超声辅助交流电絮凝技术高效去除废水中氟化物及其能耗优化研究

本研究针对废水氟污染治理难题，创新性结合超声(US)与交流电絮凝(AC-EC)技术，开发US+AC-EC联用系统。通过优化电流(0.2–1.2A)、pH(1–11)、电极材料(Al/Al)等参数，实现96%氟去除率及6.38 kWhm?3的低能耗，为工业废水处理提供高效解决方案。

　　

全球水资源危机日益严峻，联合国教科文组织数据显示约600万人面临饮用水短缺。与此同时，工业活动导致的地表水氟污染已成为公共卫生威胁——过量氟摄入会引发氟骨症、神经系统损伤甚至儿童智力发育障碍。传统电絮凝技术(EC)虽能去除氟离子(Fˉ)，但直流电(DC)导致的电极钝化问题显著增加能耗与污泥产量。如何突破这一技术瓶颈？Princess Nourah bint Abdulrahman University的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表创新成果，首次将超声(US)与交流电絮凝(AC-EC)耦合，开发出US+AC-EC联用系统。

研究采用多参数协同优化策略：通过Al/Al电极在pH=7条件下，控制电流(0.2–1.2A)、超声功率(20–100W)、占空比(0.15–0.90)等变量，处理含Fˉ(5–20mgL^?1)的垃圾渗滤液废水。关键技术包括：1) 交流电抗钝化技术，通过极性切换延缓阳极氧化层形成；2) 超声空化协同作用，利用微射流清洁电极表面并产生羟基自由基(^•OH)；3) 脉冲式能量输入模式降低整体能耗。

结果部分显示：

1. 电极材料选择：Al/Al组合较Fe/Fe提升8%去除率，因Al(OH)₃更易与Fˉ发生配体交换（反应式：Al(OH)₃+yFˉ→Al(OH)_3-yF_y+yOHˉ）。
2. 参数优化：在30分钟处理时长、1.2A电流、100W超声功率下达到96%去除峰值，电极间距缩小至0.75cm时传质效率提升40%。
3. 能耗分析：系统总能耗6.38 kWhm^?3，较传统DC-EC降低22%，归因于AC模式减少过电位损失。

结论部分强调：该技术通过物理（超声空化）与电化学（AC-EC）协同机制，既解决电极钝化这一行业痛点，又实现低能耗高效除氟。特别是超声产生的^•OH自由基促进Fˉ在Al(OH)₃絮体表面的化学吸附，而交流电模式使污泥产量减少15%。研究为工业废水处理提供兼具经济效益与环境友好性的新方案，其参数优化模型可直接指导实际工程应用。