電絮凝法是將絡(luò)合吸附與氧化還原、酸堿中和、氣浮分離結(jié)合起來的處理工藝。M. Y. A. Mollah 等〔3〕研究電絮凝機(jī)理表明,帶正電的絮凝劑與污染物顆粒通過靜電引力和范德華力,絡(luò)合聚集成團(tuán),生成可沉降的絮凝體而去除。有機(jī)分子可通過陽(yáng)極氧化分解成小分子而易于被絮凝劑吸附,染料和溶解態(tài)的金屬離子則可通過陰極的電還原沉積作用與水體分離。廢水呈堿性時(shí),陽(yáng)極溶出產(chǎn)生的金屬離子經(jīng)水解和絡(luò)合作用消耗了廢水中過多的 OH-,使pH 下降;而對(duì)于酸性廢水,金屬氫氧化物和陰極電解水產(chǎn)生的 OH- 能消耗廢水中H+,使pH 上升,因而,電絮凝有中和酸堿的作用〔4〕。另外,當(dāng)處理含油廢水等形成的絮體微輕、難沉降時(shí),還可利用陰極析氫或耦合后續(xù)電氣浮工藝,由電解水產(chǎn)生的O2 和H2(直徑不超過60 μm,遠(yuǎn)小于加壓氣泡粒徑)在上浮過程中將微輕絮體帶至水面達(dá)到分離目的,而該過程無(wú)需外投PAM 等試劑和處理絮凝污泥。電氣浮還兼具一定電氧化去除COD 的功能。
電絮凝法是一個(gè)復(fù)雜的物化技術(shù),其核心內(nèi)容是絮凝劑的生成。對(duì)于Al 陽(yáng)極,電解產(chǎn)生的Al3+在水中迅速以水合離子Al(H2O)6 3+的形態(tài)存在,隨后很快水解失去H+ ,形成一系列單核絡(luò)合物,如 Al(H2O)5OH2+、Al(H2O)4(OH)2+、Al(H2O)3(OH)3 等。由于羥基鋁離子增多,剩余孤對(duì)電子,羥基配位能力未飽和,可與另一個(gè)鋁離子逐漸聚合為羥基橋聯(lián)結(jié)構(gòu),形成兩個(gè)羥基鍵橋,從而由單核鋁的絡(luò)合物緩慢聚合成表面富含羥基的多核高分子網(wǎng)狀聚合物 Alm(H2O )x(OH )n (3m-n),如Al2(H2O )8(OH)2 4+、 Al16(H2O)24(OH)36 12+ 等,并zui終轉(zhuǎn)化成無(wú)定形的〔Al(OH)3〕n 絮凝劑。A. Sarpola 等〔5〕通過質(zhì)譜分析證實(shí)了有超過80種單價(jià)鋁核陽(yáng)離子(Al2~13)和19 種多價(jià)鋁核陽(yáng)離子(Al10~27)存在,另外,還發(fā)現(xiàn)超過45 種單價(jià)鋁核陰離子(Al1~12) 和9 種多價(jià)鋁核陰離子(Al10~32),而鋁絮凝劑的聚合度zui多可達(dá)32 個(gè)鋁。除上述高分子網(wǎng)狀聚合物Alm(H2O)x(OH) n (3m-n) 外,還會(huì)生成一些氧化鋁合氫氧根的大分子聚合物,如Al13O4(OH)24 7+等,或當(dāng)水體中含有NaCl 電解質(zhì)時(shí),還會(huì)生成一些被NaCl 分子包覆的絮凝劑如〔Al2 (OH)3 (H2O)3·2.05NaCl〕3 + 、〔Al3 (OH)6 (H2O)8· 2.00NaCl〕3+等。一般地,聚合度與絮凝效率呈正相關(guān),吳珍等〔6〕研究表明30 個(gè)鋁的聚合比13 個(gè)鋁的聚合的吸附和架橋作用強(qiáng),而且有更寬的有效投量范圍。通常,低聚合度絮凝劑是通過吸附作用去除污染物粒子;而高聚合度絮凝劑則因表面積大、表面基團(tuán)多,對(duì)污染物粒子通過網(wǎng)捕包覆去除,但高聚合度的絮凝劑,產(chǎn)生的后續(xù)污泥量較大,增加了處置成本。
對(duì)于Al 陽(yáng)極,電絮凝劑的生成過程還受pH、 Al3+濃度、水體成分、停留時(shí)間、水流方式和氣泡生成速率等因素的影響。
Al3+在水體中的停留時(shí)間越長(zhǎng),與 OH- 水化越充分,聚鋁的聚合度和產(chǎn)量就越大,越有利于后續(xù)除污,但停留時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)降低電絮凝的時(shí)空效率。電絮凝法通常采用序批間歇式或循環(huán)流動(dòng)式的水流設(shè)置來保證金屬離子的水化聚合及絮凝過程的*和。