不同沼氣袋對(duì)養(yǎng)豬廢水n、nh3-n、p、cod去除效率的影響

不同沼氣袋對(duì)養(yǎng)豬廢水n、nh3-n、p、cod去除效率的影響

2007年，中國(guó)規(guī)模養(yǎng)殖糞便產(chǎn)量為2.43億噸，尿液產(chǎn)量為1.63億噸。化學(xué)所需氧量（cod）的排放量為13668.26萬噸，總氮（tn）的總量為102.48萬噸，總磷（tp）的含量為16.04萬噸，銅為2273.23噸，鋅為4576.94噸。畜禽養(yǎng)殖污染物排放總量大約是農(nóng)村生活污染物排放總量的1.5倍,位居全國(guó)重點(diǎn)污染排放領(lǐng)域之首,嚴(yán)重影響村鎮(zhèn)人居環(huán)境和人體健康。畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展所造成的環(huán)境污染問題已經(jīng)引起各級(jí)政府的高度重視,開展規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖污染減排也已納入國(guó)家“十二五”重點(diǎn)規(guī)劃。浙江省是畜禽養(yǎng)殖大省,2006年浙江省畜禽養(yǎng)殖污水排放總量已達(dá)8700萬t,其中銨氮(NH3-N)、TP、TN排放量分別為1.9萬、2.2萬、3.7萬t,COD排放量約20萬t。隨著畜禽糞便排放量的大增,畜禽糞便作為農(nóng)業(yè)肥料的比例大幅下降,而且大部分糞便未經(jīng)過無害化處理,據(jù)調(diào)查,全國(guó)90%的規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)缺乏必要的污染治理設(shè)施,養(yǎng)殖小區(qū)和養(yǎng)殖專業(yè)戶對(duì)畜禽糞便的處置重視程度更低。沼氣工程技術(shù)在規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)排泄物生態(tài)化、減量化處理和能源化、資源化利用中發(fā)揮核心作用,是我國(guó)處理畜禽養(yǎng)殖廢水的主要工藝。我國(guó)很多省區(qū)均要求所有的規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)必須配有養(yǎng)殖廢物的沼氣發(fā)酵處理設(shè)施。根據(jù)沼氣工程遠(yuǎn)景規(guī)劃,到2020年,我國(guó)適宜農(nóng)戶沼氣普及率有望達(dá)到70%。筆者對(duì)比了浙西北標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池和紅泥沼氣袋2種不同類型的厭氧發(fā)酵沼氣池對(duì)養(yǎng)豬廢水的處理,考察COD、pH值、TN、NH3-N和TP含量隨時(shí)間的變化規(guī)律,并監(jiān)測(cè)了進(jìn)水COD與產(chǎn)氣的關(guān)系,以期為該地區(qū)中小養(yǎng)豬戶配備沼氣發(fā)酵處理設(shè)施提供參考。1材料和方法1.1沼氣和發(fā)酵袋標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池為符合GB/T4750—2002《戶用沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖集》的圓筒形沼氣池(8m3);紅泥沼氣袋(福建思嘉公司)為方形戶用密閉發(fā)酵袋(8m3)。2種厭氧發(fā)酵沼氣池均為2011年8月新建。1.2殖戶養(yǎng)老工藝試驗(yàn)在浙江省臨安市玲瓏街道上山頭村一養(yǎng)殖戶家進(jìn)行。厭氧發(fā)酵沼氣池發(fā)酵原料主要成分為養(yǎng)殖戶養(yǎng)豬廢水,少量為秸稈和青草(豬圈墊料)。試驗(yàn)時(shí)間為2011年10月至2012年1月,分別于10-30、11-15、12-01、12-15、12-30、01-15取樣。收集厭氧發(fā)酵池進(jìn)出水水樣,測(cè)定pH值及COD、TN、NH3-N、TP含量。1.3水樣ph值、tn、tp值的測(cè)定用PHS-3C便攜式pH計(jì)(上海虹益儀器儀表有限公司)測(cè)定水樣pH值,用重鉻酸鉀法測(cè)定COD,用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定TN、TP,用納氏試劑比色法測(cè)定NH3-N。1.4數(shù)據(jù)分析每個(gè)水樣各指標(biāo)平行測(cè)定3次,取平均值。采用origin8.5軟件作圖。2結(jié)果與分析2.12溫度和濕度對(duì)ph值的影響由表1可見,2011年10月和11月,戶用沼氣池采集的進(jìn)出水樣pH值變化不大,12月水樣pH值開始緩慢上升。整個(gè)檢測(cè)時(shí)間段出水pH值普遍高于進(jìn)水。紅泥沼氣袋pH值變化趨勢(shì)與沼氣池類似。采樣期間水樣pH值逐漸升高可能是因?yàn)榈蜏貙?dǎo)致產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷菌活性降低。另外,隨著氣溫降低,進(jìn)入沼氣池的糞水由稀變濃(天氣炎熱時(shí),需要用清水沖圈,冬天需要用秸稈干草等墊圈)也會(huì)導(dǎo)致pH值升高。2個(gè)沼氣池出水pH值普遍高于進(jìn)水,這可能是由于產(chǎn)甲烷菌利用產(chǎn)酸菌所分解轉(zhuǎn)化的甲酸、乙酸、氫和二氧化碳小分子化合物等生成甲烷,降低了濾液的酸性。2.22不同類型的厭氧發(fā)酵池用于處理豬廢水的氮和磷變化2.2.1法律條件對(duì)養(yǎng)工廢水tn的的去除效果由表2可知,10月份2種沼氣池進(jìn)料口水樣TN濃度均在200mg/L左右,出料口在100mg/L左右。2沼氣池進(jìn)出料口水樣TN濃度平穩(wěn)上升,12月后上升幅度較大。10月紅泥沼氣袋對(duì)養(yǎng)豬廢水TN的去除率為48.2%,略高于標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池(45.4%)。11月到12月上旬,2種沼氣池對(duì)TN的去除率基本一致。12月中旬過后,戶用沼氣池對(duì)養(yǎng)豬廢水TN的去除率從44.2%降到33.3%,紅泥沼氣袋對(duì)TN的去除率從44.3%降到25.8%。可見在同一個(gè)溫度閾值(7℃,12-15測(cè)定)之上,2種沼氣池對(duì)養(yǎng)豬廢水TN的去除率基本沒有差異,隨著溫度繼續(xù)降低,2種沼氣池的厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣能力受到影響,對(duì)TN的去除率出現(xiàn)不同程度下降。低溫條件下標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池對(duì)TN的處理能力優(yōu)于紅泥沼氣袋。2.2.2紅泥沼氣袋對(duì)養(yǎng)魚廢水nh3-n的去除效果由表3可見,2種沼氣池進(jìn)出水NH3-N濃度變化趨勢(shì)與TN類似。2011年10月第1次取樣,標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池的進(jìn)水水樣NH3-N濃度為75.0mg/L,出水水樣NH3-N濃度為17.1mg/L,去除率為77.2%。標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池對(duì)養(yǎng)豬廢水NH3-N的去除率持續(xù)降低,2012年1月,進(jìn)水水樣NH3-N濃度升至256.3mg/L,出水升至134.3mg/L。紅泥沼氣袋第1次取樣時(shí)進(jìn)出水水樣NH3-N濃度分別為95.6、20.2mg/L,去除率略高于標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池。隨后紅泥沼氣袋對(duì)養(yǎng)豬廢水中NH3-N的去除率持續(xù)下降,2012年1月取樣時(shí),進(jìn)出水水樣NH3-N濃度分別為248.2、174.2mg/L,對(duì)NH3-N的去除率顯著低于同期標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池。10月到12月初,2種沼氣池對(duì)養(yǎng)豬廢水NH3-N的去除率基本保持一致,均高于70%,表明2種沼氣池對(duì)NH3-N的去除效果良好。12月末起,受氣溫下降影響,紅泥沼氣袋的去除效率驟降至30%左右;標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池的去除率雖有下降,但仍然基本保持在50%左右。2.2.3標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣袋第1次取樣時(shí),tp的去除效果主要表現(xiàn)為由表4可知,2011年10月第1次取樣,標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池的進(jìn)水水樣TP濃度為3.9mg/L,出水為0.8mg/L,去除率接近80%,12月中旬TP去除率一直比較穩(wěn)定,但12月底出現(xiàn)明顯下降,2012年1月取樣時(shí),標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池對(duì)養(yǎng)豬廢水TP的去除率降至54.7%。紅泥沼氣袋第1次取樣時(shí)進(jìn)出水水樣TP濃度分別為4.8、0.8mg/L,TP去除率略高于標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池。隨后TP去除率持續(xù)降低,2012年1月紅泥沼氣袋對(duì)養(yǎng)豬廢水TP的去除率僅為27.6%。2011年10月至次年1月,2沼氣池的TP濃度整體呈上升趨勢(shì)。2012年1月,標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池對(duì)養(yǎng)豬廢水TP的去除率約為紅泥沼氣袋的2倍,表明該地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池處理養(yǎng)豬廢水TP能力優(yōu)于紅泥沼氣袋。2.32不同類型的厭氧發(fā)酵池用于處理豬廢水的cod改變2.3.1cod的去除由表5可知,10月第1次取樣,標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池進(jìn)水COD濃度為11850mg/L,出水為800mg/L,去除率最高,為93.2%;11月第2次取樣,COD去除率略有下降;12月前2次取樣,進(jìn)水COD濃度與11月相比變化不大,穩(wěn)定在20000mg/L左右,出水COD濃度為1794、2102mg/L,COD去除率維持在90%左右;隨后COD去除率下降至86.1%。紅泥沼氣袋第1次取樣,進(jìn)出水COD濃度分別為10080、925mg/L,去除率為90.8%。11月第2次取樣,COD去除率略有上升。進(jìn)入12月后,進(jìn)水COD濃度平緩上升,最后穩(wěn)定在19200mg/L左右,但出水COD濃度上升明顯,COD去除率低于60%。冬季氣溫下降明顯,導(dǎo)致厭氧發(fā)酵沼氣池中微生物菌群活性降低,出水COD濃度增加。另外,與標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池相比,紅泥沼氣袋保溫效果更差,對(duì)氣溫變化更加敏感,對(duì)COD的消解能力也更差。2.3.2進(jìn)水cod濃度對(duì)紅泥沼氣袋產(chǎn)氣量的影響由圖1可見,10月末至12月初,標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池產(chǎn)氣量與進(jìn)水COD濃度呈顯著正相關(guān)(r=0.99),進(jìn)入12月中旬后,戶用沼氣池進(jìn)水COD濃度繼續(xù)增加,但產(chǎn)氣量卻持續(xù)降低,表明增加進(jìn)水COD濃度可以提高戶用沼氣池產(chǎn)氣量,但是12月當(dāng)氣溫降低到一定程度后,即使繼續(xù)提高進(jìn)水COD濃度,沼氣池產(chǎn)氣量也不會(huì)再增加。由圖2可見,12月前2次取樣,紅泥沼氣袋產(chǎn)氣量與進(jìn)水COD濃度也呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.99),但進(jìn)入12月后,進(jìn)水COD濃度繼續(xù)增加,產(chǎn)氣量卻快速降低。與標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池相比,紅泥沼氣袋產(chǎn)氣量開始下降的拐點(diǎn)時(shí)間更加提前,表明紅泥沼氣袋厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣受氣溫影響更加明顯,即影響紅泥沼氣袋厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的溫度閾值較標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池高。3紅泥沼氣袋對(duì)豬產(chǎn)氣量的去除效果本研究表明,12月中旬之前(2011年12月15日試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測(cè)氣溫為7.0℃),標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池對(duì)養(yǎng)豬廢水TN、NH3-N、TP、COD的去除率分別為44%、73%、76%、92%,隨后明顯下降。12月初之前(2011年12月1日實(shí)驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測(cè)氣溫為9.5℃),紅泥沼氣袋對(duì)養(yǎng)豬廢水TN、NH3-N、TP的去除率與標(biāo)準(zhǔn)戶用沼氣池基本相當(dāng),但隨后顯著下降;對(duì)COD的去除率在11月中旬(2011年11月15日實(shí)驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測(cè)氣溫為14.1℃)之后顯著降