猪场废水中氮的去除研究现状_宋国梁

第28卷第1期家畜生态学报Vol.28No.12007年1月ActaEcologiaeAnimalisDomasticiJan.2007专题论述猪场废水中氮的去除研究现状*宋国梁,邓良伟(农业部沼气科学研究所,四川成都6100401)[摘要]规模化猪场废水中含有高浓度的氨氮,如不加以去除,将给环境造成很大的压力。本文分析了国内外现阶段几种去除猪场废水中氨氮的技术:包括物理吹脱、沸石离子交换、还田利用、人工湿地处理、生物硝化反硝化处理。此外,着重介绍了两种极具发展前景的新工艺:短程硝化反硝化、短程硝化--厌氧氨氧化工艺。[关键词]猪场废水;脱氮;硝化;反硝化;短程硝化;厌氧氨氧化[中图分类号]S811.5[文献标识码]A[文章编号]1004-5228(2007)01-0092-05中国是世界第一养猪和猪肉消费大国,行业规模不断扩大。规模化、集约化养猪生产迅速发展,与此同时,牲畜粪便量也相应大幅度增加。以往主要通过对猪场废水进行厌氧消化去除高浓度有机物并回收沼气能源的方式处理猪场废水,忽略了对高浓度氨氮的去除[1]。随着水体富营养化问题的日益突出和国家排放标准的严格要求,猪场废水中高氨氮的去除开始受到重视。目前,去除猪场废水中氨氮的方法主要有物化法,包括吹脱和离子交换法;生化法,包括回用还田、人工湿地处理、传统硝化反硝化和新型生物脱氮。1物化法1.1吹脱除氮氨吹脱、汽提是一个传质过程,即在高pH值时,使废水与空气密切接触从而降低废水中氨浓度的过程,推动力来自空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压之间的差。P.H.Liao(1995)[2]等人用吹脱法除猪场废水中的氮,研究表明,影响吹脱效果的因素主要是pH值、温度和气液比,其中pH值是最主要的影响因素。在温度为22℃、pH值11.5、气流速率90L/min时,氮去除率达到90.3%。吹脱除氮具有以下优点:(1)工艺流程简单;(2)处理效果比较稳定;(3)基建费少。但同时也存在着一些缺点:(1)容易生成水垢,影响吹脱效果;(2)调节pH需要加入大量的碱,因此运行费用比较高;(3)冬季(低温)氨吹脱效率不高;(4)逸出的氨氮会污染大气。1.2沸石离子交换沸石是一种对氨离子有很强选择性的硅铝酸盐,一般作为离子交换树脂用于去除氨氮的为斜发沸石。R.Cintoli(1995)[3]等用沸石滤床对猪粪水作脱氮前处理,氨氮浓度从1500mg/L下降到400～500mg/L;研究还表明,在前处理中,当沸石与猪粪水体积比为1:10时,氨氮的去除率可达到65%～80%,每头猪每天的处理费用为0.06美元,使用过的沸石可被用作土壤肥料。沸石离子交换的优点:(1)设备构造简单、管理方便;(2)具有综合治理污染废水的功能;(3)吸附材料无毒、无害、耐磨、耐蚀。缺点:(1)高浓度的氨氮废水,会使树脂再生频繁而造成操作困难;(2)再生液仍为高浓度氨氮废水,需再处理;(3)费用昂贵。2生化法2.1还田利用根据生态学和循环经济学的原理,猪粪一方面*[收稿日期]2005-11-30[作者简介]宋国梁(1980-)男,吉林梅河口市人,硕士研究生,主要研究方向:畜禽废水生物处理。是一种废弃污染物,另一方面由于其富含作物生长所需氮和磷等营养物质,可作为资源加以利用,不仅可以减少污染而且可以带来经济效益。当前规模化猪场废物还田利用存在以下问题:(1)还田过程中相当数量畜禽粪尿从农田流失到水体中,引起水体富营养化;(2)猪粪含水量大、恶臭,处理、运输、施用极不方便;(3)需要容纳畜禽粪尿的土地量大;(4)对于不同的作物、不同的生长季节,没有建立统一的施肥标准。图1空气吹脱法除氨工艺Fig1Ammoniasstrippingtechniquebyairblowing2.2人工湿地处理人工湿地可通过沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途径去除废水中的悬浮物、有机物、N、P和重金属等。湿地处理猪废水首先要将固液分离,将分离液通入湿地。人工湿地处理系统设计时通常基于两种考虑,一种是BOD负荷,BOD平均降解速率,平均温度和水文特征(Reed,1988);另一种是氨氮负荷(Hammer等,1994)。McCaskey等(1994)等[4]人将猪粪水先引入混合塘,在经过五对沼泽处理系统最后进入湿地处理,总氮和氨氮去除率分别达到82%～99%和89%～99%。人工湿地处理需要配备足够的净化土地,一般一头猪需要0.03～0.06hm2净化地。人工湿地除氮的优点是:(1)充分利用地形,工程简单;(2)建设投资省,成本低;(3)处理能耗少,维护方便。缺点是(1)占地面积大;(2)处理效果受季节、雨量、气温及光照影响大;(3)防渗处理不当,容易造成地下水污染,卫生条件差。2.3传统硝化反硝化脱氮传统的生物脱氮途径包括硝化