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[硕士论文] 李爱秀
农业资源利用 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:对于沼液的处理和应用途径,我国近几年的研究重点包括沼液直接归田利用和去除其中的污染物使其满足达标排放的标准。而将沼液作为一种资源,回收或转移其中的营养物质,使其循环利用,也是一种可行的沼液处理方法。沼液用于蔬菜瓜果的灌溉具有很大的优势,但也存在一定的局限性:悬浮物含量高是沼液在使用滴灌或膜浓缩处理过程中最主要的技术障碍,因此,如何去除其中的悬浮物是保证沼液能否更好资源化利用的关键。沼液中氮磷含量较高,可以通过鸟粪石结晶法回收沼液中氮磷用作缓释肥;鸟粪石沉淀回收氮磷的研究较多,但同时获得较高氮磷回收率的反应条件有待进一步探讨。本研究设计了沼液不同过滤方式的筛选和鸟粪石沉淀回收猪场沼液氮磷两部分试验。通过设计了三种不同过滤方式,对比其过滤效果,得到过滤效果最佳的过滤方式;设计了鸟粪石沉淀法回收猪场中氮磷试验,为沼液没有足够农田消纳情况下,探索新的资源化途径,通过设计影响鸟粪石沉淀的主要因素的不同处理水平,寻找氮磷回收的最优条件,为鸟粪石沉淀的推广提供一定的参考。研究结果如下:
  第一个实验是筛选沼液过滤方式试验,过滤方式有三种:石英砂过滤,秸秆过滤和微滤,沼液样品是来自天津某养殖企业沼气工程。秸秆粒径有三种1cm、2cm和5cm,按照由细到粗进行填装;石英砂粒径为1mm、3mm、10mm,同样按照由细到粗进行填装,最后一层起承托作用。石英砂过滤方式,其过滤效果一般,对氨氮、总磷和悬浮物去除率低于10%;秸秆、石英砂和微滤过滤效果相比,石英砂过滤效果最差,微滤过滤效果最好,对悬浮物和COD去除效果远远高于秸秆和石英砂。石英砂对沼液过滤效果最差,几种基本指标去除率均在10%以下,过滤效果较差,不能达到滴灌要求,不适宜用作滴灌前处理的过滤处理。秸秆过滤对沼液有一定的过滤效果,但也不满足滴灌要求,不能单独作为滴灌前处理的过滤处理。微滤过滤效果较好,对悬浮物去除效果最佳,沼液中的氮磷养分带走了一部分,但对悬浮物去除率高达40.01%,且对粪大肠菌群去除效果较好。
  第二个试验是鸟粪石沉法回收沼液中氮磷养分参数优化试验。该实验分为三组试验,第一组试验是单因素实验,选取了pH、反应时间、搅拌速度、Mg∶N、P.N比五个因素,每个因素设置五个水平,每个水平进行三个平行试验。第二组试验是PB试验,通过单因素分析可以初步得出对氮磷回收影响效果较大的因素,结合PB试验设计原理,在试验设计过程中可适当扩大高低水平间差值,进一步分析其影响大小,对pH,反应时间、搅拌速度、Mg N、PN5个参数选择2个水平,筛选显著因素。第三组试验是Box-Benhken试验,结合PB试验结果,以氨氮和磷酸盐的最终回收率为响应值,对影响较显著的三个因素进行Box-Benhken试验分析,另外两个因素固定在单因素确定的水平下。利用Design-Expert软件优化回归方程确定乌粪石回收猪场沼液的最佳条件。经响应面分析,在pH为10,磷氮比为0.6,镁氮比为1.1时,氨氮回收率为6521%,磷酸盐回收率为8947%,实际值氨氮回收率为65.01%,磷酸盐回收率为90.81%,差值分别为020%,1.34%,回归模型拟合较好,在此条件下可以获得较好的氮磷回收效果,为沼液后续还田及处理提供参考,但沼液成分复杂,试验是在实验室条件下进行的,将试验结果用于实际工程处理可能会存在差异。针对这个问题会在后续研究中进一步完善。
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