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改性沸石对猪场沼液氮磷吸附特性与机理研究

发布时间:2020-04-01     浏览次数:1105

由于猪场废水经厌氧发酵后产生的沼液成分复杂,富含大量的氮、磷等营养元素,若直接排放,势必对周边水体造成污染,须妥善处理后才能排放。采用传统的生物处理方法难已达到预期效果,其主要原因是沼液中氨氮、总磷等污染物浓度较高,加之沼液本身C/N比例失调,致使微生物生长受到抑制,生物脱氮过程又需要消耗大量的碱和较高的曝气充氧能耗 造成沼液生物处理成本过高,使得国内生猪养殖厂不堪重负,沼液偷排现象时而发生[9]
沸石是一种具有四面体结构、由(SiO2m 衍生出来的 Si4+Al3+置换所形成的含水架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质具有良好的耐酸耐碱性、热稳定性、离子交换性和空旷的骨架结构,拥有巨大的空腔表面和空隙率。这种特殊的晶体结构使其具备较高的吸附性和较强的离子交换特性。沸石孔道和孔穴中存在的多种碱金属和碱土金属离子,在湿润状态下能跟NH4+K+、Fe2+、Zn2+、Na+、Mg2+、Cu2+、Ca2+等阳离子进行离子交换,尤其是改性后的沸石,其吸附及离子交换性能进一步增强。

 

 

 

通过试验可知,在沸石量为每100 mL 1~30 g时,随着沸石用量的增加,氨氮的去除率从 56.76%升至 86.89%,但并非沸石用量越大、去除效果越显著,当沸石投加量达每100 mL 10 g 时,氨氮去除率接近最大值。而随着沸石投加量的增大,沸石对氨氮的吸附量从5.29 mg·g-1降至 0.27 mg·g-1,单位质量沸石对氨氮的吸附率呈下降趋势。这可能是因为沸石对
NH4+具有很强的选择交换能力,而沸石用量的不断增大促使其所含氧化物的溶出率不断升高,使得沼液 pH 整体呈上升趋势,导致沼液中NH4+多向 NH3·H2O的形式转化,可供交换的 NH4+逐渐减少,从而降低了单位质量改性沸石的吸附量

 

 

当沸石量从每100 mL 1 g 增至10 g时,沸石对磷的去除率急剧增加,去除率从21.81%增至 80.1%,沸石量为每 100 mL 10 g时,磷去除率接近最大值;当沸石量从10 g增至30 g 时,磷的去除率略有增加;随着沸石投加量的不断增大单位质量沸石对磷的吸附量由0.17 mg·g-1 降至 0.02 mg·g-1,吸附量逐渐下降。这是由于随着沸石用量的不断增大,可提供的吸附点得到相应的增加,沼液中的磷酸根离子同时受到多个吸附点的作用力,单个吸附点吸附能力受到限制,导致单位质量沸石吸附率的降低当改性沸石对氨氮的吸附达到一定量时,溶液中的氨氮和已吸附在沸石表面的氨氮产生斥力,使得沸石对氨氮的吸附能力逐渐降低因此随着氨氮初始浓度的升高,氨氮的去除率逐渐降低

 

 

 

沸石对猪场沼液中有机态氮磷去除主要基于物理性吸附和沸石中的活性基团与有机官能团所产生的配位络合,无机态氮磷则主要以离子交换及吸附沉淀形式得以去除;吸附后的沸石污泥含有大量氮磷元素,是一种优质缓释肥料。本研究对于猪场沼液预处理及资源化应用有一定的理论和实用价值