畜禽养殖场沼液电解脱氮除磷整合工艺的研究

摘要

随着我国畜禽养殖业及沼气工程的快速发展，我国农村人民生活水平和生活质量都有了很大的提高，但沼液也造成了环境污染。若将未经处理的沼液直接排放会引起严峻的环境问题，因此科学有效地处理沼液显得尤为关键。目前我国对畜禽养殖沼液处理的主要方式有还田、自然处理、工厂处理等。由于还田和自然处理是将沼液排放至农田，这就需要有大量的农田来消纳处理沼液，而我国土地资源较为紧张且沼液排放量大，这就决定了这两种方式在可操作性上有待商榷。工厂处理中还存在许多技术性难题，表现为氮磷污染物去除工艺技术复杂、价格昂贵且去除效果不佳很难达到排放标准。而电解技术对氮磷去除效果良好，且具有占地面积小、反应器设备简单、操作性可控性强、无二次污染等优点，被称为环境友好技术。
　　论文针对畜禽养殖场沼液分别进行了脱氮和除磷的试验研究，得到各工艺的优化参数;在此基础上将电解脱氮和电解除磷工艺进行整合，并优化运行参数，经过处理使沼液中的氮磷能够达标排放，并使沼液的可生化性得以提高，为畜禽养殖沼液的后续处理以及高浓度氮磷废水的处理提供科学依据。主要结论如下:
　　(1)电解脱氮单因子试验、多因子正交试验、动力学试验表明，电解脱氮试验较优组合条件为:电流密度为70mA/cm2，初始pH为11，极板间距为20mm，氯离子浓度为7000mg/L。4个试验因子对NH3-N去除率的影响由强至若的顺序为:初始pH＞电流密度＞极板间距＞氯离子浓度。使用RuO2-IrO2-TiO2/Ti电极电解脱氮效果明显优于石墨电极，最佳反应时间为150min，对TN的电化学去除基本符合一级反应动力学规律。
　　(2)电解除磷单因子试验、多因子正交试验、动力学试验表明，电解除磷试验较优组合条件为:电流密度为35mA/cm2，pH为6，极板间距为20mm，氯离子浓度为7000mg/L。3个试验因子对TP去除率的影响由强至若的顺序为:初始pH＞电流密度＞极板间距。阴极材料对TP去除的影响甚微，为与脱氮工艺进行整合，故在后续试验中选RuO2-IrO2-TiO2/Ti电极作电解工艺的阴极。反应时间为90min，对TP的去除基本符合一级动力学规律。
　　(3)模拟废水整合工艺试验实现了通过调换电极极性使脱氮和除磷过程交替进行且无需投加药剂，证明了电解脱氮除磷整合工艺的可行性;NH3-N、TN、TP等主要目标污染物得到去除，去除效果良好:在反应的230min内NH3-N去除率为94.28％、TN去除率为90.36％、TP去除率为96.13％。
　　(4)实际沼液整合工艺中，沼液中有机物的存在和降解有利于补充沼液的碱度，从而使脱氮时间延长;整个反应过程耗时280min，NH3-N去除率为99.08％，TN去除率为97.94％，TP去除率达到98.01％，COD去除率为47.14％，去除效果良好。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 文献综述

1．1 沼液的危害与处理现状

1．1．1 沼液的概述

1．1．2 沼液的危害

1．1．3 沼液的处理现状

1．2 电解技术及其在水处理中的应用

1．2．1 电解脱氦

1．2．2 电解除磷

1．3 论文选题切入点

第2章 引言

2．1 研究目的及意义

2．2 研究内容

2．2．1 电解脱氮工艺参数优化及动力学研究

2．2．2 电解除磷工艺参数优化及动力学研究

2．2．3 电解脱氮除磷整合工艺的研究

2．3 技术路线

第3章 材料与方法

3．1 材料与装置

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验装置

3．1．3 试验仪器

3．2 试验设计与方法

3．2．1 电解脱氮工艺参数优化及动力学研究

3．2．2 电解除磷工艺参数优化及动力学研究

3．2．3 电解脱氦除磷整合工艺的研究

3．3 分析指标及测定方法

第4章 电解脱氮工艺的研究

4．1 单因素对电解脱氮的影响

4．1．1 进水浓度对去除效果的影响

4．1．2 电流密度对去除效果的影响

4．1．3 极板间距对去除效果的影响

4．1．4 氯离子浓度对去除效果的影响

4．1．5 初始pH对去除效果的影响

4．2 电解脱氮多因素正交试验

4．3 电解脱氮动力学试验

4．4 阳极材料的影响

4．5 电解脱氮处理实际沼液的研究

4．6 本章小结

第5章 电解除磷工艺的研究

5．1 单因素对电解除磷的影响

5．1．1 进水浓度对去除效果的影响

5．1．2 电流密度对去除效果的影响

5．1．3 极板间距对去除效果的影响

5．1．4 初始pH对去除效果的影响

5．1．5 阴极材料对去除效果的影响

5．2 电解除磷多因素正交试验

5．3 电解除磷动力学试验

5．4 电解除磷处理实际沼液的研究

5．5 本章小结

第6章 电解脱氮除磷整合工艺的研究

6．1 整合工艺对模拟废水的处理

6．1．1 整合工艺处理模拟废水pH的变化情况

6．1．2 整合工艺中各污染物质去除率的变化分析

6．2 整合工艺对实际沼液的处理

6．2．1 实际沼液整合工艺pH的变化

6．2．2 实际沼液整合工艺污染物质去除率的分析

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 主要研究结论

7．2 研究展望

参考文献

致谢

发表论文及参加课题