石墨双极驱动铝板电絮凝技术深度处理低浓度含氟废水的研究

推荐：针对传统钙盐沉淀法难以将含氟废水处理至10 mg/L以下的行业难题，本研究创新性地采用石墨双极驱动铝板电絮凝(EC)技术，系统考察了电流密度(15 A/m2)、NaCl电解质浓度(584.4 mg/L)等参数对除氟效率的影响。结果表明，该技术可在10分钟内将初始10 mg/L F-降至1.8 mg/L，去除率达82%，残余Al3+浓度<0.2 mg/L，能耗仅1.469 kWh/m3，为工业废水深度除氟提供了高效低耗的解决方案。

　　

随着电子、光伏和电镀等行业的快速发展，含氟工业废水排放量急剧增加。这类废水中以氟离子(F^-)形式存在的污染物，若处理不当将对环境和人体健康造成严重危害。目前国内普遍采用钙盐沉淀法处理高浓度含氟废水，但该方法难以将出水氟浓度降至10 mg/L以下，更无法满足《电池工业污染物排放标准》(GB30484-2013)和《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)中2 mg/L的严苛限值。传统电絮凝技术虽具有占地面积小、自动化程度高等优点，但存在电极钝化、能耗高、铝板损耗大等问题。针对这些技术瓶颈，中国的研究团队在《Desalination and Water Treatment》发表了创新性研究成果。

研究团队采用石墨双极驱动铝板电絮凝系统，通过调控电流密度(5-25 A/m²)、电解质类型(NaCl/Na₂SO₄)和浓度(146.1-2922 mg/L)等参数，结合FT-IR、XRD和SEM等表征手段，系统研究了低浓度含氟废水的深度处理效能。实验装置采用有效容积1L的方形反应器，配备8×10 cm石墨电极和纯铝板(99.9%)，通过磁力搅拌(300 RPM)确保反应均匀。

3.1 电流密度影响
研究发现电流密度与除氟效率呈正相关，25 A/m²时效率达83.9%，但综合考虑能耗(1.958 kWh/m³)和残余铝浓度(<0.2 mg/L)，15 A/m²为最佳条件。此时法拉第效率(FE_Al)和电流效率(η)分别保持在40%和60%以上，显著优于高电流密度下的能量利用率。

3.2 电解质优化
对比NaCl和Na₂SO₄的添加效果，584.4 mg/L NaCl使除氟率达82%，优于Na₂SO₄(74.5%)。Cl^-能有效破坏电极钝化膜，而SO₄^2-易与Ca²⁺形成沉淀覆盖电极表面。

3.3 污泥特性分析
FT-IR谱图中1634 cm^-1(Na-F)和677 cm^-1(Al-F)特征峰证实了化学沉淀机制，XRD显示絮体为无定形羟基铝化合物，SEM观察到60 μm不规则颗粒，能谱分析确认含Al、O、F元素。

3.6 除氟机制
通过铝形态分布实验发现，中聚态Alb(10.2 mg/L)和高聚态Alc(7.0 mg/L)是除氟主力，其与F^-的摩尔比分别为0.875和0.6。化学反应的"取代-浸出-沉积"过程占主导，辅以吸附作用。

这项研究创新性地将石墨电极的化学惰性与铝板的牺牲特性相结合，解决了传统电絮凝的电极钝化难题。在最佳条件下(15 A/m², 10分钟)，不仅实现了82%的除氟效率，还将铝板损耗降至82.7 g/m³，能耗较传统双铝电极系统降低28%。研究首次系统阐明了Alb组分在除氟中的核心作用，为工业废水深度处理提供了新思路。未来可通过太阳能供电、穿孔电极设计进一步优化系统，推动该技术向连续流模式转化，具有重要的工程应用价值。