電絮凝技術(shù)發(fā)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，英國學(xué)者P. P. STROKACH首次提出了將電化學(xué)法應(yīng)用在水處理過程中的理論；

1901年，英國學(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，美國學(xué)者J. T. HARRIS和F. B. HINKSON分別在美國獲得了電絮凝水凈化技術(shù)專利；

1911年，美國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)用過高的原因未得到推廣使用；

20世紀(jì)50年代后，美國和前蘇聯(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、石化廢水和含鉻廢水等；

21世紀(jì)初，化學(xué)絮凝劑的快速發(fā)展和大規(guī)模使用，以及不發(fā)達(dá)的電力工業(yè)，導(dǎo)致電絮凝技術(shù)依舊發(fā)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)的快速發(fā)展，電絮凝技術(shù)的發(fā)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）原位反應(yīng)且無二次污染。電絮凝劑是由犧牲陽極在電流通過時(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、陰陽離子和污染物種類等）。電絮凝過程不會(huì)有其他外源物質(zhì)（如Cl-、SO42-和NO3-等）的引入，消除了陰離子的競(jìng)爭，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Al13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（單體和初聚體），Al13質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在30%~35%。相比之下，以鋁為陽極的電絮凝過程，通過電解參數(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Al13，最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到70%~80%。

（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1/3。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）裝置簡單且操作簡便。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)行過程中的操作、維護(hù)和管理簡單便捷，對(duì)工作人員的專業(yè)需求較低。

相對(duì)來說，電絮凝技術(shù)也存在一些不可忽視的問題，這些缺點(diǎn)限制了該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)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)反應(yīng)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)行成本。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）陽極需要定期更換。由于陽極發(fā)生電化學(xué)溶解，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)大量消耗，若不定期更換。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。電絮凝過程中溶出的金屬離子存在自發(fā)的水解過程，除生成具有絮凝效果的電絮凝劑外，會(huì)有部分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）陽極鈍化。陽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)為陽極表面生成的復(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)消耗在電極副反應(yīng)過程（氧的析出和高價(jià)反應(yīng)產(chǎn)物生成等），導(dǎo)致了陽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)吸附在陽極表面，改變金屬-溶液的界面結(jié)構(gòu)，造成陽極反應(yīng)的活化能升高，從而出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象。兩種理論的概念相近，區(qū)別在于陽極表面具體如何變化，目前為止還沒有形成統(tǒng)一的權(quán)威理論。

基于以上的問題，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”的方向發(fā)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，提高電絮凝技術(shù)在工程應(yīng)用中的實(shí)際價(jià)值。

01 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)。從絮凝劑的生成過程來講，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AWWA會(huì)刊上的一篇論文中，直到20世紀(jì)90年代，美國水工協(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)絮凝過程中，在保證濁度去除效果的前提下，通過提高絮凝劑的投加量來實(shí)現(xiàn)有機(jī)物去除率提升的工藝過程。

同時(shí)，在強(qiáng)化絮凝的基礎(chǔ)上，又提出了優(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、減小殘余絮凝劑的含量、減少污泥產(chǎn)量和最小化生產(chǎn)成本。

王東升等認(rèn)為實(shí)際的水處理過程中強(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)，從而達(dá)到提高水質(zhì)的目標(biāo)。

為了清晰地表明強(qiáng)化電絮凝的發(fā)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—2020年（12月18日）”，限定研究方向?yàn)椤癊ngineering Chemical”、“Engineering Sciences”、“Engineering Environmental”和“Water Resources”，對(duì)檢索得到的論文建立數(shù)據(jù)庫，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1。

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)，表明電絮凝技術(shù)的研究確實(shí)在逐漸升溫，具有穩(wěn)定長遠(yuǎn)發(fā)展的可行性。

從這些論文的研究內(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?/p>

（1）對(duì)操作參數(shù)上的優(yōu)化進(jìn)行研究討論，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）的性能對(duì)比分析。傳統(tǒng)電絮凝的研究范圍極廣，為電絮凝的快速發(fā)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)的發(fā)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)化電絮凝。

因此，筆者在“電絮凝”數(shù)據(jù)庫的基礎(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。

整體來講，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)是在逐漸增長的，這表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，這部分研究屬于電絮凝新階段的一個(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)，目前來說尚且需要長時(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)來說起步較晚，從2010年才開始進(jìn)入到穩(wěn)定的發(fā)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)電絮凝新階段的發(fā)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”的發(fā)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)，以達(dá)到電絮凝技術(shù)廣泛使用的目標(biāo)。

02 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)上來講，傳統(tǒng)電絮凝的凈水過程都是以電凝聚過程作為主體。

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)反應(yīng)體系中具有促進(jìn)作用的副反應(yīng)。

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，因此這也是強(qiáng)化電絮凝的機(jī)理研究發(fā)展方向。

電絮凝技術(shù)中的電凝聚過程是通過外加電場(chǎng)的作用，電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，金屬陽極產(chǎn)生具有絮凝特性的陽離子（如Fe2+和Al3+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，通過吸附、絮凝或沉淀作用去除水體中的污染物的過程。從這個(gè)表述上看，電凝聚過程除了絮凝劑的來源與化學(xué)絮凝不同，機(jī)理上基本一致。

經(jīng)過對(duì)絮凝機(jī)理的長期研究，通常認(rèn)為絮凝過程主要存在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)ζ電位達(dá)到某一臨界值時(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)。通常壓縮雙電層可以通過增加溶液中反離子濃度達(dá)到減小擴(kuò)散層厚度的目的。在絮凝過程中，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，由于膠核表面的總電位保持不變，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，ζ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)電荷的顆粒的表面吸附作用，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、表面絡(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。犧牲陽極電解后產(chǎn)生的高分子聚合物能夠與膠粒相互吸附，長鏈上的活性基團(tuán)能夠占據(jù)一個(gè)或多個(gè)膠體顆粒表面的吸附位，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。陽極電解產(chǎn)生的金屬離子在水解后，當(dāng)其劑量超過本身溶度積時(shí)，就會(huì)形成大量的金屬氫氧化物絮體。這些帶有正電的氫氧化物絮體最初通常會(huì)具有較大的比表面積，因此表現(xiàn)出了一定的黏附能力，故而能夠網(wǎng)捕卷帶水中的膠體顆粒并迅速形成沉淀得以去除。

在傳統(tǒng)電絮凝技術(shù)進(jìn)行水處理的過程中，主要是依靠以上4種機(jī)理完成污染物的處理處置。在整個(gè)過程中，根據(jù)實(shí)際的水質(zhì)特點(diǎn)，可能是幾種機(jī)理的綜合作用，也可能是其中某種機(jī)理起主要作用，最終達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

03 強(qiáng)化電絮凝凈水機(jī)理

強(qiáng)化電絮凝的發(fā)展目標(biāo)是充分發(fā)揮電絮凝技術(shù)的綜合作用，通過對(duì)電凝聚、電氣浮和電解氧化還原機(jī)理上的強(qiáng)化，逐步克服目前電絮凝實(shí)際應(yīng)用中面臨的難題。

下面將從強(qiáng)化電凝聚氣浮和強(qiáng)化電氧化還原兩點(diǎn)對(duì)強(qiáng)化電絮凝凈水機(jī)理上的新觀點(diǎn)進(jìn)行論述。

3.1 強(qiáng)化電凝聚氣浮

電凝聚是電絮凝處理污染物的核心方式，也是電絮凝發(fā)展歷程中研究者們主要探究的主題，因此電凝聚的理論研究已經(jīng)逐步成熟。

單純考慮電凝聚的凈水機(jī)理，主要還是以第2章節(jié)所講的4個(gè)理論為主。電絮凝過程中通常會(huì)伴隨水電解等副反應(yīng)的發(fā)生，而電氣浮是一種在水電解過程中，通過陽極生成的氧氣泡和陰極生成的氫氣泡共同作用，使污染物上浮至液面上層從而去除的電化學(xué)過程。因此，國內(nèi)早期的研究中也將電絮凝稱作電凝聚氣浮。

電氣浮既是電絮凝水處理過程中的一個(gè)重要組成，同時(shí)也能獨(dú)立作為一項(xiàng)水處理工藝。

電氣浮的概念最早是在1904年提出，但其理論的推進(jìn)是極緩慢的。電氣浮的整個(gè)過程可劃分為氣泡的生成、長大和脫離3個(gè)階段。在電氣浮過程中，生成的氧氣泡粒徑為20~60 μm，氫氣泡粒徑為10~30 μm，這些氣泡的尺寸遠(yuǎn)小于其他氣浮方式下生成的微氣泡，因此表現(xiàn)出了更強(qiáng)的分離效率。

氣泡的生成量是符合Faraday定律的，因此可通過調(diào)節(jié)電流進(jìn)行控制，更多數(shù)量的氣泡便意味著更強(qiáng)的氣浮能力。氣泡的長大過程一般是通過以下3種方式進(jìn)行：電極表面細(xì)小氣泡的聚并；以中等氣泡為中心，在其生長過程中兼并周圍的細(xì)小氣泡；滑移聚并，即大氣泡在電極表面上升滑移時(shí)兼并中小氣泡不斷長大。因此，根據(jù)氣泡和絮粒的特性，目前公認(rèn)的兩者黏附方式主要是4種因素的綜合作用：碰撞黏附作用、共聚作用、絮粒的架橋和網(wǎng)捕以及卷掃作用、表面活性劑的參與作用。

目前關(guān)于電氣浮的機(jī)理研究一般都是脫離電凝聚過程進(jìn)行的，因?yàn)閮烧叩闹饕绊懸蛩囟际莗H、電極材料和電流等，存在一定的干擾性，實(shí)際在電絮凝技術(shù)的應(yīng)用中，兩者同時(shí)進(jìn)行，控制上還難以同時(shí)達(dá)到完善。因此，兼顧電凝聚和電氣浮的同時(shí)有效控制是強(qiáng)化電絮凝研究中需要進(jìn)一步發(fā)展的。如可以通過理論計(jì)算或者Comsol、Fluent軟件的多物理場(chǎng)模擬等方式，對(duì)整體操控條件下的絮體形態(tài)和氣泡質(zhì)量（尺寸、密度和穩(wěn)定性等）進(jìn)行匹配研究，尋找工藝的最佳平衡點(diǎn)。強(qiáng)化電凝聚氣浮的機(jī)理還有眾多問題等待去研究、探索和突破，這也意味著這項(xiàng)技術(shù)具有更廣闊的發(fā)展空間。

3.2 強(qiáng)化電氧化還原

在廢水處理中，高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)有機(jī)物的去除效果是最為顯著的，而在大多數(shù)的研究中，具有電氧化能力的電絮凝工藝對(duì)有機(jī)物去除效果僅能達(dá)到20%~30%。目前關(guān)于電氧化作用的研究多是集中于形穩(wěn)陽極參與的電化學(xué)反應(yīng)，而在電絮凝中涉及得很少。

2013年，D. GHERNAOUT針對(duì)電絮凝技術(shù)中的高級(jí)氧化現(xiàn)象提出了“a myth or a reality ？”的疑問，主要得到3個(gè)結(jié)論：

1.鐵電絮凝過程中，不同pH范圍（pH分別為2、7、12）表現(xiàn)出不同的機(jī)理。在pH為2時(shí)，反應(yīng)方程式見式（1）~（7）。而要進(jìn)行式（4）的反應(yīng)生成·OH，理論上需要體系中有可生成H2O2的O2存在，因此D. GHERNAOUT認(rèn)為只有當(dāng)pH為2時(shí)才存在生成·OH的可能性；

2. 在鋁電絮凝過程中，當(dāng)酸性介質(zhì)中加入H2O2時(shí)，陽極溶解的Al3+在陰極被還原后，會(huì)發(fā)生式（8）反應(yīng)，此時(shí)會(huì)有·OH的產(chǎn)生；

3. 在電絮凝運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行超聲，存在形成更多·OH的可能性。最終，這篇綜述認(rèn)為截止到2013年的研究還沒有足夠的證據(jù)表明電絮凝過程中存在高級(jí)氧化現(xiàn)象，對(duì)自由基的形成需要進(jìn)行更多的研究。

2018年后，關(guān)于電絮凝過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（氨芐青霉素）、四環(huán)素（強(qiáng)力霉素）、大環(huán)內(nèi)酯類（酒石酸泰樂菌素）和磺胺（磺胺噻唑鈉），發(fā)現(xiàn)只有四環(huán)素可以通過絮凝和氧化降解最終從廢水中去除，但對(duì)該過程的氧化降解途徑和機(jī)理未有明確提及。

基于此，國內(nèi)部分學(xué)者對(duì)該過程的氧化機(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，去除率達(dá)到99.6%。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到可被氧化降解的四環(huán)素達(dá)到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γ-FeOOH發(fā)生協(xié)同作用完成了四環(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程中的羥基自由基氧化機(jī)制。

該項(xiàng)研究最佳條件中初始pH為7.3±0.1，即在中性條件下也明顯有·OH的生成。

這與D. GHERNAOUT的推論是不相符的，說明·OH的生成并非完全由pH主導(dǎo)。電絮凝過程中·OH的控制因素尚需要更多的研究討論來完善。

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·OH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）有氧氧化是產(chǎn)生·OH的必要條件，這與D. GHERNAOUT的初始推論是相近的。

（2）當(dāng)電流為5~30 mA時(shí)（較低電流條件，反應(yīng)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50~130 mA時(shí)（高電流條件，反應(yīng)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0 mg/L時(shí)，·OH的產(chǎn)生也隨之停止。

（4）進(jìn)行人為曝氣供氧來維持體系的溶解氧在一定程度，當(dāng)電流為50~130 mA時(shí)，陽極釋放的Fe（Ⅱ）能夠被完全氧化，·OH的產(chǎn)生速率隨電流增加而增加。

（5）鐵電絮凝過程中，溶解氧供給充足可使Fe（Ⅱ）被完全氧化進(jìn)一步產(chǎn)生·OH，當(dāng)供給不足時(shí)Fe（Ⅱ）氧化不完全會(huì)導(dǎo)致pH升高從而抑制·OH的生成。因此，電流和溶解氧會(huì)共同控制·OH的生成。當(dāng)強(qiáng)氧化劑·OH存在時(shí)，鐵電絮凝就具有了氧化還原的能力。

目前來說，近年的研究理論和數(shù)據(jù)都表明了電絮凝過程中·OH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)化電絮凝過程中的原位自由基產(chǎn)生機(jī)理，實(shí)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)分析說明。

04 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極表面發(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)電極鈍化的解決辦法主要為機(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極鈍化問題的最佳方式。

脈沖電絮凝是在電極板之間施加脈沖信號(hào)，使電極反應(yīng)間斷進(jìn)行，形成“通—斷—通”的模式，這種模式下犧牲陽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，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極，兩極交替使用減輕了單極的表面鈍化問題，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）-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)，氟的去除率達(dá)到83%以上，出水氟質(zhì)量濃度低于1 mg/L。

廣州精美集團(tuán)生產(chǎn)塑膠的電鍍廢水中含有高濃度Cr2O72-、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，污染物凈化水平達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)泥量更少，每月節(jié)約污水處理費(fèi)用20余萬元。

徐國仁等考察了復(fù)極式高壓脈沖電絮凝反應(yīng)設(shè)備對(duì)河南省開封市某五金電鍍公司的化學(xué)鍍鎳車間廢水的處理情況，實(shí)際運(yùn)行表明出水中的總鎳和COD均能夠達(dá)到《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 21900—2008）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)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)生的問題。將相同的設(shè)備應(yīng)用于天津某電鍍公司的六價(jià)鉻廢水處理，出水中六價(jià)鉻濃度遠(yuǎn)低于排放限制，成本比投藥工藝低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變壓器、整流器和過濾器將交流電轉(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)來說，光伏電源能源利用率相對(duì)較低，但其具有投資和運(yùn)行成本低且更為環(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)發(fā)展性。

D. VALERO等在2008年首次進(jìn)行了通過光伏陣列供電驅(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姵刈鳛殡娫矗褂秒娦跄に囘M(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)發(fā)展前景。

2017年，Shunxi ZHANG等通過光伏驅(qū)動(dòng)電絮凝技術(shù)去除廢水中鎳，在光照強(qiáng)度為（750±30）W/m2，處理時(shí)間為40 min時(shí)，鎳去除率接近100%。

王航宇等進(jìn)行了太陽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，并且太陽能可提供足夠反應(yīng)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的電能，具備替代傳統(tǒng)電絮凝電源的能力。

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)無源氧擴(kuò)散，并進(jìn)一步進(jìn)行二電子反應(yīng)達(dá)到催化降解污染物的效果。

田雨時(shí)通過使用輥壓活性炭空氣陰極，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題，在處理污水處理廠初沉池生活污水的過程中，氨氮和磷酸鹽去除率超過99%，COD去除率為73.5%，電能消耗為1.8 kW·h/m3。

Yanxiao SI等使用空氣陰極產(chǎn)生（3.7±0.1） mg/（L·h）的H2O2，在與Fe（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 V。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。

4.1.4 無線技術(shù)

傳統(tǒng)電絮凝通常是通過歐姆接觸（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)這種問題，Zhenlian QI等提出了無線電絮凝技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)以鐵板或者鋁板作為犧牲陽極和陰極，同時(shí)使用2個(gè)石墨板作為驅(qū)動(dòng)電極，電場(chǎng)引起的電位差使陽極溶解產(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40%的電極材料成本。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以解決電極連接問題，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

電極反應(yīng)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極材料為鋁和鐵，從眾多科學(xué)研究結(jié)果看，鋁電極的絮凝效果更佳，而鐵電極的經(jīng)濟(jì)適用性更強(qiáng)。因此，鋁陽極多用于飲用水處理，鐵陽極多用來處理各類工業(yè)廢水和生活污水。

在電絮凝領(lǐng)域，研究者的目光主要集中在鐵和鋁上，其他材料的研究極少。自2010年后，部分學(xué)者逐步進(jìn)行了其他可溶解性金屬陽極的研究，如鎂、鋅、銅和鈦等。

D. OUMAR等研究了鎂作為陽極電混凝耦合生物過濾技術(shù)處理垃圾滲濾液的過程，在電流密度為10 mA/cm2，處理30 min后COD去除率和脫色率分別達(dá)到了53%和85%。

在美國飲用水水質(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題提出了另一條解決方式，可以通過共同使用多類型犧牲陽極保證水質(zhì)污染物去除率達(dá)標(biāo)，同時(shí)金屬離子殘余量符合標(biāo)準(zhǔn)。

M. S. SAFWAT等使用銅電極作為陽極處理了實(shí)際印刷廢水，并與鋁陽極進(jìn)行了比較研究，結(jié)果表明銅電極對(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)反應(yīng)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%，而鋁電極僅能達(dá)到7%。

H. K. SHON等首次使用了鈦板作為電絮凝犧牲陽極，在電流密度為8.3 mA/cm2，攪拌速率為700 r/min，pH為4的條件下，DOC的去除率達(dá)到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煅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)展了陽極材料的領(lǐng)域，同時(shí)對(duì)于絮凝污泥的后處理提供了新的途徑。

基于電極材料的強(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。

除使用純金屬陽極外，也可將金屬合金作為電絮凝陽極。金屬合金相對(duì)于單金屬來說，電化學(xué)性能顯著改善。合金化能有效促進(jìn)電極表面鈍化膜的活化溶解，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Al陽極表現(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即可達(dá)到完全去除。同時(shí)，純Al陽極表面會(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，且更易于溶解。

4.2.2 電極形狀

電極的幾何形狀會(huì)影響反應(yīng)器的構(gòu)型，除污染物去除性能上的差異外，還會(huì)影響反應(yīng)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4。

M. MALAKOOTIAN等使用鐵棒電極作為陽極進(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應(yīng)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，并通過攪拌的方式使其均勻傳質(zhì)。由于金屬板本身的不均勻腐蝕特性，通常會(huì)有難以拆卸的問題。

U. T. UN等設(shè)計(jì)了一種圓柱形陽極搭配旋轉(zhuǎn)葉輪陰極的電極構(gòu)型處理水中氟化物。由于反應(yīng)器和陽極均為圓柱形，因此能夠?qū)㈥帢O放置在陽極的內(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——旋轉(zhuǎn)陽極反應(yīng)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達(dá)到500 m2；同時(shí)，通過調(diào)整陽極的轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)總電耗僅為0.56 kW·h/m3，比傳統(tǒng)電絮凝構(gòu)型更為經(jīng)濟(jì)。

D. O. AVANCINI等考察了電絮凝過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)更快速達(dá)到最終穩(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?；陔姌O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)與反應(yīng)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)行的長期穩(wěn)定。

4.3集成技術(shù)

4.3.1 電絮凝-活性炭吸附技術(shù)

活性炭材料通常具有較大的比表面積，最高可超3 000 m2/g，同時(shí)其表面也具有豐富的官能團(tuán)，如羥基、羧基和內(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)成本。

N. V. NARAYANAN等使用間歇式攪拌電絮凝反應(yīng)器，研究了鐵鋁電極結(jié)合顆?；钚蕴课饺コ铣蓮U水中六價(jià)鉻的可行性，研究發(fā)現(xiàn)在較低的電流密度下，添加顆粒活性炭（GAC）作為吸附劑能明顯提高六價(jià)鉻的去除率。

M. S. SECULA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)行成本上的差異，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表面積以及豐富的酸性表面官能團(tuán)，因此在耦合過程中表現(xiàn)出了最優(yōu)異的性能；

同時(shí)，在反應(yīng)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/kg。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程的整體性能。超聲過程可以破壞沉積在電極表面的固體層及降低電極表面雙電層的厚度，減緩陽極的鈍化現(xiàn)象；同時(shí)，能夠使電極表面生成缺陷，進(jìn)一步活化電極和電極反應(yīng)區(qū)的離子。但超聲也可能破壞膠體顆粒的結(jié)構(gòu)及表面的吸附層，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：

超聲過程有·OH、·H和HO2·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)化工除磷過程中存在的問題，提出了電絮凝與超聲共同處理的方法，在電絮凝最佳反應(yīng)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，去除率達(dá)到99.6%，此時(shí)超聲功率為4 W/cm2，頻率為20 kHz；

對(duì)比而言，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，加快了電極表面鈍化層的破壞，同時(shí)，超聲強(qiáng)化了電場(chǎng)傳遞過程，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)電極表面鈍化層進(jìn)行清洗外，電絮凝過程中產(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 25461—2010）間接排放標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)企業(yè)實(shí)際效益核算，運(yùn)行成本減少（0.84±0.25）元/m3。

4.3.3 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)物或者無機(jī)物達(dá)到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·OH等強(qiáng)氧化基團(tuán)，進(jìn)行有效和非選擇性的污染物去除。

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O3流量為0.6 L/h條件下處理100 mg/L 4BS，50 min后脫色率達(dá)到94%以上，所需時(shí)間比單獨(dú)電絮凝工藝/臭氧工藝達(dá)到相近脫色率縮短了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去除率達(dá)到83%，能耗為5.1 kW·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程中，F(xiàn)e2+與O3催化反應(yīng)生成中間產(chǎn)物FeO2+，F(xiàn)e2+還會(huì)催化O3分解生成·OH。具體反應(yīng)機(jī)制如下：

4.3.4 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應(yīng)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，是目前具有很大發(fā)展?jié)摿Φ膹?qiáng)化電絮凝工藝之一。

Sheng LIANG等發(fā)現(xiàn)鐵陽極原位生成的Fe2+和混合金屬氧化物（MMO）陽極原位生成的O2反應(yīng)得到的·O2-能夠有效將亞磷酸鹽氧化為磷酸鹽。

以Fe和MMO作為雙陽極，電流為100 mA，反應(yīng)60 min后，亞磷酸鹽的去除率達(dá)到74.25%，而在無MMO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%。并通過電子自旋共振實(shí)驗(yàn)證明了·O2-是整個(gè)EC-EO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)物和濁度會(huì)抑制MS2和ΦX174兩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TiO2光催化聯(lián)合處理制藥和化妝品行業(yè)廢水。電絮凝過程去除了大部分的膠體有機(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/TiO2/H2O2后可將COD降低至50 mg/L以下。這種基于光催化的強(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-膜生物反應(yīng)器技術(shù)

膜生物反應(yīng)器（MBR）是將膜分離技術(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、管理簡單，盡管膜價(jià)格逐年有所降低，但MBR技術(shù)的成本依然是制約其發(fā)展的主要因素之一。

以電絮凝作為預(yù)處理工藝則能有效增加MBR技術(shù)的膜使用壽命。因此，基于膜生物反應(yīng)器的強(qiáng)化電絮凝技術(shù)成為了目前的研究熱點(diǎn)之一。

王祎涵等對(duì)比了EC-MBR一體式反應(yīng)器與單獨(dú)MBR反應(yīng)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-膜生物反應(yīng)器集成工藝處理中水的研究，比較了連續(xù)運(yùn)行24 d下，有無電絮凝參與的膜生物反應(yīng)器在恒定跨膜壓力下對(duì)污染物的去除效果。

結(jié)果表明，將電絮凝工藝與膜生物反應(yīng)器相結(jié)合，不僅是一種有效的中水處理方法，也是提高膜過濾過程整體性能的有效方法。組合工藝與單獨(dú)膜生物反應(yīng)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。

05 總結(jié)和未來展望

強(qiáng)化電絮凝技術(shù)是一種符合如今時(shí)代特征的環(huán)保型水處理工藝，具有廣闊的發(fā)展前景。除具有傳統(tǒng)電絮凝的原位無二次污染、有效成分含量高、污泥量少、裝置簡單和易于實(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)的發(fā)展提供了理論依據(jù)；

二是在電極材料/結(jié)構(gòu)和反應(yīng)器構(gòu)型的研究上進(jìn)入了全新的發(fā)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)際處理提供了更多選擇性。

因此，綜合強(qiáng)化電絮凝技術(shù)當(dāng)前的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，該領(lǐng)域未來發(fā)展可在以下三個(gè)方面進(jìn)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)過程中的電絮凝過程、電氣浮過程和電解氧化還原過程之間的關(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應(yīng)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應(yīng)器構(gòu)型研究，達(dá)到三者的相互統(tǒng)一，發(fā)揮出電極、反應(yīng)器和集成工藝的多重優(yōu)勢(shì)。將模型模擬應(yīng)用到電極和反應(yīng)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)用還有很長路要走。在未來的一段時(shí)間內(nèi)，研究者們需要更多著眼于反應(yīng)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)問題，保證電絮凝技術(shù)的早日更大范圍應(yīng)用。