基于植物基质的水中高氮高磷吸附和资源化利用

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随着养殖业的发展,大量富含氮磷及耗氧有机物污水的排放造成我国各大水体水质恶化。但由于处理技术和成本昂贵等原因,养殖场污水处理难度较大,造成了较严重的水体富营养化和水葫芦的疯长。水葫芦在生长过程中可吸收大量的氮磷从而提升水质,但因其经济价值低没有被进一步利用,使其因密度制约而水质净化功能受到抑制,其枯死后又会造成水体的二次污染。为探讨水葫芦在养殖污水治理和资源化利用的有效途径,本文采用静态吸附的方法,研究了吸附质浓度、离子共存对水葫芦鲜体(ECF)和干体(ECD)、稻草干体(OSD)和杉木屑干体(CLD)的氮磷吸附的影响过程与特征,同时以水葫芦作为吸附基质,研究其对猪场沼液污染物的净化效果,再将吸附了沼液污染物的水葫芦基质作为堆肥原料,采用好氧-厌氧交替堆肥法制作有机肥,研究水葫芦基质及其所吸附的污染物资源化效果。主要研究结果如下:(1)单一吸附质溶液中,植物基质对磷的吸附随磷浓度升高而逐渐下降,而当硝态氮或铵态氮浓度最低或较高时,对氮的去除率则较高。基质对氮磷去除率均随吸附时间延长而逐渐下降。(2)4种基质对单一吸附质氮磷的准二级动力学系数R2均高于一级方程。且水葫芦对氮磷吸附反应速率常数k2值最小,饱和吸附量最大。其对磷、硝态氮、铵态氮的饱和吸附量分别为4.75-14.22 mg g-1、3.93-71.61 mg.g-1、12.82-47.88 mg.g-1,适合用于高氮磷污水的净化。(3)吸附质共存显著降低了 4种植物基质对氮磷的吸附(CLD对铵态氮的吸附除外),而促进了 CLD对铵态氮的吸附。吸附质共存提高了水葫芦和稻草秸秆对氮的反应速率,且降低饱和吸附量,但对磷的吸附影响较为特别。在低浓度时吸附质共存促进了水葫芦对磷的吸附反应速率,降低了饱和吸附量。(4)在沼液实际净化试验中,ECD对沼液总氮、化学需氧量和总固体悬浮物的前5 h净化效果最好,而ECF对氨氮的净化效果最佳,对于磷的吸附而言,在吸附的前两个小时新鲜水葫芦的去除率最高,而在后三个小时稻草秸秆的去除率最高。通过二级动力学拟合结果可知,ECF对总氮和氨氮吸附潜力最大,其的饱和吸附量分别为81.17 mg g-1和17.95 mg.g-1;而ECD对COD和总固体悬浮物的5 h去除累积量分别为899.8和252.51 mg g-1。(5)以水葫芦为基质吸附沼液中的污染物可显著提高有机肥的氮、磷、钾和总养分含量含量,但重金属含量无显著变化。以吸附沼液的水葫芦为原料发酵有机肥中的总养分(氮、磷、钾)及大部分重金属含量相对较高,总养分含量高于13%,但有机质含量相对较低。而接种富含多种功能菌种的菌剂(JDC)发酵的有机肥中有机质、总养分含量均相对较高。
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