基于水热处理的养猪粪污磷素转化、结晶与资源化利用研究

发布时间：2020-11-01 06:57

　　 养殖废弃物是实现磷素资源化回收利用的重要库源,然而其在资源化处理过程中磷素形态变化研究较少。为了更好地控制和优化养殖废弃物资源化处理过程,本论文以养猪粪污作为研究对象,从磷素资源化利用的角度出发,采用水热处理(HT)、厌氧发酵技术(AD)及鸟粪石结晶技术(MAP),对养猪粪污从粪便到养猪废水,上述处理对磷素形态变化过程进行研究,并对其晶析产物沉降性能及磷回收潜力进行模型预测及评估,主要结论如下:(1)HT对猪粪中磷转化动力学的研究结果表明,HT温度越高、HT时间越长,猪粪含固率下降幅度越大,磷素在固相的比例越高(75%以上);液相磷酸盐在升温阶段下降较快,恒温阶段下降趋势符合一级衰减动力学模型;钙离子(Ca2+)和镁离子(Mg2+)与磷酸根(P04-P)分别以1:2和1:1的摩尔比例共衰减;固相磷素中的无定型磷酸钙(ACP)不断向更稳定、结晶度更高的羟基磷灰石(HAP)转变。(2)HT+AD处理猪粪的研究结果表明,125℃HT处理后的猪粪有较好的产甲烷潜力,其单位甲烷产量可达740ml/g VS,然而经225℃ HT处理后的猪粪其甲烷产量仅5000ml/g。HT+AD过程使固相磷素以HAP为主的结晶度进一步提高,液相可溶性磷酸盐77-86%能以鸟粪石形式被成功回收。(3)鸟粪石结晶法对养猪废水磷晶析产物沉降 能影响的研究结果表明,反应时间和初始磷浓度的增加使大颗粒鸟粪石比例先增大后减小;初始pH值、搅拌速率和流化床上升速率的增加与鸟粪石沉降性能有较强的负相关性;反应温度的升高可提升鸟粪石的沉降性能;过饱和度(SI)的动态变化过程、固液平衡理论及Ostwald熟化理论较好地解释了沉降机理;本研究建立的Logistic鸟粪石沉降效率预测模型可以成功地预测多因素影响下鸟粪石的沉降效率,但其准确度仍有待提高。(4)经计算,2015年我国养殖废水中排放131万吨磷素,可替代约300万吨磷矿(P205计),可生产约941万吨鸟粪石。情景分析结果表明,机械搅拌反应器更适于处理高磷浓度养殖废水;而空气搅拌反应器更适于处理低磷浓度养殖废水。总体而言,本研究细致地描述了猪粪经水热处理、厌氧发酵处理后,磷素形态的动态变化过程,为养殖废弃物中磷素资源化应用方向提供指导;并从沉降性能优化的角度,建立了优化鸟粪石沉降效率的方法与预测模型,为鸟粪石结晶法更好地应用到养殖废水磷回收中提供了出路。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X713
【部分图文】：

我国优质磷矿将在不到２０年的时间内消耗殆尽。磷矿己经被我国国土资源部列为２０１０??年后不能满足国民经济发展需要的２０个矿种之一（李见云等，２００７）。??那么磷资源都去哪了呢？图１－１展示了磷素流动的基本路径，最终开采出的磷矿主要进入污??ＺＫ／污泥或养殖废弃物中。世界不同地区对于这些含磷废弃物的处理处置方式决定了其最终的磷素??流失量（Ｗｉｔｈｅｒｓ?ｄ?ａ／．，２０１５）。从表１－１汇总的文献数据可以看出，目前世界各个地区都存在磷资??源流失严重、磷素利用率低的问题，尤其是中国养殖废弃物这块，磷素利用率仅５°／。（Ｌｉ?ｗ?ａ／．，２０１６）。??近年来，随着我国经济、社会的不断发展，生活水平迅速提高，居民对肉、蛋类食品的需求也迅??速增加，国内畜禽养殖业呈快速发展并趋于稳定的趋势，猪肉类产量达５２９９万吨，占世界总量??的４５．５％（王楚端，２０１７），畜禽养殖业己逐渐成为我国农业经济中最为活跃的增长点及主要的支柱??产业（崔小年，２０１４）。然而，随着养殖场集约化程度的提高，养殖场与种植业脱离，大量粪污无处??消纳，养殖废水无序排放等问题，正是我国养殖业磷素排放量较大的原因所在，也是我国农业面??源污染的源头之一（何正发等

?２．２．２试验装置与过程??试验所用ＨＴ反应釜见图２－１，其最高反应温度为３５０＊Ｃ，最大压强为２４?ｂａｒ，有效容积１５０??ｍｌ。机械搜拌桨用以保证温度和物料在釜体内均匀分布。试验所需温度、升温速率、控温范围、??揽拌速率等参数可通过电控箱进行设置，电控箱上显示釜内压强以确保运行安全。不同时间点的??１５??

动力学速率常数（ｍｉｒｒ１）。??所有一级衰减动力学的拟合都是在Ｏｒｉｇｉｎ?Ｖｅｒｓｉｏｎ?Ｐｒｏ．８软件上完成的，其拟合效果及其具体??拟合参数，分别见图２－５和表２－２。不同ＨＴ温度下猪粪液相无机磷浓度的动力学变化过程都可用??一级衰减动力学模型较好地拟合，其拟合度（Ｒ２）都高于０．９８。Ｇ随着ＨＴ温度的升高而不断减小，??其数值大小与试验结束后无机磷浓度接近。一般动力学速率常数Ａ越大，说明衰减速率越快。因??２０??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李三喜;任晓宇;王松;;水热改性对氢氧化镁的影响[J];沈阳工业大学学报;2015年04期

2 周江明;王利通;徐庆华;姜新有;;适宜猪粪与菌渣配比提高堆肥效率[J];农业工程学报;2015年07期

3 王峻;王晶;柯庆;杨雨佳;何慧芬;;水热处理对无水碳酸镁微观结构的影响[J];硅酸盐学报;2015年03期

4 席江;王超;冉毅;蒋鸿涛;;发酵温度、进料浓度和水力停留时间对连续式厌氧发酵效果的影响[J];中国沼气;2014年04期

5 何正发;李玉林;徐思宏;;浅谈畜禽生产的环境污染与控制[J];中国畜牧兽医文摘;2013年02期

6 张冬梅;程丽华;郭小慧;韩志英;陈英旭;吴伟祥;;鸟粪石沉淀法用于养猪场污水前处理的影响因素研究[J];华南师范大学学报(自然科学版);2012年02期

7 魏天兰;王少坡;于静洁;刘媛;孙力平;;生物脱氮除磷系统内微生物种群优化的研究进展[J];安全与环境工程;2012年02期

8 毕朝安;徐志斌;;畜禽养殖业污染的原因及防治措施[J];畜禽业;2011年12期

9 陶飞飞;田晴;李方;杨波;;共存杂质对磷酸铵镁结晶法回收磷的影响研究[J];环境工程学报;2011年11期

10 陈建铭;张兆震;宋云华;;水热反应条件对氢氧化镁晶体微观内应变的影响[J];人工晶体学报;2011年02期

相关硕士学位论文 前1条

1 邹雪;利用鸟粪石沉淀法从含磷废水中回收磷的实验研究[D];北京交通大学;2007年

本文编号：2865181