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沼液预处理最优混凝搅拌条件的研究文献综述

 2020-03-13 09:03  

沼液是将禽畜粪便发酵产生沼气之后,再对发酵物进行固液分离后得到的液体发酵产物。这种液体发酵产物具有很好的肥料特性,可以作为肥料在农业生产中广泛应用,在农作物进行生长时,为农作物提供养分的物质,是农业生产中重要的生产资料。农作物正常生长需要的养分丰富多样,既包括氮、磷、钾等大量元素,也包括钙、镁、铁、硫、硼、钼等中微量元素,此外还有部分的有机类物质。

在对沼液进行的肥料测定中发现,沼液中含有丰富的有机、无机类类养分。大量的无机类养分有效程度高,活性强,能够为农作物提供的元素种类几乎涵盖了它们生长所需的所有养分元素。除了无机养分以外,沼液还含有的有机类质。这些有机类物质具有缓效、种类多样的特点,能够为作物的后期生长释放源源不断的养分供应;更为重要的是可以为土壤微生物提供饵料,逐步培养出健全的微生物土壤群落,改善微生物环境,提高土壤的抗逆能力。当土壤环境得到改善后,反过来可以增强土壤自身对养分的吸附作用,减少养分流失,抑制农业面源污染危害。

沼液不仅能完全取代化肥,还是生产有机食品的最佳肥料。沼液中含有丰富的营养物、矿物质和有机质,在我国农村普遍作为肥料还田[1]。沼液还田不仅可以减少化肥的施用,增加土地肥力,并且操作简单,费用低。此外,沼液还可以将其作为叶面肥、浸种剂和饲料添加剂等使用,通常具有提高产量、预防病虫害和促进生长等作用[2]。由于我国各地土壤、气候、降水和种植作物类型具有较大差异,尚未出台有关沼液还田的标准,加之不同沼气工程沼液浓度不尽相同,沼液成分也尚不明确,沼液还田还存在着很大的问题和风险。段然等[3]对连续6年施用沼肥( 沼渣和沼液)的土壤进行测定,发现土壤中铜、锌含量明显升高,虽未造成土壤重金属超标,但认为农田生态随着畜禽养殖业的发展,畜禽粪污的安全处置需求逐渐增大[4,5]

沼液色度高,浊度大,悬浮物浓度高,CODCr和氨氮浓度高,重金属含量虽然低, 但营养元素比例失调,可生化性差。若采用常规的生物处理技术,则工艺负荷过高,处理效率受限。如果直接排放,COD、NH4 -N和SS严重超标,对环境污染十分严重[6,7]。对粪污进行厌氧发酵,能将粪污中可溶性及颗粒性有机物转化为CO2、CH4等代谢物[8]。目前,畜禽养殖粪污干式发酵技术已经基本成熟,并成功进行了大规模工程应用[9,10]。而湿式发酵技术始终存在一个大缺陷,发酵后产生高污染物负荷的沼液,对环境造成恶劣影响[11,13],对于单纯利用冲栏水厌氧消化的出水,由于SS、N、P浓度都比较低,直接采用厌氧一好氧水处理工艺,特别是通过原水补加碳源进行生化处理是可行的。对于以粪便为原料的厌氧消化沼液,多采用筛分固液分离。筛分液的SS和COD浓度仍然非常高,特别是构成COD的主要成分为不可溶有机质,可溶性COD较低,浓沼液的这一特点不利于后续处理。针对高浓度沼液的特点,将其高浓度的SS去除可以大幅度地降低沼液有机污染。因此,需要对沼液进行预处理,改善水质条件,减少对环境污染。

目前对沼液进行预处理的方法有厌氧发酵消化,好氧生物处理,混凝法等。沼液的可生化性差,碳氮比严重失调,传统的好氧处理较为困难,效果不明显,目前多通过强化预处理或深度处理来完成达标处理。研究表明沼液可溶性有机物不足30%,用混凝法预处理沼液,SS去除率可达94.8%,可大幅度降低沼液的有机物负荷。目前混凝成为沼液强化预处理的主要工艺[14]

1. 实验方法

本实验采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂,加入阴离子聚丙烯酰胺(APAM)作为助凝剂。

主要内容与方法包括:

根据特定混凝剂和助凝剂组合下的优化反应条件实验考虑了水样pH值、混凝剂投加量、助凝剂投加量、搅拌强度四个因素,每组实验按照1000 mL取水样。

1)处理水pH变化试验:固定混凝剂的投入量为2.5 g#183;L-1,助凝剂的投入量为0.1g#183;L-1,用NaOH与稀H2SO4调节pH值,0.1为一个pH变化梯度。混凝剂、助凝剂投加顺序,以及搅拌强度等同混凝剂及助凝剂筛选实验。

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