猪场废水中填料的理化特性及除磷能力

猪场废水中填料的理化特性及除磷能力

近年来，福建省畜牧业业务范围不断进入规模化和集约化，其中水产养殖废水的处理速度慢。在实际工程应用中,填料的筛选应根据填料的理化特性、磷素吸附效果和填料成本等因素综合考虑.本试验结合福建地域特色,以海蛎壳、废砖块、火山岩和沸石4种填料为研究对象,分别考察了它们的理化特性及其对磷素的吸附效能,旨在为高性能湿地填料的筛选和猪场废水的高效、低成本处理提供理论依据和数据支持.1材料和方法1.1填料的制备以海砺壳、废砖块、火山岩和沸石为试验材料,其中海蛎壳和废砖块分别是福建沿海水产养殖和城市建设的副产物,两者来源广泛且成本较低.各填料经过研磨过筛1.2磷素质量的测定分别称取各填料2.00g于150mL锥形瓶中,加入由0.02mol/LKCl溶液配制的磷素质量浓度为6,10,15,24,40,60,80mg/L(以P计)的KH1.3tp浓度的测定试验装置采用吸附柱模型(图1),吸附柱用内径为20mm、高度为400mm的玻璃管制成,分别称取各填料100g于吸附柱中.进水中TP浓度维持在(80±5)mg/L(与猪场厌氧池出水中TP浓度一致),水力负荷(HLR)为2cm/d.试验装置设置3平行.1.4分析溶液中TP和PO2结果与讨论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和图2所示.Bubba等然而,Drizo等2.2填料对磷素的等温吸附特性恒温条件下填料表面发生的吸附现象,可采用Langmuir、Freundlich和D-R方程来表征其表面吸附量和介质中溶质平衡浓度之间的关系.对于Langmuir方程,其线性表达式为:对于Freundlich方程,其线性表达式为:对于D-R方程,其线性表达式为:式中:C4种填料的Langmuir、Freundlich和D-R等温吸附曲线拟合结果如表5所示.从4种填料等温吸附曲线拟合的相关系数来看,Langmuir和D-R方程更适合4种填料的等温吸附过程.最大理论吸附容量可以初步反映填料对磷素的吸附能力,是人工湿地填料选择时考虑的重要参数.从Langmuir方程可知,填料对磷素的理论饱和吸附量大小依次为海蛎壳>废砖块>火山岩>沸石.其中海蛎壳的最大理论磷素吸附容量达到了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对磷素的吸附强度,由表5可知,不同填料之间的n值变化不大,基本在1.059~1.828之间.K2.3结合硫素的动态吸附试验2.3.1废砖吸附柱的除磷效果由图3可知,相同条件下不同柱体对磷素的去除效果差异较大.其中海蛎壳吸附柱的除磷效果最好,在运行的前476d内平均除磷效率大于95%,平均出水磷浓度低于4.00mg/L,运行526d后发生磷素穿透现象,出水磷浓度由8.31mg/L增至80.13mg/L;废砖块吸附柱的除磷效果次之,在运行53d后发生磷素穿透现象,出水磷浓度由8.44mg/L增至80.87mg/L;而火山岩和沸石吸附柱的除磷效果则较差,分别在运行41和9d后即发生磷素穿透现象,出水磷浓度分别由最初的5.63和10.44mg/L增至80.65和80.68mg/L.另外由表6可知,相对于进水pH值,废砖块、火山岩和沸石吸附柱的出水pH值变化均很小,表明3种填料对出水pH值基本没有影响.而海蛎壳吸附柱可使出水pH值明显升高,出水pH值大致在9.1~9.5之间.主要原因在于海蛎壳中钙的含量很高,在吸附除磷过程中存在Ca2.3.2废砖和火山岩沉淀磷素的主要途径由表7还可知,各吸附柱内被截留磷素均是以无机磷形式存在,即填料的吸附沉淀作用是各吸附柱除磷的主要途径.通过不同的化学浸提剂将填料中不同形态的无机磷逐级分离以考察各填料吸附沉淀磷素的主要途径.在4种填料中,Ca-P为海蛎壳沉淀磷素的主要途径,占无机磷总量的69.4%;O-P和Al-P为废砖块和火山岩沉淀磷素的主要途径;而沸石中磷素的主要形态以O-P和水溶性P为主.因此,填料的化学成分及其化学形态不仅是影响其磷素吸附能力的重要因素,也是影响其磷素去除途径的重要因素.由于海蛎壳和废砖块含有较高含量的Ca和Al(废砖块还含有一定量的Fe)且两者的水溶性盐总量较高,而火山岩和沸石中虽含有较高含量的Al但两者的水溶性盐总量很低,从而致使各填料在反应溶液体系中释放的金属离子种类与浓度各不相同,海蛎壳在反应溶液体系中释放了较高含量的Ca综上所述,海蛎壳是人工湿地处理猪场废水时比较理想的除磷填料,然而由于海蛎壳的碱性较大且水溶性盐量过高(>4000μS/cm)另外,由于人工湿地系统在实际运行中会受到自身及多种外界环境因素的影响3结论3.13.23.3填料对磷素的等温吸附特性4种填料的磷素吸附等温模型在一定程度上反映了各个填料的除磷能力,但是吸附等温方程并不能准确评价湿地填料的除磷能力在试验期间,海蛎壳对磷素的截留量最大,为316.940mg,废砖块对磷素的截留量次之,为36.328mg,而火山岩和沸石对磷素的截留量较小,分别为20.426和4.474mg,即4种填料的磷素吸附量分别为3.169,0.363,0.204,0.045mg/g(表7),比较而言海蛎壳和砖块均是构建人工湿地时比较理想的除磷填料4种填料的各项理化特性表明,废砖块和沸石的表面微结构更有利于生物膜的生长,而海蛎壳与废砖块则具有较高的除磷潜能.Langmuir和D-R等温吸附方程对4种填料的拟合效果较好,其最大理论磷素吸附量依次为海砺壳>废砖块>火山岩>沸石,由平均吸附能E可判断:海蛎壳对磷素的吸附主要为化学吸附过程,