碳素纖維加曝氣處理養豬場廢水試驗

姚 輝，郭榮軍，金樹權，陳若霞，潘庚華

(1.浙江省象山縣水利局，浙江 寧波 315700;2.寧波市農業科學研究院，浙江 寧波 315040;3.核工業二三0 研究所，湖南 長沙 410007)

目前，規模化養豬場產生的豬糞尿和清洗廢水雖然經過沼氣池厭氧處理，但是最終排放的廢水中有機物、氮、磷濃度仍然較高［1-2］。如果不對養豬場排放廢水作進一步處理，直接排放進入河流、水庫和湖泊等地表水體將產生水環境污染，導致水體富營養［3-4］。生物膜法是利用某些附著生長在固體表面的微生物進行污水處理的方法，由于該方法成本低、維護簡單、效果顯著，在污水處理中較為常用［5-6］。本研究用生物膜材料碳素纖維并結合曝氣處理進行養豬場廢水凈化試驗，現將有關試驗結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

碳素纖維規格為長× 寬60 cm×40 cm (產地日本)，碳素纖維織帶兩邊纖維束各長15 cm，每束1 200 根纖維絲，纖維直徑7 μm，比表面積為1 500～2 000 m2·g-1。小型曝氣機1 臺。試驗用塑料桶長寬高為50 cm×40 cm×50 cm。

試驗用水利用養殖場排放廢水 (約占總量20%)加入葡萄糖、(NH4)2SO4和KH2PO4與自來水配制而成，配制完成后的試驗用水水質化學需氧量(COD)149.05 mg·L-1，總氮(TN)34.06 mg·L-1，氨態氮(-N)23.91 mg·L-1，硝態氮(-N)2.12 mg·L-1，總磷 (TP)5.90 mg·L-1，可溶性磷 (DRP)4.58 mg·L-1。

1.2 處理設計

試驗設4個處理:處理1 為空白對照 (CK)，處理2 用碳素纖維凈化，處理3 用小型曝氣機曝氣凈化，處理4 用碳素纖維加小型曝氣機曝氣組合凈化。試驗在實驗室用塑料桶進行，重復3 次。試驗區域保證陽光充足、空氣流通。碳素纖維首先在天然河道內進行掛膜，掛膜成熟后送至實驗室進行試驗，相應的處理1個試驗桶懸掛1 條。為模擬自然水體環境，在各處理的桶內底部鋪設約1 cm 的河道底泥。

1.3 檢測項目及方法

試驗在第1，3，6，9，14 天的9:00 取樣，每桶多點取樣后混合，立即進行各項水質指標分析。其中TN，TP 和COD 直接采用采集水樣進行測定，和DRP 用經0.45 μm 微孔濾膜過濾后的水樣進行測定。各指標均采用國家標準方法［7］進行檢測，其中-N 用紫外分光光度法，-N 用納氏試劑比色法，TN 用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，DRP 和TP 采用鉬酸銨分光光度法，COD 用重鉻酸鉀法。

2 結果與分析

2.1 COD 濃度

從圖1 可以看出，試驗開始后處理2，3，4 的COD 濃度在1～3 d 內迅速下降，其中組合利用碳素纖維和曝氣的處理4 在試驗開始1 d 就從148.05 mg·L-1下降到46.40 mg·L-1。經14 d 處理后，4個處理的COD 分別下降68.9%，81.5%，82.4%和83.7%。

圖1 各處理COD 濃度的變化

2.2 氮濃度

圖2 各處理的-N 濃度的變化

2.3 磷濃度

從圖5 和圖6 可以看出，試驗開始后TP 和DRP 濃度不斷降低，但是各處理降低幅度存在差異，空白對照處理下降幅度最小，處理4 下降幅度較大。經過14 d 處理后，4個處理TP 的下降率分別為9.8%，15.4%，13.9%和20.8%。

從以上各處理的有機物和各態氮磷濃度變化可以看出，組合利用碳素纖維和曝氣處理的COD、-N、TN、TP 下降率均最高，單獨利用碳素纖維或曝氣處理的下降效果居中，空白處理的下降率最低。其原因可能是碳素纖維具有良好的吸附性和微生物親和性，一方面碳素纖維能有效吸附水體中的顆粒態物質，另一方面碳素纖維能使微生物進行掛膜生長，大量生長繁殖的微生物通過同化作用和異化作用有效提高了污染水體的凈化能力［8］。進行曝氣處理可以有效提高水體的溶解氧濃度，而溶解氧濃度的提高能增強微生物的活性［9］，加速了水體微生物的生長繁殖和新陳代謝速度，從而進一步增強了水體凈化能力。碳素纖維加曝氣兩者結合處理污水的方法效果更好。

圖3 各處理

圖4 各處理TN 濃度的變化

圖5 各處理TP 濃度的變化

圖6 各處理DRP 濃度的變化-N 濃度的變化

3 小結與討論

組合利用碳素纖維和曝氣進行養豬場廢水處理的效果最佳，顯著高于空白處理和單獨利用碳素纖維或曝氣處理，經過14 d 處理后，水體中的COD，NH+4-N，TN，TP 分別下降83.7%，84.1%，32.0% 和20.8%。組合利用碳素纖維和曝氣進行水質處理，一方面碳素纖維由于具有高吸附性和生物親和性，能有效吸附水體中懸浮污染物，同時大量生長繁殖的微生物具有高效的富集作用和凈化作用;另一方面曝氣處理能提高水體溶解氧含量，加快了微生物的生長繁殖和新陳代謝速度，從而進一步提高水體凈化能力。

組合利用碳素纖維和曝氣處理能夠有效降低養豬場排放廢水的有機物、氮和磷等污染物濃度，因而可以直接利用碳素纖維加曝氣進行養豬場廢水處理，或者作為人工濕地等其他處理手段的前處理。

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