地埋式农村生活污水处理设施《资讯》

地埋式农村生活污水处理设施

核心提示：地埋式农村生活污水处理设施，占地面积小，处理效果好，出水清澈；设备操作简单，不用专人维护地埋式农村生活污水处理设施

传统鸟粪石结晶法处理氮、磷废水的过程中, 不仅存在镁盐投加过量、需外加碱源、运行成本高、产生二次污染等问题(Stratful et al., 2001), 且生成的鸟粪石晶体极其分散, 回收困难.为解决上述问题, 很多研究者致力于开发新型载镁多孔复合材料.例如, 夏鹏等利用硅藻土作载体复合MgO, 发现该材料对磷的吸附量可提升至160.94 mg·g-1(Xia et al., 2016);王浩等(2017)研究发现, 镁盐改性的硅镁土对氮、磷有良好的吸附效果;成雪君等(2017)的研究表明, 载镁沸石对磷的吸附量可达119.2 mg·g-1.生物质炭作为一种多孔吸附剂, 不仅可以促进氮、磷的吸附沉淀(Taghizadeh-Toosi et al., 2012), 同时可作为晶种(Liu et al., 2011), 促进鸟粪石的沉淀结晶, 是一种优质载体材料.因此, 本研究拟以生物质炭作为载体, 通过直接沉淀-热改性法将纳米片状Mg(OH)2负载于生物质炭上, 以制备一种具有氮、磷同步回收固定、镁靶向供给及自碱性作用的新型载镁生物质炭复合吸附剂, 并探究基于该吸附剂的吸附-鸟粪石结晶沉淀耦合技术对模拟废水中氮、磷资源化回收的效果及机理.

2 材料与方法(Materials and methods)2.1 实验药剂　　试验所用生物质炭(BC)由竹炭磨碎、过100目筛后制备而成, 该材料的比表面积为61.714 m2·g-1, 平均孔径为2.318 nm;试验所用模拟氮、磷废水由KH2PO4、NH4Cl与去离子水配置而成, 该模拟氮、磷废水中氨氮及总磷浓度分别为120 mg·L-1及60 mg·L-1.配置0.1 mol·L-1的HCl溶液及NaOH溶液用于调节溶液pH.试验采用的所有药剂皆为分析纯(AR), 试验用水为去离子水.　　2.2 镁盐改性生物质炭的制备将10 g BC加入到100 mL 1.25 mol·L-1的MgCl2·6H2O溶液中, 搅拌均匀, 混合液置于超声波振荡器中超声30 min, 以使镁离子均匀结合在生物质炭的表面及孔洞内部.配置2.5 mg·L-1的NaOH溶液100 mL, 并缓缓加入混合液中, 混合物用磁力搅拌器搅拌12 h后于25 ℃下老化24 h.混合液用孔径为0.22 μm的滤纸过滤后, 沉淀物用去离子水清洗3次.清洗后的沉淀物置于电热恒温鼓风干燥箱在80 ℃下烘干48 h.之后用马弗炉在450 ℃下焙烧2 h, 即得到镁盐改性生物质炭Mg(OH)2-BC.随着工农业的快速发展, 我国氮、磷等富营养化物质的排放量也急剧增加.据统计, 2003年我国富营养化物质平均排放达到了10.61 t·km-2(以NO3-计)(王寿兵等, 2003).长期以来, 为了控制水体富营养化, 国内科研人员一直致力于污水脱氮除磷工艺的开发, 如A/O、A/A/O、UASB等(肖文涛, 2010).但这些废水处理工艺无法很好地对废水中的氮、磷等营养元素进行再利用.磷作为一种不可再生且在工农业发展中不可或缺的资源, 目前储备量已急剧减少.迄今, 我国的磷资源已不能满足经济发展的需求(刘颐华, 2005).面对当前磷资源紧缺的现状, 污水处理技术的发展方向已经从脱氮除磷转向回收污水中氮、磷元素并将其资源化.

目前, 污水氮、磷资源化的技术主要有吸附法(Zhang et al., 2013)、离子交换法(Johir et al., 2011)、化学沉淀法(Yigit et al., 2007)等.其中, 吸附法效率较低, 大多用于处理低氮磷的废水, 对于一些高氮磷废水(如猪场原水中NH3-N约为900~1400 mg·L-1, TP约为10~40 mg·L-1)的处理效果较差;离子交换法效率较高, 但存在投资大、装置维护困难、费用高等不足, 因而推广也较为困难(梅翔等, 2013);化学沉淀法, 包括磷酸钙沉淀法(宋永会等, 2011)及鸟粪石结晶法(Tansel et al., 2018), 因具有费用低、效率高等优点, 在废水氮、磷资源化上极具潜力.鸟粪石结晶法, 即利用镁离子与铵根离子、磷酸根离子结合, 从而生成MgNH4PO4·6H2O沉淀(也即鸟粪石), 进而达到氮、磷共回收的目的.由于鸟粪石同时可作为优质缓释肥施用于土壤(Yetilmezsoy et al., 2009), 因此, 鸟粪石法成为废水氮、磷资源化的较优选择.染料及其中间产物对硝化活性的影响　　图 4(a)显示染料RR2浓度在0~64 mg·L-1范围内, NO3--N生成速率基本一致, 且随染料浓度增加, NO3--N生成速率没有变化, 说明染料RR2对硝化过程没有影响, 在0~64 mg·L-1浓度范围内不影响硝化菌的活性. Sarvajith等[30]的研究发现相较于好氧条件, 微氧(DO<0.5 mg·L-1)条件下利用颗粒污泥处理含有活性黄15的废水时, 可以有效提高NH4+-N去除率, 且在8 h内出现NO2--N积累.本研究中染料RR2对氮去除率没有影响, 可能是由于试验过程中DO为7 mg·L-1, 因此RR2对硝化过程影响不大.　　由图 4(b)可知, 苯胺浓度从0 mg·L-1增加到7.5 mg·L-1时, NO3--N生成速率减小, 说明苯胺对硝化过程有抑制作用. Shabbir等的研究表明当进水苯胺浓度高于250 mg·L-1时, 亚硝酸盐氮氧化菌(NOB)活性被完全抑制且不能恢复; 当初始苯胺浓度为100 mg·L-1时, 硝化菌活性会被抑制, 但将苯胺浓度降至4 mg·L-1以下时, 硝化菌活性可以恢复.　　根据反应速率计算结果(表 3), 当苯胺浓度从0 mg·L-1增加到6 mg·L-1时, 氨氮氧化速率从1.38 mg·(L·h)-1减小到0.53 mg·(L·h)-1, NO3--N生成速率和氨氮氧化速率趋势一致, 且没有出现NO2--N积累, 说明本试验中苯胺主要对氨氮氧化菌(AOB)活性有抑制作用, 而对NOB活性没有抑制作用.当苯胺浓度增加到7.5 mg·L-1时, 氨氮氧化速率没有进一步降低, 说明苯胺浓度超过6 mg·L-1时, 硝化反应被抑制到最低反应速率, 为0.53 mg·(L·h)-1左右.该结果与长期运行过程中NOB活性被抑制不一致, 可能是由于试验接种污泥为AO反应器长期驯化污泥, NOB活性较低, 因此加入低浓度苯胺后, AOB首先出现了明显的抑制作用.试验中的反应时间仅为2 h, 反应时间较短, 因此没有出现NOB抑制作用. Khin等的研究中也发现周期试验中, 反应8 h左右后抑制NOB活性, 且进水苯胺浓度超过250 mg·L-1后NOB活性不能恢复.菌群分析

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