淡水透鏡體(俗稱島水)是珊瑚島寶貴的地下淡水資源。我國西沙群島由30多個珊瑚島礁組成，有較豐富的淡水資源，但因受枯枝、爛葉的污染，地下水富含腐殖質等有機物。水質分析結果表明，島水的一般化學指標、毒理學指標絕大多數在飲用水水質要求范圍內，但色度嚴重超標、有異味，不能直接飲用。
處理島水的關鍵是脫色、除臭，傳統的加藥混凝方法較難去除溶解性有機物產生的色度和氣味，且投藥量特別大。電凝聚法作為一種新的凝聚法有著比化學凝聚法更好的處理效果，能有效去除有機物；同時，不需投加藥劑，省去了混凝劑的運輸、儲存、溶解、配制、計量、投加等一系列的工序和設備，設施簡單、操作方便，且不會增加水中額外陰離子(如SO42-、Cl-)的殘留和積累。
在分析、觀察常規電凝聚器的電極板(一般采用平板)后發現，由于極板間的水流為層流狀態(水流擾動不強烈)，因此電解產物與水混合不充分、水解反應不完全，致使處理效果較差。為改變水流狀態，提出將常規的平板電極改為折板電極。試驗研究了電極板間距(d)、電流密度(IF)、水在電極板間的停留時間(T)對島水中有機物去除效果的影響，同時對折板和平板的處理效果進行了對比分析。
1 試驗內容及方法
1.1 原水水質
水源水為西沙永興島大口井水，經檢測原水濁度約為4 NTU、色度約為45倍、有異味，該水源在島上有一定的代表性。
1.2 試驗裝置和儀器
試驗的主要裝置和儀器：電凝聚器、攪拌機、潛水泵、GDS-3型光電式濁度儀、比色管等，其中電凝聚器主要由電解槽、電極板和交直流變電柜組成。電極板陽極采用純鋁板，厚為3 mm、彎折角度為90°、彎折邊長為20 mm；陰極采用不銹鋼板，厚為0.8 mm，每塊有效面積為0.55m2。
1.3 試驗方法
在不同d、IF、T的工況條件下，島水流經電凝聚器，出水用可變速攪拌機攪拌后沉淀15 min，取上清液測定其濁度、色度、pH值，試驗工藝流程見圖1。
2 試驗結果分析
2.1 主要影響因素
在采用電凝聚法時，原水的pH值、溫度、濁度、色度、水流在電極板表面的流動速度及停留時間、電極板間距、電流密度、電壓等因素都對凈化效果有很大影響。下面重點分析電極板間距、停留時間、電流密度3個主要因素對凈化效果的影響。
采用正交試驗，選定上述3個控制因素，每個因素取3個水平，做9組試驗，制成正交試驗表L9(33)見表1，結果分析見表2。
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表1 正交試驗數據表
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序號
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工況d/T/IF(mm/s/A·m-2)
|
電壓(V)
|
濁度(NTU)
|
色度(倍)
|
|
1
|
5/60/10
|
2.0
|
7.8
|
20
|
|
2
|
5/75/20
|
3.8
|
3.8
|
10
|
|
3
|
5/90/30
|
4.1
|
0.4
|
5
|
|
4
|
10/60/20
|
3.8
|
7.0
|
17
|
|
5
|
10/75/30
|
4.1
|
5.0
|
10
|
|
6
|
10/90/10
|
2.2
|
6.0
|
15
|
|
7
|
15/60/30
|
5.8
|
6.5
|
20
|
|
8
|
15/75/10
|
3.2
|
5.2
|
15
|
|
9
|
15/90/20
|
4.0
|
3.8
|
12
|
|
|
表2 正交試驗的直觀分析表
|
|
|
Kij
|
d
|
T
|
IF
|
|
|
濁度
|
色度
|
濁度
|
色度
|
濁度
|
色度
|
|
|
K1j
|
12
|
35
|
23.3
|
37
|
19
|
50
|
|
|
K2j
|
18
|
42
|
16
|
35
|
14.6
|
39
|
|
|
K3j
|
15.5
|
49
|
11.2
|
32
|
11.9
|
35
|
|
|
K1j
|
4
|
11.7
|
7.8
|
19
|
6.3
|
16.7
|
|
|
K2j
|
6
|
14
|
4.3
|
11.7
|
4.9
|
13
|
|
|
K3j
|
5.2
|
16.3
|
3.7
|
10.7
|
3.6
|
11.7
|
|
|
Rj2
|
2
|
4.6
|
4.1
|
8.3
|
2.6
|
5
|
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|
表2中，Kij表示第j列中對應水平i的試驗數據之和(i=1,2,3)，Kij=13·∑Kij，i=1,2,3；極差Rj=max(K1j，K2j，K3j)-min(K1j，K2j，K3j)，Rj越大 表明相應的因子對試驗效果影響越大，也越重要。由表1、2可以得出以下結論：
① 由Rj值的大小知各因子的重要性依次為停留時間、電流密度、電極板間距。
② 因為試驗要求濁度、色度越低越好，由最小K1j、K2 j、K3j的相應的各因子水平得出最優工藝條件：
a.d為5 mm。當d=15 mm時，出水濁度相差不大，但色度相差較大；當d＜5 mm時，該裝置加工困難且易堵塞，所以最優電極板間距為5 mm。
b.T為90 s。此時出水濁度、色度都明顯低于前兩個水平，但T=90 s在試驗的邊界點上。為尋求最佳的停留時間，需擴大試驗范圍(見2.2節)。
c.IF為20A/m2。當IF=30A/m2時的出水濁度、色度都低于IF=20 A/m2的水平，但效果相差不大。當電流密度增大時耗電量增大，而電費是電凝聚法運行費用的主要部分，有時可達50%以上。另外，當電流密度增大時，電極板易結垢，影響電凝聚的正常運行。
當d=5 mm、T=90 s、IF=20A/m2時，原水經電凝聚法處理后上清液的濁度為2.8 NTU、色度為10倍。
2.2 T對去除效果的影響
由正交試驗的結果知T為最重要的影響因子，當d=5 mm、IF=20A/m2時，不同停留時間的上清液濁度、色度情況見圖2。
由圖2可知，隨著停留時間的增加，上清液的濁度、色度逐漸減小，但T＞120s時，上清液的濁度及色度的下降趨勢明顯變緩。處理水質達到國家飲用水標準時(此時T約為100 s)，過分地延長停留時間則會降低電凝聚器的處理表面負荷，因此最佳停留時間應為100 s左右。
2.3 不同形式電極板的對比試驗
將電極板由平板改為折板，當其他參數不變且d為5 mm、IF分別為20、30A/m2時，在不同停留時間下的試驗結果見表3。
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表3 不同形式電極板的對比試驗結果
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IF(A/m2)
|
T(s)
|
折板
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平板
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濁度(NTU)
|
色度(倍)
|
濁度(NTU)
|
色度(倍)
|
|
|
20
|
60
|
5.4
|
20
|
6.8
|
24
|
|
|
75
|
3.8
|
10
|
6.7
|
20
|
|
|
90
|
2.4
|
7
|
3.6
|
13
|
|
|
30
|
60
|
1.9
|
10
|
4.8
|
17
|
|
|
75
|
1.0
|
7
|
3.2
|
12
|
|
|
90
|
0.4
|
5
|
2.3
|
10
|
|
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試驗結果表明，在相同的條件下折板的處理效果明顯優于平板。這是由于采用折板時增加了電解槽極板間水流的擾動，速度梯度增大，有利于電解產物與水均勻混合而發生水解反應，提高了電凝聚的效果。
3 結論
① 電凝聚法能有效去除珊瑚島地下水中的有機物，處理后水的色度和濁度滿足國家生活飲用水水質標準。
② 影響電凝聚效果的主要因素中，其影響力大小依次為水流停留時間、電流密度、電極板間距。在電極板間距為5 mm、停留時間為100 s左右、電流密度為20A/m2時，試驗效果最優，出水的色度＜10倍、濁度＜2.8 NTU。
③ 在相同運行參數的條件下，島水經折板式電凝聚器處理后，出水的濁度和色度均優于平板式電凝聚器。
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