甲鱼养殖废水中氮磷及有机物质回收利用技术研究

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甲鱼是重要的特种经济动物之一,但养殖过程中废水排放量大,氮、磷、有机物负荷高,且缺少相应的处理措施,对地表水体造成严重的污染。本研究以养殖废水性质调查为基础,研发固体沉淀剂与磷酸铵镁(MAP)法结合的废水中氮磷和有机物质的同步回收技术;通过砂柱溶出和土柱淋溶试验、模拟氨挥发试验以及黑麦草盆栽试验研究回收物养分释放特性、回收物配施无机氮肥对氨挥发的影响以及回收物的施用效果,取得以下主要结果:1、典型调查结果表明,甲鱼养殖废水pH值在6.62-7.84之间,平均值为7.36±0.30,主要呈中性到弱碱性;COD浓度在119.9mg/L-3924.1mg/L之间,平均值为1110.9±1061.3mg/L;铵态氮浓度在10.3mg/L-209.0mg/L之间,平均值为87.6±60.8mg/L;硝态氮浓度在0.2mg/L-27.0mg/L之间,平均值为7.0±7.3mg/L;总氮浓度在43.5mg/L-431.7mg/L之间,平均值为175.3±102.4mg/L;无机磷浓度在4.7-131.8mg/L之间,平均值为41.4±31.8mg/L;总磷浓度在8.2mg/L-309.8mg/L之间,平均值为98.7±88.5mg/L。60.7%的废水样品的COD浓度超过《污水综合排放标准》(GB8978-1996)三级排放标准,82.1%的废水样品的铵态氮浓度超过《污水综合排放标准》(GB8978-1996)二级排放标准,100%的废水样品的无机磷浓度超过《污水综合排放标准》(GB8978-1996)二级排放标准。甲鱼养殖废水中铵态氮占总氮的比例平均为47.3%,硝态氮占总氮的比例平均为5.2%,无机磷占总磷的比例平均为51.6%,铵态氮和无机磷的摩尔浓度比平均为5.6±3.4。养殖废水中铵态氮浓度与总氮浓度呈极显著(P<0.01)正相关;无机磷浓度与总磷浓度呈显著(P<0.05)正相关;总氮、总磷浓度与COD浓度呈极显著(P<0.01)正相关。养殖废水富含氮磷养分和有机物质,具有回收利用的潜力。2、同步回收试验结果表明,固体沉淀剂:MgCl2·6H2O:无机磷:NH4+适宜的摩尔比为0.6:0.6:0.5:1。根据适宜的配比,每升养殖废水中添加6.9mmol固体沉淀剂、6.9mmolMgCl2·6H2O和1.2mmol Na2HPO4·12H2O,过滤后铵态氮、总氮、无机磷、总磷、总有机碳的回收率分别为43.8%、83.8%、94.6%、96.6%、97.1%, MAP法和固体沉淀剂相结合的方法能够同步回收甲鱼养殖废水中氮磷和有机物质。回收物为黑褐色,其基本理化性质为:总氮(以纯氮计)的质量分数为7.89%;总磷(以五氧化二磷计)的质量分数为14.68%;总钾(以氧化钾计)的质量分数0.95%;有机质质量分数为32.39%;pH(肥料:水=1:5)为7.74。回收物中氮磷和有机质含量符合有机无机复混肥Ⅰ型标准(GB18877-2009)。3、砂柱溶出试验结果表明,回收物的总氮、铵态氮、硝态氮溶出速率和累积溶出量都显著(P<0.05)小于商品有机肥,回收物总磷和无机磷累积溶出量与商品有机肥无显著性(P>0.05)差异。土柱淋溶试验结果表明,回收物的总氮、铵态氮、硝态氮累积淋出量都显著(P<0.05)小于商品有机肥;回收物和商品有机肥总氮淋出量占投入量比例分别为3.88%和11.75%;回收物和商品有机肥总磷淋出量占投入量的比例分别只有0.15%和0.07%。回收物氮磷养分的释放量十分有限,氮磷养分的释放量占投入量的比例小于5%,表现出缓释/缓效的特性。4、模拟氨挥发试验结果表明,在黑土或潮土中,施N量为93.3mg/kg (黑土)或者133.3mg/kg(潮土)条件下,20%回收物氮与80%尿素氮配施处理的累积氨挥发量显著(P<0.05)小于单施尿素处理,氨挥发量分别降低了23.1%(黑土)和25.8%(潮土)。回收物与尿素配施能有效减少氨挥发损失,有利于提高氮肥的利用率。5、盆栽试验结果表明,施肥处理黑麦草地上部生物量和地上部氮、磷、钾的积累量都显著(P<0.05)大于不施肥处理,回收物与无机肥配施处理的地上部氮、磷、钾的积累量分别比不施肥处理增加78.3%,51.7%,301.5%。在等氮量的条件下,回收物与无机肥配施处理的地上部氮和钾含量、地上部氮磷钾积累量与单施化肥处理或商品有机肥配施化肥处理无显著(P>0.05)差异;回收物与减量20%化学氮肥配施处理的黑麦草氮肥表观利用率显著(P<0.05)大于单施化肥处理;施肥处理土壤的碱解氮、有效磷、速效钾含量都显著(P<0.05)大于不施肥处理,回收物配施化肥处理、商品有机肥配施化肥处理和单施化肥处理土壤的碱解氮、有效磷、速效钾含量没有显著(P>0.05)的差异。回收物配施无机肥在提高黑麦草地上部生物量和土壤有效养分含量方面具有与单施化肥或者商品有机肥配施无机肥相似的效果。
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