猪场厌氧消化出水氮磷去除与鸟粪石回收技术研究

发布时间：2020-08-04 10:06

【摘要】： 厌氧消化技术是畜禽养殖废水处理普遍采用的方法，但畜禽养殖废水厌氧消化出水中高浓度氮磷是水体污染的潜在污染源。本论文探讨了猪场厌氧消化出水回收鸟粪石(MgNH_4PO_4·6H_2O)去除氮、磷污染物的可行性，通过实验室试验研究确定鸟粪石结晶过程的主要影响因素，包括pH、NH_4~+：Mg~(2+)：PO_4~(3-)的配比、Ca~(2+)等的影响效果，确定鸟粪石结晶最佳工艺条件，并在此基础上研发设计一种鸟粪石回收专用装置，旨在为进一步开发猪场废水厌氧处理出水鸟粪石回收技术及其应用提供理论依据。论文首先在不同pH值条件下，考察了猪场厌氧消化出水NH_4~+：Mg~(2+)：PO_4~(3-)摩尔比分别为1：0．2：0．08，1：1：1，1：1．2：1．2和1：1．5：1．5时鸟粪石回收效率。结果表明，在pH为9．0时，各处理中NH_4~+和PO_4~(3-)去除率和回收率最高。当猪场厌氧消化出水NH_4~+：Mg~(2+)：PO_4~(3-)摩尔比为1：0．2：0．08时，将pH提升至9．0，PO_4~(3-)的回收率为89．2％，出水PO_4~(3-)浓度由42 mg L~(-1)下降至4．7 mg L~(-1)。当猪场厌氧消化出水NH_4~+：Mg~(2+)：PO_4~(3-)摩尔比为1：1．5：1．5，pH为9．0时，NH_4~+和PO_4~(3-)的回收率分别为76．5％和68．5％。猪场厌氧消化出水NH_4~+：Mg~(2+)：PO_4~(3-)摩尔比为1：1：1 pH为9．0时，NH_4~+和PO_4~(3-)的回收率可达70％和97％，此时，沉淀效率最高。XRD检测表明，沉淀物质的主要成分为鸟粪石。厌氧消化出水pH值随鸟粪石的沉淀过程而不断下降，并逐渐趋于稳定。因此，pH变化可用于指示鸟粪石的结晶过程。在pH为9．o的条件下，以猪场厌氧消化出水(Ca~(2+)：NH_4~+：Mg~(2+)：PO_4~(3-)=0．075：1：1：1)和人工配制的废水(Ca~(2+)：NH_4~+：Mg~(2+)：PO_4~(3-)=0：1：1：1；0．25：1：1：1；0．5：1：1：1；1：1：1：1)为研究对象，研究了Ca~(2+)浓度变化对鸟粪石回收效率的影响。结果发现，Ca~(2+)的不仅影响到沉淀结晶过程，而且影响鸟粪石的回收率。SEM和EDS检测结果表明，随着人工废水中Ca~(2+)浓度的升高，废水中鸟粪石的结晶沉淀将受到抑制。当废水中Ca~(2+)：NH_4~+：Mg~(2+)：PO_4~(3-)为1：1：1：1时，结晶沉淀物的主要成分是P和Ca，基本无鸟粪石晶体。同时可以发现虽然实际厌氧消化废水中产生的沉淀物质中有鸟粪石晶体，但是纯度下降。因此，控制厌氧消化出水中Ca~(2+)浓度，也是提高鸟粪石回收率的关键。运用自主设计的鸟粪石沉淀收集装置，对比pH恒定(pH=9．0)及pH非控制(pH初始值9．0)条件下，4种混合搅拌方式：无搅拌、磁力搅拌器、磁力搅拌器+沉淀收集装置、沉淀收集装置等对猪场厌氧消化出水鸟粪石回收效果的影响。结果表明，在pH值非控制条件下，采用4种混合搅拌方式，鸟粪石的平均产生量仅为19．8±1．86g，沉淀收集装置表面沉淀累积速率为3．6-4．8 gm~(-2) h~(-1)。而当pH值控制时，鸟粪石的平均产生量可达24．6±0．86g，收集装置表面沉淀累积速率达6．5-8．2g m~(-2) h~(-1)。此外，在pH值恒定为9．0的条件下，当沉淀收集装置转速为50 rpm，磁力搅拌器转速为500 rpm时，鸟粪石产生量最高，其纯度可达96％，基本不含Cu~(2+)或Zn~(2+)。研究表明，自主设计的沉淀收集装置可以用于猪场厌氧消化出水鸟粪石的回收。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X713

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