猪场沼液氮磷耦合回收、处理及污泥制备缓释肥研究

摘要]。主要水质指标与其测定方法如表5-2。表5-2水质指标与测定方法水质指标测定方法TN碱性过硫酸钾消解分光光度法TP钼锑抗分光光度法水量对氮磷溶出率影响水量对氮溶出率影响缓释肥料施入土壤中，在土壤中水的润湿作用下，缓慢溶解而释放养分。为此研究了水量对肥料养分释放的影响，结果如图5-1所示。从制作肥料所用材料来看，以淀粉作包膜剂和粘结剂的肥料，氮的溶出率总体上大于以聚乙烯醇作包膜剂和粘结剂的肥料。可见，聚乙烯醇对肥料中氮的缓释性能优于淀粉，主要是因为聚乙烯醇的水溶液粘度大，成膜后的强度和耐溶性提高。从材料的用途来看，以淀粉作粘结剂的肥料，氮的溶出率高于以淀粉作包膜剂的肥料，主要是淀粉膜对氮的包裹作用较强所致；以聚乙烯醇作粘结剂的肥料，随着水量的增加，氮的溶出率先小于然后大于以聚乙烯醇作包膜剂的肥料。图5-1水量对氮溶出率影响水量对磷溶出率影响水量对磷溶出率的影响，如图5-2所示。由图可以看出，在水量较高时，最有利于淀粉粘结肥料中磷的释放。图5-2水量对磷溶出率影响时间对氮磷溶出率影响时间对氮溶出率影响由图5-3可以看出，在1～10d范围，淀粉粘结肥料氮的溶出率最大，聚乙烯醇粘结肥料氮的溶出率最小；在50～60d范围，聚乙烯醇粘结肥料氮的溶出率最大，淀粉包膜肥料氮的溶出率最小。由此可知，在1～60d范围，随着时间的增加，与其它三种肥料氮的释放速率相比，聚乙烯醇粘结肥料氮的释放速率最大。由表5-3可以看出，在24h内四种肥料氮的溶出率均小于15%，在28d之内氮的溶出率均小于75%，完全符合缓释肥料标准。图5-3时间对氮溶出率影响表5-3不同肥料在水中的氮溶出曲线和溶出率肥料氮的溶出率方程不同时间下的溶出率（%）1d28d﹥28d淀粉包膜肥料y=0.4752x+0.56061.0413.8775聚乙烯醇包膜肥料y=0.6194x+0.64061.2617.9875淀粉粘结肥料y=0.4629x+5.81556.2818.7875聚乙烯醇粘结肥料y=0.6385x+1.38022.0219.2675时间对磷溶出率影响时间对磷溶出率的影响，如图5-4所示。由表5-4可以看出，在24h内四种肥料磷的溶出率均小于15%，在28d之内磷的溶出率均小于75%，完全符合缓释肥料标准，而且在较长的时间之后磷的溶出率才达到75%，缓释性能良好，是可以跨季使用的长效肥。图5-4时间对磷溶出率影响表5-4不同肥料在水中的磷溶出曲线和溶出率肥料磷的溶出率方程不同时间下的溶出率1d28d﹥28d淀粉包膜肥料y=0.3403x+8.38808.7317.9275聚乙烯醇包膜肥料y=6.3325lnx+3.27523.2824.3875淀粉粘结肥料y=6.7916lnx+4.05674.0626.6975聚乙烯醇粘结肥料y=0.3767x+9.619510.0120.1775模拟植物吸收时氮磷累积溶出率模拟植物吸收时氮的累积溶出率为了研究肥料中养分在植物吸收时的释放情况，模拟了水溶液中植物对氮的吸收，结果见图5-5。表5-5为氮在水中的累积溶出率，从表可以看出四种肥料氮的释放均符合缓释肥的标准。图5-5模拟植物吸收时氮累积溶出率表5-5不同肥料在水中氮累积溶出曲线和累积溶出率肥料氮累积溶出率方程不同时间下的累积溶出率1d28d∞d淀粉包膜肥料y=0.8774x+1.25532.1325.8275聚乙烯醇包膜肥料y=1.1314x+1.5732.733.2575淀粉粘结肥料y=0.8041x+2.9383.7425.4575聚乙烯醇粘结肥料y=1.043x-0.15620.8929.0575模拟植物吸收时磷的累积溶出率图5-6模拟植物吸收时磷累计溶出率模拟植物吸收时磷的累积溶出率情况，如图5-6所示。由图可以看出，四种肥料在水中的累积溶出率均表现出稳定增长的趋势；在时间为4～10d时，四种肥料磷的溶出率大小为：淀粉粘结肥料﹥聚乙烯醇包膜肥料﹥淀粉包膜肥料﹥聚乙烯醇粘结肥料。从表5-6看以看出，四种肥料磷的释放也符合缓释肥的标准。表5-6不同肥料在水中磷累积溶出曲线和累积溶出率肥料磷累积溶出率方程不同时间下的累积溶出率1d28d∞d淀粉包膜肥料y=8.068lnx+2.39642.4029.2875聚乙烯醇包膜肥料y=10.4284lnx+0.62720.6335.3875淀粉粘结肥料y=11.3406lnx+2.60782.6140.475聚乙烯醇粘结肥料y=6.1736lnx+4.61234.6125.1875技术经济分析猪场沼液废水处理成本图6-1猪场沼液处理流程猪场沼液处理的工艺流程如图6-1所示，由图可知采用此工艺处理猪场沼液的成本来源于以下几个方面：(1)磷酸铵镁结晶法工段费用磷酸铵镁结晶法工段中采用造纸白泥作为碱度调节剂，其为造纸厂的废弃物，不需任何成本，成本主要为NaH2PO4•12H2O和MgCl2•6H2O药剂费。NaH2PO4•12H2O、MgCl2•6H2O的市场价格分别按1201元/吨、501元/吨计，三种不同药剂添加方式的处理成本见表6-1。表6-1不同药剂添加方式的处理成本处理1t猪场沼液废水只添加造纸白泥添加造纸白泥、镁盐、磷酸盐添加造纸白泥、镁盐NaH2PO4•12H2O/kg015.510MgCl2•6H2O/kg09.370.49所需药剂费用/元023.300.25去除氮/g760.99891.96873.28去除磷/g39.0466.8266.09可以看出，猪场沼液废水中添加造纸白泥、镁盐、磷酸盐时废水的处理成本最高，只添加造纸白泥时废水处理成本最低。在取得大体相同氮磷去除效果的情况下，显然向沼液废水中添加造纸白泥和镁盐时更为经济。(2)改性沸石吸附工段费用由Langmuir方程可知，改性沸石对氨氮和磷的饱和吸附量分别为1.43mg·g-1、0.16mg·g-1。经计算可知，若到达曝气生物滤池工段进水水质的要求，则需沸石量分别为18.5kg·t-1、25.16kg·t-1，取两者的平均值为21.83kg·t-1。沸石价格按201元/t计，重复利用次数为5次，则污水处理费用为：21.83×201/1010/5=0.87元/t。(3)曝气生物滤池工段费用废水处理费用仅需考虑水泵、风机的电耗。以处理5m3/h的废水工程测算，风机、水泵的用电负荷分别为2.6kW、3.8kW，电价按0.6元/(kW·h)计，则电费为:(2.6×1+3.8×1)×0.6/5≈0.77元/t。综合上述分析可知，采用磷酸铵镁结晶法对猪场沼液处理时，采取投加镁盐及造纸白泥的方式去除氮、磷较为经济，则猪场沼液废水处理成本约为：0.25+0.87+0.77=1.89元/t。颗粒有机缓释肥料的经济效益由5.1.2的计算可知，1t猪场沼液废水经磷酸铵镁结晶法工段处理后，可得43.94kg的沉淀物，沉淀物中氮、磷含量分别为2.06%、3.59%。市场上氮、磷含量大体相同的有机肥约为12元/50kg，制肥成本按9元/101kg计，则产生的肥料经济效益为：(12-9)×43.94/50≈2.64元/t。综上所述，采用“磷酸铵镁结晶法+改性沸石吸附+曝气生物滤池”组合工艺处理猪场沼液废水，同时以污水处理过程中产生的废弃物为原料制备有机肥料。不仅不会给生猪养殖企业带来经济负担，反而可为企业创造一定的经济效益。可见，此工艺对猪场沼液的处理在技术、经济上是可行的，具有一定的工程运用价值。西安交通大学网络教育学院论文结论本研究采用“磷酸铵镁结晶法+改性沸石吸附+曝气生物滤池”组合工艺处理猪场沼液，同时以磷酸铵镁结晶法处理后产生的沉淀物为原料制备颗粒有机肥，并对肥料的氮磷缓释性能进行了研究。本文得出的结论如下：(1)采用磷酸铵镁结晶法对猪场沼液进行初步处理，以造纸白泥为碱度调节剂，同时向猪场沼液中投加磷酸盐、镁盐，使沼液的pH值达到9.5、P:N:Mg的摩尔比为1:1:1，此时CODCr、氨氮、总氮、总磷的平均去除率分别达83%、83.80%、86.65%、89.18%。(2)采用改性沸石吸附对猪场沼液进行二级处理。结果表明，利用曝气生物滤池工艺对猪场沼液进行深度处理，在水力负荷为2.52～4.61m3·m-2·d-1范围，出水CODCr、氨氮、总磷的浓度均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2012)》中的一级B要求。(3)以磷酸铵镁结晶法工段沉淀物为原料，制备出淀粉包膜肥料、淀粉粘结肥料、聚乙烯醇包膜肥料、聚乙烯醇粘结肥料。肥料的水溶性试验表明，四种肥料氮、磷的溶出率在24h之内均小于15%，在28d之内的溶出率均小于75%，完全符合缓释肥料标准；模拟植物吸收表明，四种肥料氮和磷的累积溶出率均表现出稳定增长的趋势，可为植物的生长提供持续的养分，有效避免了因养分的集中释放而造成的烧苗情况。(4)采用此组合工艺处理猪场沼液的费用，可由制备出肥料产生的经济效益价值所抵消。不仅不会给生猪养殖企业带来经济负担，反之可为企业创造一