高氨氮难降解猪粪沼液的处理工艺探究

摘要

随着畜禽养殖业的规模化发展，养猪场粪污经厌氧消化后产生的沼液对周围环境造成了严重污染。沼液具有高氨氮、难生物降解的特点，直接采用常规的生物法，如SBR工艺、A/O工艺，难以达到稳定的去除效果。根据处理目标的差异，本文分别采取了生物法以及物理化学法对猪粪沼液的处理进行研究。
　　在常规SBR工艺的基础上，分别向两个SBR反应器中投加椰壳粉末活性炭和煤基粉末活性炭，在进水条件为COD:1000-1600mg/L，氨氮:200-1000mg/L的情况下，运行68d，COD的平均去除率为59.09％(1＃反应器)、53.13％(2＃反应器)，优于文献中直接采取SBR工艺的处理效果;氨氮的平均去除率为36.08％(1＃反应器)、32.26％(2＃反应器)，两个反应器对NH4+-N的去除效果较差，出水硝氮只在运行初期和补充污泥时有较高的积累，主要原因是生物脱氮所需碳源严重不足，体系对高浓度NH4+-N(进水中的平均含量为444mg/L)的进水条件并不能适应，NH4+-N在水中解离生成的游离氨达到一定浓度时会影响硝化细菌的活性。
　　A/O体系在进水量为0.5 L/h，好氧池污泥负荷0.06 kg COD/(kgMLSS.d)的情况下，加入椰壳粉末活性炭后，好氧池对有机物的去除效率得到一定的改善，投加碳源对氨氮脱除的强化效果不明显，至运行后期去除率跌至20％以下;催化臭氧化预处理能够有效改善A/O中好氧池COD去除率，且能在一定程度上稳定出水水质，在80-104d好氧池出水有机物在1000mg/L上下小范围波动，去除率约为50％。
　　通过对芬顿试剂法降解沼液有机物的研究，分别进行了单因素实验以及正交实验，得出最佳的实验条件是H2O2与Fe2+摩尔比为6，反应40min，pH=4。根据效应曲线图和正交实验，进行优化验证试验，芬顿试剂法对未经絮凝的沼液原水的去除效果为87.43％，处理后COD:491.57mg/L。
　　通过静态吸附实验，用人造沸石对模拟废水(NH4+-N含量1500mg/L)进行影响因子的研究，即粒度、投加量、pH及初始NH4+-N含量等。根据不同浓度NH4+-N废水的吸附实验数据，分别拟合出了Langmuir、Freundlich等温吸附方程，两个方程的R2均在0.99以上，且Langmuir模型更符合人造沸石对445-1485 mg/L氨氮废水的吸附规律，每克人造沸石可吸附28.32 mg NH4+-N;通过考察人造沸石对实际猪粪沼液的吸附随着时间的变化，对数据进行拟合分析后，准二级动力学能够很好的描述人造沸石对猪粪沼液中NH4+-N的吸附行为(R2＞0.99)。人造沸石吸附可脱除猪粪沼液中79.0％NH4+-N，处理后氨氮含量:333.92 mg/L，平衡吸附量:17.95 mg/g。
　　对于不同的循环流速、循环时间、天然沸石粒径以及投加量，在动态条件下，考察了天然斜发沸石对猪粪沼液中NH4+-N的脱除情况。得出最佳的实验条件是循环反应时间90min、流速18 mL/min、粒径1-2 mm的天然斜发沸石250 g(水样体积100 mL)，在此实验条件下，可脱除猪粪沼液中23.99％的NH4+-N。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 水质排放标准

1．3 沼液常见的处理技术和存在的问题

1．3．1 物理化学法

1．3．2 生物法

1．4 水处理过程中活性炭的应用

1．4．1 活性炭的吸附作用

1．4．2 活性炭、微生物联合应用

1．5 本课题的研究意义

1．6 本论文的研究内容

第二章 SBR对猪粪沼液的处理试验研究

2．1 主要分析项目及方法

2．2 沼液的预处理实验

2．3 SBR的工艺流程及试验方案

2．4 SBR工艺对COD的去除效果

2．5 SBR工艺对氨氮的去除效果

2．6 SBR反应器污泥性能变化

2．7 椰壳、煤基粉末活性炭对污染物去除的强化效果

2．8 本章小结

第三章 A／O对猪粪沼液的处理试验研究

3．1 A／O连续工艺流程及试验方案

3．2 进水中添加蔗糖对污染物去除的影响研究

3．3 椰壳粉末活性炭对污染物去除的影响研究

3．4 催化臭氧氧化对A／O工艺运行效果的影响研究

3．5 A／O系统的污泥性能

3．6 采用物理化学预处理方法的经济性分析

3．7 本章小结

第四章 芬顿试剂法处理猪粪沼液的试验研究

4．1 芬顿试剂法处理猪粪沼液的影响因素研究

4．1．1 过氧化氢、亚铁离子摩尔比值对COD去除率的影响

4．1．2 过氧化氢投加量的影响研究

4．1．3 初始pH对COD去除率的影响

4．1．4 反应时间对有机物去除效果的影响

4．2 最佳实验条件的确定

4．2．1 正交实验

4．2．2 实验结果优化分析

4．2．3 验证试验

4．3 芬顿试剂法处理沼液的经济性分析

4．4 本章小结

第五章 沸石吸附去除猪粪沼液中氨氮的试验研究

5．1 人造沸石静态吸附氨氮试验

5．1．1 粒径及投加量对氨氮去除的影响

5．1．2 pH对氨氮去除的影响

5．1．3 不同初始氨氮浓度下的吸附及等温吸附线

5．1．4 吸附效果随反应时间的变化以及吸附动力学

5．2 天然斜发沸石动态吸附氨氮试验

5．2．1 沼液循环流速对NH4+-N脱除的影响

5．2．2 沸石填充量对NH4+-N脱除的影响

5．2．3 循环时间对氨氮去除的影响

5．2．4 沸石粒径对NH4+-N脱除的影响

5．3 沸石脱除沼液中NH4+-N的经济性分析

5．4 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

附图

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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