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近年来我国畜禽养殖业发展迅速,其带来的环境污染问题也日趋严重。养猪业是其中主要的污染大户,大量未经有效处理的含高浓度有机物和氨氮的养猪场废水排放到自然水体,进一步加速了水体富营养化的进程,严重威胁人们的健康和饮用水安全,因而经济、有效的畜禽废水处理新技术的研究与开发已成为解决我国养殖业污染的关键所在。
本研究在实验室条件下考察了基于浮萍的水生植物处理技术对养猪场废水的处理效果。通过考察本地浮萍在模拟氮磷污水中的生长特性,筛选出优化浮萍品种,并针对养猪场废水高有机污染的特性,创新性地构建优化浮萍与其它植物(水花生、水葫芦)的混养体系处理系统,并对其与浮萍单种处理系统应用于养猪场废水处理的特点及对气候的适应性等相关规律进行系统的对比研究,最后在模拟冬季气象条件下利用厌氧消化+浮萍混养体系处理组合工艺处理实际养猪场废水,在此基础上探讨了浮萍及其混养体系应用于养猪场废水处理的技术、经济可行性,提出了基于浮萍污水处理技术的养猪场废水达标处理工艺路线。
研究的主要结论如下:
(1)少根紫萍相对于其它供试浮萍而言具有更强的耐污能力,其对温度的适应性也较强,较适合作为本地浮萍优化品种应用于养猪场废水的处理。
(2)年平均气象条件下浮萍单种体系对较低污染供试废水的净化效果较好,对其COD、NH4+-N和TP的总去除率分别为83.9%、94.0%和95.8%,但当废水污染程度增加时,其对上述污染物的总去除率分别下降至60.9%、71.3%和74.5%,而浮萍混养体系表现较为稳定,尤其是浮萍-水葫芦混养体系,其对供试废水COD的总去除率均在90%以上,对NH4+-N和TP的总去除率均在80%以上。试验条件下混养体系中浮萍增加鲜重对污染物的比去除量均明显高于单种体系,且混养体系中浮萍鲜重减重率均低于单种体系。
模拟冬季气象条件下浮萍及其混养体系对稀释10倍的养猪场废水COD、NH4+-N和TP的去除速率和总去除率较之于年平均气象条件下的试验结果均有所下降,最大降幅均出现在浮萍单种体系,但浮萍单种体系对供试废水COD和NH4+-N依然能维持50%以上的总去除率,其对废水TP的总去除率达87.1%。试验条件下三种体系中浮萍均有所减重,单种体系中浮萍的减重率最高,部分浮萍植株开始死亡,但总体来看,低温并未对绝大部分浮萍植株造成伤害,表明少根紫萍对冬季气候具有良好的适应性。相对而言,浮萍混养体系对供试废水污染物的去除受冬季气候影响较小,尤其是浮萍-水花生混养体系,其对供试废水COD、NH4+-N和TP的总去除率均维持在80%左右。
(3)模拟冬季气象条件下厌氧消化+浮萍混养体系处理组合工艺处理实际养猪场废水结果表明,改善废水可生化性及N/P比后,经此组合工艺处理的养猪场废水出水水质为COD336.5 mg/L、NH4+-N195.2 mg/L、TP7.2 mg/L,浮萍混养体系处理系统运行良好。
(4)利用浮萍及其混养体系处理养猪场废水具有较好的技术、经济可行性,通过设置必要的前处理工艺(例如厌氧消化+硝化反硝化),并尽可能采取处理体系的串联工艺,可实现处理系统全年气候条件下的连续运行及出水水质的稳定达标。
(5)在将浮萍及其混养体系应用于有机污染氮磷污水处理时,尤其要考虑废水污染程度和气候的影响,当废水有机污染程度较低(COD低于1000 mg/L)时优先采用浮萍单种体系,而当废水有机污染程度较高时采用浮萍混养体系;在温度较高的季节(例如夏季、秋季)优先采用浮萍单种体系,而在寒冷的冬季则采用浮萍混养体系。
(6)在土地及地表水资源较为丰富的地区因地制宜地构建浮萍及其混养体系的处理系统,可为养猪场废水及其它高浓度有机污染氮磷污水的处理提供新的途径,具有广阔的应用前景,值得大力推广。