外文翻譯通過(guò)曝氣增加結(jié)晶以去除豬廢水中

1、理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯專 業(yè)： 給水排水工程 姓 名： 任 浩 學(xué) 號(hào)： L071629119 (用外文寫)外文出處： Water Research 36 (2002) 29912998 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日附件1：外文資料翻譯譯文通過(guò)曝氣增加結(jié)晶以去除豬廢水中磷酸鹽、鈣及鎂摘要：為了確定去除豬場(chǎng)廢水中PO4-P, Mg和 Ca的可能性，對(duì)實(shí)際豬場(chǎng)廢水進(jìn)行曝氣實(shí)驗(yàn)以得到結(jié)晶。連續(xù)曝氣使豬場(chǎng)廢水的pH值上升到約8.5，很大一部分的可溶性的PO4-P, Mg和 Ca結(jié)晶出來(lái)。根據(jù)NH4-N, PO4-P, Mg 和 Ca的

2、摩爾比估計(jì)該晶體的成分為MAP和HAP。豬廢水中晶體的沉淀速度約為3 m h-1，1小時(shí)后，超過(guò)90的晶體沉淀。通過(guò)曝氣和沉淀，在水力停留時(shí)間為4.1h，26m3空氣h-1m-2截面（18m3空氣h3m-2體積）的條件下，選用反應(yīng)器對(duì)實(shí)際養(yǎng)豬廢水進(jìn)行中試研究。通過(guò)50天的運(yùn)行，pH值為8.0，65的PO4-P，51的Mg和34的Ca被去除。關(guān)鍵詞：豬廢水；比例；結(jié)晶；曝氣；磷酸鎂銨；沉降1介紹在日本，大多數(shù)豬-畜牧業(yè)，來(lái)自養(yǎng)豬場(chǎng)的糞便，尿和沖洗水經(jīng)過(guò)機(jī)械固液分離后被分成固體和液體組分。固體堆肥后作為肥料在農(nóng)田中使用。液體（豬廢水）通過(guò)純化處理后進(jìn)入公共水排出機(jī)構(gòu)，如河流，湖泊和沼澤。制定嚴(yán)格的

3、畜禽廢水排放標(biāo)準(zhǔn)可以防止公共水體富營(yíng)養(yǎng)化。因此，豬廢水的凈化在法律規(guī)定中非常嚴(yán)格。對(duì)豬廢水進(jìn)行了調(diào)查，如間歇曝氣過(guò)程1-3，厭氧處理（UASB反應(yīng)器）加上滴濾過(guò)程4,5以及一些實(shí)際養(yǎng)豬場(chǎng)的廢水。不過(guò)，也有一些關(guān)于豬場(chǎng)廢水處理物5,6 規(guī)模累積的報(bào)道。在廢水處理中，管道和泵規(guī)模累積有時(shí)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果 7。除了PO4-P和NH4-N，豬場(chǎng)廢水中也含有高濃度的Mg和Ca8。在堿性條件下，等摩爾的Mg，PO4-P和NH4-N結(jié)晶形成鳥糞石（磷酸銨鎂：MAP，MgNH4PO4·6H2O）7。此外，Ca還與PO4結(jié)晶，例如，羥基磷灰石（HAP，Ca5OH（PO4）3）9。這些晶體，尤其是MAP

4、，成為養(yǎng)豬污水處理廠5,6,10的主要成分。因此，凈化系統(tǒng)處理廢水時(shí)應(yīng)首先去除Mg，Ca 和 PO4-P。這可以減少凈化系統(tǒng)的磷負(fù)荷。其中磷在回收的沉淀污泥中結(jié)晶沉淀。然而，大多數(shù)報(bào)告以處理后的結(jié)晶為重點(diǎn)，如養(yǎng)豬場(chǎng)廢水的厭氧消化 6,11,12，但也有少數(shù)以處理原料豬場(chǎng)廢水結(jié)晶作為污水處理的第一步 13。在堿性條件下，通過(guò)增加廢水pH值，原始養(yǎng)豬廢水中大部分通過(guò)結(jié)晶反應(yīng)去除。在過(guò)去的研究報(bào)道中，在養(yǎng)豬廢水加入堿（氫氧化鈉）形成人工結(jié)晶，以規(guī)?；磻?yīng)的可能性8來(lái)提高pH值。然而，這種化學(xué)添加劑（S）是通過(guò)復(fù)雜、昂貴的傳感器設(shè)備增加pH值，而農(nóng)民需要一個(gè)簡(jiǎn)單方法來(lái)調(diào)整豬場(chǎng)廢水的pH值。在曝氣過(guò)程中

5、，由于CO2溢出，市政污水的pH值和厭氧消化排出物隨之增加，并有磷酸鹽結(jié)晶9,14,15析出。在本研究中，曝氣是使豬廢水中PO4-P, Mg和 Ca結(jié)晶的一種簡(jiǎn)單方法。利用實(shí)際豬場(chǎng)廢水得到曝氣強(qiáng)度與晶體形成以及晶體沉降特性之間的關(guān)系。基于這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及曝氣結(jié)晶和沉淀分離的設(shè)計(jì)，在中試規(guī)模連續(xù)流中對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。2材料和方法2.1養(yǎng)豬廢水國(guó)立牲畜和草地科學(xué)研究所（NILGS）對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水進(jìn)行了篩選過(guò)濾（1.5mm網(wǎng)）實(shí)驗(yàn)。2.2通過(guò)批量實(shí)驗(yàn),對(duì)結(jié)晶曝氣用一個(gè)直徑為21 cm，高為105 cm柱(柱1) 進(jìn)行人工結(jié)晶試驗(yàn)研究。30公升的豬場(chǎng)廢水倒進(jìn)柱1(深度為82 cm), 用管形的陶瓷擴(kuò)散器

6、（直徑為23mm，長(zhǎng)度為80mm）在底部連續(xù)曝氣3小時(shí)。實(shí)驗(yàn)曝氣條件采用的曝氣指數(shù)如表2,16所示：曝氣指數(shù)1(m3h-1m-2)=每小時(shí)空氣供應(yīng)量（m3h-1）/圓筒的橫截面積(m2)曝氣指數(shù)2(m3h-1m-2)=每小時(shí)空氣供應(yīng)量（m3h-1）/圓筒的體積(m3)樣品收集時(shí)間分別為0, 0.25, 0.5, 1, 2 和3 h,實(shí)驗(yàn)要確定pH值，PO4-P濃度可溶性, Mg 和Ca以及無(wú)機(jī)碳（I-C）含量。2.3沉降特性所形成的晶體曝氣養(yǎng)豬廢水晶體沉淀實(shí)驗(yàn)在第二個(gè)柱（柱2）的氣缸（直徑為10cm，高約為200 cm）側(cè)取樣口采樣16。加入15公升豬場(chǎng)廢水， 并以13m3 h-1m-2(16

7、m3 h-1m-3) 速度攪拌，3小時(shí)后倒入柱中（水深為190 cm），60分鐘完成。樣品采自兩個(gè)取樣口（廢水深度分別為A：100 cm B： 150 cm）。在0，15，30和60min時(shí)測(cè)定PO4-P, Mg 及Ca濃度的變化。1小時(shí)后，從圓筒底部收集沉淀（0.51 每次）,然后再對(duì)這些成分的濃度進(jìn)行測(cè)定。2.4實(shí)驗(yàn)中試規(guī)模連續(xù)流反應(yīng)器反應(yīng)器利用曝氣去除PO4-P, Mg和Ca，從2000年8月23日至2000年10月13日處理豬場(chǎng)廢水連續(xù)運(yùn)行50天。豬場(chǎng)廢水以0.024m3h-1的速度連續(xù)不斷的輸送到反應(yīng)器的曝氣柱，同時(shí)以26m3h-1m-2（18m3h-1m-3）速度連續(xù)不斷加氣。由于

8、批次實(shí)驗(yàn)（0.45m3h-1）需4倍的空氣供應(yīng)量（1.8m3h-1），所以有四個(gè)陶瓷擴(kuò)散器用于中試。曝氣停留時(shí)間（0.099m3）和總反應(yīng)器（0.53m3）水力停留時(shí)間分別為4.1h和22.1h，升流式反應(yīng)器的速度（圖4）為0.11mh-1。底部沉淀的污泥一周清理一次或兩次。對(duì)進(jìn)水和出水定期進(jìn)行收集，并對(duì)結(jié)晶形式的PO4-P, Mg和可溶性Ca的濃度進(jìn)行了測(cè)定。對(duì)樣品中的總磷和pH值也進(jìn)行了測(cè)定。2.5化學(xué)分析以轉(zhuǎn)速為3000r/min對(duì)豬場(chǎng)廢水離心10min后進(jìn)行可溶性成分分析。要確定組件的結(jié)晶，添加鹽酸將濃度為5N的豬場(chǎng)廢水溶解至濃度為0.1N并結(jié)晶，以轉(zhuǎn)速為3000r/min離心10mi

9、n后靜置30 min。對(duì)上清液以及可溶性成分進(jìn)行分析測(cè)定。測(cè)定PO4-P, NH4-N, Mg 及Ca采用標(biāo)準(zhǔn)方法17。總氮和總磷的測(cè)定使用流動(dòng)注射分析儀（贊岐工業(yè)），TN經(jīng)鹽酸酸化后在220nm， 140下對(duì)硫酸鉀進(jìn)行測(cè)定，總磷在880nm，120吸收的過(guò)硫酸鉀消化后使用I-C的分析儀（TOC500分析儀，日本島津）進(jìn)行測(cè)定。3結(jié)果與討論3.1通過(guò)批量實(shí)驗(yàn),對(duì)結(jié)晶曝氣豬場(chǎng)廢水水質(zhì)實(shí)驗(yàn)如表1所示。從1999年12月至2000年10月每月取樣3-4次，共34次。水溶性成分的摩爾比（PO4-P:NH4-N:Mg:Ca = 1.0:7.5:0.9:0.7）最適合晶體的形成8。如圖1a所示，面積13m

10、3h-1m-2 (16m3h-1m-3)豬場(chǎng)廢水pH值在0.5h內(nèi)從7.0增加至到8.0，并達(dá)到了8.5。由于從曝氣廢水中采用CO2氣提法，規(guī)?；i場(chǎng)廢水CO2的指標(biāo)濃度顯著降低（圖1b）。養(yǎng)豬廢水中可溶性PO4-P, Mg 及Ca含量隨著pH值（圖1c）的上升明顯下降。pH下降是由于可溶性磷酸鹽，磷，鎂，鈣的結(jié)晶。曝氣前后PO4-P, Mg和Ca結(jié)晶濃度變化如圖2a-c所示。在曝氣前這些成分大部分以可溶形式存在，經(jīng)過(guò)3h曝氣，大部分轉(zhuǎn)換成晶體。豬場(chǎng)廢水的曝氣結(jié)晶2h是不夠的， 2h后開始通風(fēng)，豬場(chǎng)廢水中可溶性PO4-P, Mg 及Ca含量明顯下降，但2h后這些成分的濃度變化很?。▓D1c）。如

11、表2所示，降低6.5m3h-1m-2 (7.9m3h-1m-2)是不夠的，需要提高PO4-P含量來(lái)改變pH值。另一方面， 31m3h-1m-2 (38m3h-1m-2)會(huì)引起高pH（8.7），但PO4-P的結(jié)晶效率幾乎與曝氣13m3h-1m-2 (16m3h-1m-2)時(shí)相同。因此31m3h-1m-2 (38m3h-1m-3)將會(huì)產(chǎn)生太多磷酸鹽結(jié)晶。較短的水力停留時(shí)間和較少的空氣供應(yīng)足以滿足實(shí)際處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，曝氣時(shí)間至少需2h，曝氣率為13m3h-1m-2 (16m3h-1m-2)。 根據(jù)曝氣形成的結(jié)晶成份可預(yù)估PO4-P, NH4-N,Mg及Ca（表3）的摩爾比。為此估計(jì)，3.80 m

12、moll-1（相當(dāng)于鎂實(shí)際值（3.80 mmoll-1）的結(jié)晶磷酸鹽實(shí)際（5.48 mmoll-1）是MAP，因?yàn)镸AP晶體是唯一包括所有氨氮，磷酸鹽，磷和鎂的摩爾比為1.00:1.00:1.00。余下的實(shí)際磷酸鹽（1.68 mmol l-1）和Ca（2.62 mmoll-1）摩爾比為0.64:1.00，接近理論羥基磷灰石（0.60:1.00）摩爾比。由此估計(jì)，該晶體是MAP和HAP的混合體。3.2晶體形成的曝氣沉降特性雖然MAP密度很高（1.71gcm-3）18，但晶體顆粒大小會(huì)強(qiáng)烈影響沉降特性。要在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)形成透明的晶體。15公升豬場(chǎng)廢水加氣13m3h-1m-2（16m3h-1

13、m-2）3h,充分混合后從柱1倒入柱2，然后沉淀60min。實(shí)驗(yàn)期間，深度變化時(shí)，PO4-P, Mg 及Ca結(jié)晶的濃度（A：100厘米，B：150厘米）如圖3a和b所示。PO4-P, Mg 及Ca在15min內(nèi)結(jié)晶明顯下降到100cm處，并在余下的時(shí)間內(nèi)保持持續(xù)較低的濃度。然而，30min后始終停留在150cm處，持續(xù)較低的濃度。由此估計(jì)，污水需要在一個(gè)150cm深的柱中沉淀30min。沉淀60min后，從柱2底部分別取樣，測(cè)定PO4-P, Mg 及Ca的濃度（0.5升/次，共30次）。如表4所示，沉淀后1h積累在底層的PO4-P, Mg 及Ca濃度分別為91，92和90。3.3中試規(guī)模實(shí)驗(yàn)的

14、結(jié)晶曝氣根據(jù)上述資料模擬規(guī)模反應(yīng)器的曝氣過(guò)程（圖4）。除了在中心進(jìn)行相同，這種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)基本上是作為初級(jí)沉淀池循環(huán)曝氣，。養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中懸浮固體也將采用這種反應(yīng)器處理。HRT的曝氣率為4.1h，26m3h-1m-2 (18 m3h-1m-2)。這些設(shè)計(jì)值均高于最佳曝氣條件（2.0h，13m3h-1m-2（16m3h-1m-2）。為解決養(yǎng)豬廢水中的懸浮固體，升流速度設(shè)置為0.11mh-1，該晶體的沉降速度由實(shí)驗(yàn)確定（3.0mh-1）。由于處理懸浮固體需要15.8h 5，反應(yīng)器總的水力停留時(shí)間定為22h。通過(guò)曝氣柱，pH值由7.6提高到8.0，但在出口處PH值略有下降（圖5a，表5）。這是因?yàn)榉磻?yīng)器

15、的沉淀區(qū)在厭氧條件下形成酸從而導(dǎo)致了pH值降低。由于定期清洗豬谷倉(cāng)時(shí)水的體積波動(dòng)很大，所以進(jìn)水處可溶性PO4-P, Mg 及Ca濃度相差很大（圖5b中，D和F）。另一方面，污水濃度相對(duì)恒定（圖5c中，E和G）。在運(yùn)行期間，水溶性PO4-P, Mg 及Ca（進(jìn)水分別為4.8，/l，）下降到平均濃度分別為1.7，/l（見表5）。PO4-P, Mg 及Ca的平均去除率分別為65，51和34，在50天的運(yùn)行中，PO4-P, Mg 的去除量以Ca計(jì)算為89mol（ 2.8公斤），66mol（1.6公斤）和40mol（1.6公斤）。根據(jù)這些計(jì)算，約74和26的磷酸鹽被去除，據(jù)估計(jì)，被去除的分別為MAP和羥

16、基磷灰石晶體。研究結(jié)果證明了反應(yīng)器具有曝氣和沉淀形成晶體的雙重功能的有效性。在市政污水處理廠的實(shí)際結(jié)晶反應(yīng)器操作中還需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備并使用（堿和Mg）19,20化學(xué)添加劑。由于沒有化學(xué)添加劑，本文介紹的反應(yīng)器不需要這樣的設(shè)備。此外構(gòu)造只有輕微的改動(dòng)，現(xiàn)有的初沉池使養(yǎng)豬場(chǎng)更容易實(shí)現(xiàn)。懸浮固體結(jié)晶沉淀過(guò)程是處理豬場(chǎng)廢水第一步。污泥處理包括晶體快速分離，避免因廢水反應(yīng)器底部pH值8減小而在厭氧條件下形成晶體。由于MAP被稱為化肥21，分離出來(lái)的污泥脫水后可作為一種有效肥料。此外，人工結(jié)晶工藝可顯著降低規(guī)?；i場(chǎng)廢水PO4-P, Mg 及Ca成分的濃度。已有低磷氯化鐵不溶于磷酸鹽后形成化學(xué)沉淀處理2

17、2的報(bào)告。因此，人工結(jié)晶過(guò)程可有效減少豬場(chǎng)廢水磷負(fù)荷。4結(jié)論從目前的結(jié)果可得到得如下結(jié)論：（1）據(jù)證實(shí)，曝氣可有效提高豬場(chǎng)廢水的PH值和PO4-P, Mg 及Ca結(jié)晶量。（2）在規(guī)?；i場(chǎng)廢水中形成的晶體是MAP和HAP的混合體。（3）豬場(chǎng)廢水需要在深度為1.5m的池里沉淀0.5小時(shí)，超過(guò)90的晶體沉積物中污泥（SV10）累計(jì)沉淀1h。（4）在運(yùn)行50天的人工曝氣結(jié)晶操作和沉淀實(shí)驗(yàn)規(guī)模反應(yīng)器雙重作用下，豬場(chǎng)廢水中65的PO4-P，51的Mg 及34的Ca被除去。參考文獻(xiàn)1 Osada T, Haga K, Harada Y. Removal of nitrogen and phosphorus

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