一、脈沖電化絮凝概述及特性
電化絮凝（Electrocoagulation）作用，是利用水中通過(guò)的電流及其電化學(xué)特殊設計來(lái)祛除污染物的工藝首先。它是應用于水處理的諸多重要物化處理步驟之一。其特性在于：
1、破壞失穩
通過(guò)破壞原污染物的穩定性并重新聚集等作用，使較小顆粒變成較大顆粒。水中污染物如重金屬離子、無(wú)機和有機膠體，它們常以電荷形式穩定地保留在溶液中，對此舒爾茨(Schulze) 于1882 年曾展示過(guò)這些膠體物質(zhì)。當加入具有相反電荷到這些膠體物質(zhì)時(shí)，即起到去穩定作用。因受去穩定作用而處于不穩定狀態(tài)的膠體能被重新聚合成更大顆粒的物質(zhì)，直至沉淀分離或過(guò)濾而被除掉。
2、電化絮凝
絮凝功能，可用化學(xué)方法或電化方法來(lái)實(shí)現。其中，對化學(xué)絮凝功能的認可度，如今已變得越來(lái)越低，其應用也趨向越來(lái)越少。這是因為：化學(xué)絮凝需要比較繁多的處理工序和較高處理費用，又產(chǎn)生大量污泥和有害金屬氫氧化物類(lèi)廢雜?；瘜W(xué)絮凝，曾應用于懸浮物的去穩定處理使其形成某些可溶性固體，還應用于使廢水中的一些無(wú)機物發(fā)生有效沉淀乃至被分離或過(guò)濾等，其商業(yè)應用已有十年之久。如鋁石灰乳液PAC 等一些絮凝劑，曾廣泛應用于化學(xué)絮凝處理過(guò)程。由于化學(xué)絮凝趨向于產(chǎn)生大量高含水率淤泥、過(guò)濾過(guò)程非常緩慢，其脫水過(guò)程又非常困難，所以化學(xué)絮凝很容易增加廢水中的總溶解固體（TDS）以致在工業(yè)領(lǐng)域的應用變得越來(lái)越難以接受。
電化絮凝，可隨時(shí)中和離子和帶電顆粒，因此可促進(jìn)污染物沉淀并低于化學(xué)沉淀濃度。同時(shí)能節約大量化學(xué)試劑費用。盡管電化絮凝技術(shù)在祛除陽(yáng)離子、中和表面電荷方面具備類(lèi)似于化學(xué)絮凝的良好功能，但由于電化絮凝的凝聚特性，又戲劇性地區別于化學(xué)絮凝特性。電化絮凝的凝聚傾向使其較少含有界面水、并具備較大剪切阻力和良好的過(guò)濾性。電化絮凝，可減少污染物中98％水分，節省艙底所含重金屬和油乳液處理費用90％，其處理水也不同于化學(xué)絮凝處理水的特性。電化絮凝，通過(guò)反應室發(fā)展和電源專(zhuān)利產(chǎn)生了幾種獨立的、性質(zhì)不同的電化學(xué)結果：
1）形成晶種：從陽(yáng)極還原金屬離子，形成新的中心基礎上增長(cháng)、穩定及終形成不溶性絡(luò )合物。這些沉淀物，作為金屬氧化物的絡(luò )合物，即形成晶種。
2） 破乳： 電化絮凝產(chǎn)生的氧和氫離子，將粘合到以水作為母體的油分子上創(chuàng )造出一個(gè)不溶于水的絡(luò )合物，并將水分子從油中、從鉆探的泥漿中、從染料和墨水中分離出來(lái)，即完成破乳。
3） 形成鹵素絡(luò )合物：作為金屬離子，它們自己結合到氯上，形成一個(gè)氯化的碳氫化合物分子。其結果形成一個(gè)較大的不溶性絡(luò )合物，并從一些農藥和除草劑及氯化物PCB（氯化多氯聯(lián)苯）中分離出水分子。
4）漂白：電化絮凝反應后將產(chǎn)生氧離子，可氧化染料、氯化物、氧化細菌、一些氯化病毒及一些生物物料。
5）電子泛色（涂料）：電化絮凝可清除水中電子泛色（這是水絡(luò )合物極性化的效應），可讓膠體物沉淀、增加電子和創(chuàng )造一個(gè)滲透壓，還可破壞細菌、病毒及胞囊。
6） 在我們的電化絮凝反應室中，有效進(jìn)行氧化與還原反應，加速產(chǎn)生自然的濕化學(xué)性質(zhì)。
7）電化絮凝可減少酸堿度pH值的不穩定性而趨于中性。電化絮凝系統，具備能夠控制反應室物料（鐵、鋁、鈦、石墨）、安培強度、伏特、流速和PH值變化等工藝條件，使操作條件上佳化。對處理混合型廢液如油、重金屬和細菌混合液非常有效。而各種變量如溫度、壓強等因素在該工藝過(guò)程中的影響均很小。
二、電化絮凝應用范圍
電化絮凝系統已成功應用于：
1、處理食品廠(chǎng)蛋白、脂肪和纖維廢液；
2、去除廢水中的金屬和油脂；
3、凈化鹽水、冷卻水，祛除細菌、脂肪等；
4、凈化鍋爐補充水，祛除CO2、硬度、TSS等；
5、去除BOD、TSS、TDS 等，使水達到飲用水標準；
6、去除污泥、穩定金屬，減少污泥使其用于土壤改良；
7、凈化密閉管路系統內的循環(huán)水；
8、凈化防凍劑。去除油分、粉塵和金屬；
9、處理反滲透膜濃縮液；
10、清潔鍋爐可溶性固體，滿(mǎn)足防銹抑垢需要；
11、在達標排放或水源回用前去除氯和細菌；
三、電化絮凝原理
電化絮凝技術(shù)工作原理：
電化絮凝過(guò)程中，電流通過(guò)平行金屬電極板進(jìn)入水中。金屬電極板根據去除物質(zhì)的不同而選用不同的材料，以達到上佳處理效果，經(jīng)常應用的有鐵、鋁、鈦、石墨等。每種材料在某個(gè)領(lǐng)域中的應用范圍都很廣泛，同時(shí)它在這個(gè)領(lǐng)域中的應用又是獨特的。反應箱的設計和電極板的選擇是以對電化絮凝技術(shù)的實(shí)驗測試和豐富經(jīng)驗為基礎的。其處理原理有：
1、氧化作用
電解過(guò)程中的氧化作用：直接氧化，即污染物直接在陽(yáng)極失去電子而發(fā)生氧化；間接氧化，利用溶液中的電極電勢較低的陰離子，例如OH—、Cl—在陽(yáng)極失去電子生成新的較強的氧化劑的活性物質(zhì)[0]、Cl2 等，利用這些活性物質(zhì)使污染物失去電子，起氧化分解作用，以降低原液中的BOD5、CODcr、NH3-N 等。
2、還原作用
電解過(guò)程中的還原作用:直接還原，即污染物直接在陰極上得到電子而發(fā)生還原作用。間接還原，即污染物中的陽(yáng)離于首先在陰極得到電于，使得電解質(zhì)中高價(jià)或低價(jià)金屬陽(yáng)離于在陰極上得到電子直接被還原為低價(jià)陽(yáng)離子或金屬沉淀。
3、凝聚作用
可溶性陽(yáng)極例如鐵、鋁等陽(yáng)極，通以直流電后，陽(yáng)極失去電子后，形成金屬陽(yáng)離子Fe2+、Al3+，與溶液中的OH-生成金屬氫氧化物膠體絮凝劑，吸附能力極強，將廢水中的污染物質(zhì)吸附共沉而去除。
4、氣浮作用
電氣浮法是對廢水進(jìn)行電解，當電壓達到水的分解電壓時(shí)，在陰極和陽(yáng)極上分別析出氫氣和氧氣。氣泡小，分散度高，作為載體粘附水中的懸浮物而上浮，容易將污染物質(zhì)去除。電氣浮既可以去除廢水中的疏水性污染物，也可以去除親水性污染物。電解產(chǎn)生的氣泡粒徑很小，氫氣泡約為10～30μm，氧氣泡約為20～60μm；而加壓溶氣氣浮時(shí)產(chǎn)生的氣泡粒徑為100～150μm，機械攪拌時(shí)產(chǎn)生的氣泡直徑為800～1000μm。由此可見(jiàn)，電化絮凝產(chǎn)生的氣泡捕獲雜質(zhì)微粒的能力比后兩者為高，出水水質(zhì)自然較好。此外，電化絮凝產(chǎn)生的氣泡，在20℃時(shí)的平均密度為0.5g／L；而一般空氣泡的平均密度為1.2g／L?？梢?jiàn)，前者的浮載能力比后者大一倍多。
四、 電化絮凝功能與應用
1、 電化絮凝功能
1）用TCLP（毒害分類(lèi)浸提程序）去除重金屬和氧化物；
2）破壞水中乳化液；
3）破壞并去除細菌、病毒和腫瘤；
4）機加工漂洗和洗滌水處理；
5）污水處理；
6）去除放射性同位素；
7）反滲透、超濾、超毫微過(guò)濾及光催化預處理；
8）去除懸浮物和膠態(tài)固體；
9）去除脂肪、油脂類(lèi)；
10）凈化地下水；
11）凈化飲用水源水；
12）處理冷卻塔廢水；
13）進(jìn)水質(zhì)量控制；
14）水資源零排放或回收金屬；
2、電化絮凝優(yōu)點(diǎn)：
1）凈化效率高、回用量大,是其他類(lèi)設備的5倍；
2）減少費用80-90％,可節約其它設備18-24個(gè)月費用；
3）去除率>90％且符合環(huán)境B級水（TCLP 檢驗）；
4）水流穩定可預測，人力費極少（日查1-2 次）；
5） 每運行2 個(gè)月填料添加僅需1 小時(shí)；
6） 適合大容量、多污染及多變負荷的水處理；
7） 污泥生成量極少；
3、絮凝比較
1）電化絮凝可凈化大多數廢水流且運營(yíng)費用更低、產(chǎn)生污泥更少。經(jīng)電化絮凝處理過(guò)的廢水及其污泥，其質(zhì)量要比化學(xué)沉淀法產(chǎn)生的污泥質(zhì)量要好得多，也增加了水的回用機會(huì )，還可獲得因金屬氧化物技術(shù)測試作為土壤添加劑而加以利用。2）由于電化絮凝在一級操作中就沉淀出大量污染物，所以這種技術(shù)對于工業(yè)、商業(yè)和市政廢水的處理具備非常明顯的經(jīng)濟和環(huán)保優(yōu)勢而被優(yōu)先選用。在投資和運行費用方面，通常節省1 年的運行費用（與化學(xué)絮凝相比），可回收全部設備投資。
3）用化學(xué)絮凝處理污廢水時(shí)，用投入化學(xué)藥劑的方法促使溶解性固體和懸浮物狀態(tài)發(fā)生改變和沉淀。在廢水處理時(shí)，常用化學(xué)藥劑包括硫酸鋁、氯化鐵、硫酸鐵，硫酸亞鐵和石灰乳等。
4）用化學(xué)絮凝產(chǎn)生的淤泥，不僅處置困難，而且花費很高。因為大多數化學(xué)沉淀會(huì )產(chǎn)生大容積淤泥。當用石灰乳處理時(shí)，其淤泥體積高達廢水體積的0.5％；當添加硫酸鐵和石灰乳時(shí)，TSS 量可增至85％。
4、應用舉例
某化學(xué)絮凝處理工程：
1)流量=378.4 萬(wàn)M3/日； 2)SS =220mg/l (0.022％)；
3)硫酸鐵FeSo4?7H20 添量=8.39mg/l； 4)石灰乳添量=71.33mg/l
5)碳酸鈣溶解度=15mg/l
A、當不加化學(xué)絮凝劑、TSS 祛除率 60％時(shí)：
污泥生成量為495kg/日，體積8.1M3/日;
B、當添加化學(xué)絮凝劑、TSS 祛除率 85％時(shí)：
污泥生成量為1379kg, 體積17.6M3/日(增加1 倍),其中:
1）707kg/天來(lái)自TSS 淤泥; 2）淤泥12.25kg/天來(lái)自Fe(OH) 3 ; 3）污泥660kg/天來(lái)自碳酸鈣；
因此，淤泥合計1379kg/天(干基準)
C、當電化絮凝、TSS 祛除率為 99％時(shí)：
1）淤泥824kg/天來(lái)自TSS； 2）污泥3.63kg/天來(lái)自溶解性電極反應室，污泥合計827.63kg, 體積
8.2M3/日(比化學(xué)處理減少1 倍,干基準)
結論：
電化絮凝產(chǎn)生的淤泥量略多于化學(xué)絮凝劑投入量的0.5％，即，化學(xué)絮凝沉淀的污泥總量中包含49％絮凝劑量，大幅增加了沉淀污泥量（使污泥體積增加一倍）。而有害廢物增量的結果，勢必又增加處理費用近20~30倍。一與化學(xué)絮凝相比，電化絮凝約減少83％污泥體積，并提高過(guò)濾速率76％。
★污泥處理費用，在水處理工程中往往占很大比重。有害廢物污泥傾卸每噸收費180-260 元不等（視污泥的含水率而定）。自行采用干燥爐烘干，若是電鍍污泥，則噸水處理成本上升≥2.0 元。
★總之，與化學(xué)絮凝所發(fā)生污泥出處理費相比，電化絮凝所節省的費用遠高于電化絮凝系統運行費和保養費之和。
★電化絮凝過(guò)后通常在調PH 7-8 范圍內操作，因而只發(fā)生環(huán)保性污泥（因金屬中性污泥中是穩定的，以無(wú)害氧化物形式存在）。這樣即符合美國環(huán)保機構EPA 規定，又可以通過(guò)加利福尼亞22STLC 和TTLC浸提試驗驗證。
五、電化絮凝處理水的回用領(lǐng)域
1、紡織染料水可運用電凝進(jìn)行有效處理，從水中可分離出已消失的染料。經(jīng)除色、除懸浮物和二氧化碳，使處理水質(zhì)量達到完全回用標準。
2、沖洗電化絮凝極板上的金屬污物、沖洗水槽等所需用水應考慮電化絮凝處理水而無(wú)需排放。這樣可避免潛在不利因素，且節約排污費、監控和試驗費及補充水費用。去除90％金屬極板上的污物使極板質(zhì)量達到標準。
3、肉和家禽加工：肉和家禽加工應采用電化絮凝工藝。這樣可從排放的市政廢水中得到蛋白和脂肪。其中，回收蛋白和脂肪，具有動(dòng)物飼料價(jià)值。
4、啤酒冷卻器水的循環(huán)應用,因電化絮凝破壞渾濁的大腸菌99.9999％，并分離出脂肪、蛋白質(zhì)和懸浮物，這樣不僅回用啤酒冷卻器水，也無(wú)需排放。從沉淀物回收的脂肪和蛋白質(zhì)經(jīng)濟價(jià)值，是價(jià)值節約的主要來(lái)源。
5、商業(yè)洗衣房可采用電化絮凝系統處理它們的洗滌水并加以回用其處理水。電化絮凝可有效去除懸浮固體和有機絡(luò )合物。這樣的水還保持熱能，當電化絮凝進(jìn)行時(shí)由此可節省能量。
6、當采用電化絮凝時(shí)，從采礦水中可去除懸浮粘土和煤顆粒。而未經(jīng)處理的水是不能用于冷卻采礦設備的，也不能排放到本地水庫中。電凝處理后可除掉>99％顆粒，使處理水再用于采礦操作，節省大量新鮮補充水。
7、煤礦高濕度30％濕度煤，經(jīng)加熱去除濕氣，用電化絮凝分離出的濕氣冷凝液、粗劣固體和澄清液體，可用于注入油田巖層，簡(jiǎn)捷回收原油。
8、市政廢水：經(jīng)電化絮凝處理的市政廢水，在大多數情況下，其處理水優(yōu)于未處理水。