[发明专利]倍压电极脉冲电场发生器及处理磷污染湖水的应用

说明书

技术领域

本发明属于废水处理设备及应用。 

背景技术

磷在湖泊水体中主要以磷酸根离子、聚磷酸盐和有机磷酸盐三种形态存在，这种形态取决于工业废水的pH值，在中性范围内，主要为HPO₄^2-；在酸性条件下，含磷物质主要是HPO₄^2-和H₂PO₄^-；在碱性条件下，含磷物质主要为PO₄^3-。藻类的超常生长是水体富营养化的标志，而这种富营养化主要是由于氮、磷等元素含量增多造成的。云南省滇池自20世纪90年代以来，由于完全忽视自然生态内在的规律性，对滇池及其围绕滇池周围地区过度利欲动机的破坏，造成了滇池重度富营养化，使这个湖面海拔高度1886米，面积306.3平方公里，蓄水量15.7亿立方米的中国第六大内陆淡水湖以及世界上屈指可数的高原淡水湖藻类大量繁殖，其水质超出Ⅴ类或劣Ⅴ类标准，特别是氮、磷浓度分别达到7.5、9.19mg/L。阳宗海是云南九大高原湖泊之一，常年蓄水量六亿多立方米，2008年6月湖体遭一化工企业排放的含磷的工业污水污染，水质恶变为Ⅴ类。从受到污染的云南阳宗海泉眼取得的水样，其磷含量≥16 mg/L（pH：6~7），这些水体丧失了饮用及工农业生产用水的功能。土著鱼种基本绝迹，沿湖水井不能饮用，被藻类覆盖的水面散发着恶劣腥臭，中毒事件和不明病因的疾病时有发生。尽管在滇池等湖泊水体富营养化治理中使用了化学沉淀法、生物法、吸附或离子交换法、膜分离法等除磷方法，但水体富营养化并未得到遏制，除所需成本、耗能外，不能忽视其次生污染引起水体水质恶化的严重的潜在性危险。如微生物法主要针对生活污水，占地面积小、工艺简单、成本高，但要求严格，流程复杂。而铁盐除磷过程表现的Fe³⁺溶于水中后，一方面与磷酸根生成难溶盐，一方面通过溶解和吸水而发生强烈水解，并在水解的同时发生各种聚合反应，生成具有较长线性结构的多核羟基络合物（苗晶, 岳钦艳, 高宝玉,等. 高浓度聚合氯化铁混凝剂的净水效果. 环境化学. 2004, 23(1): 62-65），该络合物转化或形成的污泥将产生不利影响。 

    脉冲电场比直流电场消耗量低，用脉冲电场法去除染料分子、重金属或其它工业污染已有文献报导，即利用在金属极板之间周期性脉冲电场处理废水。但以该方法去除富营养化水体的磷含量的方法较少，尤其是缺少在较高电压条件下将脉冲电场应用于含磷污水处理的装置和工艺。 

理论上，比较水溶液中氢离子浓度，磷酸根离子以H₂PO₄^-、HPO₄^2-和PO₄^3-三种形式存在，当pH值在6～10之间时，磷酸根离子主要以H₂PO₄^-、HPO₄^2-形式存在，二者在水中的电离常数K分别为7.5×10^-3和6.3×10^-8，H₂PO₄^-与HPO₄^2-比较，HPO₄^2-占多数，有少量H₂PO₄^-，后者只能电离出更为微量的H⁺离子和PO₄^2-离子。在脉冲电场法除磷过程中，PO₄^2-离子浓度下降会导致磷酸根离子与铁离子反应的机会减少，去除含磷酸根离子更为困难。云南主要磷污染湖泊的样水的pH值呈中性，磷酸盐主要以HPO₄^2-形式存在，其次为H₂PO₄^-，包括取自于云南阳宗海和滇池受污染水体的水样。云南阳宗海泉眼的水，pH值：6~7，水样的磷含量≥16 mg/L。 

发明内容

针对HPO₄^2-磷酸盐为主要存在形式磷污染湖泊，本发明在脉冲电场法除磷研究基础上，旨在提供一种倍压电极板脉冲电场发生器，并将该脉冲电场发生器应用于处理磷污染湖水，以提出一种高效、无二次污染的物理手段除磷方法，为探索磷污染水域提供新思路。