王佳,趙曉蕾,黃紅英,徐躍定,孫恩惠
(1.南京理工大學(xué) 化工學(xué)院,江蘇 南京 210094;2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種養(yǎng)結(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 江蘇省有機(jī)固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210014)
隨著畜禽產(chǎn)品需求的增長(zhǎng),我國養(yǎng)殖業(yè)逐漸趨向于規(guī)?;?、集約化[1-3]。養(yǎng)殖業(yè)所帶來的污染問題也日漸嚴(yán)重,畜禽養(yǎng)殖污染已成為水環(huán)境污染的重要內(nèi)容[4-8]。
磷酸銨鎂(MAP),其沉淀工藝可同時(shí)回收N、P,且本身為優(yōu)質(zhì)的緩釋磷肥,故廣泛應(yīng)用于各類污水處理[9-11]。豬糞廢水中有機(jī)物含量豐富,結(jié)合酸礦化作用可改善廢水污染物體系平衡,將有機(jī)物轉(zhuǎn)變成無機(jī)態(tài)N、P、S等[12-14]。本文擬采用酸礦化和MAP沉淀處理豬糞廢水,考察不同因素對(duì)MAP沉淀去除N、P效果的影響,并投加石灰乳進(jìn)行二次固液分離,研究投加量對(duì)濁度、COD、TN、TP等污染物的去除效果。
新鮮豬糞,取自江蘇鎮(zhèn)江某養(yǎng)豬場(chǎng),采樣后立即攪拌均勻,分袋裝好,冷凍保存,實(shí)驗(yàn)時(shí)取出豬糞自然解凍后,其平均含水率為75%,用去離子水稀釋至含水率95%。將豬糞廢水離心分離(6 000 r/min,16 min)后,上清液各項(xiàng)指標(biāo)見表1;硫酸、磷酸、氫氧化鈉、氯化鎂、氧化鈣等均為分析純。實(shí)驗(yàn)時(shí),將磷酸稀釋至濃度75%;氫氧化鈉配制成濃度40%的溶液;氧化鈣配制成濃度10%的石灰乳。
表1 豬糞廢水固液分離后上清液各項(xiàng)污染指標(biāo)
便攜式pH計(jì);HJ-6A多頭磁力攪拌器;722E紫外分光光度計(jì);HVA-85高壓滅菌鍋;5804R高速冷凍離心機(jī);175便攜式濁度儀;EVO-LS10掃描電子顯微鏡(SEM)。
1.2.1 礦化處理 燒杯中加入適量豬糞廢水,加入濃度75%磷酸,降低pH后,再加入硫酸,調(diào)節(jié)pH至3.0,在慢速攪拌下進(jìn)行礦化處理[15]。設(shè)置兩個(gè)平行操作(下同)。
1.2.2 MAP沉淀 礦化結(jié)束后加入氯化鎂,慢速攪拌0.5 h,用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至MAP沉淀,靜置0.5 h。
1.2.3 石灰乳二次聚沉 MAP沉淀后離心分離(6 000 r/min,8 min),取上清液加入石灰乳,進(jìn)行石灰乳聚沉實(shí)驗(yàn),慢速攪拌0.5 h,靜置0.5 h。聚沉結(jié)束后,再次離心處理(6 000 r/min,8 min),進(jìn)行二次固液分離,取上清液進(jìn)行各指標(biāo)測(cè)定。水溶液中Ca2+含量達(dá)到某一限值時(shí)會(huì)抑制MAP的生成[16-17],因此在考察MAP沉淀pH、磷酸投加量、鎂鹽投加量時(shí),不進(jìn)行后續(xù)投加石灰乳操作。
圖1 無機(jī)酸礦化時(shí)間對(duì)豬糞廢水中含量的影響
圖2 pH對(duì)MAP沉淀去除N、P效果的影響
圖3 磷酸用量對(duì)MAP沉淀除N、P的影響
2.2.3 鎂鹽投加量對(duì)MAP沉淀去除N、P效果的影響 磷酸投加量為4.5 g/kg,鎂鹽投加量對(duì)MAP沉淀去除N、P效果的影響見圖4。
圖4 鎂鹽用量對(duì)MAP沉淀除N、P的影響
圖5 石灰乳投加量對(duì)聚沉后出水污染物去除效果的影響
單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同投加量對(duì)MAP沉淀后出水N、P的濃度影響較大。因此進(jìn)行無機(jī)酸礦化+MAP沉淀+石灰乳聚沉多因素正交實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表2。
表2 豬糞廢水處理正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果
選取最佳方案A1B3C3處理的MAP沉淀進(jìn)行掃描電鏡分析,同時(shí)選取模擬廢水的MAP沉淀作為對(duì)照[18],見圖6。
圖6 MAP沉淀SEM照片
由圖6a、b可知,模擬廢水中生成的MAP外觀呈長(zhǎng)條狀或錐狀柱體,溶液中構(gòu)晶離子不斷簇集在一起以均相成核的方式生成晶體,晶體團(tuán)多呈鮮花狀,且表面光滑平整。圖6c、d為正交實(shí)驗(yàn)最佳方案下的MAP沉淀SEM照片,明顯可見晶體附著在懸浮固體上,或懸浮固體附著在大的MAP晶核上,主要成核方式為異相成核,證明以MAP沉淀方式可同時(shí)降低豬糞廢水中懸浮固體含量。
結(jié)果表明,無機(jī)酸礦化+MAP沉淀+石灰乳聚沉工藝可有效提高豬糞廢水固液分離效率,較大程度降低廢水中N、P營養(yǎng)元素和懸浮固體的含量,減小后續(xù)水處理難度,同時(shí)沉淀得到的MAP屬于優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)緩釋肥料,具有較好的資源化前景。