強化電絮凝技術的基礎、現狀和未來展望
【谷騰環保網訊】電(dian)絮凝技(ji)術(shu)發展至今已有130余年的歷史(shi)，是一(yi)種兼具化(hua)(hua)學(xue)絮凝和(he)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)技(ji)術(shu)特點的環境友好型水處(chu)理工藝。
1889年，英(ying)國學者P. P. STROKACH首次提出了將電化學法(fa)應用(yong)在水處理(li)過程(cheng)中的理(li)論；
1901年，英國學者H. EUGENE等提出了(le)電絮凝（Electrocoagulation）凈化廢水的(de)(de)概(gai)念，并(bing)進行了(le)處理工廠(chang)實際(ji)廢水的(de)(de)應用(yong)研究；
1903年和(he)1905年，美(mei)國學者J. T. HARRIS和(he)F. B. HINKSON分別在美(mei)國獲(huo)得(de)了(le)電絮(xu)凝水(shui)凈(jing)化技(ji)術專利；
1911年(nian)，美國政府搭建了基于電絮凝技術的大(da)型污水處理設施(shi)，并應(ying)用(yong)在俄克拉荷馬(ma)州的圣莫尼卡和俄克拉荷馬(ma)市，但高耗電量導致設施(shi)在1930年(nian)底全部停止(zhi)運行(xing)；
1946年，電絮(xu)凝技術(shu)首次大規模應(ying)用(yong)于(yu)(yu)飲(yin)用(yong)水處理中(zhong)，但再次由于(yu)(yu)技術(shu)不(bu)成熟和運行費用(yong)過(guo)高的原因未得(de)到推(tui)廣(guang)使用(yong)；
20世紀50年代后，美(mei)國和前(qian)蘇聯(lian)進行了大量深入而(er)廣泛的(de)電絮凝技(ji)術研(yan)究，處理(li)了河水(shui)(shui)、市政污水(shui)(shui)、石化廢(fei)水(shui)(shui)和含鉻(ge)廢(fei)水(shui)(shui)等(deng)；
21世紀初，化(hua)學絮(xu)凝劑的(de)快速發展(zhan)(zhan)和大規(gui)模使用，以及不發達的(de)電力工業(ye)，導致電絮(xu)凝技術依舊(jiu)發展(zhan)(zhan)緩(huan)慢；
至今，伴隨電化學理論的(de)(de)逐(zhu)漸完(wan)善、科技水平的(de)(de)穩步提升和電力工業的(de)(de)快速發(fa)展(zhan)，電絮凝(ning)技術(shu)的(de)(de)發(fa)展(zhan)不再(zai)受到嚴重制約，再(zai)次成為水處理工藝(yi)的(de)(de)研究(jiu)熱點。
相比于化學絮凝，電絮凝技術具備以下四方面的優點：
（1）原位反應且無二次污染。電絮凝(ning)劑是由犧(xi)牲陽極在電流通過(guo)時發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)氧化電解，之后金屬(shu)離子(zi)自(zi)發(fa)(fa)水(shui)解，原位生(sheng)(sheng)成金屬(shu)氫(qing)氧化物。影響其(qi)(qi)性(xing)質(zhi)的(de)主要因(yin)素是電極材(cai)料(liao)的(de)種(zhong)類和水(shui)質(zhi)特(te)點(dian)（pH、陰陽離子(zi)和污染(ran)物種(zhong)類等）。電絮凝(ning)過(guo)程不會(hui)有(you)其(qi)(qi)他外源物質(zhi)（如(ru)Cl-、SO42-和NO3-等）的(de)引入(ru)，消除了陰離子(zi)的(de)競爭，減(jian)少了水(shui)體可能受到的(de)干擾，利于后續處(chu)理的(de)進(jin)行。
（2）有效成分含量高。對于鋁(lv)系絮凝(ning)(ning)劑，一般認為Al13是(shi)聚(ju)合(he)鋁(lv)中最有效(xiao)的(de)絮凝(ning)(ning)成分。而在(zai)商用鋁(lv)鹽(yan)絮凝(ning)(ning)劑的(de)水溶(rong)液中鋁(lv)的(de)主(zhu)要形(xing)態為Ala（單體和初聚(ju)體），Al13質量(liang)(liang)分數一般在(zai)30%~35%。相比之下(xia)，以鋁(lv)為陽極的(de)電(dian)絮凝(ning)(ning)過(guo)程(cheng)，通(tong)過(guo)電(dian)解參數和攪拌強(qiang)度等因素的(de)調控，電(dian)絮凝(ning)(ning)劑可(ke)保持高(gao)含量(liang)(liang)的(de)Al13，最高(gao)質量(liang)(liang)分數可(ke)達到70%~80%。
（3）污(wu)(wu)泥量(liang)少(shao)。電絮(xu)凝技術產生的(de)絮(xu)凝劑有效(xiao)成分含(han)量(liang)更高(gao)，處理相同體積廢水消(xiao)耗的(de)鐵或鋁的(de)質量(liang)一般(ban)為化學絮(xu)凝的(de)1/3。因此(ci)，產生的(de)污(wu)(wu)泥量(liang)也會(hui)明顯減少(shao)，通(tong)常情(qing)況下污(wu)(wu)泥減少(shao)量(liang)在33%以上(shang)。
（4）裝置簡單且操作簡便。電(dian)絮凝裝(zhuang)置運(yun)行(xing)的主要參數(shu)是(shi)電(dian)流(liu)和電(dian)壓，整體(ti)工藝具有高度的可自動化控(kong)制(zhi)水(shui)平，運(yun)行(xing)過程中的操作(zuo)、維(wei)護(hu)和管理簡單(dan)便(bian)捷，對工作(zuo)人員的專業需求較低(di)。
相對來說，電絮凝技術也存在一些不可忽視的問題，這些缺點限制了該項技術的進一步發展，主要為以下4點：
（1）電導率要求較高。在(zai)電化(hua)學技術中(zhong)，保(bao)持電化(hua)學反應的(de)進行即電流(liu)的(de)流(liu)動(dong)，需要溶液(ye)必須具有較高的(de)電導率。因(yin)此，溶液(ye)的(de)電導率會直接影響(xiang)整個工(gong)藝的(de)污(wu)染物去除效率和(he)運行成本。為了保(bao)證低(di)能(neng)耗，目前電絮凝(ning)領域的(de)研究多集中(zhong)在(zai)工(gong)業(ye)廢(fei)水(shui)（電鍍(du)廢(fei)水(shui)、印染廢(fei)水(shui)、餐飲廢(fei)水(shui)和(he)造(zao)紙(zhi)廢(fei)水(shui)等），在(zai)水(shui)源水(shui)和(he)生(sheng)活污(wu)水(shui)上的(de)研究相(xiang)對(dui)較少(shao)。
（2）陽極需要定期更換。由于(yu)陽極發(fa)生電(dian)化學溶解，長時間運行(xing)會大量消耗，若(ruo)不定期更換。容(rong)易導致(zhi)極板的破壞并進一步對(dui)水體造成(cheng)污染。
（3）金屬離子的殘留。電(dian)(dian)絮(xu)凝過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)溶出(chu)的(de)(de)金屬(shu)離(li)(li)子存在自發的(de)(de)水解(jie)過(guo)程(cheng)，除生成具有絮(xu)凝效果的(de)(de)電(dian)(dian)絮(xu)凝劑外，會有部分(fen)金屬(shu)離(li)(li)子溶解(jie)在水中(zhong)(zhong)(zhong)。如鐵離(li)(li)子和鋁離(li)(li)子的(de)(de)殘(can)留(liu)分(fen)別會導致(zhi)水體的(de)(de)高色度和對(dui)人體的(de)(de)毒性積(ji)累，因此一(yi)般(ban)需要后處理工藝(yi)保證出(chu)水中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)鐵鋁殘(can)留(liu)量達標。
（4）陽極鈍化。陽(yang)(yang)極(ji)鈍(dun)化是(shi)目(mu)前限制(zhi)電絮凝技術應用的(de)主要(yao)因素(su)。鈍(dun)化膜的(de)存(cun)在會導致陽(yang)(yang)極(ji)溶解(jie)速度減(jian)緩、電流(liu)效率降低和額外增加(jia)運行電耗。目(mu)前對于陽(yang)(yang)極(ji)鈍(dun)化現象的(de)理論(lun)解(jie)釋主要(yao)為薄(bo)膜理論(lun)和吸附理論(lun)。
薄(bo)膜理(li)(li)論(lun)(lun)認為(wei)陽極(ji)(ji)表(biao)面(mian)(mian)生成的(de)(de)(de)復合分子氧化(hua)(hua)膜會促使其電勢發(fa)生突越，極(ji)(ji)化(hua)(hua)電流(liu)會消耗在(zai)電極(ji)(ji)副反應過(guo)程（氧的(de)(de)(de)析出和高價反應產(chan)物生成等(deng)(deng)），導致了(le)陽極(ji)(ji)溶(rong)(rong)解速率的(de)(de)(de)明顯下降。而吸附理(li)(li)論(lun)(lun)認為(wei)水中(zhong)的(de)(de)(de)氧、氧化(hua)(hua)物等(deng)(deng)粒子會吸附在(zai)陽極(ji)(ji)表(biao)面(mian)(mian)，改(gai)變金屬-溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)界面(mian)(mian)結構(gou)，造成陽極(ji)(ji)反應的(de)(de)(de)活化(hua)(hua)能升高，從(cong)而出現鈍化(hua)(hua)現象。兩種理(li)(li)論(lun)(lun)的(de)(de)(de)概念(nian)相近(jin)，區(qu)別(bie)在(zai)于(yu)陽極(ji)(ji)表(biao)面(mian)(mian)具(ju)體如何(he)變化(hua)(hua)，目(mu)前為(wei)止還沒有形(xing)成統一(yi)的(de)(de)(de)權威理(li)(li)論(lun)(lun)。
基于以上(shang)的(de)(de)問(wen)題，電(dian)絮(xu)凝(ning)技術的(de)(de)研究已經逐漸(jian)由“傳統電(dian)絮(xu)凝(ning)”向“強化電(dian)絮(xu)凝(ning)”的(de)(de)方(fang)向發展，在(zai)保證污染物高效去除的(de)(de)同時(shi)，進一(yi)步緩解(jie)電(dian)極(ji)鈍化并(bing)降低系(xi)統能(neng)耗，提高電(dian)絮(xu)凝(ning)技術在(zai)工程應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)(de)實際價值。
01 強化電絮凝理論基礎
絮(xu)(xu)(xu)凝工(gong)藝在水(shui)質(zhi)污染控制中有著不(bu)(bu)可替代的(de)地位，針對各類(lei)水(shui)體（工(gong)業廢水(shui)、生活(huo)污水(shui)和(he)水(shui)源水(shui)等(deng)）的(de)處(chu)理(li)處(chu)置(zhi)，都是(shi)不(bu)(bu)可或缺的(de)一環。從絮(xu)(xu)(xu)凝劑的(de)生成過程來講，絮(xu)(xu)(xu)凝主要可劃分為化學(xue)絮(xu)(xu)(xu)凝和(he)電絮(xu)(xu)(xu)凝，通(tong)常所講的(de)強化絮(xu)(xu)(xu)凝主要針對的(de)是(shi)化學(xue)絮(xu)(xu)(xu)凝。
強(qiang)化絮凝（Enhanced Coagulation）一詞最早出現在1965年美國(guo)AWWA會刊上的(de)(de)一篇論文中(zhong)，直(zhi)到20世(shi)紀90年代，美國(guo)水(shui)工協會對(dui)其進(jin)行了定(ding)義，將強(qiang)化絮凝定(ding)義為水(shui)處理常規絮凝過程中(zhong)，在保(bao)證(zheng)濁度去(qu)除效果(guo)的(de)(de)前提(ti)下，通過提(ti)高絮凝劑的(de)(de)投加量來實現有機物(wu)去(qu)除率提(ti)升的(de)(de)工藝過程。
同時，在強(qiang)化絮(xu)(xu)凝(ning)的(de)基礎上(shang)，又提出了優化絮(xu)(xu)凝(ning)（Optimized Coagulation）的(de)概(gai)念，將(jiang)其(qi)定義為具有多重目標的(de)絮(xu)(xu)凝(ning)過程(cheng)，包括最(zui)大化去除顆粒物和(he)(he)(he)濁(zhuo)度、最(zui)大化去除TOC（Total Organic Carbon）和(he)(he)(he)DBP（Disinfection by?products）前(qian)驅物、減(jian)小殘余絮(xu)(xu)凝(ning)劑的(de)含量、減(jian)少污泥產量和(he)(he)(he)最(zui)小化生產成本。
王東(dong)升等認為(wei)實際的(de)水處(chu)理過程(cheng)中(zhong)強(qiang)化(hua)絮凝和優(you)化(hua)絮凝的(de)關系為(wei)“強(qiang)化(hua)中(zhong)的(de)優(you)化(hua)，優(you)化(hua)中(zhong)的(de)強(qiang)化(hua)”，二者密不(bu)可分，相(xiang)互(hu)兼容。
因此，強化絮(xu)凝(ning)和(he)優(you)化絮(xu)凝(ning)可統(tong)一認(ren)定為是在常規絮(xu)凝(ning)技術中的藥劑(ji)、混(hun)合、凝(ning)聚和(he)絮(xu)凝(ning)任一個環節(jie)或者多環節(jie)的強化和(he)優(you)化，進一步(bu)提高對(dui)水中污(wu)染物(wu)的凈化效(xiao)果。
與化學絮凝領域相較而(er)言，目前電絮凝領域的(de)研究中，并未有研究者(zhe)對“強化電絮凝”進行明確(que)的(de)定(ding)義。
因此，筆者在(zai)對強化/優化絮(xu)凝(ning)和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)的常規認知基礎上，對“強化電(dian)(dian)(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)”進(jin)行(xing)(xing)了以下(xia)限定：將強化電(dian)(dian)(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)（Enhanced Electrocoagulation）理解為是在(zai)傳統電(dian)(dian)(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)技(ji)術中(zhong)的電(dian)(dian)(dian)(dian)凝(ning)聚(ju)、電(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)浮、電(dian)(dian)(dian)(dian)氧化和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)還原任一個環節或幾(ji)個環節進(jin)行(xing)(xing)強化或優化，包括但不(bu)僅限于電(dian)(dian)(dian)(dian)極技(ji)術、電(dian)(dian)(dian)(dian)源技(ji)術和(he)集(ji)成技(ji)術，從而達(da)到提高水(shui)質的目(mu)標。
為了(le)清晰地(di)表明強(qiang)化電(dian)絮凝的發(fa)展趨勢(shi)，先使(shi)用(yong)文獻計量(liang)學方法對Web of Science核心合集收錄(lu)主(zhu)題(ti)為“Electrocogulation”的論文進(jin)行了(le)統計分析，限(xian)定(ding)出版年為“2000年—2020年（12月18日(ri)）”，限(xian)定(ding)研究方向為“Engineering Chemical”、“Engineering Sciences”、“Engineering Environmental”和“Water Resources”，對檢(jian)索得(de)到的論文建(jian)立數據(ju)庫(ku)，電(dian)絮凝技術應用(yong)于環境領域(yu)的論文發(fa)表情況見圖(tu)1。
從2000年到2020年的(de)21年時間內，在(zai)(zai)環境領域的(de)電(dian)絮凝研(yan)究共發表論文(wen)1309篇，整體(ti)呈現上(shang)升的(de)趨勢，表明(ming)電(dian)絮凝技(ji)術的(de)研(yan)究確實(shi)在(zai)(zai)逐漸升溫，具有(you)穩定(ding)長(chang)遠發展(zhan)的(de)可行(xing)性。
從這些論文(wen)的(de)(de)研(yan)究(jiu)內容看，七成以(yi)上(shang)的(de)(de)研(yan)究(jiu)可劃分(fen)為(wei)傳統電(dian)絮(xu)凝(ning)。傳統電(dian)絮(xu)凝(ning)的(de)(de)研(yan)究(jiu)可主(zhu)要(yao)劃分(fen)為(wei)三方面：
（1）對(dui)操作(zuo)參(can)數上的優化(hua)進(jin)行研究討論，包括(kuo)電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)壓、電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度、電(dian)(dian)(dian)極(ji)間距、電(dian)(dian)(dian)解時間、攪拌速率、pH、電(dian)(dian)(dian)解質(zhi)和電(dian)(dian)(dian)極(ji)連(lian)接方式等(deng)；
（2）對電(dian)絮(xu)凝可(ke)處(chu)理(li)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)種類(lei)的擴(kuo)展(zhan)研究，包括工業廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)（餐(can)飲(yin)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)、染料廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)、機(ji)械拋光(guang)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)、紡織廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)、電(dian)鍍廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)、造紙廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)、養殖廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)和制藥廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)(shui)等(deng)）、生(sheng)活污水(shui)(shui)(shui)(shui)、地表水(shui)(shui)(shui)(shui)和地下水(shui)(shui)(shui)(shui)等(deng)；
（3）與化學絮(xu)(xu)凝、沉(chen)淀法、溶解(jie)法和其他電化學技(ji)術（電氧化、電滲析和電吸附等）的(de)性能對比分(fen)析。傳統電絮(xu)(xu)凝的(de)研究范圍極廣，為電絮(xu)(xu)凝的(de)快速發展(zhan)提供了夯實的(de)理論(lun)和數據基礎。
電絮(xu)凝(ning)領域的(de)基(ji)(ji)礎(chu)性研(yan)究已經逐漸(jian)趨于完善，目前這項技術的(de)發(fa)展更(geng)需要(yao)的(de)是對基(ji)(ji)礎(chu)數據進(jin)行整合歸納(na)形(xing)成(cheng)體(ti)系，并在此基(ji)(ji)礎(chu)上逐步進(jin)入(ru)下一階段的(de)探(tan)索發(fa)展，即由傳統電絮(xu)凝(ning)邁向強化電絮(xu)凝(ning)。
因此，筆者在“電(dian)(dian)絮(xu)凝”數(shu)據庫(ku)的基礎上，按照前文(wen)對強(qiang)化(hua)電(dian)(dian)絮(xu)凝的限定，分別(bie)以“凈水機(ji)理”、“電(dian)(dian)極(ji)技(ji)術(shu)(shu)”、“電(dian)(dian)源技(ji)術(shu)(shu)”和“集(ji)成技(ji)術(shu)(shu)”為類別(bie)進行整理歸納，強(qiang)化(hua)電(dian)(dian)絮(xu)凝論文(wen)發表情況見圖2。
整(zheng)體(ti)來講，盡管(guan)近5年的數據有一些波動(dong)，但對于(yu)強化(hua)電(dian)絮凝的研究(jiu)趨(qu)勢是在逐漸增(zeng)長的，這表明研究(jiu)者們的目光正在向電(dian)絮凝的新階段轉移(yi)。
而從各(ge)(ge)大分類的(de)論文(wen)數目(mu)來看，強化電絮凝的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)主要(yao)集(ji)中在(zai)集(ji)成技術上，即傳(chuan)統電絮凝與其他水處理(li)工藝的(de)組合研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)，這部(bu)分研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)屬于電絮凝新(xin)階段(duan)的(de)一個基(ji)礎研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)，需要(yao)不斷(duan)嘗試(shi)各(ge)(ge)項工藝組合的(de)可能性(xing)，是否(fou)存(cun)在(zai)優劣勢互補，目(mu)前(qian)來說尚且需要(yao)長時(shi)間的(de)摸索(suo)。
電極技術(shu)和電源技術(shu)的研究(jiu)(jiu)成(cheng)果(guo)數目相近(jin)，這方面(mian)的研究(jiu)(jiu)相對集成(cheng)技術(shu)來(lai)說起步(bu)較晚，從2010年(nian)才(cai)開始進入到(dao)穩定的發展期(qi)。
這(zhe)些研(yan)(yan)究(jiu)是對電絮(xu)凝領域的(de)橫向擴展，能(neng)(neng)夠增強電絮(xu)凝技(ji)術的(de)功(gong)能(neng)(neng)性，如擴展電絮(xu)凝技(ji)術可應用(yong)的(de)區域范(fan)圍和電絮(xu)凝的(de)污泥(ni)二次再利(li)用(yong)性等。而針對強化電絮(xu)凝凈水機理(li)新(xin)觀點(dian)的(de)研(yan)(yan)究(jiu)只有11篇，盡管數量較少，但(dan)每(mei)一篇都對電絮(xu)凝新(xin)階段的(de)發展尤(you)為重(zhong)要，具(ju)有指(zhi)導性意義(yi)。
綜上(shang)所(suo)述，電(dian)絮凝(ning)技術(shu)由“傳統電(dian)絮凝(ning)”向“強化電(dian)絮凝(ning)”的(de)(de)(de)發展是必然的(de)(de)(de)。傳統電(dian)絮凝(ning)的(de)(de)(de)研究應當更多集中在對已有(you)理論和實踐基礎的(de)(de)(de)整(zheng)合，形成一套完整(zheng)的(de)(de)(de)具有(you)指導意義的(de)(de)(de)規(gui)范，從而促進對強化電(dian)絮凝(ning)理論研究的(de)(de)(de)更深入探索，以(yi)及(ji)在電(dian)極技術(shu)、電(dian)源技術(shu)和集成技術(shu)上(shang)的(de)(de)(de)研究、篩選(xuan)和評價，以(yi)達到電(dian)絮凝(ning)技術(shu)廣泛使用的(de)(de)(de)目(mu)標(biao)。
02 傳統電絮凝凈水機理
電(dian)絮(xu)(xu)凝(ning)技術的(de)機理復雜，涉及到的(de)領域極廣，整個(ge)過(guo)程涉及到了材料學、絮(xu)(xu)凝(ning)學、環境化學、電(dian)化學和(he)膠體界面化學等眾多研究領域。但從本(ben)質(zhi)上來講(jiang)，傳統電(dian)絮(xu)(xu)凝(ning)的(de)凈水(shui)過(guo)程都是以電(dian)凝(ning)聚過(guo)程作為主體。
盡(jin)管(guan)大量(liang)的(de)研(yan)究論(lun)文(wen)中(zhong)切實提到電氣浮和電氧化還原在整個過程中(zhong)也(ye)起到了不可替代的(de)作(zuo)用，但未進行深入(ru)探討，將其(qi)僅作(zuo)為整個反應(ying)體系中(zhong)具有促進作(zuo)用的(de)副反應(ying)。
因此，很多的研究(jiu)工(gong)作都(dou)沒(mei)有(you)充分發(fa)揮出電(dian)絮凝技(ji)術本(ben)身具備(bei)的綜合性，因此這也是強化(hua)電(dian)絮凝的機理研究(jiu)發(fa)展方向。
電(dian)(dian)絮凝技術中的(de)(de)電(dian)(dian)凝聚過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)是通(tong)過(guo)(guo)外(wai)加電(dian)(dian)場的(de)(de)作用(yong)，電(dian)(dian)極發(fa)生(sheng)(sheng)電(dian)(dian)化學(xue)反(fan)應，金(jin)屬陽極產生(sheng)(sheng)具有絮凝特性的(de)(de)陽離子（如Fe2+和Al3+等），并在水(shui)體(ti)中發(fa)生(sheng)(sheng)水(shui)解(jie)、聚合(he)，形成一(yi)系列(lie)氫(qing)氧(yang)化物或多核(he)羥基絡合(he)物，通(tong)過(guo)(guo)吸附、絮凝或沉淀作用(yong)去除水(shui)體(ti)中的(de)(de)污染物的(de)(de)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)。從這個表(biao)述(shu)上看(kan)，電(dian)(dian)凝聚過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)除了絮凝劑的(de)(de)來源與化學(xue)絮凝不(bu)同(tong)，機理上基本一(yi)致(zhi)。
經過對絮凝機理的長期研究，通常認為絮凝過程主要存在4種作用機理，示意圖見圖3：
（1）壓縮雙電層。按照(zhao)DLVO理(li)論，較薄(bo)的(de)(de)(de)雙(shuang)電(dian)(dian)(dian)層能(neng)夠有(you)效降低排斥能(neng)，當(dang)ζ電(dian)(dian)(dian)位(wei)達到(dao)某(mou)一(yi)臨界值時，膠體(ti)失穩產(chan)生疏(shu)松的(de)(de)(de)絮體(ti)，而這種狀態的(de)(de)(de)絮體(ti)擴散(san)(san)能(neng)力更強。通常壓縮雙(shuang)電(dian)(dian)(dian)層可以通過增加溶液中(zhong)(zhong)反離(li)子(zi)(zi)濃度(du)(du)達到(dao)減小擴散(san)(san)層厚度(du)(du)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。在絮凝過程中(zhong)(zhong)，當(dang)金(jin)屬離(li)子(zi)(zi)進(jin)入(ru)水體(ti)后，水解產(chan)生的(de)(de)(de)帶(dai)正(zheng)電(dian)(dian)(dian)荷離(li)子(zi)(zi)會(hui)由于(yu)靜電(dian)(dian)(dian)作用進(jin)入(ru)膠體(ti)的(de)(de)(de)擴散(san)(san)層和(he)吸(xi)附(fu)層，由于(yu)膠核表面的(de)(de)(de)總電(dian)(dian)(dian)位(wei)保持不(bu)變，就會(hui)促使(shi)吸(xi)附(fu)層中(zhong)(zhong)正(zheng)離(li)子(zi)(zi)增多(duo)和(he)擴散(san)(san)層中(zhong)(zhong)正(zheng)離(li)子(zi)(zi)減少，因此擴散(san)(san)層變薄(bo)，ζ電(dian)(dian)(dian)位(wei)降低，便(bian)產(chan)生了絮凝沉(chen)淀的(de)(de)(de)效果。
（2）吸附電中和。帶有(you)正電荷(he)的絮(xu)凝劑(ji)水解形態會受到(dao)帶有(you)負電荷(he)的顆粒的表面吸(xi)附(fu)作(zuo)(zuo)用，導致膠體的電中和脫(tuo)穩。強烈吸(xi)附(fu)作(zuo)(zuo)用可能是靜電作(zuo)(zuo)用、表面絡合、范德華力、氫鍵、共價鍵和離子交換吸(xi)附(fu)等。
（3）吸附架橋。犧牲陽極電解后(hou)產生的(de)(de)高分子聚合(he)物(wu)能(neng)(neng)夠與(yu)膠粒相(xiang)互吸附，長鏈上的(de)(de)活性基團(tuan)能(neng)(neng)夠占據一個(ge)或多個(ge)膠體(ti)顆(ke)粒表面(mian)的(de)(de)吸附位，這種橋接(jie)作用使水(shui)體(ti)中的(de)(de)膠體(ti)顆(ke)粒或者其(qi)他懸浮物(wu)聚集在一起，形成更大的(de)(de)絮凝體(ti)。整個(ge)過(guo)程也需要依靠氫鍵(jian)、靜電引力和范德華(hua)力的(de)(de)結合(he)作用。
（4）沉淀網捕。陽極電解(jie)產生的(de)金屬離子(zi)在水解(jie)后，當其劑量超過本身溶度(du)積(ji)時，就會形成(cheng)(cheng)大量的(de)金屬氫(qing)氧化(hua)物絮(xu)體。這些帶有正(zheng)電的(de)氫(qing)氧化(hua)物絮(xu)體最初通常會具有較大的(de)比表面積(ji)，因此(ci)表現出了(le)一定(ding)的(de)黏附能力，故而能夠網捕(bu)卷(juan)帶水中的(de)膠(jiao)體顆粒并迅速形成(cheng)(cheng)沉淀得以去除。
在傳(chuan)統電絮凝技術進(jin)行水(shui)(shui)處理的過(guo)(guo)程中(zhong)，主要是依(yi)靠以(yi)上4種機(ji)理完成污染物的處理處置(zhi)。在整個過(guo)(guo)程中(zhong)，根據實際的水(shui)(shui)質(zhi)特(te)點，可(ke)(ke)能是幾種機(ji)理的綜合作用(yong)(yong)，也可(ke)(ke)能是其中(zhong)某(mou)種機(ji)理起主要作用(yong)(yong)，最終達到凈化(hua)水(shui)(shui)質(zhi)的目(mu)的。
03 強化電絮凝凈水機理
強(qiang)化電(dian)(dian)絮凝的(de)(de)發(fa)展目標(biao)是充分發(fa)揮電(dian)(dian)絮凝技術的(de)(de)綜合作用，通過對電(dian)(dian)凝聚、電(dian)(dian)氣浮(fu)和電(dian)(dian)解氧化還(huan)原(yuan)機理上的(de)(de)強(qiang)化，逐步克服目前電(dian)(dian)絮凝實際(ji)應用中面臨的(de)(de)難題。
下面將從強化(hua)電(dian)凝(ning)聚氣浮(fu)和強化(hua)電(dian)氧(yang)化(hua)還原兩(liang)點對(dui)強化(hua)電(dian)絮(xu)凝(ning)凈(jing)水機理(li)上的新觀點進行論述。
3.1 強化電凝聚氣浮
電(dian)凝聚(ju)是(shi)(shi)電(dian)絮凝處理污染物(wu)的核心方式，也是(shi)(shi)電(dian)絮凝發展歷程中研(yan)究者們主(zhu)要探究的主(zhu)題，因此電(dian)凝聚(ju)的理論研(yan)究已經逐步成熟(shu)。
單純考慮電凝(ning)聚的(de)凈(jing)水(shui)機理，主要還(huan)是以第2章節所講(jiang)的(de)4個理論為(wei)主。電絮(xu)凝(ning)過(guo)(guo)程(cheng)中通(tong)常會伴(ban)隨水(shui)電解等副反應的(de)發生，而電氣浮(fu)是一種在(zai)水(shui)電解過(guo)(guo)程(cheng)中，通(tong)過(guo)(guo)陽(yang)極(ji)生成(cheng)的(de)氧氣泡和陰極(ji)生成(cheng)的(de)氫氣泡共(gong)同作(zuo)用，使污(wu)染(ran)物(wu)上(shang)浮(fu)至液面上(shang)層從而去除的(de)電化(hua)學(xue)過(guo)(guo)程(cheng)。因此，國內(nei)早期的(de)研究中也將電絮(xu)凝(ning)稱作(zuo)電凝(ning)聚氣浮(fu)。
電(dian)(dian)氣浮既是(shi)電(dian)(dian)絮凝水處理過(guo)程中的(de)一個重要組成，同時(shi)也(ye)能(neng)獨立作為(wei)一項水處理工藝。
電氣(qi)浮(fu)(fu)的(de)概(gai)念最早是在(zai)1904年提出，但(dan)其(qi)(qi)理論的(de)推進(jin)是極(ji)緩慢的(de)。電氣(qi)浮(fu)(fu)的(de)整個(ge)過(guo)程(cheng)可劃分為(wei)氣(qi)泡的(de)生(sheng)成、長大和(he)脫離(li)3個(ge)階段。在(zai)電氣(qi)浮(fu)(fu)過(guo)程(cheng)中(zhong)，生(sheng)成的(de)氧氣(qi)泡粒(li)徑(jing)為(wei)20~60 μm，氫氣(qi)泡粒(li)徑(jing)為(wei)10~30 μm，這些氣(qi)泡的(de)尺寸(cun)遠小于其(qi)(qi)他氣(qi)浮(fu)(fu)方(fang)式下生(sheng)成的(de)微氣(qi)泡，因此表現(xian)出了更強(qiang)的(de)分離(li)效率(lv)。
氣(qi)(qi)泡(pao)的(de)(de)(de)生(sheng)成量是符合(he)Faraday定(ding)律的(de)(de)(de)，因此可(ke)通過調(diao)節電流進行(xing)控制，更多數量的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)泡(pao)便意味著更強(qiang)的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)浮能力。氣(qi)(qi)泡(pao)的(de)(de)(de)長大過程一般是通過以(yi)下(xia)3種(zhong)方式(shi)進行(xing)：電極(ji)表面(mian)細小(xiao)氣(qi)(qi)泡(pao)的(de)(de)(de)聚并(bing)；以(yi)中等(deng)氣(qi)(qi)泡(pao)為中心，在其生(sheng)長過程中兼并(bing)周圍的(de)(de)(de)細小(xiao)氣(qi)(qi)泡(pao)；滑(hua)移(yi)聚并(bing)，即大氣(qi)(qi)泡(pao)在電極(ji)表面(mian)上升(sheng)滑(hua)移(yi)時兼并(bing)中小(xiao)氣(qi)(qi)泡(pao)不斷長大。因此，根據氣(qi)(qi)泡(pao)和(he)絮(xu)(xu)粒的(de)(de)(de)特性，目前公認的(de)(de)(de)兩者黏附方式(shi)主(zhu)要是4種(zhong)因素(su)的(de)(de)(de)綜合(he)作用(yong)(yong)：碰(peng)撞黏附作用(yong)(yong)、共聚作用(yong)(yong)、絮(xu)(xu)粒的(de)(de)(de)架(jia)橋(qiao)和(he)網(wang)捕(bu)以(yi)及卷掃作用(yong)(yong)、表面(mian)活性劑的(de)(de)(de)參與作用(yong)(yong)。
目前關(guan)于(yu)電(dian)氣(qi)浮(fu)的(de)(de)機理(li)研(yan)究一(yi)般都是(shi)脫離電(dian)凝(ning)聚過程進行(xing)的(de)(de)，因為兩者的(de)(de)主要影響因素都是(shi)pH、電(dian)極材料和電(dian)流等(deng)，存(cun)在(zai)一(yi)定的(de)(de)干擾性(xing)(xing)，實(shi)際(ji)在(zai)電(dian)絮凝(ning)技(ji)術(shu)的(de)(de)應用中，兩者同時(shi)進行(xing)，控(kong)制上(shang)還(huan)難以(yi)同時(shi)達(da)到完(wan)善。因此，兼顧電(dian)凝(ning)聚和電(dian)氣(qi)浮(fu)的(de)(de)同時(shi)有效控(kong)制是(shi)強化電(dian)絮凝(ning)研(yan)究中需要進一(yi)步發展(zhan)的(de)(de)。如可以(yi)通過理(li)論(lun)計算或者Comsol、Fluent軟件的(de)(de)多物理(li)場模擬(ni)等(deng)方式，對(dui)整體操控(kong)條(tiao)件下(xia)的(de)(de)絮體形態和氣(qi)泡(pao)質(zhi)量（尺寸、密度和穩定性(xing)(xing)等(deng)）進行(xing)匹配研(yan)究，尋找工(gong)藝的(de)(de)最(zui)佳平衡(heng)點。強化電(dian)凝(ning)聚氣(qi)浮(fu)的(de)(de)機理(li)還(huan)有眾多問(wen)題等(deng)待(dai)去(qu)研(yan)究、探索和突破，這也意(yi)味(wei)著(zhu)這項(xiang)技(ji)術(shu)具有更廣闊的(de)(de)發展(zhan)空間。
3.2 強化電氧化還原
在廢水(shui)處理(li)中(zhong)，高級氧化(hua)技術對有(you)(you)機物(wu)的(de)(de)(de)(de)去(qu)除(chu)效果是最為顯著的(de)(de)(de)(de)，而在大多數的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)中(zhong)，具有(you)(you)電(dian)(dian)(dian)氧化(hua)能力的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)絮凝(ning)(ning)工(gong)藝對有(you)(you)機物(wu)去(qu)除(chu)效果僅能達(da)到20%~30%。目前關于電(dian)(dian)(dian)氧化(hua)作用的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)多是集中(zhong)于形穩陽極參與的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學反應，而在電(dian)(dian)(dian)絮凝(ning)(ning)中(zhong)涉及得很(hen)少。
2013年，D. GHERNAOUT針對(dui)電絮凝(ning)技術中的高級氧化現(xian)象提出了(le)“a myth or a reality ？”的疑(yi)問，主(zhu)要得到(dao)3個結(jie)論(lun)：
1.鐵電絮凝過(guo)程中(zhong)，不同(tong)pH范圍（pH分別為2、7、12）表現出不同(tong)的(de)機理。在pH為2時(shi)，反應方(fang)程式見式（1）~（7）。而要(yao)進行式（4）的(de)反應生成·OH，理論(lun)上(shang)需要(yao)體系中(zhong)有可生成H2O2的(de)O2存(cun)(cun)在，因此D. GHERNAOUT認為只有當pH為2時(shi)才存(cun)(cun)在生成·OH的(de)可能性；
2. 在(zai)鋁電絮凝(ning)過程中，當酸性介質中加入H2O2時，陽極溶解的(de)Al3+在(zai)陰極被還原后，會發生式（8）反應(ying)，此時會有·OH的(de)產生；
3. 在(zai)電絮凝(ning)運行的(de)同時進(jin)行超聲，存在(zai)形(xing)成(cheng)更多(duo)·OH的(de)可能性。最終，這(zhe)篇(pian)綜述認(ren)為截止到2013年的(de)研究還沒有足夠的(de)證據表(biao)明電絮凝(ning)過程中存在(zai)高級氧(yang)化現(xian)象，對自由(you)基的(de)形(xing)成(cheng)需要進(jin)行更多(duo)的(de)研究。
2018年(nian)后，關于電絮凝過程中(zhong)氧(yang)化(hua)還(huan)原的相關研究逐(zhu)漸有了新的進展。
W. BARAN等(deng)使用電(dian)絮凝法去(qu)除波(bo)蘭城市廢水中常見的(de)獸用抗生素(su)(su)，包括(kuo)青霉(mei)素(su)(su)（氨芐青霉(mei)素(su)(su)）、四(si)環素(su)(su)（強力霉(mei)素(su)(su)）、大環內酯類(lei)（酒石酸泰樂菌素(su)(su)）和磺胺（磺胺噻唑(zuo)鈉），發現(xian)只有四(si)環素(su)(su)可以(yi)通(tong)過絮凝和氧化降(jiang)解最終從廢水中去(qu)除，但(dan)對該過程的(de)氧化降(jiang)解途徑和機理未有明確提(ti)及。
基于此，國內部分(fen)學者對該過(guo)程的(de)氧(yang)化機理進行了深入(ru)的(de)探究。高雪等發現，使用鐵板作為(wei)陽極，在電(dian)流為(wei)0.3 A，電(dian)絮凝時間為(wei)15 min的(de)條件(jian)下，水中四環素（TTC）能(neng)夠被(bei)快速(su)高效去除，去除率達到99.6%。
這項實驗檢測到可被(bei)氧化(hua)降解的(de)四環素達到41.9%，證實了(le)鐵電絮凝具有高氧化(hua)率的(de)特點(dian)，鐵電極溶(rong)出的(de)Fe（Ⅱ）能(neng)夠生成氧化(hua)性物質(zhi)Fe（Ⅱ）-TTC、Fe（Ⅲ）、Fe（Ⅲ）-TTC，并與強吸附性絮凝劑γ-FeOOH發生協同作用完(wan)成了(le)四環素的(de)高效去除。
張嚴等以磺(huang)胺污染(ran)的漢江(jiang)平(ping)原(yuan)地下水為對象(xiang)，通過猝滅自由(you)基、厭氧電(dian)絮(xu)凝和(he)加Fe（Ⅲ）鹽等對照實驗(yan)，揭示了(le)鐵(tie)電(dian)絮(xu)凝降(jiang)解磺(huang)胺過程中的羥基自由(you)基氧化機制(zhi)。
該項研究最佳條件中初始pH為7.3±0.1，即在中性條件下也(ye)明顯有·OH的生成。
這與D. GHERNAOUT的(de)推論是不相符的(de)，說明(ming)·OH的(de)生成并非完全由pH主導。電絮凝過程中·OH的(de)控制因素尚(shang)需要(yao)更多的(de)研究討論來(lai)完善。
錢傲等研(yan)究了(le)(le)鐵電絮凝在(zai)不同特定氧化(hua)還原電位(wei)條件（電流條件和供氧方式）下的(de)·OH產生(sheng)和污(wu)染物(wu)（苯甲(jia)酸）降(jiang)解轉(zhuan)化(hua)的(de)機理，轉(zhuan)變了(le)(le)固有的(de)電絮凝是以電凝聚過程為主的(de)污(wu)染物(wu)去除機理。結論(lun)可以概括(kuo)為以下5點(dian)：
（1）有氧氧化是產(chan)生·OH的(de)(de)必要條件，這與(yu)D. GHERNAOUT的(de)(de)初始推論是相近(jin)的(de)(de)。
（2）當電(dian)(dian)流(liu)為5~30 mA時(shi)（較低電(dian)(dian)流(liu)條(tiao)件(jian)，反應體系(xi)(xi)氧化(hua)還(huan)原電(dian)(dian)位(wei)較高），電(dian)(dian)絮凝(ning)系(xi)(xi)統(tong)能夠保持一定程度的溶解(jie)氧，電(dian)(dian)解(jie)出的Fe（Ⅱ）可以被完全氧化(hua)，且氧化(hua)過程中有·OH生(sheng)成，·OH的產(chan)生(sheng)速率隨電(dian)(dian)流(liu)增加而逐漸加快，但在(zai)控(kong)制電(dian)(dian)解(jie)出的總鐵量一定時(shi)·OH的產(chan)量未受電(dian)(dian)流(liu)變化(hua)的影(ying)響。
（3）當電(dian)流(liu)為(wei)50~130 mA時（高電(dian)流(liu)條件，反應體(ti)系氧(yang)化還原電(dian)位較低），電(dian)流(liu)增加(jia)，·OH的產生(sheng)速(su)率和產生(sheng)量(liang)都(dou)會(hui)隨之增加(jia)。而(er)當溶解氧(yang)為(wei)0 mg/L時，·OH的產生(sheng)也隨之停(ting)止。
（4）進行(xing)人(ren)為(wei)曝氣供氧(yang)來維持體(ti)系的(de)溶解氧(yang)在一定程度(du)，當電(dian)流(liu)為(wei)50~130 mA時，陽極(ji)釋放(fang)的(de)Fe（Ⅱ）能夠被完(wan)全氧(yang)化，·OH的(de)產生(sheng)速(su)率隨電(dian)流(liu)增加而增加。
（5）鐵(tie)電(dian)絮凝(ning)過程中(zhong)，溶(rong)解氧(yang)供給充足(zu)(zu)可使Fe（Ⅱ）被完(wan)全(quan)氧(yang)化(hua)進一步產生(sheng)·OH，當(dang)供給不(bu)足(zu)(zu)時Fe（Ⅱ）氧(yang)化(hua)不(bu)完(wan)全(quan)會導(dao)致pH升高從(cong)而抑制·OH的生(sheng)成(cheng)。因此，電(dian)流和(he)溶(rong)解氧(yang)會共同控制·OH的生(sheng)成(cheng)。當(dang)強氧(yang)化(hua)劑·OH存在時，鐵(tie)電(dian)絮凝(ning)就具(ju)有了氧(yang)化(hua)還原的能力。
目前來說，近年的(de)(de)研究(jiu)理(li)論(lun)和(he)數(shu)據(ju)都(dou)表(biao)明(ming)了(le)電(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)過程中·OH的(de)(de)存(cun)在(zai)，即電(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)技(ji)(ji)術(shu)真實具備氧(yang)化(hua)還原(yuan)能(neng)力，為(wei)傳統(tong)電(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)向強(qiang)化(hua)電(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)轉化(hua)提供了(le)理(li)論(lun)基(ji)(ji)礎和(he)數(shu)據(ju)支撐，增(zeng)加(jia)了(le)對(dui)強(qiang)化(hua)電(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)深(shen)入認知(zhi)。當然，這里討(tao)論(lun)的(de)(de)主要是(shi)強(qiang)化(hua)電(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)過程中的(de)(de)原(yuan)位自由(you)基(ji)(ji)產(chan)生機(ji)理(li)，實際強(qiang)化(hua)電(dian)(dian)絮(xu)凝(ning)的(de)(de)氧(yang)化(hua)機(ji)理(li)不止于(yu)此，將會在(zai)后面的(de)(de)討(tao)論(lun)中繼續分析說明(ming)。
04 強化電絮凝技術研究現狀
4.1 電源技術
4.1.1 脈沖電源
傳統(tong)電(dian)(dian)(dian)絮凝最常(chang)使(shi)用的(de)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)為直流(liu)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)，其(qi)以低電(dian)(dian)(dian)壓、大電(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)供電(dian)(dian)(dian)方(fang)(fang)式運行，但這種方(fang)(fang)式容易使(shi)陽(yang)極表面發生(sheng)鈍化(hua)，造成電(dian)(dian)(dian)極使(shi)用壽命縮短以及系統(tong)能耗增(zeng)加。
針對電(dian)(dian)極鈍(dun)化的(de)解決(jue)辦法主要為機(ji)械清洗法、引(yin)入(ru)破(po)鈍(dun)劑和脈沖(chong)電(dian)(dian)流(liu)法。大(da)量(liang)研究(jiu)發現，將脈沖(chong)技術與傳統電(dian)(dian)絮(xu)凝結合形(xing)成的(de)脈沖(chong)電(dian)(dian)絮(xu)凝是目前(qian)解決(jue)電(dian)(dian)絮(xu)凝陽(yang)極鈍(dun)化問題(ti)的(de)最佳方式。
脈沖電(dian)絮(xu)凝是在電(dian)極(ji)板之(zhi)間(jian)施加脈沖信號，使(shi)電(dian)極(ji)反應間(jian)斷進行(xing)，形成“通(tong)—斷—通(tong)”的(de)(de)模(mo)(mo)式，這種模(mo)(mo)式下犧牲陽極(ji)溶(rong)(rong)解的(de)(de)金(jin)屬離子更(geng)易于(yu)在溶(rong)(rong)液(ye)中擴散，有利于(yu)絮(xu)體的(de)(de)快速形成，以及降低濃(nong)差極(ji)化、減緩電(dian)極(ji)鈍化。在脈沖電(dian)絮(xu)凝的(de)(de)基(ji)礎上，再施加周期換(huan)向(xiang)電(dian)流，可有效提高陰極(ji)利用率。
雙(shuang)極(ji)均可成為犧牲陽極(ji)，兩極(ji)交(jiao)替使用(yong)減輕了單極(ji)的(de)(de)表面鈍化問題，并促進了整(zheng)個(ge)系(xi)統金(jin)屬離子水解(jie)生(sheng)成的(de)(de)絮凝(ning)劑與污染物間的(de)(de)相互作(zuo)用(yong)。但實際應用(yong)時，長期頻繁的(de)(de)電(dian)(dian)極(ji)調換會(hui)嚴(yan)重損害電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)使用(yong)壽命，從另(ling)一方面提(ti)高了該技術的(de)(de)工程價格(ge)。因此，基于脈沖電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)強化電(dian)(dian)絮凝(ning)技術目(mu)前需要(yao)研究如(ru)何提(ti)高電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)穩定性，保證系(xi)統的(de)(de)長期穩定運行。
王瑤使用脈沖(chong)電(dian)源進行了(le)除氟(fu)的研究，選擇鋁（陽）-鐵（陰）電(dian)極組合，在(zai)脈沖(chong)頻率為1 000 Hz，占空比為40%，正向和(he)(he)反向電(dian)流密度分別為4 mA/cm2和(he)(he)1 mA/cm2時(shi)，氟(fu)的去除率達到83%以上，出水氟(fu)質量濃(nong)度低(di)于(yu)1 mg/L。
廣州精美集團(tuan)生產塑膠的(de)電鍍廢水中(zhong)含有(you)高(gao)濃度(du)Cr2O72-、Ni2+和Cu2+等重金屬離子，原系統(tong)使用化學沉降法，費用高(gao)且難以達標(biao)排放。經改造后(hou)，使用2臺高(gao)壓脈沖(chong)電絮凝裝置并(bing)聯操作，在(zai)電流密度(du)為60.5 A/cm2下穩定運行后(hou)，污染(ran)物凈化水平達到(dao)國家(jia)標(biao)準，且產泥量(liang)更(geng)少(shao)，每月節約(yue)污水處理費用20余萬元。
徐國仁等考察了復極式高壓脈沖電絮凝反應設備對(dui)河南省開封(feng)市某五金電鍍(du)(du)公司的(de)化(hua)學(xue)鍍(du)(du)鎳(nie)車間廢水的(de)處(chu)理(li)情(qing)況，實際運(yun)行(xing)表明出(chu)水中的(de)總鎳(nie)和COD均(jun)能夠達到《電鍍(du)(du)污染物排放標(biao)準》（GB 21900—2008）的(de)限(xian)制要求，整(zheng)套(tao)設備運(yun)行(xing)一年以上狀況良好。
同(tong)時，整個設(she)備采(cai)用PLC控制(zhi)系統可(ke)全自(zi)動操(cao)作，減少了人力操(cao)作可(ke)能產生的問題。將相同(tong)的設(she)備應(ying)用于(yu)天津某電鍍公司(si)的六(liu)價(jia)鉻廢水處理，出水中六(liu)價(jia)鉻濃度遠低(di)于(yu)排放限制(zhi)，成本比投藥(yao)工藝(yi)低(di)70%，污泥量減少30%。
4.1.2 光伏電源
實際使用中(zhong)，傳(chuan)統(tong)電(dian)絮凝(ning)的電(dian)源需(xu)要通過變壓器、整流(liu)器和過濾器將(jiang)交流(liu)電(dian)轉換為直流(liu)電(dian)。而在電(dian)力短缺、位置偏遠(yuan)的地區，環境(jing)壓力和經濟(ji)投入等問題會(hui)導(dao)致傳(chuan)統(tong)電(dian)絮凝(ning)技術難以應用。
雖然以目前的技術來說，光伏(fu)電源能源利用率相(xiang)對(dui)較(jiao)低，但(dan)其具有投(tou)資和運行成(cheng)本低且更為(wei)環保的優勢。因此，在特(te)殊地區(qu)基(ji)于光伏(fu)電源的強化(hua)電絮凝技術表(biao)現出良好的可持續發展性。
D. VALERO等在2008年首次進行(xing)了通過(guo)光伏陣(zhen)列(lie)供(gong)電(dian)驅動的電(dian)絮(xu)凝(ning)研究，論證了直接(jie)由(you)光伏陣(zhen)列(lie)供(gong)電(dian)的電(dian)絮(xu)凝(ning)系統的可行(xing)性。
李俊聰(cong)等以(yi)能(neng)直接輸出低(di)壓直流電的(de)光(guang)伏(fu)電池(chi)作為電源，使用(yong)(yong)電絮凝(ning)工藝(yi)進行了新農村(cun)微(wei)污(wu)染水體中(zhong)磷(lin)的(de)治理研究，驗證了光(guang)伏(fu)電源驅動的(de)電絮凝(ning)工藝(yi)在農村(cun)區域具有良(liang)好的(de)實際應用(yong)(yong)價值及可持續發(fa)展前景。
2017年(nian)，Shunxi ZHANG等通過光伏(fu)驅動(dong)電絮凝技(ji)術去除(chu)廢水(shui)中鎳，在(zai)光照(zhao)強度為（750±30）W/m2，處理(li)時(shi)間為40 min時(shi)，鎳去除(chu)率接(jie)近100%。
王航(hang)宇(yu)等進行(xing)了太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)板和(he)電(dian)(dian)絮凝設備的耦合(he)設計及(ji)工藝優化，極(ji)板數量和(he)光(guang)照時間(jian)是影響油田(tian)污水(shui)處(chu)理效率的主要因素，并且太陽能(neng)可提供足夠反(fan)應裝置穩定(ding)運行(xing)的電(dian)(dian)能(neng)，具備替代(dai)傳統電(dian)(dian)絮凝電(dian)(dian)源的能(neng)力。
4.1.3 空氣陰極
傳統電(dian)絮凝通(tong)常是使用鐵(tie)、鋁和不銹鋼等作(zuo)為陰極，主(zhu)要起到構成系統回路的(de)作(zuo)用。而(er)空(kong)氣(qi)陰極具有疏水氣(qi)體擴(kuo)散(san)層，電(dian)極一(yi)側直(zhi)接暴露在(zai)空(kong)氣(qi)中，從而(er)實(shi)現無源氧擴(kuo)散(san)，并進一(yi)步(bu)進行二電(dian)子反應達到催化降(jiang)解污染物(wu)的(de)效果。
田雨時通過(guo)(guo)使用輥(gun)壓活性(xing)炭(tan)空(kong)氣(qi)(qi)陰(yin)極，構建了遷移電場輔助空(kong)氣(qi)(qi)陰(yin)極電絮(xu)(xu)凝系統，以自主(zhu)富(fu)氧方式突(tu)破(po)了傳統電絮(xu)(xu)凝電耗(hao)大和(he)曝氣(qi)(qi)束縛(fu)等問題，在處(chu)理污(wu)水處(chu)理廠初沉(chen)池生(sheng)活污(wu)水的過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)，氨氮(dan)和(he)磷酸鹽(yan)去(qu)除率超過(guo)(guo)99%，COD去(qu)除率為73.5%，電能(neng)消(xiao)耗(hao)為1.8 kW·h/m3。
Yanxiao SI等使用空氣陰(yin)極(ji)產生（3.7±0.1） mg/（L·h）的(de)(de)(de)H2O2，在與Fe（Ⅱ）的(de)(de)(de)相互作用下間接(jie)促(cu)進(jin)了(le)As（Ⅲ）的(de)(de)(de)氧(yang)化。當電(dian)流(liu)密度為4 A/m2時，空氣陰(yin)極(ji)電(dian)絮(xu)(xu)凝的(de)(de)(de)平均槽(cao)電(dian)壓(ya)為1.0 V，遠低(di)于(yu)傳統電(dian)絮(xu)(xu)凝的(de)(de)(de)1.9 V。盡(jin)管空氣陰(yin)極(ji)的(de)(de)(de)價格要比不銹鋼陰(yin)極(ji)高出18%，但整個(ge)系統的(de)(de)(de)能耗(hao)降低(di)了(le)74%，更低(di)的(de)(de)(de)能耗(hao)有效促(cu)進(jin)了(le)基(ji)于(yu)空氣陰(yin)極(ji)的(de)(de)(de)強化電(dian)絮(xu)(xu)凝技術的(de)(de)(de)實際應用價值(zhi)。
4.1.4 無線技術
傳統(tong)電絮(xu)凝通(tong)常是通(tong)過(guo)歐姆接(jie)觸（即導線）使(shi)電極(ji)和外電路之(zhi)間建立連接(jie)，而電極(ji)在與導線相互接(jie)觸時，接(jie)觸界面受(shou)到的腐蝕應力較大，使(shi)得犧牲電極(ji)在接(jie)頭(tou)區域(yu)更容易受(shou)到腐蝕。
針對這種問題，Zhenlian QI等提出了無線電(dian)絮凝技術。這項技術以鐵板或者(zhe)鋁(lv)板作(zuo)為犧牲(sheng)陽極(ji)和陰(yin)極(ji)，同時使用(yong)2個石墨板作(zuo)為驅動(dong)電(dian)極(ji)，電(dian)場引起的電(dian)位差使陽極(ji)溶解產生電(dian)絮凝作(zuo)用(yong)。
這項實驗證(zheng)明產生(sheng)的(de)總鐵(tie)濃度只與雙(shuang)(shuang)極(ji)的(de)幾何構型(xing)有關，和(he)電(dian)(dian)化學(xue)參數無直(zhi)接關系(xi)，且平行電(dian)(dian)場放置(zhi)(zhi)的(de)雙(shuang)(shuang)極(ji)較垂直(zhi)放置(zhi)(zhi)的(de)雙(shuang)(shuang)極(ji)的(de)總鐵(tie)濃度高出84.6%，“H”型(xing)雙(shuang)(shuang)極(ji)構型(xing)能夠節省超過40%的(de)電(dian)(dian)極(ji)材料成本。這項技(ji)術的(de)優(you)點在于可以解(jie)決(jue)電(dian)(dian)極(ji)連(lian)接問題，并且可以設(she)置(zhi)(zhi)任意(yi)數量“H”型(xing)雙(shuang)(shuang)極(ji)裝置(zhi)(zhi)進行工(gong)作，目前需要進一步研究更(geng)大水量下系(xi)統的(de)可行性。
4.2 電極技術
4.2.1 電極材料
電極(ji)反應(ying)是電化(hua)學技(ji)術的(de)(de)核心，不同電極(ji)材料(liao)具備不同的(de)(de)電化(hua)學特性，因此選(xuan)擇合適的(de)(de)電極(ji)能夠有效提升電絮凝技(ji)術處理(li)污染物的(de)(de)效率。
傳(chuan)統電絮(xu)凝(ning)(ning)最(zui)常使用的(de)陽極(ji)(ji)材料為鋁和鐵(tie)，從(cong)眾多科學研究結果看，鋁電極(ji)(ji)的(de)絮(xu)凝(ning)(ning)效果更(geng)佳，而鐵(tie)電極(ji)(ji)的(de)經濟適用性更(geng)強。因此，鋁陽極(ji)(ji)多用于(yu)飲用水(shui)處理(li)，鐵(tie)陽極(ji)(ji)多用來處理(li)各(ge)類工業廢水(shui)和生活污水(shui)。
在電(dian)絮凝領(ling)域，研(yan)究(jiu)者的(de)目(mu)光主要集(ji)中在鐵(tie)和(he)鋁上，其他材料的(de)研(yan)究(jiu)極(ji)少(shao)。自2010年后，部分(fen)學者逐步進行了其他可溶解性金屬陽極(ji)的(de)研(yan)究(jiu)，如鎂、鋅、銅和(he)鈦等。
D. OUMAR等(deng)研究了鎂作為陽極(ji)電混凝耦合(he)生物(wu)過濾技(ji)術處理垃圾(ji)滲濾液的過程，在電流密度為10 mA/cm2，處理30 min后(hou)COD去除率和脫色率分別達到(dao)了53%和85%。
在美國(guo)飲(yin)用(yong)水水質(zhi)標準(zhun)中(zhong)，限制鋁(lv)離子(zi)(zi)的(de)質(zhi)量濃度為(wei)0.2 mg/L，鎂離子(zi)(zi)的(de)質(zhi)量濃度高達30 mg/L，而中(zhong)國(guo)飲(yin)用(yong)水水質(zhi)標準(zhun)甚至對(dui)鎂離子(zi)(zi)沒有限定。這項研究為(wei)目(mu)前難以解(jie)決的(de)鐵鋁(lv)殘留問題(ti)提(ti)出了另(ling)一條解(jie)決方式(shi)，可以通過共同(tong)使(shi)用(yong)多類(lei)型犧牲陽(yang)極保證水質(zhi)污染物去(qu)除率(lv)達標，同(tong)時金屬離子(zi)(zi)殘余量符合(he)標準(zhun)。
M. S. SAFWAT等使用銅(tong)電(dian)(dian)極(ji)作為陽極(ji)處理了(le)實(shi)際印刷廢水，并與鋁陽極(ji)進行(xing)了(le)比較研(yan)究，結果表明銅(tong)電(dian)(dian)極(ji)對污染物的(de)去除(chu)效(xiao)果優于鋁電(dian)(dian)極(ji)；當電(dian)(dian)流密度(du)為21 mA/cm2時，銅(tong)電(dian)(dian)極(ji)比鋁電(dian)(dian)極(ji)的(de)COD去除(chu)率(lv)高出(chu)約10%；當反應進行(xing)90 min時，銅(tong)電(dian)(dian)極(ji)對于總溶解性(xing)固(gu)體的(de)去除(chu)率(lv)為24%，而(er)鋁電(dian)(dian)極(ji)僅能達到7%。
H. K. SHON等首次使用了(le)鈦板作為(wei)(wei)電絮凝(ning)犧牲陽極，在電流(liu)密度為(wei)(wei)8.3 mA/cm2，攪(jiao)拌速率(lv)為(wei)(wei)700 r/min，pH為(wei)(wei)4的(de)條件下(xia)，DOC的(de)去(qu)除率(lv)達到60%~70%，同時(shi)電解(jie)(jie)鈦板生成的(de)絮凝(ning)劑(ji)具有(you)去(qu)除尺寸更(geng)小有(you)機物的(de)特點，而且絮凝(ning)后(hou)的(de)污泥在低溫煅燒后(hou)可作為(wei)(wei)二氧化鈦催化劑(ji)應(ying)用于(yu)光(guang)催化降(jiang)解(jie)(jie)技(ji)術中(zhong)。這項研究擴展了(le)陽極材料的(de)領域，同時(shi)對于(yu)絮凝(ning)污泥的(de)后(hou)處(chu)理提供了(le)新(xin)的(de)途徑。
基(ji)于電(dian)(dian)極(ji)材料的強(qiang)化電(dian)(dian)絮(xu)凝技術(shu)表現出了(le)(le)更大范(fan)圍且更高效的污染物處理能力，并(bing)具備了(le)(le)傳(chuan)統電(dian)(dian)絮(xu)凝不(bu)具備的一些(xie)新(xin)型(xing)后處理手段。
除(chu)使用純(chun)金屬(shu)陽極外，也可(ke)將金屬(shu)合(he)金作為電絮凝陽極。金屬(shu)合(he)金相對(dui)于(yu)單金屬(shu)來(lai)說，電化(hua)(hua)(hua)學性能顯著改善。合(he)金化(hua)(hua)(hua)能有效(xiao)促進(jin)電極表(biao)面鈍化(hua)(hua)(hua)膜的活化(hua)(hua)(hua)溶解，增加電極使用壽命并減(jian)少系(xi)統的能耗。
D. ADELAIDE等(deng)研(yan)究發現Al-Mg合金(jin)和Al-Zn-In合金(jin)較純Al陽(yang)極表(biao)現出更(geng)(geng)優秀的(de)廢水(shui)處理效(xiao)果。Al-Mg合金(jin)處理實際硝(xiao)酸鹽廢水(shui)15 min即(ji)可達到(dao)完全(quan)去除。同時，純Al陽(yang)極表(biao)面會被(bei)動(dong)形成穩定(ding)的(de)氧化(hua)(hua)膜，而合金(jin)對這種(zhong)被(bei)動(dong)鈍化(hua)(hua)行為的(de)敏感性更(geng)(geng)弱，且更(geng)(geng)易于溶(rong)解。
4.2.2 電極形狀
電(dian)(dian)極的(de)(de)(de)(de)幾何形(xing)狀會影(ying)響(xiang)反(fan)應器(qi)的(de)(de)(de)(de)構型，除污染物去(qu)除性能上的(de)(de)(de)(de)差異外，還會影(ying)響(xiang)反(fan)應器(qi)的(de)(de)(de)(de)放大、運行及經濟性。傳統(tong)電(dian)(dian)絮凝(ning)研究(jiu)中最常使用的(de)(de)(de)(de)為平(ping)板電(dian)(dian)極，而近十年來學者們還進行了棒狀電(dian)(dian)極、圓柱電(dian)(dian)極、旋轉電(dian)(dian)極和穿孔電(dian)(dian)極等(deng)方面(mian)的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)見(jian)圖4。
M. MALAKOOTIAN等使用鐵棒(bang)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)作為(wei)(wei)陽極(ji)(ji)進行了電(dian)(dian)(dian)絮凝法去除飲用水硬度的實(shi)驗室研究，如圖(tu)4（a）所示，電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)尺(chi)寸(cun)直(zhi)徑(jing)2 mm。由于棒(bang)狀電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)與(yu)平板電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)適用的反(fan)應器構型(xing)相(xiang)近，因(yin)此處理污染物的效果也較為(wei)(wei)相(xiang)近。
這類電極(ji)需要完全浸沒到水體內部，并通過(guo)攪(jiao)拌(ban)的方(fang)式使其均勻(yun)傳(chuan)質(zhi)。由(you)于金屬板本身的不均勻(yun)腐蝕(shi)特性(xing)，通常會有難以拆卸的問題。
U. T. UN等設計了一種(zhong)圓柱形(xing)陽極(ji)(ji)(ji)搭配旋轉(zhuan)葉輪陰(yin)極(ji)(ji)(ji)的(de)電極(ji)(ji)(ji)構型處理水中氟化物。由(you)于反應器(qi)和陽極(ji)(ji)(ji)均為(wei)(wei)圓柱形(xing)，因此能(neng)夠將(jiang)陰(yin)極(ji)(ji)(ji)放置在陽極(ji)(ji)(ji)的(de)內部(bu)。除了能(neng)使用如圖(tu)4（b）所示的(de)旋轉(zhuan)葉輪陰(yin)極(ji)(ji)(ji)，也可以使用金屬(shu)棒作為(wei)(wei)陰(yin)極(ji)(ji)(ji)。這種(zhong)電極(ji)(ji)(ji)構型利于控制電極(ji)(ji)(ji)間距，并(bing)且在更換電極(ji)(ji)(ji)方面也表現(xian)出(chu)一定(ding)的(de)優勢。
A. S. NAJE等設計了一種特殊的(de)能夠同(tong)時處理紡織(zhi)廢水和制氫(qing)的(de)電(dian)絮(xu)凝反應器(qi)——旋(xuan)轉陽極反應器(qi)，電(dian)極結構(gou)如圖4（c）所示，內部為搭配葉(xie)輪的(de)柱狀陽極，外側(ce)套(tao)入(ru)多組(zu)圓環作為陰極，這種構(gou)型(xing)下電(dian)極總活性面(mian)積(ji)可達到(dao)500 m2；同(tong)時，通過調(diao)整陽極的(de)轉速，系(xi)統總電(dian)耗僅為0.56 kW·h/m3，比傳統電(dian)絮(xu)凝構(gou)型(xing)更為經濟。
D. O. AVANCINI等(deng)考(kao)察了電(dian)絮凝過程中穿(chuan)孔電(dian)極處理廢金屬加(jia)(jia)工乳液(ye)的(de)效果，穿(chuan)孔電(dian)極如圖4（d）所示(shi)，這(zhe)些孔的(de)存在會(hui)導致水(shui)體pH變化率增加(jia)(jia)，會(hui)更快(kuai)速達(da)到(dao)最終穩(wen)定狀態；同(tong)時，孔的(de)數(shu)量會(hui)影響污染物去(qu)除效率，孔數(shu)的(de)增加(jia)(jia)明(ming)顯(xian)增強了電(dian)絮凝系統對污染物的(de)去(qu)除能力。
研究還(huan)發現在(zai)(zai)孔附近不(bu)存在(zai)(zai)金(jin)屬腐蝕(shi)現象，而孔的(de)存在(zai)(zai)會影響電(dian)極整(zheng)體(ti)腐蝕(shi)坑的(de)平均尺寸和分(fen)布。基于(yu)電(dian)極形狀(zhuang)的(de)強化電(dian)絮(xu)凝技術是其實際應(ying)用(yong)的(de)基本保障，合理(li)的(de)電(dian)極結構與反應(ying)器構型的(de)搭配，在(zai)(zai)保證(zheng)提升污染物的(de)去除(chu)效率以外，能促使其實際運行的(de)長期(qi)穩(wen)定(ding)。
4.3集成技術
4.3.1 電絮凝-活性炭吸附技術
活性炭材料通(tong)常具(ju)(ju)有(you)(you)較(jiao)大的比表(biao)面積，最高可超3 000 m2/g，同時其(qi)表(biao)面也具(ju)(ju)有(you)(you)豐(feng)富的官能(neng)團，如羥基、羧基和內(nei)酯基等，因此(ci)對各類污染物都具(ju)(ju)有(you)(you)極強(qiang)的吸附(fu)能(neng)力。
活性炭(tan)材料的前驅體種類眾多（如稻殼、秸稈、樹(shu)葉和木屑等），制備價(jia)格(ge)低廉且水處理效(xiao)果出眾。因此，考慮到(dao)電絮(xu)凝(ning)技術(shu)本(ben)身存在能耗較(jiao)高的問題(ti)，基于活性炭(tan)吸(xi)附(fu)的強化(hua)電絮(xu)凝(ning)技術(shu)有利于降低系統成本(ben)。
N. V. NARAYANAN等使用間歇式(shi)攪拌電絮(xu)凝反(fan)應器，研究了鐵鋁電極(ji)結合顆粒活(huo)性炭吸附去除合成廢水中(zhong)六價(jia)鉻的(de)可行性，研究發現在(zai)較(jiao)低的(de)電流密度下，添加(jia)顆粒活(huo)性炭（GAC）作為吸附劑能明顯(xian)提高(gao)六價(jia)鉻的(de)去除率(lv)。
M. S. SECULA等考察了4種(zhong)不同商用活性(xing)炭與(yu)電(dian)絮凝聯用技(ji)術(shu)與(yu)傳統(tong)電(dian)絮凝技(ji)術(shu)對水溶液中(zhong)靛胭脂脫色能(neng)力(li)和(he)運行成本上的差異，得出(chu)了與(yu)N. V. NARAYANAN相近的研究結果，在較低(di)的電(dian)流(liu)密度和(he)工作(zuo)時間下，加入吸(xi)附劑(ji)對污染物(wu)的去除效(xiao)果更佳(jia)；
這種去除效率的(de)(de)提升根本在于(yu)活性(xing)炭材料的(de)(de)化(hua)學結構和性(xing)質，L27活性(xing)炭具有較(jiao)大的(de)(de)比表面積以及(ji)豐富的(de)(de)酸性(xing)表面官能(neng)(neng)團，因此(ci)在耦合過程中表現(xian)出了最優異的(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)；
同(tong)時(shi)，在(zai)反應進(jin)行90 min時(shi)，傳(chuan)(chuan)統(tong)電絮(xu)凝去除單位污染(ran)物的(de)能耗為3.41 kW·h/kg，而EC/GAC強(qiang)化技(ji)術的(de)能耗僅(jin)為1.35 kW·h/kg。因此(ci)，這種(zhong)強(qiang)化電絮(xu)凝技(ji)術適合替(ti)代傳(chuan)(chuan)統(tong)電絮(xu)凝。
4.3.2 電絮凝-超聲技術
超(chao)聲(sheng)技術能夠(gou)有(you)效提高電(dian)(dian)絮凝處理污(wu)染物過程(cheng)的(de)(de)整(zheng)體性能。超(chao)聲(sheng)過程(cheng)可(ke)以破壞沉積在電(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)(biao)面的(de)(de)固體層(ceng)及降低電(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)(biao)面雙電(dian)(dian)層(ceng)的(de)(de)厚(hou)度(du)，減緩(huan)陽極(ji)(ji)的(de)(de)鈍化(hua)現象；同時(shi)，能夠(gou)使電(dian)(dian)極(ji)(ji)表(biao)(biao)面生成缺陷，進一(yi)步活化(hua)電(dian)(dian)極(ji)(ji)和電(dian)(dian)極(ji)(ji)反應區(qu)的(de)(de)離子。但超(chao)聲(sheng)也可(ke)能破壞膠體顆(ke)粒的(de)(de)結構及表(biao)(biao)面的(de)(de)吸附層(ceng)，因此(ci)需要合(he)理控制超(chao)聲(sheng)功(gong)率和頻(pin)率。目(mu)前(qian)的(de)(de)研究(jiu)發現超(chao)聲(sheng)能夠(gou)輔助自由基的(de)(de)形成，機制如下：
超聲(sheng)過程有·OH、·H和(he)HO2·等自由基生成，自由基的(de)存在能(neng)夠促進有機物(wu)的(de)降解。但實際上使用超聲(sheng)降解有機物(wu)的(de)研(yan)究(jiu)極少。
Jiangping LI等針(zhen)對精細化工除(chu)磷過程中存在的問題，提(ti)出了電絮凝與超聲共同處理的方法，在電絮凝最佳反(fan)應條件下超聲10 min后，合成廢水中的總磷由86 mg/L降低到0.4 mg/L，去除(chu)率(lv)達到99.6%，此時超聲功(gong)率(lv)為4 W/cm2，頻(pin)率(lv)為20 kHz；
對(dui)(dui)比而(er)言，單一電絮凝(ning)處理下(xia)污染物(wu)的(de)去(qu)除率(lv)僅為81.3%，單獨超聲對(dui)(dui)污染物(wu)幾(ji)乎無去(qu)除能力(li)。超聲促進了(le)(le)絮凝(ning)劑在溶液中的(de)擴散，加快了(le)(le)電極表面鈍化(hua)(hua)層(ceng)的(de)破壞，同(tong)時，超聲強(qiang)化(hua)(hua)了(le)(le)電場傳遞(di)過程，降低了(le)(le)電絮凝(ning)體系的(de)電位，減弱(ruo)了(le)(le)反應體系中的(de)濃差極化(hua)(hua)。因此，兩(liang)者的(de)協同(tong)作用有效加強(qiang)了(le)(le)高磷廢水(shui)的(de)凈化(hua)(hua)，較單一電絮凝(ning)的(de)處理時間(jian)縮(suo)短了(le)(le)2倍。
超聲除了(le)促(cu)進(jin)電絮凝(ning)絮體聚集和空(kong)化作用對(dui)電極表面鈍化層(ceng)進(jin)行(xing)清洗外，電絮凝(ning)過程(cheng)中產生的(de)大量微氣泡具(ju)有增強超聲空(kong)化效應的(de)能力。
余(yu)晟等使(shi)用超(chao)聲(sheng)-鐵電(dian)陽極工(gong)(gong)藝(yi)處理300 m3/d的酯化淀(dian)粉調(diao)(diao)節(jie)池(chi)(chi)(chi)廢(fei)水，整套工(gong)(gong)藝(yi)流程為(wei)“調(diao)(diao)節(jie)池(chi)(chi)(chi)+超(chao)聲(sheng)-電(dian)絮凝裝(zhuang)置+濾池(chi)(chi)(chi)+活性炭濾池(chi)(chi)(chi)”，其(qi)中鐵陽極電(dian)壓為(wei)10 V，超(chao)聲(sheng)工(gong)(gong)作頻率為(wei)30 kHz，此工(gong)(gong)藝(yi)運行(xing)180 d出水穩定，完全符合(he)《淀(dian)粉工(gong)(gong)業(ye)水污染物排放標準》（GB 25461—2010）間接排放標準；經企業(ye)實際效益核(he)算(suan)，運行(xing)成本(ben)減少（0.84±0.25）元/m3。
4.3.3 電絮凝-臭氧技術
臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)(yang)是一種強(qiang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)劑，由(you)于(yu)臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)(yang)分子(zi)(zi)中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)原子(zi)(zi)具有(you)強(qiang)親電子(zi)(zi)性和(he)親質子(zi)(zi)性，因(yin)此能直接(jie)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)有(you)機物(wu)或者無機物(wu)達到污(wu)(wu)染物(wu)快速去(qu)除的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。而(er)除了直接(jie)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)污(wu)(wu)染物(wu)外，臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)(yang)也會形(xing)成·OH等強(qiang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)基團，進行有(you)效(xiao)和(he)非選擇(ze)性的(de)(de)(de)污(wu)(wu)染物(wu)去(qu)除。
何志橋等使用臭氧強化(hua)電絮(xu)凝處(chu)理直接耐曬大(da)紅(hong)4BS模擬(ni)染料(liao)廢水。在電流(liu)密度為15 mA/cm2和O3流(liu)量為0.6 L/h條(tiao)件(jian)下(xia)處(chu)理100 mg/L 4BS，50 min后脫(tuo)色率(lv)達到94%以上，所需時間比單獨電絮(xu)凝工(gong)藝(yi)/臭氧工(gong)藝(yi)達到相近脫(tuo)色率(lv)縮(suo)短了70 min。
P. ASAITHAMBI等(deng)使用臭(chou)氧(yang)輔助電(dian)(dian)絮凝處(chu)理酒廠廢(fei)水(shui)，主要考察(cha)了鐵鋁(lv)不同(tong)(tong)組合下聯合工藝的(de)協(xie)同(tong)(tong)效應，對色度(du)(du)和COD的(de)去除率較單一電(dian)(dian)絮凝和單一臭(chou)氧(yang)技術有(you)明顯提升；當電(dian)(dian)流密(mi)度(du)(du)為(wei)3 A/dm2，初始COD為(wei)2 500 mg/L，臭(chou)氧(yang)流量為(wei)15 L/min時，COD去除率達到83%，能耗為(wei)5.1 kW·h/m3，處(chu)理2 h后能夠完全去除色度(du)(du)；在臭(chou)氧(yang)協(xie)同(tong)(tong)電(dian)(dian)絮凝處(chu)理污染物過程中，Fe2+與O3催化反應生(sheng)成中間產(chan)物FeO2+，Fe2+還會(hui)催化O3分解生(sheng)成·OH。具體反應機制如下：
4.3.4 電絮凝-光/電催化氧化技術
除(chu)臭氧(yang)氧(yang)化技術(shu)外，根據產生(sheng)自由基的方式和(he)反應條件的不(bu)同(tong)，高級(ji)氧(yang)化技術(shu)還包括電(dian)化學氧(yang)化、Fenton氧(yang)化和(he)光催化氧(yang)化等。
這些技術對有(you)機(ji)污(wu)染物具有(you)更顯(xian)著的去(qu)除(chu)能力，在與傳統電絮(xu)凝(ning)技術組合使用后，能夠相互彌(mi)補缺點，擴大可處理污(wu)染物范(fan)圍(wei)，是目(mu)前具有(you)很大發展潛力的強化電絮(xu)凝(ning)工藝之一。
Sheng LIANG等(deng)發(fa)現鐵陽極(ji)原(yuan)位(wei)生成的(de)Fe2+和混合金屬氧化物(wu)（MMO）陽極(ji)原(yuan)位(wei)生成的(de)O2反(fan)應得到的(de)·O2-能夠有效將亞磷(lin)酸鹽氧化為(wei)磷(lin)酸鹽。
以Fe和(he)MMO作為(wei)雙(shuang)陽極，電(dian)流為(wei)100 mA，反應60 min后(hou)，亞磷酸鹽的去(qu)(qu)除(chu)率達到74.25%，而在無MMO電(dian)極參與(yu)下(xia)污染物去(qu)(qu)除(chu)率低于23.41%，在化(hua)學混(hun)凝中去(qu)(qu)除(chu)率低于5.03%。并通(tong)過電(dian)子自旋共(gong)振實驗證明了(le)·O2-是(shi)整個EC-EO體(ti)系中污染物更高(gao)效去(qu)(qu)除(chu)的關鍵。
J. HEFFRON等進(jin)行(xing)了連續電(dian)絮(xu)凝(ning)和電(dian)氧(yang)化抑制飲用(yong)(yong)水中病毒(du)的研究，發現(xian)(xian)天然有(you)機(ji)物和濁(zhuo)度(du)會抑制MS2和ΦX174兩種噬(shi)菌體(ti)在電(dian)氧(yang)化階段的處理(li)效(xiao)(xiao)果，因此聯用(yong)(yong)電(dian)絮(xu)凝(ning)技術作為前處理(li)工(gong)藝有(you)效(xiao)(xiao)提(ti)升了對模擬(ni)地表(biao)水中的病毒(du)的抑制效(xiao)(xiao)果。J. HEFFRON推測絮(xu)凝(ning)/過濾、亞鐵(tie)消毒(du)和電(dian)氧(yang)化消毒(du)的協同附加效(xiao)(xiao)應(ying)實現(xian)(xian)了更有(you)效(xiao)(xiao)的病毒(du)減(jian)少。
M. BOROSKI等使用(yong)電絮(xu)(xu)凝(ning)(ning)和(he)非均相TiO2光催化(hua)(hua)(hua)(hua)聯合處理制(zhi)藥和(he)化(hua)(hua)(hua)(hua)妝品行業廢(fei)水。電絮(xu)(xu)凝(ning)(ning)過(guo)程(cheng)去除了(le)大部分的膠體有機(ji)(ji)物(wu)(wu)和(he)懸浮物(wu)(wu)，難(nan)降(jiang)解有機(ji)(ji)物(wu)(wu)仍然(ran)存在于出水中(zhong)。在隨后聯用(yong)多相光催化(hua)(hua)(hua)(hua)技(ji)(ji)術(shu)，難(nan)降(jiang)解有機(ji)(ji)物(wu)(wu)被降(jiang)解至(zhi)礦(kuang)化(hua)(hua)(hua)(hua)。單(dan)一電絮(xu)(xu)凝(ning)(ning)僅將(jiang)初(chu)始(shi)COD為(wei)1 753 mg/L的廢(fei)水處理至(zhi)160 mg/L，在聯用(yong)UV/TiO2/H2O2后可將(jiang)COD降(jiang)低至(zhi)50 mg/L以下(xia)。這種基于光催化(hua)(hua)(hua)(hua)的強化(hua)(hua)(hua)(hua)電絮(xu)(xu)凝(ning)(ning)技(ji)(ji)術(shu)在工業規模中(zhong)表(biao)現出了(le)潛在的應用(yong)價值。
4.3.5 電絮凝-膜生物反應器技術
膜(mo)生物反應器（MBR）是將(jiang)膜(mo)分離技(ji)(ji)術(shu)與(yu)生物化學技(ji)(ji)術(shu)相結合的一(yi)(yi)種生物水處理(li)技(ji)(ji)術(shu)，是當前(qian)處理(li)高濃度(du)有(you)(you)機廢水以及(ji)中水回用(yong)最有(you)(you)前(qian)途的污水處理(li)技(ji)(ji)術(shu)之一(yi)(yi)。其(qi)特點是占地面積小(xiao)、管(guan)理(li)簡單，盡(jin)管(guan)膜(mo)價格逐年有(you)(you)所降低，但MBR技(ji)(ji)術(shu)的成本依然是制約其(qi)發展的主要因素之一(yi)(yi)。
以電(dian)絮(xu)凝作為預處理工藝則能(neng)有效(xiao)增加MBR技術的(de)(de)膜(mo)使用(yong)壽命。因(yin)此，基于膜(mo)生(sheng)物反應器的(de)(de)強化電(dian)絮(xu)凝技術成為了(le)目前的(de)(de)研究熱點之(zhi)一。
王祎(yi)涵等對比了EC-MBR一體式反應器與單獨(du)MBR反應器處理生(sheng)活污水的(de)水質情況，電(dian)絮凝的(de)加入(ru)使(shi)COD、氨氮和總磷(lin)的(de)去除(chu)率比僅(jin)運行MBR時有(you)了明顯的(de)提升(sheng)，電(dian)絮凝原位(wei)產生(sheng)的(de)Fe2+能(neng)有(you)效(xiao)增強污泥(ni)的(de)活性(xing)(xing)，并進一步改善污泥(ni)沉降性(xing)(xing)能(neng)。
K. BANI?MELHEM等進行(xing)了電(dian)絮凝(ning)-膜(mo)(mo)生物(wu)反應器集成工藝(yi)處理中(zhong)水的(de)(de)(de)研究(jiu)，比較了連續運行(xing)24 d下(xia)，有(you)無(wu)電(dian)絮凝(ning)參與的(de)(de)(de)膜(mo)(mo)生物(wu)反應器在恒定跨(kua)膜(mo)(mo)壓(ya)力下(xia)對污染物(wu)的(de)(de)(de)去除效果。
結果(guo)表明，將電絮凝工藝與膜生(sheng)物(wu)反應器相結合，不僅(jin)是(shi)一種(zhong)有(you)效的(de)中水處(chu)理方法，也是(shi)提(ti)高膜過(guo)濾過(guo)程整體性能(neng)的(de)有(you)效方法。組合工藝與單(dan)獨膜生(sheng)物(wu)反應器運(yun)行(xing)相比，膜污染降低了13%，對COD、濁度和色(se)度等去除性能(neng)有(you)較(jiao)小的(de)提(ti)高，而在磷(lin)酸鹽去除率上(shang)有(you)接近(jin)30%的(de)提(ti)升。
05 總結和未來展望
強化電(dian)絮凝(ning)(ning)技(ji)術是一種符合如今(jin)時代特(te)征的(de)(de)環(huan)保(bao)型水處理工藝，具有廣闊的(de)(de)發展(zhan)前景。除(chu)具有傳統電(dian)絮凝(ning)(ning)的(de)(de)原位無(wu)二次污染、有效成分含量(liang)高、污泥量(liang)少、裝置簡(jian)單和易于實現自控等優點外，還表現出更(geng)廣的(de)(de)可(ke)處理污染物(wu)范圍、更(geng)高的(de)(de)污染物(wu)去除(chu)效率和更(geng)低的(de)(de)能源消耗(hao)等特(te)點。
強化電絮凝(ning)技術是在傳統(tong)電絮凝(ning)技術的(de)三個方面上進(jin)行升級：
一是對機理進行了更深入(ru)的(de)探討，并(bing)提出(chu)了新的(de)觀點，為新型水處理技術的(de)發(fa)展提供(gong)了理論依據；
二是(shi)在電(dian)極材料/結構和反(fan)應器構型(xing)的研究上(shang)進(jin)入了全新的發展階段；
三是逐步加速(su)了(le)各(ge)類水處理(li)工藝與傳統電絮凝技(ji)術的(de)緊密(mi)結合，為各(ge)類型廢水的(de)實際(ji)處理(li)提供了(le)更(geng)多選擇(ze)性。
因此，綜合強化(hua)電絮凝技術當前的研究進展和發展趨勢，該領域未來發展可在以下三(san)個方面進行研究探索。
（1）深入研(yan)(yan)究強化(hua)電(dian)(dian)絮(xu)凝的機(ji)理。盡管目前對強化(hua)電(dian)(dian)絮(xu)凝的機(ji)理研(yan)(yan)究已(yi)經起(qi)步，但還有許多方面需要更深入的研(yan)(yan)究。需要對電(dian)(dian)化(hua)學過程(cheng)(cheng)中(zhong)的電(dian)(dian)絮(xu)凝過程(cheng)(cheng)、電(dian)(dian)氣浮過程(cheng)(cheng)和電(dian)(dian)解氧(yang)化(hua)還原過程(cheng)(cheng)之間的關系以及相(xiang)互作用(yong)進行研(yan)(yan)究，對這幾個過程(cheng)(cheng)進行優化(hua)集成，更充分地(di)發(fa)揮(hui)電(dian)(dian)絮(xu)凝的綜合(he)作用(yong)。
（2）構建強(qiang)化電(dian)(dian)絮(xu)凝的(de)(de)(de)新型電(dian)(dian)極(ji)(ji)和反應(ying)(ying)器(qi)(qi)結(jie)構。強(qiang)化電(dian)(dian)絮(xu)凝技(ji)術的(de)(de)(de)核心為(wei)新型電(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)(de)設計研(yan)發(fa)(fa)，包括(kuo)陽極(ji)(ji)的(de)(de)(de)外(wai)在構型、電(dian)(dian)化學特性(xing)和陰極(ji)(ji)的(de)(de)(de)材料組成(cheng)、表面優化，從而強(qiang)化系統內電(dian)(dian)子傳(chuan)遞過程，以起到對污染物的(de)(de)(de)更高效去除的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。同時，需要(yao)進行(xing)與(yu)電(dian)(dian)極(ji)(ji)和集成(cheng)工(gong)藝相匹配的(de)(de)(de)新型反應(ying)(ying)器(qi)(qi)構型研(yan)究(jiu)(jiu)，達到三者的(de)(de)(de)相互統一，發(fa)(fa)揮出電(dian)(dian)極(ji)(ji)、反應(ying)(ying)器(qi)(qi)和集成(cheng)工(gong)藝的(de)(de)(de)多(duo)重優勢。將模型模擬(ni)應(ying)(ying)用到電(dian)(dian)極(ji)(ji)和反應(ying)(ying)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)設計當中，更加完善(shan)電(dian)(dian)絮(xu)凝體系的(de)(de)(de)電(dian)(dian)場(chang)、流場(chang)和傳(chuan)質(zhi)研(yan)究(jiu)(jiu)。
（3）完(wan)善強化電(dian)絮凝的(de)系統性。目前強化電(dian)絮凝研究普遍(bian)還處于(yu)實(shi)驗(yan)室階段，規模小，且用水大(da)多(duo)為合成廢水，距離工程應用還有很(hen)長路要(yao)(yao)走。在(zai)未來的(de)一(yi)段時間內，研究者們需要(yao)(yao)更多(duo)著眼于(yu)反應器規模的(de)放大(da)，并考慮對實(shi)際廢水的(de)處理效率，更要(yao)(yao)兼顧經濟(ji)問題(ti)，保證電(dian)絮凝技術的(de)早日更大(da)范圍應用。
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