铝/铁双电极周期换向电凝聚处理废水的机理研究

电凝聚曾被认为是最有前途的水处理技术，传统电凝聚技术由于存在电耗大、极板钝化等问题，而限制了其广泛应用。理论上而言，用周期换向可解决极板钝化问题，极板钝化消除及周期换向产生的双电层电容效应，可以降低电凝聚过程的电耗。此外，铁、铝电极在周期换向作用下，还将产生铁、铝阳离子的协同效应，可提高电凝聚的处理效果。本研究以典型的悬浮胶体及印染、制药废水为研究对象，以絮凝率（或胶粒去除率）、COD去除率及脱色率等为判据，通过试验，研究废水中污染物性质、浓度、pH值、电解质、温度、反应时间及极板间距、换向周期、电极电压、电流密度等因素对电凝聚过程的影响，并与常规电凝聚、周期换向或脉冲电凝聚进行比较。在此基础上，通过对废水处理前后水样及絮团的紫外-可见扫描光谱、FTIR、ICP、HPLC、XRD等分析及伏安特性曲线测定、电路仿真模型分析等措施，系统研究本技术防极板钝化、省电、提高凝聚效果的机理、规律。

本研究通过采用铝/铁双电极周期换向电凝聚方式为主要处理方法，以脱色率和COD去除率为判据，分别处理制药废水和染料模拟废水，对处理参数进行了优化。并与常规电凝聚、周期换向或脉冲电凝聚进行比较。在此基础上，通过对废水处理前后水样及絮团的紫外-可见扫描光谱、FTIR、ICP、HPLC、XRD等分析及伏安特性曲线测定、电路仿真模型分析等措施，系统研究本技术防极板钝化、省电、提高凝聚效果的机理、规律。结果表明，通过研究不同电极不同通电方式下对模拟染料废水的脱色和COD去除过程，可以推断出在采用异步周期换向电凝聚法处理上述三种模拟染料废水过程中，脱色和COD去除过程主要依赖于金属阳极溶解后产生的絮凝剂的絮凝和气浮作用，其次才是电氧化（包括直接和间接氧化）或还原过程。根据对处理前后模拟染料废水的紫外-可见光谱、红外扫描光谱以及高分辨质谱等分析手段可知，除电凝聚脱色过程之外，不同染料分子在电化学作用下发生了双键的阴极加氢、羟基氧化和发色基团双键断裂等现象，从而也促进了废水的脱色效果。通过测试不同换向条件下处理后的废水中、形成的絮体中金属铝和铁离子数量以及絮体粒度结构特点并结合研究内容分析可知，采用铁铝双电极周期换向电凝聚法处理三种模拟染料废水时，由于其处理pH范围更宽，能够同时发挥铁离子和铝离子凝聚过程中的各自优点，通过调节换向周期（同步和异步），可以使电解过程产生的铁离子和铝离子具有更合适的数量比例关系，形成的絮体具有更为稳定合理的絮体结构和沉降性能，因此异步周期换向方式能够强化电凝聚过程，提高处理效率，降低总体能耗，改善处理效果。根据对采用换向电源处理前后金属铝阳极表面的极化曲线、塔菲尔曲线、线性极化电阻和腐蚀电流等的分析研究可知，通过电源换向方式确实可以使发生钝化的金属电极表面得到活化，验证了周期换向电凝聚法可以避免和减缓电极表面钝化的理论推断。