养猪废水中氮磷回收铜锌去除技术及水培空心菜食品安全性的研究

发布时间：2020-05-08 01:18

【摘要】：近年来,集约化畜禽养殖业的迅速发展,导致养殖场废水中氨氮(NH_4~+-N)、总磷(TP)及重金属等物质污染日益严重。本论文围绕着养猪粪污废水的净化这一难题展开研究,初步探明了粪污厌氧发酵对沼液的N、P、Cu(Ⅱ)及Zn(Ⅱ)形态含量的影响机理,开发低成本、高效率、环境友好型工艺处理技术,最大限度地实现粪污的资源化利用,降低集约化养殖废水处理成本以及对环境的污染,为建设更加文明的生态环境提供了科学基础。具体研究内容如下:1.养猪粪污在37℃厌氧发酵结束后,CH_4累积产量分别是20℃及55℃条件下的1.06及24倍,其主要归因于较低的微生物活性及高温发酵中NH_4~+-N的抑制作用。随着粪污与活性污泥的挥发性固体(VS)比逐渐提高,甲烷累积产量逐渐增加。产酸菌及甲烷菌对有机含氮物质的降解利用,导致沼液中的NH_4~+-N浓度显著增加。沼液中NH_4~+-N浓度随着VS比增加而提高。粪污中含磷有机物的降解、磷酸盐沉淀及吸附沉淀,导致沼液中TP及水溶性磷(WSP)含量显著降低。随着VS比的增加,沼液中TP及WSP的下降率逐渐升高。由于微生物对有机结合态及硫化态重金属的释放导致沼液中的Cu(Ⅱ)及Zn(Ⅱ)浓度显著提高。2.喷洒技术去除废水中NH_4~+-N的效率随着循环水温度、曝气频率和曝气速率等参数值的增加而显著提高,其主要是由于比表面积、废水与热水管的剪切力及温差的提高。喷洒法脱氨影响条件的主次顺序为:喷洒频率喷洒速率温度pH值。综合处理成本和排放标准,喷洒技术最适工艺条件为:碱性条件、0.24 m~3/h连续喷洒、45℃循环热水。在最佳条件下处理8 h后,废水中NH_4~+-N去除率为88.35%,达到国家排放标准(80 mg/L)。该技术对NH_4~+-N的回收率高达85%以上。通过经济分析,采用该技术降低废水中NH_4~+-N浓度达到国家排放标准时需要的成本约为$8.82/m~3。3.采用气提耦合鸟粪磷灰石沉淀法处理废水。由于鸟粪磷灰石的沉淀、吸附和混凝/絮凝的协同作用,随着MgO添加量逐渐增加,废水中NH_4~+-N、TP、Cu(Ⅱ)及Zn(Ⅱ)的去除率显著提高。综合考虑成本和国家排放标准,该组合技术中MgO最适添加量为0.75 g/L。通过磷酸的吸收及磷酸铵镁(MAP)的沉淀协同作用,废水中的NH_4~+-N及TP回收率分别达到88.03%和96.07%。该耦合技术在最适条件下处理废水的能耗成本仅需要$4.94/kg NH_4~+-N_(removed),其成本低于其它技术处理的成本。4.以膨润土、铝酸盐为原料,制备一种高效、低成本、环保型的膨润土沸石吸附剂。吸附剂制备过程中稻壳受热气化能有效地提高所得吸附剂的比表面积和孔隙度。以Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)为模型金属,通过单批实验可知,膨润土沸石吸附的最佳pH值为pH 5.0。一级动力学模型及Langmuir等温模型为膨润土沸石对Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)吸附的最佳动力学模型。膨润土沸石对Cu(Ⅱ)及Zn(Ⅱ)的最大吸附容量分别为16.39 mg/g及12.72 mg/g。由二元体系吸附实验可知,膨润土沸石对Cu(Ⅱ)的吸附亲和力高于Zn(Ⅱ)。废水中的氨氮浓度超过500 mg/L对膨润土沸石的吸附能力产生显著的影响(P0.05)。膨润土沸石对Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的吸附能力明显高于人工沸石及膨润土,可用于去除废水中的Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)。5.养猪废水经过吸附-气提处理后,废水中的NH_4~+-N、TP及Zn(Ⅱ)去除率分别为43.48%、90.54%及96.78%,基本达到小球藻生长的要求。酸化处理可将大分子有物质降解为易吸收的小分子物质而促进了小球藻的生长。通过沸石吸附耦合气提及小球藻消化吸收对养猪废水的综合处理,废水中NH_4~+-N、TP、化学耗氧量(COD)及有机碳(TOC)的去除率分别达到80.50、96.90、72.91及84.17%。废水pH 6.0时,小球藻溶液中的OD_(680)达到1.129,为对照组的1.48倍。6.在废水水肥一体化体系中,空心菜对NH_4~+-N、TP、Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的耐受浓度分别为300、150、0.5及2.0 mg/L。经过厌氧发酵、气提及沉降处理后的废水(未稀释)培养的空心菜生长状况及产量显著高于其它稀释度培养的空心菜。水培空心菜20 d后所获得的产量(叶茎)比对照组(标液)增加了38.93%,其叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素及多糖等营养物质均高于对照组,且空心菜叶茎中Pb(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)、As(Ⅴ)及Cd(Ⅱ)的含量低于国家农产品安全标准。此外,水培空心菜20 d后,废水中NH_4~+-N、TP、Cu(Ⅱ)及Zn(Ⅱ)的去除率分别为87.91、92.38、64.29及49.53%,均达到国家排放标准。
【图文】：

规模化养殖,猪场,比重

传统的分散式养殖逐渐向集约化养殖转变（图 1-1）。至头以上的养殖场比重已达到 45%，比 2005 年提高了 32%部印发《全国生猪生产发展规划（2016-2021 年）》，该规要稳步提高养殖规模化比重，使得规模化养殖成为养殖猪场养殖目标出栏 500 头以上计划比重达到 52%以上。广大人民对大量猪肉的需求，，也提高了农业产值，增加了约化养殖已逐渐成为我国农业农村经济发展的重要支柱

猪场废水,主要特征

贾滦笄莘纤岘?Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)等重金属含量严重超标（图1-2），对生态环境构成严重的威胁。徐俊等[9]抽样检测了江苏省畜禽养殖场废水中的重金属含量，结果显示废水中 Cu(Ⅱ)和 Zn(Ⅱ)浓度最高分别达到 9.81 mg/L及 8.52 mg/L。章杰等[10]分析了传统养殖模式下猪场排出的污水，结果显示废水中 NH4+-N、TP、COD 及 BOD5浓度分别达到 151.56、485.8、1791 及 316 mg/L，而重金属以 Cu(Ⅱ)和 Zn(Ⅱ)为主，其含量分别为 5.78 mg/L 及 9. 25 mg/L，远高于国家畜禽废水的排放标准。Cu(Ⅱ)浓度达到 0.01 mg/L 可导致贝壳类水生物死亡，当达到 0.1～0.2 mg/L 可使鱼类致死
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X713;X56

【参考文献】