豬場廢水中填料的理化特性及除磷能力

豬場廢水中填料的理化特性及除磷能力

近年來，福建省畜牧業(yè)業(yè)務(wù)范圍不斷進(jìn)入規(guī)模化和集約化，其中水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理速度慢。在實際工程應(yīng)用中,填料的篩選應(yīng)根據(jù)填料的理化特性、磷素吸附效果和填料成本等因素綜合考慮.本試驗結(jié)合福建地域特色,以海蠣殼、廢磚塊、火山巖和沸石4種填料為研究對象,分別考察了它們的理化特性及其對磷素的吸附效能,旨在為高性能濕地填料的篩選和豬場廢水的高效、低成本處理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持.1材料和方法1.1填料的制備以海礪殼、廢磚塊、火山巖和沸石為試驗材料,其中海蠣殼和廢磚塊分別是福建沿海水產(chǎn)養(yǎng)殖和城市建設(shè)的副產(chǎn)物,兩者來源廣泛且成本較低.各填料經(jīng)過研磨過篩1.2磷素質(zhì)量的測定分別稱取各填料2.00g于150mL錐形瓶中,加入由0.02mol/LKCl溶液配制的磷素質(zhì)量濃度為6,10,15,24,40,60,80mg/L(以P計)的KH1.3tp濃度的測定試驗裝置采用吸附柱模型(圖1),吸附柱用內(nèi)徑為20mm、高度為400mm的玻璃管制成,分別稱取各填料100g于吸附柱中.進(jìn)水中TP濃度維持在(80±5)mg/L(與豬場厭氧池出水中TP濃度一致),水力負(fù)荷(HLR)為2cm/d.試驗裝置設(shè)置3平行.1.4分析溶液中TP和PO2結(jié)果與討論2.1材料的理化特性各填料的部分理化特性如表2、表3、表4和圖2所示.Bubba等然而,Drizo等2.2填料對磷素的等溫吸附特性恒溫條件下填料表面發(fā)生的吸附現(xiàn)象,可采用Langmuir、Freundlich和D-R方程來表征其表面吸附量和介質(zhì)中溶質(zhì)平衡濃度之間的關(guān)系.對于Langmuir方程,其線性表達(dá)式為:對于Freundlich方程,其線性表達(dá)式為:對于D-R方程,其線性表達(dá)式為:式中:C4種填料的Langmuir、Freundlich和D-R等溫吸附曲線擬合結(jié)果如表5所示.從4種填料等溫吸附曲線擬合的相關(guān)系數(shù)來看,Langmuir和D-R方程更適合4種填料的等溫吸附過程.最大理論吸附容量可以初步反映填料對磷素的吸附能力,是人工濕地填料選擇時考慮的重要參數(shù).從Langmuir方程可知,填料對磷素的理論飽和吸附量大小依次為海蠣殼>廢磚塊>火山巖>沸石.其中海蠣殼的最大理論磷素吸附容量達(dá)到了32.900mg/g,是沸石的600多倍.在Freundlich方程中,n可以粗略地表示填料對磷素的吸附強(qiáng)度,由表5可知,不同填料之間的n值變化不大,基本在1.059~1.828之間.K2.3結(jié)合硫素的動態(tài)吸附試驗2.3.1廢磚吸附柱的除磷效果由圖3可知,相同條件下不同柱體對磷素的去除效果差異較大.其中海蠣殼吸附柱的除磷效果最好,在運行的前476d內(nèi)平均除磷效率大于95%,平均出水磷濃度低于4.00mg/L,運行526d后發(fā)生磷素穿透現(xiàn)象,出水磷濃度由8.31mg/L增至80.13mg/L;廢磚塊吸附柱的除磷效果次之,在運行53d后發(fā)生磷素穿透現(xiàn)象,出水磷濃度由8.44mg/L增至80.87mg/L;而火山巖和沸石吸附柱的除磷效果則較差,分別在運行41和9d后即發(fā)生磷素穿透現(xiàn)象,出水磷濃度分別由最初的5.63和10.44mg/L增至80.65和80.68mg/L.另外由表6可知,相對于進(jìn)水pH值,廢磚塊、火山巖和沸石吸附柱的出水pH值變化均很小,表明3種填料對出水pH值基本沒有影響.而海蠣殼吸附柱可使出水pH值明顯升高,出水pH值大致在9.1~9.5之間.主要原因在于海蠣殼中鈣的含量很高,在吸附除磷過程中存在Ca2.3.2廢磚和火山巖沉淀磷素的主要途徑由表7還可知,各吸附柱內(nèi)被截留磷素均是以無機(jī)磷形式存在,即填料的吸附沉淀作用是各吸附柱除磷的主要途徑.通過不同的化學(xué)浸提劑將填料中不同形態(tài)的無機(jī)磷逐級分離以考察各填料吸附沉淀磷素的主要途徑.在4種填料中,Ca-P為海蠣殼沉淀磷素的主要途徑,占無機(jī)磷總量的69.4%;O-P和Al-P為廢磚塊和火山巖沉淀磷素的主要途徑;而沸石中磷素的主要形態(tài)以O(shè)-P和水溶性P為主.因此,填料的化學(xué)成分及其化學(xué)形態(tài)不僅是影響其磷素吸附能力的重要因素,也是影響其磷素去除途徑的重要因素.由于海蠣殼和廢磚塊含有較高含量的Ca和Al(廢磚塊還含有一定量的Fe)且兩者的水溶性鹽總量較高,而火山巖和沸石中雖含有較高含量的Al但兩者的水溶性鹽總量很低,從而致使各填料在反應(yīng)溶液體系中釋放的金屬離子種類與濃度各不相同,海蠣殼在反應(yīng)溶液體系中釋放了較高含量的Ca綜上所述,海蠣殼是人工濕地處理豬場廢水時比較理想的除磷填料,然而由于海蠣殼的堿性較大且水溶性鹽量過高(>4000μS/cm)另外,由于人工濕地系統(tǒng)在實際運行中會受到自身及多種外界環(huán)境因素的影響3結(jié)論3.13.23.3填料對磷素的等溫吸附特性4種填料的磷素吸附等溫模型在一定程度上反映了各個填料的除磷能力,但是吸附等溫方程并不能準(zhǔn)確評價濕地填料的除磷能力在試驗期間,海蠣殼對磷素的截留量最大,為316.940mg,廢磚塊對磷素的截留量次之,為36.328mg,而火山巖和沸石對磷素的截留量較小,分別為20.426和4.474mg,即4種填料的磷素吸附量分別為3.169,0.363,0.204,0.045mg/g(表7),比較而言海蠣殼和磚塊均是構(gòu)建人工濕地時比較理想的除磷填料4種填料的各項理化特性表明,廢磚塊和沸石的表面微結(jié)構(gòu)更有利于生物膜的生長,而海蠣殼與廢磚塊則具有較高的除磷潛能.Langmuir和D-R等溫吸附方程對4種填料的擬合效果較好,其最大理論磷素吸附量依次為海礪殼>廢磚塊>火山巖>沸石,由平均吸附能E可判斷:海蠣殼對磷素的吸附主要為化學(xué)吸附過程,