在自然水體中都存在含量有限的營養物質如氮、磷等物質，這些物質含量的高低，決定了植物生長和環境控制的主要因素。在一些正常的淡水中，氮、磷等物質的含量是比較有限的，隨著我國產業化發展，湖泊和水庫中的氮磷污染均有加重趨勢，水體中藻類大量繁殖，且生存期長、覆蓋面廣、暴發次數多。20世紀80年代初太湖以中營養為主，80年代后期為中營養-中富營養，90年代中期大部分已為中富營養-富營養，目前中富營養化面積占75%左右，夏季富營養或重度富營養占全湖面積10%左右。水體富營養化指大量溶解性營養鹽進入水體，導致異養微生物旺盛代謝活動，使得水體溶解氧含量急劇下降，水質出現惡化的現象。因此，加強對水體富營養化及污水脫氮除磷技術分析與應用，對緩解水體富營養化、促進水資源可利用性具有重要的現實意義。污水脫氮除磷的技術可分為物理法、化學法和生物法。化學處理法費用較高，產生的污泥量多而難于處理。物理處理法存在運行費用高，沉淀劑費用昂貴的問題。生物處理法流程復雜，脫氮除磷效果不穩定，產生大量難處理的污泥、易造成二次污染。因此，探索其他方法對污水進行處理極為必要。高壓脈沖放電技術是集各種高級氧化技術于一身的新型水處理技術。高壓脈沖放電技術是在特定的反應器內，利用外加電場向水中或水面之上的空間注入能量，產生非平衡等離子體，引發一系列復雜的物理、化學過程，達到機污染物最終礦化為CO2和H2O的目的。高壓脈沖放電技術具有開發費用低，處理徹底，無二次污染等優點。
1、實驗部分
1.1 試劑與儀器
ZnSO4（AR）、NaOH（AR）、HCl（98%）、酒石酸鉀鈉（AR）、K2S2O8（AR）、抗壞血酸（AR）、酒石酸銻氧鉀（AR）、KH2PO4（AR）、鉬酸銨（AR）。
EPM-A高壓電脈沖發生器；SHZ-D循環水式真空泵；UV-1800PC紫外可見分光光度計。
1.2 實驗方法
1.2.1 高壓脈沖處理方法
采用高壓電脈沖裝置，陽極、陰極均選用石墨棒。取原水100mL于燒杯中，利用兩個石墨電極調節電極間距，開啟高壓電脈沖發生器，設置脈沖時間、脈沖頻率以及脈沖電壓等實驗數據，處理一定時間后，關閉脈沖發生器。取處理后水樣10mL于50mL比色管中，加入相關實驗試劑。
1.2.2 NH3-N的測定
在水樣中加入KI和HgI2的強堿溶液（納氏試劑），與氨反應生成淡紅棕色膠態化合物，此顏色在較寬的波長范圍內具有強烈吸收。通常于410~425nm波長范圍內測吸光度，利用標準曲線法求出水樣中NH3-N的含量。
1.2.3 正磷酸鹽的測定
用鉬銻抗分光光度法測定磷。在一定酸度和銻離子存在的情況下，磷酸根與鉬酸銨形成銻磷鉬混合雜多酸，它在常溫下可迅速被抗壞血酸還原為鉬藍，在700nm波長下測定。
2、結果與討論
本文主要以生活污水中的氮、磷為目標去除物，考察脈沖放電條件對污水中NH3-N、正磷酸鹽去除率的影響，得出處理氮、磷的最優工藝條件，最后利用最優工藝條件處理實際污水。分別采用納氏試劑比色法和鉬銻抗分光光度法來制作NH3-N和正磷酸鹽的標準曲線。
2.1 峰值電壓對NH3-N（正磷酸鹽）去除率的影響
設定脈沖參數（放電頻率：30Hz；電極間距：2cm；放電時間5min），分別在5~30kV的峰值電壓下對污水進行電解，測定脈沖后溶液的吸光度，并計算氨氮（正磷酸鹽）的去除率，考察峰值電壓對正磷酸鹽去除率的影響，結果見圖1。
圖1表明，NH3-N（正磷酸鹽）去除率出現急劇增加后逐漸降低的趨勢。當脈沖電壓均為10kV時，NH3-N和正磷酸鹽的最大去除率分別為39.05%和28.88%。隨脈沖電壓的升高，輸入功率隨之增大，在單位時間內產生的電荷數量就多，NH3-N（正磷酸鹽）被氧化的機率增加能量隨之提高，故NH3-N（正磷酸鹽）去除率增大。但當繼續升高電壓時，則電暈放電向火花放電過渡，出現頻繁擊穿，能耗迅速增大，能量利用率下降，反使NH3-N（正磷酸鹽）去除率降低。因此，NH3-N（正磷酸鹽）去除的最佳脈沖電壓為10kV。
2.2 放電頻率對NH3-N（正磷酸鹽）去除率的影響
設定脈沖參數（峰值電壓：10kV；電極間距：2cm；放電時間5min），分別在10~110Hz的脈沖頻率下對污水進行電解，測定電解后溶液的吸光度，并計算氨氮（正磷酸鹽）去除率，考察脈沖頻率對NH3-N（正磷酸鹽）去除率的影響，結果見圖2。
由圖2可知，NH3-N和正磷酸鹽去除率出現先增加后降低的趨勢。脈沖頻率為70Hz時，NH3-N和正磷酸鹽最大去除率分別為37.34%和28.48%；隨脈沖頻率的增大，越來越多的高能電子隨之產生，進而產生更多的•OH、O3、活性氧等強氧化劑，使NH3-N（正磷酸鹽）的去除率不斷提高。若頻率過高，旋轉火花開關受機械性能的限制，性能變壞，能耗增大。故脈沖頻率受電源性能的影響，并非越高越好，隨脈沖頻率的增大，越來越多的能量被消耗，使NH3-N（正磷酸鹽）去除率逐漸降低。所以在本實驗中NH3-N（正磷酸鹽）去除的最佳脈沖頻率為70Hz。
2.3 電極間距對NH3-N（正磷酸鹽）去除率的影響
設定脈沖參數（峰值電壓：10kV；脈沖頻率：70Hz；放電時間5min），分別在1~6cm的電極間距條件下對污水進行電解，測定電解后溶液的吸光度，并計算氨氮（正磷酸鹽）去除率，結果見圖3。
由圖3可知，NH3-N去除率出現先增后逐漸下降的趨勢。電極間距為2cm時，NH3-N最大去除率38.33%；電極間距為4cm時，正磷酸鹽最大去除率28.09%。極板間距越大，極板間等效電阻越大，放電擊穿變困難，能量和能量注入效率不斷減小，能量利用率低，相同時間內氨氮（正磷酸鹽）去除率不斷減小。極板間距越小，電流密度就越大，在相同的電解時間下，在陰極消耗H+進而產生和釋放H2就越多，溶液中就會產生更多的OH-因而隨著極板間距的減少，溶液的pH值依次增高，因此，溶液中的NH3-N（正磷酸鹽）去除率逐漸增加。所以認為NH3-N去除的最佳電極間距為2cm；正磷酸鹽去除的最佳電極間距為4cm。
2.4 放電時間對NH3-N（正磷酸鹽）去除率的影響
設定脈沖參數（峰值電壓：10kV；脈沖頻率：70Hz；電極間距：2cm（4cm）），分別在5~30min的放電時間下對污水進行電解，測量電解后溶液的吸光度，并計算NH3-N（正磷酸鹽）去除率。見圖4。
由圖4可知，NH3-N（正磷酸鹽）去除率呈現逐漸增加后降低的趨勢。當脈沖放電時間為25min時，NH3-N和正磷酸鹽的去除率分別為38.32%和28.81%，延長脈沖時間NH3-N去除率不再增加，并稍有下降。這是因為，NH3-N（正磷酸鹽）的去除率隨脈沖放電時間的延長而逐漸趨于穩定。在反應起始階段，高濃度的NH3-N（正磷酸鹽）能較快地擴散到電極表面并發生反應，時間增加可增加NH3-N（正磷酸鹽）去除率；但是隨時間的延長，反應物和中間物在電極表面的吸附使電流效率降低，單位時間內擴散到電極表面的NH3-N（正磷酸鹽）減少，使NH3-N（正磷酸鹽）去除率開始降低。此數據說明，延長脈沖時間可以增加NH3-N（正磷酸鹽）的去除率，但時間不必過長，否則對去除率和節能不利。因此，從反應時間對去除率的影響和實驗的經濟性考慮，選擇25min為最適宜的脈沖時間。
3、結論
本論文考察了高壓脈沖電場放電條件對生活污水中NH3-N及正磷酸鹽去除率的影響，并優化得處理氮磷的最優工藝條件。通過對以上實驗結果的分析和討論，得出了以下結論：
（1）采用高壓脈沖放電技術處理生活污水中氮磷，通過優化脈沖放電條件對其NH3-N去除的參數設置為峰值電壓10kV，頻率70Hz，脈沖時間25min，電極間距2cm；對正磷酸鹽去除的參數設置為峰值電壓10kV，頻率70Hz，脈沖時間25min，電極間距4cm。
（2）綜合兩種工藝，從節能角度出發選擇方案為：峰值電壓10kV，頻率70Hz，脈沖時間25min，電極間距2cm。在最優脈沖放電方案下對實際污水中氮磷的進行降解處理，最終氨氮去除率為38.35%，正磷酸鹽去除率為28.96%。（來源：東北石油大學 化學化工學院，大慶石化公司 煉油廠）
