由于豬場廢水經厭氧發酵后產生的沼液成分復雜,富含大量的氮、磷等營養元素,若直接排放,勢必對周邊水體造成污染,須妥善處理后才能排放。采用傳統的生物處理方法難已達到預期效果,其主要原因是沼液中氨氮、總磷等污染物濃度較高,加之沼液本身C/N比例失調,致使微生物生長受到抑制,生物脫氮過程又需要消耗大量的堿和較高的曝氣充氧能耗 造成沼液生物處理成本過高,使得國內生豬養殖廠不堪重負,沼液偷排現象時而發生。

Zeolite是一種具有四面體結構、由(SiO2)m?衍生出來的?Si4+被?Al3+置換所形成的含水架狀結構的多孔硅鋁酸鹽礦物質,具有良好的耐酸耐堿性、熱穩定性、離子交換性和空曠的骨架結構,擁有巨大的空腔表面和空隙率。這種特殊的晶體結構使其具備較高的吸附性和較強的離子交換特性。沸石孔道和孔穴中存在的多種堿金屬和堿土金屬離子,在濕潤狀態下能跟NH4+、K+、Fe2+、Zn2+、Na+、Mg2+、Cu2+、Ca2+等陽離子進行離子交換,尤其是改性后的沸石,其吸附及離子交換性能進一步增強。

通過試驗可知,在沸石量為每100 mL 1~30 g時,隨著沸石用量的增加,氨氮的去除率從 56.76%升至 86.89%,但并非沸石用量越大、去除效果越顯著,當沸石投加量達每100 mL 10 g 時,氨氮去除率接近最大值。而隨著沸石投加量的增大,沸石對氨氮的吸附量從5.29 mg·g-1降至 0.27 mg·g-1,單位質量沸石對氨氮的吸附率呈下降趨勢。這可能是因為沸石對NH4+具有很強的選擇交換能力,而沸石用量的不斷增大促使其所含氧化物的溶出率不斷升高,使得沼液?pH?整體呈上升趨勢,導致沼液中NH4+多向?NH3·H2O的形式轉化,可供交換的?NH4+逐漸減少,從而降低了單位質量改性沸石的吸附量。

改性沸石對豬場沼液氮磷吸附特性與機理研究-國投盛世

當沸石量從每100 mL 1 g?增至10 g時,沸石對磷的去除率急劇增加,去除率從21.81%增至?80.1%,沸石量為每?100 mL 10 g時,磷去除率接近最大值;當沸石量從10 g增至30 g?時,磷的去除率略有增加;隨著沸石投加量的不斷增大單位質量沸石對磷的吸附量由0.17 mg·g-1?降至?0.02 mg·g-1,吸附量逐漸下降。這是由于隨著沸石用量的不斷增大,可提供的吸附點得到相應的增加,沼液中的磷酸根離子同時受到多個吸附點的作用力,單個吸附點吸附能力受到限制,導致單位質量沸石吸附率的降低。當改性沸石對氨氮的吸附達到一定量時,溶液中的氨氮和已吸附在沸石表面的氨氮產生斥力,使得沸石對氨氮的吸附能力逐漸降低,因此隨著氨氮初始濃度的升高,氨氮的去除率逐漸降低。

改性沸石對豬場沼液氮磷吸附特性與機理研究-國投盛世

沸石對豬場沼液中有機態氮磷去除主要基于物理性吸附和沸石中的活性基團與有機官能團所產生的配位絡合,無機態氮磷則主要以離子交換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,是一種優質緩釋肥料。本研究對于豬場沼液預處理及資源化應用有一定的理論和實用價值。