混凝沉淀法處理奶牛養(yǎng)殖廢水的試驗(yàn)研究＊

祁福利

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境與資源學(xué)院，湖北武漢，430074；2.中國(guó)人民解放軍哈爾濱陸軍預(yù)備役防化團(tuán)，黑龍江哈爾濱，150027；3.黑龍江省九O四水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，黑龍江哈爾濱，150027）

隨著我國(guó)集約化養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，在提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也造成了糞尿過(guò)度集中和沖洗水量的增加，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了極大的壓力［1］。奶牛飼養(yǎng)及奶制品生產(chǎn)中排放大量的污染物，給人類及其它生物的生存環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力，畜牧養(yǎng)殖污染已成為環(huán)境保護(hù)不可忽視的污染源。

奶牛養(yǎng)殖廠排放廢水主要由尿液、糞便和飼料殘?jiān)?、擠奶車間沖洗水組成，其中沖洗水比例較大。廢水中有機(jī)物、懸浮物、氨氮含量較高，并伴隨很多的致病微生物。一般奶牛養(yǎng)殖廢水的化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）高達(dá)300～8000 mg／L，氨氮高達(dá)200～2200mg／L，SS（懸浮物，Suspended Substance，SS）嚴(yán)重超標(biāo)［2］。此外廢水中含有大量的N、P、蛋白質(zhì)、脂肪等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，廢水碳氮比一般為0.35～0.6，可生化性較好。由于養(yǎng)殖廢水中一般懸浮物含量較高，若將其直接處理會(huì)提高處理難度和處理成本，因此養(yǎng)殖廢水在進(jìn)入生化反應(yīng)處理前進(jìn)行預(yù)處理可以降低后續(xù)處理單元的負(fù)荷?；炷恋矸ㄊ菑U水預(yù)處理常用的工藝之一，與其他物理化學(xué)法相比，具有出水水質(zhì)好、工藝運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到越來(lái)越多學(xué)者的廣泛關(guān)注［3－4］。本文通過(guò)采用混凝沉淀法對(duì)奶牛養(yǎng)殖廢水中COD、SS和濁度進(jìn)行去除的試驗(yàn)研究，以分析不同混凝劑、混凝劑投加量、pH和助凝劑等對(duì)廢水處理效果的影響，并確定混凝沉淀處理奶牛養(yǎng)殖廢水的最佳參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水取自撫順某集約化奶牛養(yǎng)殖廠，其水質(zhì)見表1所示。

1.2 分析項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)方法

COD用快速密閉消解法；SS用標(biāo)準(zhǔn)重量法；NTU用分光光度法；pH用玻璃電極法。

1.3 試驗(yàn)方法

（1）取四組廢水，每組500mL于燒杯中，用1 mol／L的鹽酸和1%的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至7.0，分別加入適量的聚合氯化鋁（Polyaluminium Chloride，PAC）、硫酸亞鐵（FeSO4）、三氯化鐵（FeCl3）和硫酸鋁鉀（明礬），在攪拌器下以300r／min快速攪拌10s，然后再以120r／min慢速攪拌20s，再快速攪拌5min，然后靜置30min，取上清液測(cè)定COD、濁度和SS，多次重復(fù)以上試驗(yàn)取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

（2）取12組廢水，每組500mL于燒杯中，調(diào)節(jié)pH為7.0，分別投加25mg／L、50mg／L、75mg／L、 100mg／L、125mg／L、150mg／L、175mg／L、200 mg／L、225mg／L、250mg／L、275mg／L、300mg／L的混凝劑PAC，在相同的攪拌時(shí)間、攪拌強(qiáng)度和靜沉?xí)r間下進(jìn)行混凝試驗(yàn)，取上清液測(cè)定COD、濁度和SS，多次重復(fù)以上試驗(yàn)取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

表1 試驗(yàn)用水水質(zhì)Table 1 Test water quality

（3）分別調(diào)節(jié)pH分別為1、3、5、7、9和11，按照步驟（1）的攪拌和沉淀方法進(jìn)行試驗(yàn)，取上清液測(cè)COD、濁度和SS，多次重復(fù)以上試驗(yàn)取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

（4）采用聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）作為助凝劑，向廢水中投加150mg／L的PAC，調(diào)節(jié)pH為7.0，快速攪拌形成微絮凝體，再投加濃度為1mg／L、2mg／L、3mg／L、4mg／L、5mg／L的PAM，取上清液測(cè)定COD、濁度和SS，多次重復(fù)以上試驗(yàn)取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

圖1 不同混凝劑對(duì)奶牛養(yǎng)殖廢水的處理效果Fig.1 The treatment effect of dairy cattle breeding wastewater with different coagulants

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行分析，結(jié)果采用平均值表示。150mg／L時(shí)，COD、濁度和SS的去除率分別為48.2%、68.6%和77.3%，之后隨著投加量的增大，COD去除率明顯下降，在投加量為200mg／L時(shí)，濁度和SS的去除率分別為72%和78.7%，雖去除效果有所增加，但幅度不大，同時(shí)投藥量的增加也導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行成本的增加。因此綜合考慮各指標(biāo)的去除率及去除效果，奶牛養(yǎng)殖廢水混凝沉淀PAC投加量為50mg／L為宜。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同混凝劑的對(duì)比試驗(yàn)

不同種類的混凝劑對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1可以看出FeSO4混凝效果較差，原因是奶牛養(yǎng)殖廢水屬中性，F(xiàn)e2＋很難形成絮體，而其他混凝劑適用pH范圍較廣，易于形成絮體，沉淀效果較好［5－6］。PAC的混凝效果最好，COD、濁度、SS的去除率分別達(dá)到57.3%、73.9%和52.7%。因此PAC可作為奶牛養(yǎng)殖廢水混凝沉淀的藥劑。

2.2 混凝劑投加量對(duì)處理效果的影響

PAC通過(guò)自身及其水解產(chǎn)物的壓縮雙電層、電性中和、卷帶網(wǎng)捕以及吸附橋連等作用降低水中的顆粒物和膠體濃度。

混凝劑PAC的投加量對(duì)廢水各指標(biāo)的去除率有較大影響。如圖2所示，隨著PAC投量的增加，COD、濁度和SS去除率都有較大提高，但并非混凝劑投加量越多去除效果越好。在PAC投加量為

圖2 混凝劑投加量對(duì)廢水混凝效果的影響Fig.2 The influence of coagulant dosage on coagulation effect

2.3 pH對(duì)處理效果的影響

pH對(duì)混凝效果的影響如圖3所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示在pH為11.0時(shí)，各指標(biāo)的去除效果最好，COD、濁度和SS的去除率分別為61.4%、67.3%和51.7%，而pH為7.0時(shí)，去除率分別為58.9%、60.3%和48.3%，在工程實(shí)際中若調(diào)節(jié)廢水pH為11.0，勢(shì)必會(huì)增加成本，并且出水pH過(guò)高會(huì)對(duì)后續(xù)生化處理產(chǎn)生影響，因此在工程實(shí)際運(yùn)行中調(diào)節(jié)pH為7.0左右為宜。

2.4 助凝劑PAM投加量對(duì)處理效果的影響

絮凝理論提出，采用無(wú)機(jī)絮凝劑時(shí)，向廢水中投加高分子助凝劑［7－8］，可以促進(jìn)絮凝體的形成，提高混凝效果。PAM是國(guó)內(nèi)常用的非離子型高分子絮凝劑，分子量150～900萬(wàn)，具有在顆粒間形成更大的絮體由此產(chǎn)生的巨大表面吸附作用。本實(shí)驗(yàn)采用PAM作為助凝劑，考察其投加量對(duì)廢水處理效果度的去除率有所增加，但SS的去除率降低。因此本試驗(yàn)選用最佳PAM投加量為4mg／L。

圖3 pH對(duì)混凝效果的影響Fig.3 The influence of pH on coagulation effect

3 討 論

采用混凝沉淀處理奶牛養(yǎng)殖廢水效果較好，它可以降低廢水中有機(jī)物和懸浮物濃度，降低后續(xù)生物處理負(fù)荷，有助于提高出水水質(zhì)。混凝劑種類、投加量、pH和助凝劑PAM投加量對(duì)混凝效果都有其不同程度的影響。采用聚合氯化鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵和硫酸鋁鉀對(duì)奶牛養(yǎng)殖廢水混凝預(yù)處理，聚合氯化鋁的混凝效果較好，廢水COD、濁度和SS的去除率分別為57.3%、73.9%和52.7%。聚合氯化鋁作為有機(jī)高分子絮凝劑在堿性條件下更易形成大顆粒絮體，較采用無(wú)機(jī)絮凝劑有更好的混凝效果。此外，采用PAM作助凝劑，也能提高PAC的混凝效果。

4 結(jié) 論

混凝沉淀法能夠有效降低奶牛養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)物和懸浮物濃度。聚合氯化鋁作混凝劑與硫酸亞鐵、三氯化鐵和硫酸鋁鉀相比，顯示出較好的混凝效果。在聚合氯化鋁投加量為150mg／L、溶液pH為11.0、助凝劑PAM的投加量為4mg／L時(shí)，廢水的影響。向廢水中投加150mg／L的PAC，快速攪拌形成微絮凝體，再投加不同濃度的PAM進(jìn)行吸附架橋，其試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，PAM的投加提高了混凝效果，并且隨著PAM的投加量增加，各指標(biāo)的去除效果逐漸提高，在PAM投加量為4mg／L時(shí)，COD、濁度、SS的去除率分別為61.4%、86.6%和94.5%，之后隨著PAM投加量的增加，COD和濁COD、濁度和SS的去除率分別達(dá)到61.4%、86.6%和94.5%，處理效果較好。

圖4 PAM投加量對(duì)廢水混凝效果的影響Fig.4 The influence of PAM dosage on coagulation effect

［1］ 王艷芹，袁長(zhǎng)波，姚利，等.生物巢厭氧反應(yīng)器處理奶牛養(yǎng)殖廢水效果研究［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，18（15）：109－114.

［2］ 張仕立.奶牛場(chǎng)廢水綜合處理工藝研究［D］.鄭州大學(xué)，2006.

［3］ 劉范嘉，付華平，劉建闊，等.混凝沉淀法處理城鎮(zhèn)污水廠污泥水的研究，2011，27（5）：96－98.

［4］ 史武元.混凝沉淀－UASB對(duì)垃圾滲濾液預(yù)處理研究［D］.安徽工業(yè)大學(xué)，2012.

［5］ 李亞峰，陳思榮.混凝沉淀法處理屠宰廢水的試驗(yàn)研究［J］.化工給排水設(shè)計(jì)，1995（4）：15－18.

［6］ 韓 冬，安興才，李 杰.混凝沉淀法處理馬鈴薯淀粉廢水的應(yīng)用研究［J］.水處理技術(shù)，2009，35（2）：68－71.

［7］ Boye B，F(xiàn)arnia G，Sandona G，et al.Removal of vegetal tannins from wastewater by electroprecipitation combinedwith electrogenerated Fenton oxidation［J］.Journal of Applied Electrochemistry，2005，35（4）：369－374.

［8］ 杜顯云，范 彬，范榮桂，等.生活污水正交混凝沉淀實(shí)驗(yàn)研究［J］.能源環(huán)境保護(hù)，2006，20（2）：36－39.