基于单变量实验数据的铝与不锈钢电极电凝法高效去除氯化物优化研究

本研究针对电镀废水极端氯化物污染难题，通过铝(Al)和不锈钢(SS)电极电凝(EC)技术优化，结合响应面法(RSM)系统评估电极距离(2-10cm)、电流(1-3A)等参数。发现铝电极在双极(DP)构型下实现61.4%氯化物去除率，pH 8时电流效率达85.6%，为高盐废水处理提供经济高效的解决方案。

　　

电镀工业排放的废水含有极高浓度的氯化物，这些污染物不仅会引发土壤盐碱化、地下水污染等环境问题，还会腐蚀污水处理设施。传统处理方法如反渗透和离子交换成本高昂，难以在中小型企业推广。面对这一挑战，Chauke Tebogo Mmamoraga Deborah团队在《Results in Engineering》发表研究，探索了更经济高效的电凝(EC)技术解决方案。

研究团队采用铝(Al)和不锈钢(SS)两种电极材料，通过单变量实验结合响应面法(RSM)系统优化了电极距离(2-10cm)、电流强度(1-3A)、电解时间(0-100min)、pH值(7-11)等关键参数。实验使用南非某线材制造厂的真实电镀废水，氯化物浓度高达9538.62 mg/L。研究人员设计了三种电极构型：单极(MP)、单极牺牲(MP-S)和双极(DP)，通过UV-Vis分光光度法检测处理效果，并计算电流效率、能耗等关键指标。

3.1 数学模型拟合

通过建立三次多项式模型，研究发现铝电极系统在2cm极距、3A电流下表现最优，模型预测R2达0.8259。相比之下，不锈钢电极模型存在过拟合问题，预测性能较差。

3.2 电极距离影响

铝电极在2cm极距时氯化物去除率最高(61.4%)，这得益于缩短极距减少了欧姆损耗。而不锈钢电极最佳极距为4cm，最大去除率仅44.6%，主要受钝化层形成限制。

3.4 电极构型优化

双极(DP)构型凭借均匀的电流分布和优化的气泡驱动混合，性能显著优于单极系统，去除率提升15-30%。这种构型中间电极的双极性特点创造了局域电场梯度，促进了离子迁移。

3.5 关键参数评估

pH值被证实是最关键因素。在pH 8时，铝电极同时实现最高电流效率(85.6%)和氯化物去除率(60.7%)，此时主要形成具有强吸附能力的Al(OH)₃絮体。pH偏离这一最佳值时，铝会转化为可溶性Al³⁺(酸性条件)或Al(OH)₄^-(碱性条件)，大幅降低处理效率。

这项研究为高盐工业废水处理提供了重要技术参考。铝基双极电凝系统在优化条件下展现出显著优势，其无需添加化学药剂、污泥产量低的特点尤其适合中小企业。虽然61.4%的去除率仍低于低盐废水处理水平，但研究建立的RSM模型为实际工程应用提供了可靠预测工具。未来研究可进一步探索混合EC系统，或结合其他技术以提升对极端盐度废水的处理效能。

研究结果证实，电极材料选择、构型设计和pH控制是电凝技术的三大关键。铝电极因其稳定的溶解特性和有利的热力学性质成为首选，而双极构型则通过改善传质和电流分布进一步提升了系统性能。这些发现为开发经济高效的高盐废水处理工艺提供了重要理论基础和实践指导。