豬糞廢水資源化處理工藝研究

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(guó)養(yǎng)殖業(yè)逐漸趨向于規(guī)模化、集約化[1-3]。養(yǎng)殖業(yè)所帶來(lái)的污染問(wèn)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(wú)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。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

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(jiàn)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 實(shí)驗(yàn)方法

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。

1.3 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 無(wú)機(jī)酸礦化

圖1 無(wú)機(jī)酸礦化時(shí)間對(duì)豬糞廢水中含量的影響

2.2 MAP沉淀實(shí)驗(yàn)

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(jiàn)圖4。

圖4 鎂鹽用量對(duì)MAP沉淀除N、P的影響

2.3 石灰乳投加量對(duì)去除污染物效果的影響

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

2.4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

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(wú)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(jiàn)表2。

表2 豬糞廢水處理正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5 掃描電鏡分析

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(jiàn)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(jiàn)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(wú)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(yíng)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。

3 結(jié)論