氨氮弱吸附濾料篩選與基于氮素資源化的沼液懸浮物過濾預處理研究
發(fā)布時間：2021-01-07 12:36
在去除沼液懸浮物（SS）的同時,最大程度地保留其氮素養(yǎng)分是提高沼液資源化利用價值的關鍵。通過靜態(tài)吸附-解吸試驗篩選出弱吸附氨氮的過濾介質(zhì),然后利用濾料填充柱動態(tài)過濾試驗分析篩選濾料填充柱對沼液SS和氨氮濃度的影響。結(jié)果表明,在海砂（SSD）、沸石（ZLT）、石英砂（QSD）和氧化鋁廢渣（GRM）4種供試濾料中,QSD對溶液氨氮的吸附能力最低,脫附率接近SSD,且遠小于ZLT和GRM。按2.4 L·h-1流量進水,沼液經(jīng)QSD濾料填充柱動態(tài)過濾處理后,SS去除率最高可達86.1%,0.5～1 mm粒徑QSD填充柱對SS去除率普遍高于3～5 mm粒徑QSD填充柱,兩種粒徑QSD填充柱對沼液氨氮的去除效果無明顯區(qū)別;運行24 h時濾料填充柱自進水端開始出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,32 h后3～5 mm粒徑QSD填充柱堵塞嚴重;若要達到沼液SS相同去除效果,0.5～1 mm粒徑QSD填充柱較3～5 mm粒徑QSD填充柱具有運行時間更持久和濾料層填充高度更小的優(yōu)勢;0.5～1 mm粒徑QSD填充柱對SS去除率超過80%,且未顯著吸附截留沼液氨氮,適合作為沼液SS過濾預處理單元且有利于后續(xù)...
【文章來源】：生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報. 2020,36(09)北大核心
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
濾料填充柱實驗裝置示意
根據(jù)4種濾料氨氮等溫吸附實驗結(jié)果繪制吸附等溫曲線(圖2)。結(jié)果表明,濾料對氨氮的吸附量均表現(xiàn)出隨氨氮平衡濃度增加而增加趨勢;究其原因,在較高氨氮初始濃度下產(chǎn)生了較大的濃度梯度,克服NH4+從液相轉(zhuǎn)移到固相中的驅(qū)動力加大[29]。在溶液氨氮濃度試驗范圍內(nèi),相同濃度條件下濾料ZLT的氨氮吸附量顯著高于其他3種濾料,且隨著氨氮濃度升高,ZLT氨氮吸附量與其他3種濾料間絕對差異也增大。在相同氨氮初始濃度下,ZLT吸附等溫曲線上升較快,平衡濃度低。當氨氮初始濃度為400 mg·L-1時,ZLT對氨氮的吸附量達到最大值。當氨氮初始濃度小于100 mg·L-1時,QSD濾料氨氮吸附量明顯低于SSD和GRM濾料,當氨氮初始濃度超過100 mg·L-1時,QSD濾料氨氮吸附量仍然低于SSD濾料,而與GRM濾料相近。因此,不論氨氮濃度低還是高,QSD濾料對氨氮的吸附能力為供試濾料中最低的,利用QSD濾料對養(yǎng)殖糞污沼液進行過濾處理,對氨氮的吸附作用最弱。恒溫條件下固體表面發(fā)生的吸附現(xiàn)象,可采用吸附等溫模型來表征單位質(zhì)量固體(吸附劑)所吸附的吸附質(zhì)與溶液中剩余吸附質(zhì)平衡濃度之間的關系。常用的吸附等溫模型有Langmuir和Freundlich模型。濾料對氨氮吸附等溫曲線擬合參數(shù)見表1。
沼液過濾通量為212.2 L·m-2·h-1,經(jīng)填充柱過濾后,不同高度濾層沼液SS濃度動態(tài)變化見圖3。0.5～1和3～5 mm兩種粒徑QSD填料柱各層濾出沼液SS濃度均隨填料層高度增加呈降低變化趨勢,這是因為動態(tài)過濾填料柱為上流式進水,沼液SS首先被下層濾料過濾截留,隨沼液所至填料層高度越高,其所經(jīng)過的流程越長,沼液SS去除率就越高。3～ 24 h時濾液SS濃度隨時間延長基本呈增加趨勢。24 h時,0.5～1 mm粒徑QSD濾料填充柱各層濾液、3～5 mm粒徑QSD濾料填充柱60 cm以下各層濾液SS較3和12 h時相應層濾液SS濃度顯著升高(P<0.01,圖3)。從24 h時0.5～1 mm粒徑QSD濾料填充柱各層濾液SS濃度分布來看,10 cm濾料層取水孔堵塞,無水樣可取,20～40 cm濾料層濾液SS濃度增幅較大,說明沼液經(jīng)0.5～1 mm粒徑QSD濾柱過濾24 h后下層開始發(fā)生堵塞現(xiàn)象。32 h時0.5～1 mm粒徑QSD填充柱濾液SS濃度較24 h時濾液SS濃度顯著降低(P<0.01),這可能與24 h后濾料層堵塞致使濾料間隙減小,形成濾餅層提高了SS去除效果有關。此現(xiàn)象與張智燁等[26]的研究結(jié)果相同。運行至24 h后,3～5 mm粒徑QSD濾料填充柱下層10、30和50 cm濾料層因堵塞無濾液可取;20和40 cm濾料層所取濾液SS濃度很高,超過10 000 mg·L-1;60 cm及以上濾料層受下層堵塞的影響,濾液SS濃度顯著降低(P<0.01),接近3 h時濾液SS濃度。32 h時,3～5 mm粒徑QSD濾料填充柱各層完全堵塞,均無濾液可取。濾料間隙形成的濾餅層在短期內(nèi)提高了SS的去除效果;但是隨著時間的推移,進水壓力的驅(qū)動使得濾餅層沿水流路徑發(fā)展,直到孔隙完全淤堵,這也是水流率先到達的濾料層濾液SS濃度驟然增加而后無濾液的主要原因。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]玉米秸稈濾料對豬糞發(fā)酵沼液過濾效果[J]. 張智燁,李國學,袁京,孫巧萍,羅淵,張地方. 環(huán)境工程學報. 2016(04)
[2]沼液回流對牛糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性及其動力學的影響[J]. 吳樹彪,黎佳茜,李偉,董仁杰. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2015(10)
[3]反滲透濃縮沼液預處理試驗研究[J]. 梁康強,朱民,林秀軍,孫宇. 中國沼氣. 2013(02)
[4]大棚西瓜沼液滴灌施肥技術[J]. 薛瑞祥,周桂官,蘇生平. 中國瓜菜. 2013(01)
[5]2011年大中型沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告[J]. 屠云璋,吳兆流. 太陽能. 2012(02)
[6]畜禽養(yǎng)殖廢棄物沼液的濃縮及其成分[J]. 宋成芳,單勝道,張妙仙,文先紅. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2011(12)
[7]沼液滴灌技術的工藝探索與研究[J]. 孫欽平,李吉進,劉本生,鄒國元,劉寶存. 中國沼氣. 2011(03)
[8]微滴灌施用沼液技術在草莓生產(chǎn)中的應用效果[J]. 商春剛. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技. 2008(14)
[9]pH對剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的COD、磷及氨氮的影響[J]. 苑宏英,張華星,陳銀廣,周琪. 環(huán)境科學. 2006(07)
[10]濾料粒徑對過濾的影響[J]. 湯利華. 安徽建筑工業(yè)學院學報(自然科學版). 2000(03)
碩士論文
[1]沼液滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞特性及控制方法研究[D]. 夏彬蕓.華中農(nóng)業(yè)大學 2019
[2]沼液過濾及鳥糞石沉淀法回收氮磷試驗研究[D]. 李愛秀.中國農(nóng)業(yè)科學院 2018
[3]氨氮在黃土包氣帶中吸附解吸特征和影響因素探討[D]. 李慧.長安大學 2014
[4]畜禽糞便沼液預處理及磷酸銨鎂法回收磷的研究[D]. 馬泉智.中國地質(zhì)大學（北京） 2013
[5]沼液納濾膜濃縮技術及其液體有機肥開發(fā)研究[D]. 徐國銳.浙江大學 2012
本文編號：2962568
【文章來源】：生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報. 2020,36(09)北大核心
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
濾料填充柱實驗裝置示意
根據(jù)4種濾料氨氮等溫吸附實驗結(jié)果繪制吸附等溫曲線(圖2)。結(jié)果表明,濾料對氨氮的吸附量均表現(xiàn)出隨氨氮平衡濃度增加而增加趨勢;究其原因,在較高氨氮初始濃度下產(chǎn)生了較大的濃度梯度,克服NH4+從液相轉(zhuǎn)移到固相中的驅(qū)動力加大[29]。在溶液氨氮濃度試驗范圍內(nèi),相同濃度條件下濾料ZLT的氨氮吸附量顯著高于其他3種濾料,且隨著氨氮濃度升高,ZLT氨氮吸附量與其他3種濾料間絕對差異也增大。在相同氨氮初始濃度下,ZLT吸附等溫曲線上升較快,平衡濃度低。當氨氮初始濃度為400 mg·L-1時,ZLT對氨氮的吸附量達到最大值。當氨氮初始濃度小于100 mg·L-1時,QSD濾料氨氮吸附量明顯低于SSD和GRM濾料,當氨氮初始濃度超過100 mg·L-1時,QSD濾料氨氮吸附量仍然低于SSD濾料,而與GRM濾料相近。因此,不論氨氮濃度低還是高,QSD濾料對氨氮的吸附能力為供試濾料中最低的,利用QSD濾料對養(yǎng)殖糞污沼液進行過濾處理,對氨氮的吸附作用最弱。恒溫條件下固體表面發(fā)生的吸附現(xiàn)象,可采用吸附等溫模型來表征單位質(zhì)量固體(吸附劑)所吸附的吸附質(zhì)與溶液中剩余吸附質(zhì)平衡濃度之間的關系。常用的吸附等溫模型有Langmuir和Freundlich模型。濾料對氨氮吸附等溫曲線擬合參數(shù)見表1。
沼液過濾通量為212.2 L·m-2·h-1,經(jīng)填充柱過濾后,不同高度濾層沼液SS濃度動態(tài)變化見圖3。0.5～1和3～5 mm兩種粒徑QSD填料柱各層濾出沼液SS濃度均隨填料層高度增加呈降低變化趨勢,這是因為動態(tài)過濾填料柱為上流式進水,沼液SS首先被下層濾料過濾截留,隨沼液所至填料層高度越高,其所經(jīng)過的流程越長,沼液SS去除率就越高。3～ 24 h時濾液SS濃度隨時間延長基本呈增加趨勢。24 h時,0.5～1 mm粒徑QSD濾料填充柱各層濾液、3～5 mm粒徑QSD濾料填充柱60 cm以下各層濾液SS較3和12 h時相應層濾液SS濃度顯著升高(P<0.01,圖3)。從24 h時0.5～1 mm粒徑QSD濾料填充柱各層濾液SS濃度分布來看,10 cm濾料層取水孔堵塞,無水樣可取,20～40 cm濾料層濾液SS濃度增幅較大,說明沼液經(jīng)0.5～1 mm粒徑QSD濾柱過濾24 h后下層開始發(fā)生堵塞現(xiàn)象。32 h時0.5～1 mm粒徑QSD填充柱濾液SS濃度較24 h時濾液SS濃度顯著降低(P<0.01),這可能與24 h后濾料層堵塞致使濾料間隙減小,形成濾餅層提高了SS去除效果有關。此現(xiàn)象與張智燁等[26]的研究結(jié)果相同。運行至24 h后,3～5 mm粒徑QSD濾料填充柱下層10、30和50 cm濾料層因堵塞無濾液可取;20和40 cm濾料層所取濾液SS濃度很高,超過10 000 mg·L-1;60 cm及以上濾料層受下層堵塞的影響,濾液SS濃度顯著降低(P<0.01),接近3 h時濾液SS濃度。32 h時,3～5 mm粒徑QSD濾料填充柱各層完全堵塞,均無濾液可取。濾料間隙形成的濾餅層在短期內(nèi)提高了SS的去除效果;但是隨著時間的推移,進水壓力的驅(qū)動使得濾餅層沿水流路徑發(fā)展,直到孔隙完全淤堵,這也是水流率先到達的濾料層濾液SS濃度驟然增加而后無濾液的主要原因。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]玉米秸稈濾料對豬糞發(fā)酵沼液過濾效果[J]. 張智燁,李國學,袁京,孫巧萍,羅淵,張地方. 環(huán)境工程學報. 2016(04)
[2]沼液回流對牛糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性及其動力學的影響[J]. 吳樹彪,黎佳茜,李偉,董仁杰. 農(nóng)業(yè)機械學報. 2015(10)
[3]反滲透濃縮沼液預處理試驗研究[J]. 梁康強,朱民,林秀軍,孫宇. 中國沼氣. 2013(02)
[4]大棚西瓜沼液滴灌施肥技術[J]. 薛瑞祥,周桂官,蘇生平. 中國瓜菜. 2013(01)
[5]2011年大中型沼氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告[J]. 屠云璋,吳兆流. 太陽能. 2012(02)
[6]畜禽養(yǎng)殖廢棄物沼液的濃縮及其成分[J]. 宋成芳,單勝道,張妙仙,文先紅. 農(nóng)業(yè)工程學報. 2011(12)
[7]沼液滴灌技術的工藝探索與研究[J]. 孫欽平,李吉進,劉本生,鄒國元,劉寶存. 中國沼氣. 2011(03)
[8]微滴灌施用沼液技術在草莓生產(chǎn)中的應用效果[J]. 商春剛. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技. 2008(14)
[9]pH對剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的COD、磷及氨氮的影響[J]. 苑宏英,張華星,陳銀廣,周琪. 環(huán)境科學. 2006(07)
[10]濾料粒徑對過濾的影響[J]. 湯利華. 安徽建筑工業(yè)學院學報(自然科學版). 2000(03)
碩士論文
[1]沼液滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞特性及控制方法研究[D]. 夏彬蕓.華中農(nóng)業(yè)大學 2019
[2]沼液過濾及鳥糞石沉淀法回收氮磷試驗研究[D]. 李愛秀.中國農(nóng)業(yè)科學院 2018
[3]氨氮在黃土包氣帶中吸附解吸特征和影響因素探討[D]. 李慧.長安大學 2014
[4]畜禽糞便沼液預處理及磷酸銨鎂法回收磷的研究[D]. 馬泉智.中國地質(zhì)大學（北京） 2013
[5]沼液納濾膜濃縮技術及其液體有機肥開發(fā)研究[D]. 徐國銳.浙江大學 2012
本文編號：2962568
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