碳素纖維加曝氣處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水試驗(yàn)

姚 輝，郭榮軍，金樹(shù)權(quán)，陳若霞，潘庚華

(1.浙江省象山縣水利局，浙江 寧波 315700;2.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 315040;3.核工業(yè)二三0 研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

目前，規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)產(chǎn)生的豬糞尿和清洗廢水雖然經(jīng)過(guò)沼氣池厭氧處理，但是最終排放的廢水中有機(jī)物、氮、磷濃度仍然較高［1-2］。如果不對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)排放廢水作進(jìn)一步處理，直接排放進(jìn)入河流、水庫(kù)和湖泊等地表水體將產(chǎn)生水環(huán)境污染，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)［3-4］。生物膜法是利用某些附著生長(zhǎng)在固體表面的微生物進(jìn)行污水處理的方法，由于該方法成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、效果顯著，在污水處理中較為常用［5-6］。本研究用生物膜材料碳素纖維并結(jié)合曝氣處理進(jìn)行養(yǎng)豬場(chǎng)廢水凈化試驗(yàn)，現(xiàn)將有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

碳素纖維規(guī)格為長(zhǎng)× 寬60 cm×40 cm (產(chǎn)地日本)，碳素纖維織帶兩邊纖維束各長(zhǎng)15 cm，每束1 200 根纖維絲，纖維直徑7 μm，比表面積為1 500～2 000 m2·g-1。小型曝氣機(jī)1 臺(tái)。試驗(yàn)用塑料桶長(zhǎng)寬高為50 cm×40 cm×50 cm。

試驗(yàn)用水利用養(yǎng)殖場(chǎng)排放廢水 (約占總量20%)加入葡萄糖、(NH4)2SO4和KH2PO4與自來(lái)水配制而成，配制完成后的試驗(yàn)用水水質(zhì)化學(xué)需氧量(COD)149.05 mg·L-1，總氮(TN)34.06 mg·L-1，氨態(tài)氮(-N)23.91 mg·L-1，硝態(tài)氮(-N)2.12 mg·L-1，總磷 (TP)5.90 mg·L-1，可溶性磷 (DRP)4.58 mg·L-1。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理:處理1 為空白對(duì)照 (CK)，處理2 用碳素纖維凈化，處理3 用小型曝氣機(jī)曝氣凈化，處理4 用碳素纖維加小型曝氣機(jī)曝氣組合凈化。試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室用塑料桶進(jìn)行，重復(fù)3 次。試驗(yàn)區(qū)域保證陽(yáng)光充足、空氣流通。碳素纖維首先在天然河道內(nèi)進(jìn)行掛膜，掛膜成熟后送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)，相應(yīng)的處理1個(gè)試驗(yàn)桶懸掛1 條。為模擬自然水體環(huán)境，在各處理的桶內(nèi)底部鋪設(shè)約1 cm 的河道底泥。

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目及方法

試驗(yàn)在第1，3，6，9，14 天的9:00 取樣，每桶多點(diǎn)取樣后混合，立即進(jìn)行各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)分析。其中TN，TP 和COD 直接采用采集水樣進(jìn)行測(cè)定，和DRP 用經(jīng)0.45 μm 微孔濾膜過(guò)濾后的水樣進(jìn)行測(cè)定。各指標(biāo)均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法［7］進(jìn)行檢測(cè)，其中-N 用紫外分光光度法，-N 用納氏試劑比色法，TN 用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法，DRP 和TP 采用鉬酸銨分光光度法，COD 用重鉻酸鉀法。

2 結(jié)果與分析

2.1 COD 濃度

從圖1 可以看出，試驗(yàn)開(kāi)始后處理2，3，4 的COD 濃度在1～3 d 內(nèi)迅速下降，其中組合利用碳素纖維和曝氣的處理4 在試驗(yàn)開(kāi)始1 d 就從148.05 mg·L-1下降到46.40 mg·L-1。經(jīng)14 d 處理后，4個(gè)處理的COD 分別下降68.9%，81.5%，82.4%和83.7%。

圖1 各處理COD 濃度的變化

2.2 氮濃度

圖2 各處理的-N 濃度的變化

2.3 磷濃度

從圖5 和圖6 可以看出，試驗(yàn)開(kāi)始后TP 和DRP 濃度不斷降低，但是各處理降低幅度存在差異，空白對(duì)照處理下降幅度最小，處理4 下降幅度較大。經(jīng)過(guò)14 d 處理后，4個(gè)處理TP 的下降率分別為9.8%，15.4%，13.9%和20.8%。

從以上各處理的有機(jī)物和各態(tài)氮磷濃度變化可以看出，組合利用碳素纖維和曝氣處理的COD、-N、TN、TP 下降率均最高，單獨(dú)利用碳素纖維或曝氣處理的下降效果居中，空白處理的下降率最低。其原因可能是碳素纖維具有良好的吸附性和微生物親和性，一方面碳素纖維能有效吸附水體中的顆粒態(tài)物質(zhì)，另一方面碳素纖維能使微生物進(jìn)行掛膜生長(zhǎng)，大量生長(zhǎng)繁殖的微生物通過(guò)同化作用和異化作用有效提高了污染水體的凈化能力［8］。進(jìn)行曝氣處理可以有效提高水體的溶解氧濃度，而溶解氧濃度的提高能增強(qiáng)微生物的活性［9］，加速了水體微生物的生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝速度，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了水體凈化能力。碳素纖維加曝氣兩者結(jié)合處理污水的方法效果更好。

圖3 各處理

圖4 各處理TN 濃度的變化

圖5 各處理TP 濃度的變化

圖6 各處理DRP 濃度的變化-N 濃度的變化

3 小結(jié)與討論

組合利用碳素纖維和曝氣進(jìn)行養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理的效果最佳，顯著高于空白處理和單獨(dú)利用碳素纖維或曝氣處理，經(jīng)過(guò)14 d 處理后，水體中的COD，NH+4-N，TN，TP 分別下降83.7%，84.1%，32.0% 和20.8%。組合利用碳素纖維和曝氣進(jìn)行水質(zhì)處理，一方面碳素纖維由于具有高吸附性和生物親和性，能有效吸附水體中懸浮污染物，同時(shí)大量生長(zhǎng)繁殖的微生物具有高效的富集作用和凈化作用;另一方面曝氣處理能提高水體溶解氧含量，加快了微生物的生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝速度，從而進(jìn)一步提高水體凈化能力。

組合利用碳素纖維和曝氣處理能夠有效降低養(yǎng)豬場(chǎng)排放廢水的有機(jī)物、氮和磷等污染物濃度，因而可以直接利用碳素纖維加曝氣進(jìn)行養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理，或者作為人工濕地等其他處理手段的前處理。

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