng)的能力。余晟等使用超聲-鐵電陽(yáng)極工藝處理300 m3/d的酯化淀粉調(diào)節(jié)池廢水，整套 工藝流程為“調(diào)節(jié)池+超聲-電絮凝裝置+濾池+活性炭濾池”，其中鐵陽(yáng)極電壓為 10 V,超聲工作頻率為30 kHz,此工藝運(yùn)行180 d出水穩(wěn)定，完全符合淀粉 工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 254612010)間接排放標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)企業(yè)實(shí)際效益核 算，運(yùn)行本錢減少(0

29、.84 0.25)元/m3。3.3電絮凝-臭氧技術(shù)臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，由于臭氧分子中的氧原子具有強(qiáng)親電子性和親質(zhì)子 性，因此能直接氧化有機(jī)物或者無(wú)機(jī)物到達(dá)污染物快速去除的目的。而除了直接氧化污染物外，臭氧也會(huì)形成0H等強(qiáng)氧化基團(tuán)，進(jìn)行有效和非選擇性的污染 物去除。臭氧產(chǎn)生自由基的機(jī)制如下：O? + 2H+2。- t 5 + 2H2。( 21 )O3 + H2O - 2 - OH + O2 ( 22 )O3+OH t O2 + HO2 -( 23 )O3 十 OH t O2+HO2 2Of + H, ( 24 )O3 I HO2 - - 2O2 + OH ( 25 )2H5 , t O2 + H

30、2O2 ( 26 )何志橋等使用臭氧強(qiáng)化電絮凝處理直接耐曬大紅4BS模擬染料廢水。在電流 密度為15 mA/cm2和03流量為0. 6 L/h條件下處理100 mg/L 4BS, 50 min后脫 色率到達(dá)94%以上，所需時(shí)間比單獨(dú)電絮凝工藝/臭氧工藝到達(dá)相近脫色率縮短 了 70 min。P. ASAITHAMBI等使用臭氧輔助電絮凝處理酒廠廢水，主要考察了鐵鋁不同 組合下聯(lián)合工藝的協(xié)同效應(yīng)，對(duì)色度和COD的去除率較單一電絮凝和單一臭氧技 術(shù)有明顯提升；當(dāng)電流密度為3 A/dm2,初始COD為2 500 mg/L,臭氧流量為 15 L/min時(shí)，COD去除率到達(dá)83%,能耗為5. 1 kW -

31、 h/m3,處理2 h后能夠完全 去除色度；在臭氧協(xié)同電絮凝處理污染物過(guò)程中，F(xiàn)e2+與03催化反響生成中間 產(chǎn)物Fe02+, Fe2+還會(huì)催化03分解生成-OIL具體反響機(jī)制如下：。3 +Fe2* t FeO2+ + O2 ( 27 )FeO2+ + H2O t Fe3+ + HO . + HO ( 28 )FeO2 + Fe2+2H 一 2Fe3* + H2O ( 29 )3.4電絮凝-光/電催化氧化技術(shù)除臭氧氧化技術(shù)外，根據(jù)產(chǎn)生自由基的方式和反響條件的不同，高級(jí)氧化技 術(shù)還包括電化學(xué)氧化、Fenton氧化和光催化氧化等。這些技術(shù)對(duì)有機(jī)污染物具有更顯著的去除能力，在與傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)組合使

32、用后，能夠相互彌補(bǔ)缺點(diǎn)，擴(kuò)大可處理污染物范圍，是目前具有很大開展?jié)摿Φ?強(qiáng)化電絮凝工藝之一。體）,A113質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在301r35%。相比之下，以鋁為陽(yáng)極的電絮凝過(guò)程，通 過(guò)電解參數(shù)和攪拌強(qiáng)度等因素的調(diào)控，電絮凝劑可保持高含量的A113,最高質(zhì) 量分?jǐn)?shù)可到達(dá)709r80%。（3）污泥量少。電絮凝技術(shù)產(chǎn)生的絮凝劑有效成分含量更高，處理相同體 積廢水消耗的鐵或鋁的質(zhì)量一般為化學(xué)絮凝的1/3O因此，產(chǎn)生的污泥量也會(huì)明 顯減少，通常情況下污泥減少量在33%以上。（4）裝置簡(jiǎn)單且操作簡(jiǎn)便。電絮凝裝置運(yùn)行的主要參數(shù)是電流和電壓，整 體工藝具有高度的可自動(dòng)化控制水平，運(yùn)行過(guò)程中的操作、維護(hù)和管理簡(jiǎn)單便捷,

33、 對(duì)工作人員的專業(yè)需求較低。相對(duì)來(lái)說(shuō)，電絮凝技術(shù)也存在一些不可忽視的問(wèn)題，這些缺點(diǎn)限制了該項(xiàng)技 術(shù)的進(jìn)一步開展，主要為以下4點(diǎn)：（1）電導(dǎo)率要求較高。在電化學(xué)技術(shù)中，保持電化學(xué)反響的進(jìn)行即電流的 流動(dòng)，需要溶液必須具有較高的電導(dǎo)率。因此，溶液的電導(dǎo)率會(huì)直接影響整個(gè)工 藝的污染物去除效率和運(yùn)行本錢。為了保證低能耗，目前電絮凝領(lǐng)域的研究多集 中在工業(yè)廢水（電鍍廢水、印染廢水、餐飲廢水和造紙廢水等），在水源水和生 活污水上的研究相對(duì)較少。（2）陽(yáng)極需要定期更換。由于陽(yáng)極發(fā)生電化學(xué)溶解，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)大量消 耗，假設(shè)不定期更換。容易導(dǎo)致極板的破壞并進(jìn)一步對(duì)水體造成污染。（3）金屬離子的殘留。電絮凝過(guò)程中

34、溶出的金屬離子存在自發(fā)的水解過(guò)程, 除生成具有絮凝效果的電絮凝劑外，會(huì)有局部金屬離子溶解在水中。如鐵離子和 鋁離子的殘留分別會(huì)導(dǎo)致水體的高色度和對(duì)人體的毒性積累，因此一般需要后處 理工藝保證出水中的鐵鋁殘留量達(dá)標(biāo)。（4）陽(yáng)極鈍化。陽(yáng)極鈍化是目前限制電絮凝技術(shù)應(yīng)用的主要因素。鈍化膜 的存在會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極溶解速度減緩、電流效率降低和額外增加運(yùn)行電耗。目前對(duì)于 陽(yáng)極鈍化現(xiàn)象的理論解釋主要為薄膜理論和吸附理論。薄膜理論認(rèn)為陽(yáng)極外表生成的復(fù)合分子氧化膜會(huì)促使其電勢(shì)發(fā)生突越，極化 電流會(huì)消耗在電極副反響過(guò)程（氧的析出和高價(jià)反響產(chǎn)物生成等），導(dǎo)致了陽(yáng)極 溶解速率的明顯下降。而吸附理論認(rèn)為水中的氧、氧化物等粒子會(huì)

35、吸附在陽(yáng)極表 面，改變金屬-溶液的界面結(jié)構(gòu)，造成陽(yáng)極反響的活化能升高，從而出現(xiàn)鈍化現(xiàn)Sheng LIANG等發(fā)現(xiàn)鐵陽(yáng)極原位生成的Fe2+和混合金屬氧化物（MMO）陽(yáng)極 原位生成的02反響得到的-02-能夠有效將亞磷酸鹽氧化為磷酸鹽。以Fe和MM0作為雙陽(yáng)極，電流為100 mA,反響60 min后，亞磷酸鹽的去 除率到達(dá)74. 25%,而在無(wú)MM0電極參與下污染物去除率低于23. 41%,在化學(xué)混 凝中去除率低于5. 03%。并通過(guò)電子自旋共振實(shí)驗(yàn)證明了-02-是整個(gè)EC-E0體 系中污染物更高效去除的關(guān)鍵。J. HEFFRON等進(jìn)行了連續(xù)電絮凝和電氧化抑制飲用水中病毒的研究，發(fā)現(xiàn) 天然有機(jī)物和

36、濁度會(huì)抑制MS2和0X174兩種噬菌體在電氧化階段的處理效果， 因此聯(lián)用電絮凝技術(shù)作為前處理工藝有效提升了對(duì)模擬地表水中的病毒的抑制 效果。J. HEFFRON推測(cè)絮凝/過(guò)濾、亞鐵消毒和電氧化消毒的協(xié)同附加效應(yīng)實(shí)現(xiàn) 了更有效的病毒減少。M. BOROSKI等使用電絮凝和非均相Ti02光催化聯(lián)合處理制藥和化妝品行業(yè) 廢水。電絮凝過(guò)程去除了大局部的膠體有機(jī)物和懸浮物，難降解有機(jī)物仍然存在 于出水中。在隨后聯(lián)用多相光催化技術(shù)，難降解有機(jī)物被降解至礦化。單一電絮 凝僅將初始COD為1 753 mg/L的廢水處理至160 mg/L,在聯(lián)用UV/Ti02/H202 后可將COD降低至50 mg/L以下。這

37、種基于光催化的強(qiáng)化電絮凝技術(shù)在工業(yè)規(guī)模 中表現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價(jià)值。4. 3.5電絮凝-膜生物反響器技術(shù)膜生物反響器（MBR）是將膜別離技術(shù)與生物化學(xué)技術(shù)相結(jié)合的一種生物水 處理技術(shù)，是當(dāng)前處理高濃度有機(jī)廢水以及中水回用最有前途的污水處理技術(shù)之 一。其特點(diǎn)是占地面積小、管理簡(jiǎn)單，盡管膜價(jià)格逐年有所降低，但MBR技術(shù)的 本錢依然是制約其開展的主要因素之一。以電絮凝作為預(yù)處理工藝那么能有效增加MBR技術(shù)的膜使用壽命。因此，基于 膜生物反響器的強(qiáng)化電絮凝技術(shù)成為了目前的研究熱點(diǎn)之一。王祎涵等比照了 EC-MBR 一體式反響器與單獨(dú)MBR反響器處理生活污水的水 質(zhì)情況，電絮凝的加入使COD、氨氮和總磷的

38、去除率比僅運(yùn)行MBR時(shí)有了明顯的 提升，電絮凝原位產(chǎn)生的Fe2+能有效增強(qiáng)污泥的活性，并進(jìn)一步改善污泥沉降 性能。K. BANI-MELHEM等進(jìn)行了電絮凝-膜生物反響器集成工藝處理中水的研究，比擬了連續(xù)運(yùn)行24 d下，有無(wú)電絮凝參與的膜生物反響器在恒定跨膜壓力下對(duì) 污染物的去除效果。結(jié)果說(shuō)明，將電絮凝工藝與膜生物反響器相結(jié)合，不僅是一種有效的中水處 理方法，也是提高膜過(guò)濾過(guò)程整體性能的有效方法。組合工藝與單獨(dú)膜生物反響 器運(yùn)行相比，膜污染降低了 13%,對(duì)COD、濁度和色度等去除性能有較小的提高, 而在磷酸鹽去除率上有接近30%的提升。5總結(jié)和未來(lái)展望強(qiáng)化電絮凝技術(shù)是一種符合如今時(shí)代特征的環(huán)

39、保型水處理工藝，具有廣闊的 開展前景。除具有傳統(tǒng)電絮凝的原位無(wú)二次污染、有效成分含量高、污泥量少、 裝置簡(jiǎn)單和易于實(shí)現(xiàn)自控等優(yōu)點(diǎn)外，還表現(xiàn)出更廣的可處理污染物范圍、更高的 污染物去除效率和更低的能源消耗等特點(diǎn)。強(qiáng)化電絮凝技術(shù)是在傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)的三個(gè)方面上進(jìn)行升級(jí)：一是對(duì)機(jī)理進(jìn)行了更深入的探討，并提出了新的觀點(diǎn)，為新型水處理技術(shù)的 開展提供了理論依據(jù)；二是在電極材料/結(jié)構(gòu)和反響器構(gòu)型的研究上進(jìn)入了全新的開展階段；三是逐步加速了各類水處理工藝與傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)的緊密結(jié)合，為各類型廢 水的實(shí)際處理提供了更多項(xiàng)選擇擇性。因此，綜合強(qiáng)化電絮凝技術(shù)當(dāng)前的研究進(jìn)展和開展趨勢(shì)，該領(lǐng)域未來(lái)開展可 在以下三個(gè)方面進(jìn)

40、行研究探索。(1)深入研究強(qiáng)化電絮凝的機(jī)理。盡管目前對(duì)強(qiáng)化電絮凝的機(jī)理研究已經(jīng) 起步，但還有許多方面需要更深入的研究。需要對(duì)電化學(xué)過(guò)程中的電絮凝過(guò)程、 電氣浮過(guò)程和電解氧化還原過(guò)程之間的關(guān)系以及相互作用進(jìn)行研究，對(duì)這幾個(gè)過(guò) 程進(jìn)行優(yōu)化集成，更充分地發(fā)揮電絮凝的綜合作用。(2)構(gòu)建強(qiáng)化電絮凝的新型電極和反響器結(jié)構(gòu)。強(qiáng)化電絮凝技術(shù)的核心為 新型電極的設(shè)計(jì)研發(fā)，包括陽(yáng)極的外在構(gòu)型、電化學(xué)特性和陰極的材料組成、表 面優(yōu)化，從而強(qiáng)化系統(tǒng)內(nèi)電子傳遞過(guò)程，以起到對(duì)污染物的更高效去除的目的。 同時(shí)，需要進(jìn)行與電極和集成工藝相匹配的新型反響器構(gòu)型研究，到達(dá)三者的相 互統(tǒng)一，發(fā)揮出電極、反響器和集成工藝的多重優(yōu)勢(shì)

41、。將模型模擬應(yīng)用到電極和 反響器的設(shè)計(jì)當(dāng)中，更加完善電絮凝體系的電場(chǎng)、流場(chǎng)和傳質(zhì)研究。（3）完善強(qiáng)化電絮凝的系統(tǒng)性。目前強(qiáng)化電絮凝研究普遍還處于實(shí)驗(yàn)室階 段，規(guī)模小，且用水大多為合成廢水，距離工程應(yīng)用還有很長(zhǎng)路要走。在未來(lái)的 一段時(shí)間內(nèi)，研究者們需要更多著眼于反響器規(guī)模的放大，并考慮對(duì)實(shí)際廢水的 處理效率，更要兼顧經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，保證電絮凝技術(shù)的早日更大范圍應(yīng)用。象。兩種理論的概念相近，區(qū)別在于陽(yáng)極外表具體如何變化，目前為止還沒有形 成統(tǒng)一的權(quán)威理論?；谝陨系膯?wèn)題，電絮凝技術(shù)的研究已經(jīng)逐漸由“傳統(tǒng)電絮凝”向“強(qiáng)化電 絮凝”的方向開展，在保證污染物高效去除的同時(shí)，進(jìn)一步緩解電極鈍化并降低 系統(tǒng)能耗，

42、提高電絮凝技術(shù)在工程應(yīng)用中的實(shí)際價(jià)值。1強(qiáng)化電絮凝理論基礎(chǔ)絮凝工藝在水質(zhì)污染控制中有著不可替代的地位，針對(duì)各類水體(工業(yè)廢水、 生活污水和水源水等)的處理處置，都是不可或缺的一環(huán)。從絮凝劑的生成過(guò)程 來(lái)講，絮凝主要可劃分為化學(xué)絮凝和電絮凝，通常所講的強(qiáng)化絮凝主要針對(duì)的是 化學(xué)絮凝。強(qiáng)化絮凝(Enhanced Coagulation) 一詞最早出現(xiàn)在1965年美國(guó)AWWA會(huì)刊 上的一篇論文中，直到20世紀(jì)90年代，美國(guó)水工協(xié)會(huì)對(duì)其進(jìn)行了定義，將強(qiáng)化 絮凝定義為水處理常規(guī)絮凝過(guò)程中，在保證濁度去除效果的前提下，通過(guò)提高絮 凝劑的投加量來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)物去除率提升的工藝過(guò)程。同時(shí)，在強(qiáng)化絮凝的基礎(chǔ)上，又提

43、出了優(yōu)化絮凝(Optimized Coagulation) 的概念，將其定義為具有多重目標(biāo)的絮凝過(guò)程，包括最大化去除顆粒物和濁度、 最大化去除 TOC (Total Organic Carbon)和 DBP (Disinfection by-products) 前驅(qū)物、減小剩余絮凝劑的含量、減少污泥產(chǎn)量和最小化生產(chǎn)本錢。王東升等認(rèn)為實(shí)際的水處理過(guò)程中強(qiáng)化絮凝和優(yōu)化絮凝的關(guān)系為“強(qiáng)化中 的優(yōu)化，優(yōu)化中的強(qiáng)化”，二者密不可分，相互兼容。因此，強(qiáng)化絮凝和優(yōu)化絮凝可統(tǒng)一認(rèn)定為是在常規(guī)絮凝技術(shù)中的藥劑、混合、 凝聚和絮凝任一個(gè)環(huán)節(jié)或者多環(huán)節(jié)的強(qiáng)化和優(yōu)化，進(jìn)一步提高對(duì)水中污染物的凈 化效果。與化學(xué)絮凝領(lǐng)域

44、相較而言，目前電絮凝領(lǐng)域的研究中，并未有研究者對(duì)“強(qiáng) 化電絮凝”進(jìn)行明確的定義。因此，筆者在對(duì)強(qiáng)化/優(yōu)化絮凝和電絮凝的常規(guī)認(rèn)知基礎(chǔ)上，對(duì)“強(qiáng)化電絮 凝”進(jìn)行了以下限定:將強(qiáng)化電絮凝(Enhanced Electrocoagulation)理解為 是在傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)中的電凝聚、電氣浮、電氧化和電還原任一個(gè)環(huán)節(jié)或幾個(gè)環(huán) 節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化或優(yōu)化，包括但不僅限于電極技術(shù)、電源技術(shù)和集成技術(shù)，從而到達(dá) 提高水質(zhì)的目標(biāo)。為了清晰地說(shuō)明強(qiáng)化電絮凝的開展趨勢(shì)，先使用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法對(duì)Web of Science核心合集收錄主題為“Electrocogulation”的論文進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析， 限定出版年為“2000年一2

45、020年（12月18日）”，限定研究方向?yàn)閡Engineering Chemicalv uEngineering Sciences 、 uEngineering Environmentaln和“Water Resources”,對(duì)檢索得到的論文建立數(shù)據(jù)庫(kù)，電絮 凝技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域的論文發(fā)表情況見圖lo從2000年到2020年的21年時(shí)間內(nèi)，在環(huán)境領(lǐng)域的電絮凝研究共發(fā)表論文 1309篇，整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，說(shuō)明電絮凝技術(shù)的研究確實(shí)在逐漸升溫，具有 穩(wěn)定長(zhǎng)遠(yuǎn)開展的可行性。從這些論文的研究?jī)?nèi)容看，七成以上的研究可劃分為傳統(tǒng)電絮凝。傳統(tǒng)電絮 凝的研究可主要?jiǎng)澐譃槿矫妫海?）對(duì)操作參數(shù)上的優(yōu)化進(jìn)行研

46、究討論，包括電解電壓、電流密度、電極 間距、電解時(shí)間、攪拌速率、pH、電解質(zhì)和電極連接方式等；（2）對(duì)電絮凝可處理廢水種類的擴(kuò)展研究，包括工業(yè)廢水（餐飲廢水、染 料廢水、機(jī)械拋光廢水、紡織廢水、電鍍廢水、造紙廢水、養(yǎng)殖廢水和制藥廢水 等）、生活污水、地表水和地下水等；（3）與化學(xué)絮凝、沉淀法、溶解法和其他電化學(xué)技術(shù)（電氧化、電滲析和 電吸附等）的性能比照分析。傳統(tǒng)電絮凝的研究范圍極廣，為電絮凝的快速開展 提供了夯實(shí)的理論和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。電絮凝領(lǐng)域的基礎(chǔ)性研究已經(jīng)逐漸趨于完善，目前這項(xiàng)技術(shù)的開展更需要的 是對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合歸納形成體系，并在此基礎(chǔ)上逐步進(jìn)入下一階段的探索發(fā) 展，即由傳統(tǒng)電絮凝邁向強(qiáng)

47、化電絮凝。因此，筆者在“電絮凝”數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，按照前文對(duì)強(qiáng)化電絮凝的限定， 分別以“凈水機(jī)理”、“電極技術(shù)”、“電源技術(shù)”和“集成技術(shù)”為類別進(jìn)行 整理歸納，強(qiáng)化電絮凝論文發(fā)表情況見圖2。O1)0 0000 0000(11) Ml 2IW強(qiáng)化電累凝分類論文數(shù)目?jī)羲畽C(jī)理電極技術(shù)電源技術(shù)發(fā)成技術(shù)強(qiáng)化電架凝論文數(shù)目增K趨跨圖2強(qiáng)化電累凝論文發(fā)表情況整體來(lái)講，盡管近5年的數(shù)據(jù)有一些波動(dòng)，但對(duì)于強(qiáng)化電絮凝的研究趨勢(shì)是 在逐漸增長(zhǎng)的，這說(shuō)明研究者們的目光正在向電絮凝的新階段轉(zhuǎn)移。而從各大分類的論文數(shù)目來(lái)看，強(qiáng)化電絮凝的研究主要集中在集成技術(shù)上， 即傳統(tǒng)電絮凝與其他水處理工藝的組合研究，這局部研究屬于電絮

48、凝新階段的一 個(gè)基礎(chǔ)研究，需要不斷嘗試各項(xiàng)工藝組合的可能性，是否存在優(yōu)劣勢(shì)互補(bǔ)，目前 來(lái)說(shuō)尚且需要長(zhǎng)時(shí)間的摸索。電極技術(shù)和電源技術(shù)的研究成果數(shù)目相近，這方面的研究相對(duì)集成技術(shù)來(lái)說(shuō) 起步較晚，從2010年才開始進(jìn)入到穩(wěn)定的開展期。這些研究是對(duì)電絮凝領(lǐng)域的橫向擴(kuò)展，能夠增強(qiáng)電絮凝技術(shù)的功能性，如擴(kuò) 展電絮凝技術(shù)可應(yīng)用的區(qū)域范圍和電絮凝的污泥二次再利用性等。而針對(duì)強(qiáng)化電 絮凝凈水機(jī)理新觀點(diǎn)的研究只有11篇，盡管數(shù)量較少，但每一篇都對(duì)電絮凝新 階段的開展尤為重要，具有指導(dǎo)性意義。綜上所述，電絮凝技術(shù)由“傳統(tǒng)電絮凝”向“強(qiáng)化電絮凝”的開展是必然 的。傳統(tǒng)電絮凝的研究應(yīng)當(dāng)更多集中在對(duì)已有理論和實(shí)踐基礎(chǔ)的整

49、合，形成一套 完整的具有指導(dǎo)意義的規(guī)范，從而促進(jìn)對(duì)強(qiáng)化電絮凝理論研究的更深入探索，以 及在電極技術(shù)、電源技術(shù)和集成技術(shù)上的研究、篩選和評(píng)價(jià)，以到達(dá)電絮凝技術(shù) 廣泛使用的目標(biāo)。2傳統(tǒng)電絮凝凈水機(jī)理電絮凝技術(shù)的機(jī)理復(fù)雜，涉及到的領(lǐng)域極廣，整個(gè)過(guò)程涉及到了材料學(xué)、絮 凝學(xué)、環(huán)境化學(xué)、電化學(xué)和膠體界面化學(xué)等眾多研究領(lǐng)域。但從本質(zhì)上來(lái)講，傳 統(tǒng)電絮凝的凈水過(guò)程都是以電凝聚過(guò)程作為主體。盡管大量的研究論文中切實(shí)提到電氣浮和電氧化還原在整個(gè)過(guò)程中也起到 了不可替代的作用，但未進(jìn)行深入探討，將其僅作為整個(gè)反響體系中具有促進(jìn)作 用的副反響。因此，很多的研究工作都沒有充分發(fā)揮出電絮凝技術(shù)本身具備的綜合性，因 此這

50、也是強(qiáng)化電絮凝的機(jī)理研究開展方向。電絮凝技術(shù)中的電凝聚過(guò)程是通過(guò)外加電場(chǎng)的作用，電極發(fā)生電化學(xué)反響， 金屬陽(yáng)極產(chǎn)生具有絮凝特性的陽(yáng)離子（如Fe2+和A13+等），并在水體中發(fā)生水 解、聚合，形成一系列氫氧化物或多核羥基絡(luò)合物，通過(guò)吸附、絮凝或沉淀作用 去除水體中的污染物的過(guò)程。從這個(gè)表述上看，電凝聚過(guò)程除了絮凝劑的來(lái)源與 化學(xué)絮凝不同，機(jī)理上基本一致。經(jīng)過(guò)對(duì)絮凝機(jī)理的長(zhǎng)期研究，通常認(rèn)為絮凝過(guò)程主要存在4種作用機(jī)理，示 意圖見圖3：（1）壓縮雙電層。按照DLVO理論，較薄的雙電層能夠有效降低排斥能，當(dāng) C電位到達(dá)某一臨界值時(shí)，膠體失穩(wěn)產(chǎn)生疏松的絮體，而這種狀態(tài)的絮體擴(kuò)散 能力更強(qiáng)。通常壓縮雙電層

51、可以通過(guò)增加溶液中反離子濃度到達(dá)減小擴(kuò)散層厚度 的目的。在絮凝過(guò)程中，當(dāng)金屬離子進(jìn)入水體后，水解產(chǎn)生的帶正電荷離子會(huì)由 于靜電作用進(jìn)入膠體的擴(kuò)散層和吸附層，由于膠核外表的總電位保持不變，就會(huì) 促使吸附層中正離子增多和擴(kuò)散層中正離子減少，因此擴(kuò)散層變薄，C電位降 低，便產(chǎn)生了絮凝沉淀的效果。(2)吸附電中和。帶有正電荷的絮凝劑水解形態(tài)會(huì)受到帶有負(fù)電荷的顆粒 的外表吸附作用，導(dǎo)致膠體的電中和脫穩(wěn)。強(qiáng)烈吸附作用可能是靜電作用、外表 絡(luò)合、范德華力、氫鍵、共價(jià)鍵和離子交換吸附等。(3)吸附架橋。犧牲陽(yáng)極電解后產(chǎn)生的高分子聚合物能夠與膠粒相互吸附, 長(zhǎng)鏈上的活性基團(tuán)能夠占據(jù)一個(gè)或多個(gè)膠體顆粒外表的吸附位，這種橋接作用使 水體中的膠體顆?；蛘咂渌麘腋∥锞奂谝黄穑纬筛蟮男跄w。整個(gè)過(guò)程也 需要依靠氫鍵、靜電引力和范德華力的結(jié)合作用。(4)沉淀網(wǎng)捕。陽(yáng)極電解產(chǎn)生的金屬離子在