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 化工學院，江蘇 南京 210094；2.江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所農業農村部種養結合重點實驗室 江蘇省有機固體廢棄物資源化協同創新中心，江蘇 南京 210014)

隨著畜禽產品需求的增長，我國養殖業逐漸趨向于規模化、集約化[1-3]。養殖業所帶來的污染問題也日漸嚴重，畜禽養殖污染已成為水環境污染的重要內容[4-8]。

磷酸銨鎂(MAP)，其沉淀工藝可同時回收N、P，且本身為優質的緩釋磷肥，故廣泛應用于各類污水處理[9-11]。豬糞廢水中有機物含量豐富，結合酸礦化作用可改善廢水污染物體系平衡，將有機物轉變成無機態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MAP沉淀去除N、P效果的影響，并投加石灰乳進行二次固液分離，研究投加量對濁度、COD、TN、TP等污染物的去除效果。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

新鮮豬糞，取自江蘇鎮江某養豬場，采樣后立即攪拌均勻，分袋裝好，冷凍保存，實驗時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，上清液各項指標見表1；硫酸、磷酸、氫氧化鈉、氯化鎂、氧化鈣等均為分析純。實驗時，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污染指標

便攜式pH計；HJ-6A多頭磁力攪拌器；722E紫外分光光度計；HVA-85高壓滅菌鍋；5804R高速冷凍離心機；175便攜式濁度儀；EVO-LS10掃描電子顯微鏡(SEM)。

1.2 實驗方法

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，調節pH至3.0，在慢速攪拌下進行礦化處理[15]。設置兩個平行操作(下同)。

1.2.2 MAP沉淀 礦化結束后加入氯化鎂，慢速攪拌0.5 h，用氫氧化鈉調節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，進行石灰乳聚沉實驗，慢速攪拌0.5 h，靜置0.5 h。聚沉結束后，再次離心處理(6 000 r/min，8 min)，進行二次固液分離，取上清液進行各指標測定。水溶液中Ca2+含量達到某一限值時會抑制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，不進行后續投加石灰乳操作。

1.3 分析方法

2 結果與討論

2.1 無機酸礦化

圖1 無機酸礦化時間對豬糞廢水中含量的影響

2.2 MAP沉淀實驗

圖2 pH對MAP沉淀去除N、P效果的影響

圖3 磷酸用量對MAP沉淀除N、P的影響

2.2.3 鎂鹽投加量對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MAP沉淀去除N、P效果的影響見圖4。

圖4 鎂鹽用量對MAP沉淀除N、P的影響

2.3 石灰乳投加量對去除污染物效果的影響

圖5 石灰乳投加量對聚沉后出水污染物去除效果的影響

2.4 正交實驗結果

單因素實驗結果表明，不同投加量對MAP沉淀后出水N、P的濃度影響較大。因此進行無機酸礦化+MAP沉淀+石灰乳聚沉多因素正交實驗，結果見表2。

表2 豬糞廢水處理正交實驗結果

2.5 掃描電鏡分析

選取最佳方案A1B3C3處理的MAP沉淀進行掃描電鏡分析，同時選取模擬廢水的MAP沉淀作為對照[18]，見圖6。

圖6 MAP沉淀SEM照片

由圖6a、b可知，模擬廢水中生成的MAP外觀呈長條狀或錐狀柱體，溶液中構晶離子不斷簇集在一起以均相成核的方式生成晶體，晶體團多呈鮮花狀，且表面光滑平整。圖6c、d為正交實驗最佳方案下的MAP沉淀SEM照片，明顯可見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沉淀方式可同時降低豬糞廢水中懸浮固體含量。

結果表明，無機酸礦化+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營養元素和懸浮固體的含量，減小后續水處理難度，同時沉淀得到的MAP屬于優質農業緩釋肥料，具有較好的資源化前景。

3 結論