猪粪废水资源化处理工艺研究

王佳，赵晓蕾，黄红英，徐跃定，孙恩惠

(1.南京理工大学 化工学院，江苏 南京 210094；2.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部种养结合重点实验室 江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心，江苏 南京 210014)

随着畜禽产品需求的增长，我国养殖业逐渐趋向于规模化、集约化[1-3]。养殖业所带来的污染问题也日渐严重，畜禽养殖污染已成为水环境污染的重要内容[4-8]。

磷酸铵镁(MAP)，其沉淀工艺可同时回收N、P，且本身为优质的缓释磷肥，故广泛应用于各类污水处理[9-11]。猪粪废水中有机物含量丰富，结合酸矿化作用可改善废水污染物体系平衡，将有机物转变成无机态N、P、S等[12-14]。本文拟采用酸矿化和MAP沉淀处理猪粪废水，考察不同因素对MAP沉淀去除N、P效果的影响，并投加石灰乳进行二次固液分离，研究投加量对浊度、COD、TN、TP等污染物的去除效果。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

新鲜猪粪，取自江苏镇江某养猪场，采样后立即搅拌均匀，分袋装好，冷冻保存，实验时取出猪粪自然解冻后，其平均含水率为75%，用去离子水稀释至含水率95%。将猪粪废水离心分离(6 000 r/min，16 min)后，上清液各项指标见表1；硫酸、磷酸、氢氧化钠、氯化镁、氧化钙等均为分析纯。实验时，将磷酸稀释至浓度75%；氢氧化钠配制成浓度40%的溶液；氧化钙配制成浓度10%的石灰乳。

表1 猪粪废水固液分离后上清液各项污染指标

便携式pH计；HJ-6A多头磁力搅拌器；722E紫外分光光度计；HVA-85高压灭菌锅；5804R高速冷冻离心机；175便携式浊度仪；EVO-LS10扫描电子显微镜(SEM)。

1.2 实验方法

1.2.1 矿化处理 烧杯中加入适量猪粪废水，加入浓度75%磷酸，降低pH后，再加入硫酸，调节pH至3.0，在慢速搅拌下进行矿化处理[15]。设置两个平行操作(下同)。

1.2.2 MAP沉淀 矿化结束后加入氯化镁，慢速搅拌0.5 h，用氢氧化钠调节pH至MAP沉淀，静置0.5 h。

1.2.3 石灰乳二次聚沉 MAP沉淀后离心分离(6 000 r/min，8 min)，取上清液加入石灰乳，进行石灰乳聚沉实验，慢速搅拌0.5 h，静置0.5 h。聚沉结束后，再次离心处理(6 000 r/min，8 min)，进行二次固液分离，取上清液进行各指标测定。水溶液中Ca2+含量达到某一限值时会抑制MAP的生成[16-17]，因此在考察MAP沉淀pH、磷酸投加量、镁盐投加量时，不进行后续投加石灰乳操作。

1.3 分析方法

2 结果与讨论

2.1 无机酸矿化

图1 无机酸矿化时间对猪粪废水中含量的影响

2.2 MAP沉淀实验

图2 pH对MAP沉淀去除N、P效果的影响

图3 磷酸用量对MAP沉淀除N、P的影响

2.2.3 镁盐投加量对MAP沉淀去除N、P效果的影响 磷酸投加量为4.5 g/kg，镁盐投加量对MAP沉淀去除N、P效果的影响见图4。

图4 镁盐用量对MAP沉淀除N、P的影响

2.3 石灰乳投加量对去除污染物效果的影响

图5 石灰乳投加量对聚沉后出水污染物去除效果的影响

2.4 正交实验结果

单因素实验结果表明，不同投加量对MAP沉淀后出水N、P的浓度影响较大。因此进行无机酸矿化+MAP沉淀+石灰乳聚沉多因素正交实验，结果见表2。

表2 猪粪废水处理正交实验结果

2.5 扫描电镜分析

选取最佳方案A1B3C3处理的MAP沉淀进行扫描电镜分析，同时选取模拟废水的MAP沉淀作为对照[18]，见图6。

图6 MAP沉淀SEM照片

由图6a、b可知，模拟废水中生成的MAP外观呈长条状或锥状柱体，溶液中构晶离子不断簇集在一起以均相成核的方式生成晶体，晶体团多呈鲜花状，且表面光滑平整。图6c、d为正交实验最佳方案下的MAP沉淀SEM照片，明显可见晶体附着在悬浮固体上，或悬浮固体附着在大的MAP晶核上，主要成核方式为异相成核，证明以MAP沉淀方式可同时降低猪粪废水中悬浮固体含量。

结果表明，无机酸矿化+MAP沉淀+石灰乳聚沉工艺可有效提高猪粪废水固液分离效率，较大程度降低废水中N、P营养元素和悬浮固体的含量，减小后续水处理难度，同时沉淀得到的MAP属于优质农业缓释肥料，具有较好的资源化前景。

3 结论