猪场废水氮磷MAP回收工艺及其对传统厌氧—好氧处理系统的影响研究

摘要

规模化养猪场排放的养殖废水属于我国农业面源重大污染源之一，其污染治理已被纳入环境保护的重要议程。但目前的养猪废水处理工艺均以氮磷生物转化与去除为目的，鲜见以资源化回收利用为核心的综合处理。本文以循环经济的发展理念为指导，通过研究猪场养殖废水经磷酸铵镁(MAP)结晶沉淀法处理后的氮磷回收效率以及沉淀过程对废水后续生化处理效果的影响，初步构建了一套猪场废水“MAP沉淀+厌氧CSTR+好氧SBR”联合处理工艺。研究表明，养殖废水通过磷酸铵镁(MAP)沉淀后可大幅度降低其原液中氮磷污染物含量，实现氮磷资源的高效回收;经MAP沉淀处理后的养殖废水再通过常规厌氧/好氧耦合工艺处理时，其厌氧段产甲烷效能可得到有效提升，并且最终经过好氧处理后COD、NH4+-N、PO43--P均可达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GBI8596-2001)。研究成果为我国规模化养猪场养殖废水的资源回收和处理处置提出了一条新的技术模式。具体研究结论如下:
　　 1.养殖废水利用MAP沉淀预处理后可以高效回收其中氮磷资源，并显著降低和控制沉淀后尾水中NH4+-N、悬浮物和PO43--P浓度，并通过全面分析得到pH值和P/Mg/N摩尔比对废水MAP沉淀处理效果的影响规律。将废水pH和P/Mg/N摩尔比调节为9.0和1/1.4/1.2时，MAP沉淀法可使养殖废水NH4+-N去除率达到87％，出水PO43--P浓度降低至1.35 mg/L;并且废水中COD、TOC、TC都得到一定程度地去除，去除率分别为22.3％、18.5％、23.1％;同时，废水中悬浮物的去除率均在80％以上。MAP沉淀产物的XRD检测结果表明，沉淀物中MgNH4PO4·6H2O的含量达到81.5％。
　　 2.猪场养殖废水经MAP沉淀处理后尾水C/N比和厌氧产沼效能都得到明显提高。MAP沉淀后尾水C/N比由原液的2.8提高到6.6。沉淀尾水与原废水的批式厌氧发酵对比实验表明，MAP沉淀后尾水TOC浓度降解速率明显加快，相同发酵时间内，可使废水COD、TOC和TC降解率分别提高11.7％、4％和8％，沼气和甲烷产量分别较原液提升0.307 L/(g·VS)和0.295 L·CH4/(g·VS)。CSTR连续流厌氧发酵实验结果表明，MAP沉淀后尾水与原液的COD容积负荷分别为2.2kg·COD/(m3·d)和1.5 kg·COD/(m3·d)，产气率分别为0.462 m3/(kg·COD)和0.393 m3/(kg·COD)，气体中甲烷含量分别为67.9％和61.5％。
　　 3.采用SBR工艺分别处理CSTR厌氧后的MAP沉淀尾水和养殖废水原液，结果表明，在相同的操作模式下，MAP沉淀后尾水的COD、NH4+-N和PO43--P的处理效果明显高于原液，平均去除率分别为82.8％、95.3％、94％和75.5％、74.5％、62％。且出水中NO2--N、NO3--N浓度低于原液，平均分别为48.6 mg/L和8.6 mg/L。
　　 4.养殖废水“MAP沉淀+厌氧CSTR+好氧SBR”工艺可以实现氮磷资源回收与污染物同时去除的目的。在稳态条件下运行“MAP沉淀+厌氧CSTR+好氧SBR”工艺结果表明，出水COD、NH4+-N和PO43--P浓度平均值分别为258 mg/L、13 mg/L和1.3 mg/L，均达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GBI8596-2001)，明显优于没有经过“MAP沉淀预处理”的“厌氧CSTR+好氧SBR”工艺的处理效果（其出水COD、NH4+-N和PO43--P浓度分别为424 mg/L、256 mg/L和25.67 mg/L）。对于C/N比相对较低的养殖废水处理，“MAP沉淀预处理”法实现了氮磷资源回收，达到显著改善废水的C/N比，更利于后续生化处理的目的。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 我国规模化养猪业的发展现状

1．2 规模化养猪引发的环境问题分析

1．2．1 规模化养猪场污染物排放状况分析

1．2．2 规模化养殖污染状况分析

1．2．3 养猪场废水处理处置现状分析

1．3 养猪场废水脱氮除磷技术研究现状

1．3．1 物理处理法

1．3．2 化学处理法

1．3．3 生化处理法

1．4 论文的目的与意义

1．5 研究内容与技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

第二章 养猪废水原液MAP沉淀预处理技术研究

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验方法

2．1．3 分析测试方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 加药剂顺序与调节溶液pH值方式对MAP沉淀效果的影响

2．2．2 搅拌速率对MAP沉淀法去除猪场废水氨氮效果的影响

2．2．3 P／Mg／N摩尔比和反应pH值变化对猪场废水各污染物去除效果的影响

2．2．4 P／Mg摩尔比变化对猪场废水各污染物去除效果的影响

2．3 本章小结

第三章 猪场废水原液与MAP沉淀尾水批式厌氧发酵研究

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验方案

3．1．3 分析测试方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 MAP沉淀尾水与原液发酵过程中NH4+-N浓度变化比较

3．2．2 MAP沉淀尾水与原液发酵过程中PO43--p浓度变化比较

3．2．3 MAP沉淀尾水与原液发酵过程中COD降解比较

3．2．4 MAP沉淀尾水与原液发酵过程中TOC降解比较

3．2．5 MAP沉淀尾水与原液发酵过程中TC降解比较

3．2．6 MAP沉淀尾水与原液发酵过程中产气量的比较

3．2．7 MAP沉淀尾水与原液发酵过程中甲烷含量的比较

3．3 本章小结

第四章 猪场废水原液与MAP沉淀尾水CSTR厌氧处理研究

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 厌氧反应器

4．1．3 实验方法

4．1．4 分析测试方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 P／Mg／N=1／1／5时MAP沉淀尾水与原液厌氧效果对比

4．2．2 调整P／Mg／N比后MAP沉淀尾水与原液厌氧效果比较

4．3 本章小结

第五章 原液和MAP沉淀尾水厌氧发酵液SBR工艺处理研究

5．1 材料与方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 SBR反应器

5．1．3 实验方法

5．1．4 分析测试方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 SBR工艺运行模式研究

5．2．2 CSTR-SBR工艺中MAP沉淀尾水与原液处理效果比较

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 研究展望

本文创新点

参考文献

作者简历