氨吹脱对奶牛养殖场沼液脱氮与氮回收研究

摘要

随着规模化养殖业的发展，畜禽粪污量也急剧增多。沼气工程通过粪污厌氧发酵技术产生沼气，但同时也形成了大量高浓度的沼液。碍于土地缺乏等现实因素，在我国，沼液用作土地消纳无法广泛实施；由于含氮量高、碳氮比失调等问题，沼液直接排放会严重污染水体，用以生化净化处理效果又往往不佳。因此，有必要寻求切实有效的方法去除沼液中的污染物，尤其氨氮污染物。
　　本文以奶牛养殖场沼液为对象，采用曝气吹脱、吹脱柱吹脱等模拟试验进行小试研究，探讨了温度、气液比（曝气量）、初始pH等因素对氨氮去除效果的影响，研究了硫酸吸收的氨气回收效果，最终构建氨吹脱中试装置，并开展了相关中试试验，旨在筛选、推荐适宜的沼液脱氮、氮回收条件，为沼液净化处理提供依据和参考。研究结果表明：
　　（1）曝气吹脱和吹脱柱均受到温度、pH、气液比（曝气量）的影响，但影响程度不同。两种吹脱方式均能在优化条件后取得85％以上的氨氮去除率。
　　曝气吹脱由于沼液pH会受吹脱影响而升高，8~9.5范围内的初始pH调节对氨氮去除没有显著影响。正交试验结果显示：影响因素重要性次序为温度>曝气量>pH，较优条件组合为温度40℃、曝气量3600L（空气）/L（沼液），pH9.5，该条件下氨氮去除率为85.2%。吹脱柱吹脱由于柱内反应迅速，气液接触时间较短，沼液本身pH变化不大，因此调节初始pH对氨氮去除的影响显著。正交试验表明：影响因素重要性次序为温度>pH>气液比，较优条件组合是温度40℃、气液比50、pH10.5，该条件下氨氮去除率可达89%。
　　（2）Ca(OH)2混凝沉淀和吹脱均能对沼液TP、COD有一定去除作用。对于Ca(OH)2混凝沉淀，当Ca(OH)2剂量小于14.6g/L时，对沼液中TP、COD影响较小，去除率最大分别为26.5%、17.5%，当Ca(OH)2剂量大于14.6g/L时，二者去除率最高分别可达到91.3%、76.8%。对于吹脱，曝气吹脱能去除少量COD，沼液原液曝气4000L(空气)/L(沼液)能得到3.7%的COD去除率，吹脱柱吹脱由于气液接触时间较短，CO2等酸性挥发物不能通过吹脱有效去除，对COD的去除可以被忽略。
　　（3）中试试验在沼液进水500L/d的条件下，氨吹脱装置能取得85%的氨氮去除率，沼液氨吹脱后的尾气经0.4mol/L硫酸吸收液（晶胞比0.035）吸收能得到70%以上的氨氮回收率。采用先经碱液再经硫酸的吸收方法相比直接硫酸吸收能得到更纯净的硫酸铵晶体。
　　（4）基于沼液氨吹脱中试装置计算的吹脱处理成本为6.74元/m3，硫酸铵回收量为1.4kg/m3沼液，回收价值1.12元/m3沼液，沼液氨吹脱的处理成本可进一步降低。