在自然水体中都存在含量有限的营养物质如氮、磷等物质,这些物质含量的高低,决定了植物生长和环境控制的主要因素。在一些正常的淡水中,氮、磷等物质的含量是比较有限的,随着我国产业化发展,湖泊和水库中的氮磷污染均有加重趋势,水体中藻类大量繁殖,且生存期长、覆盖面广、暴发次数多。20世纪80年代初太湖以中营养为主,80年代后期为中营养-中富营养,90年代中期大部分已为中富营养-富营养,目前中富营养化面积占75%左右,夏季富营养或重度富营养占全湖面积10%左右。水体富营养化指大量溶解性营养盐进入水体,导致异养微生物旺盛代谢活动,使得水体溶解氧含量急剧下降,水质出现恶化的现象。加强对水体富营养化及污水脱氮除磷技术分析与应用,对缓解水体富营养化、促进水资源可利用性具有重要的现实意义。污水脱氮除磷的技术可分为物理法、化学法和生物法。化学处理法费用较高,产生的污泥量多而难于处理。物理处理法存在运行费用高,沉淀剂费用昂贵的问题。生物处理法流程复杂,脱氮除磷效果不稳定,产生大量难处理的污泥、易造成二次污染。探索其他方法对污水进行处理极为必要。高压脉冲放电技术是集各种氧化技术于一身的新型水处理技术。高压脉冲放电技术是在特定的反应器内,利用外加电场向水中或水面之上的空间注入能量,产生非平衡等离子体,引发一系列复杂的物理、化学过程,达到机污染物终矿化为CO2和H2O的目的。高压脉冲放电技术具有开发费用低,处理彻底,无二次污染等优点。
1、实验部分
1.1 试剂与仪器
ZnSO4(AR)、NaOH(AR)、HCl(98%)、酒石酸钾钠(AR)、K2S2O8(AR)、抗坏血酸(AR)、酒石酸锑氧钾(AR)、KH2PO4(AR)、钼酸铵(AR)。
EPM-A高压电脉冲发生器;SHZ-D循环水式真空泵;UV-1800PC紫外可见分光光度计。
1.2 实验方法
1.2.1 高压脉冲处理方法
采用高压电脉冲装置,阳极、阴极均选用石墨棒。取原水100mL于烧杯中,利用两个石墨电极调节电极间距,开启高压电脉冲发生器,设置脉冲时间、脉冲频率以及脉冲电压等实验数据,处理一定时间后,关闭脉冲发生器。取处理后水样10mL于50mL比色管中,加入相关实验试剂。
1.2.2 NH3-N的测定
在水样中加入KI和HgI2的强碱溶液(纳氏试剂),与氨反应生成淡红棕色胶态化合物,此颜色在较宽的波长范围内具有强烈吸收。通常于410~425nm波长范围内测吸光度,利用标准曲线法求出水样中NH3-N的含量。
1.2.3 正磷酸盐的测定
用钼锑抗分光光度法测定磷。在一定酸度和锑离子存在的情况下,磷酸根与钼酸铵形成锑磷钼混合杂多酸,它在常温下可迅速被抗坏血酸还原为钼蓝,在700nm波长下测定。
2、结果与讨论
本文主要以生活污水中的氮、磷为目标去除物,考察脉冲放电条件对污水中NH3-N、正磷酸盐去除率的影响,得出处理氮、磷的优工艺条件,后利用优工艺条件处理实际污水。分别采用纳氏试剂比色法和钼锑抗分光光度法来制作NH3-N和正磷酸盐的标准曲线。
2.1 峰值电压对NH3-N(正磷酸盐)去除率的影响
设定脉冲参数(放电频率:30Hz;电极间距:2cm;放电时间5min),分别在5~30kV的峰值电压下对污水进行电解,测定脉冲后溶液的吸光度,并计算氨氮(正磷酸盐)的去除率,考察峰值电压对正磷酸盐去除率的影响,结果见图1。
图1表明,NH3-N(正磷酸盐)去除率出现急剧增加后逐渐降低的趋势。当脉冲电压均为10kV时,NH3-N和正磷酸盐的大去除率分别为39.05%和28.88%。随脉冲电压的升高,输入功率随之增大,在单位时间内产生的电荷数量就多,NH3-N(正磷酸盐)被氧化的机率增加能量随之提高,故NH3-N(正磷酸盐)去除率增大。但当继续升高电压时,则电晕放电向火花放电过渡,出现频繁击穿,能耗迅速增大,能量利用率下降,反使NH3-N(正磷酸盐)去除率降低。NH3-N(正磷酸盐)去除的佳脉冲电压为10kV。