沼液无害化处理技术

沼液无害化处理技术

上期小编在《沼液还田应用现状与安全风险分析》一文中提到沼液还田对于提高土壤肥力、农作物产量和品质均有积极作用，但大量施用时会对水土环境和农作物带来安全风险。今天就继续跟随小编的步伐，一起了解沼液无害化处理技术吧！

沼液还田

1、沼液中氮、磷及COD的去除

沼液属于高浓度有机废水，其COD,氨氮，总氮含量可分别达到1000~5000mg·L-1,600~1200mg·L-1和1000~1800mg·L-1。然而，不同发酵原料产生的沼液成分不尽相同。

有学者对江苏21家禽畜养殖场大中型沼气工程实地调查发现，猪粪沼液中TN含量为400~700mg·L-1,TK100~300mg·L-1,TP30~60mg·L-1,而牛粪TP和TK分别超过300mg·L-1和500mg·L-1。

另有学者通过对不同发酵原料进行研究，发现以猪粪为发酵原料的沼液的TN含量，TP含量，TK含量最高，其值分别为0.263%,0.0097%,0.063%。有机质含量以牛粪原料最高,平均含量达3.45%,鸡粪的有机质含量最低,平均含量仅为0.93%。

常见的处理沼液中高浓度氮、磷及COD的技术工艺包括序批式活性污泥法（sequencing batch reac-tor,SBR），鸟粪石沉淀处理法，氧化塘法，移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor,MBBR），以及多种工艺组合法等。

研究表明，将猪场原水添加入沼液中，采用SBR处理养猪场厌氧消化废水，可稳定运行，且处理水可达标排放。

以MgCI2·6H2O和KH2PO4·12H2O为沉淀剂，对鸟粪石沉淀法处理沼液进行研究，结果表明，当在pH值为9，Mg2+∶PO-4∶NH3=1.1∶1.05∶1（摩尔比）时，出水中氨氮为45mg·L-1，总磷为15mg·L-1,脱氮除磷综合效果最佳。

对氧化塘处理猪场厌氧消化液的研究表明，当平均气温为21.9℃，停留时间为80~110天，进水负荷为0.05m3·m-2d-1的条件下，氧化塘处理效果较好。NH+4-N的去除率达到90%以上，TP 的去除率达40%。

采用MBBR处理厌氧消化液可较好地实现COD与NH3-N同步去除的目的，当HRT为12.5h时，沼液中COD与NH3-N去除率可分别达到62%和77%。

由于鸡对饲料的吸收不及猪牛的家畜，导致鸡粪中含有丰富的养分，其厌氧消化沼液与畜类养殖场沼液存在较大差别，CODCr和NH+4-N负荷是猪粪沼液的数倍。研究表明，采用“鸟粪石-SBR-混凝”工艺处理鸡粪厌氧消化沼液，COD由9200mg·L-1降至280mg·L-1，NH+4-N由3200mg·L-1降至36mg·L-1，实现达标排放。

2、沼液中重金属的去除

目前，针对沼液中重金属的处理方法研究较少，但由于沼液也属于污水的一种，可借鉴污水中重金属的处理方法进行研究。常用的去除重金属的方法主要可分为传统的吸附法、化学法，以及正在迅速发展的生物-生态法三大类。

吸附法主要利用吸附材料具有高比表面积的蓬松结构以及特殊功能基团，对污水中的重金属离子进行物理或化学吸附。常见的吸附材料包括活性炭、矿物材料等。

物理化学法中比较常见的包括化学沉淀法、离子交换法、化学提取法等。

化学沉淀法的最新研究表明，铁氧体可通过晶格取代的方式对多种重金属离子进行同时捕集，适用于含多种重金属的污水处理。

离子交换法是重金属离子与离子交换树脂发生离子交换的过程。含有SO-2H+基团阳离子交换树脂，对Pb+具有选择性高、交换容量大和吸附-解析过程可逆性好的优点；而螯合树脂Dowex XFS-4196可从pH值>1.5的溶液中去除Cu2+,聚合羧基离子交换树脂可有效从含NH3废水中去除Cu2+。

化学提取法是用各种酸或有机络合剂对沼液进行酸化或络合处理，使难溶态的金属化合物形成可溶解的金属离子或金属络合物，然后进行分离去除。Wozniak的研究表明，当盐酸∶硫酸=1∶1时，Cu,Zn,Ni,Cd的去除率1>Ni>Cu>Pb>Cr。化学法具有高效去除重金属的特点，然而化学试剂成本较高、树脂易受污染、再生频繁、操作费用高等，是化学法急需解决的问题。

生物-生态法是利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对重金属进行转移、转化及降解，从而达到去除重金属的目的。

生物淋滤（bi-oleaching）技术是利用自然界中某些微生物的代谢产物的直接或间接作用产生氧化、还原、络合等作用，将固相中的重金属、硫及其他金属的不溶性成分分离浸提出去的一种技术。有学者采用高度嗜酸的氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）菌株进行生物淋滤，使污水污泥中重金属Cr,Cu和Zn的去除率分别达到80%,100%和100%。另有学者选用2%硫细菌混合菌液接种进行生物淋滤，Cu,Pb和Zn的沥出率分别达到96.5%,41.4%和82.9%。

沉水植物因其整个植株都生活在水里，特殊的生态功能使植物根、叶均可累积高含量重金属。采用沉水植物菹草对微污水中Cd2+,Cr3+,Cu2+,Zn2+,Ni2+,Mn2+等重金属进行累积和去除研究，结果表明在有菹草生长的情况下，上覆水中重金属去除效果明显，对Cd2+,Mn2+和Ni2+具有超积累的富集作用。

人工湿地包含基质系统和水生植物系统，与传统的去除重金属的方法相比，其主要工作机理为基质的吸附沉淀作用、植物的吸收和富集作用、金属离子与S2-形成硫化物沉淀等。研究表明，浮萍可有效富集Zn,Fe,Mn,芦苇对于富集Pb,Mn,Cr有较好的效果。

3、沼液中抗生素的去除

抗生素在治疗畜禽疾病及促进畜禽生长方面应用广泛，但由于大多数抗生素在摄入后被机体吸收量极少，导致约85%以上以原药或代谢产物的形式排出体外，最终进入生态环境。长期暴露于低剂量抗生素条件下，环境中的微生物会被诱导产生耐药性基因。而含有耐药性基因的微生物通常出现于污水厂的污水及养殖场附近河流土壤中，通过参与物质能量循环，耐药性基因进入动植物体内，最终可能进入人体，危害人类健康。随着畜禽集约化养殖的发展以及农药化肥的大量使用，畜禽粪便厌氧消化沼液中抗生素的去除逐渐成为需要解决的关键问题。

针对水体中的可溶性抗生素可通过水解作用进行降解，β-内酰胺类、大环内酯类和磺胺类抗生素易溶于水，发生水解。高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes,AOPs）是城市污水常用的深度处理技术，有学者采用UV/H2O2降解磺胺甲恶唑取得良好效果。污泥吸附和活性炭吸附虽然可将抗生素从水相转移到污泥或活性炭上，但并不能使抗生素发生降解，减少抗生素总量。

结语

由于沼液中存在丰富的N和P等元素，以及一定量的重金属和抗生素，使沼液还田存在安全风险。目前的研究大多针对于沼液施用的安全风险分析，而专门针对沼液的处理技术研究不多。沼液在一定程度上属于污水的一种，可借鉴污水处理的方法，在沼液还田前对其进行无害化处理。生物-生态法或组合工艺处理沼液是未来研究沼液无害化处理研究的热点。