不同絮凝劑對養(yǎng)豬沼液廢水混凝效果研究*

陸健剛

（江西水利職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330013）

養(yǎng)豬廢水主要來源于生豬的尿液、糞便以及豬欄的清洗廢水[1]，廢水水量的多少以及水質(zhì)的好壞與養(yǎng)殖規(guī)模、所用飼料種類、生豬品種、豬場地理位置、氣候環(huán)境條件以及糞便清理方式等因素有關(guān)[1]。養(yǎng)殖廢水進(jìn)入地下后可造成地下水中溶解氧下降、硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮濃度升高，有毒有害物質(zhì)積累過多，土壤質(zhì)量嚴(yán)重下降，甚至?xí)斐赊r(nóng)作物的減產(chǎn)或死亡[1]。

養(yǎng)豬廢水具有有機(jī)污染負(fù)荷高、水溫低、用水量大、成分復(fù)雜、BOD和COD比值高等特點[1]，因此，養(yǎng)豬廢水的高效處理一直是廣大學(xué)者研究的重難點。目前，養(yǎng)豬廢水處理主要有工業(yè)處理法和生態(tài)處理法兩種，工業(yè)處理法又可分為物理處理法、物理-化學(xué)處理法以及生物處理法[1]，這些技術(shù)的快速發(fā)展為解決我國養(yǎng)豬廢水污染重提供了巨大的幫助，如薛同站等[9]采用“UASB-SBR-人工濕地”復(fù)合工藝處理養(yǎng)豬廢水發(fā)現(xiàn)，該工藝處理后可使NH3-N 含量低于 25mg·L-1；吳先威等[10]發(fā)現(xiàn)“三維電化學(xué)+ABR+生物接觸氧化工藝對養(yǎng)豬廢水氮含量去除效果較好；吳薇等[11]認(rèn)為通過太陽能曝氣作為人工濕地處理養(yǎng)豬廢水的預(yù)處理工藝時可使廢水達(dá)到較好的去除效果；趙世林等[12]采用序批式A2/O工藝處理養(yǎng)殖廢水時發(fā)現(xiàn)，廢水中氮磷比對處理效果影響較大。由于養(yǎng)豬廢水經(jīng)沼液發(fā)酵后碳氮比較低[13]，本文擬通過絮凝沉淀技術(shù)提高廢水可生化性、研究在不同絮凝劑投加量、沉淀時間以及不同廢水pH值下廢水混凝沉淀效果。

2 試驗與方法

選取江西省鷹潭市某規(guī)?；B(yǎng)豬廠的養(yǎng)豬廢水為研究對象，該豬場現(xiàn)有生豬3000余頭，夏季時每日廢水排放量約70m3，該豬場廢水主要有生豬糞便、尿液以及沖洗廢水。該養(yǎng)豬場廢水經(jīng)格柵等固液分離后進(jìn)入沼氣池發(fā)酵、再經(jīng)SBR工藝處理。本試驗選取沼液廢水為試驗用水，試驗時選取廢水COD、氨氮、懸浮物及TP為檢測指標(biāo)，廢水進(jìn)沼氣池前的水質(zhì)、以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18596-2001））見表 1，各水質(zhì)監(jiān)測方法嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范[15]進(jìn)行。

表1 進(jìn)、出水水質(zhì)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Fig.1 Inlet and outlet water quality and industry standards

試驗所需裝置包括攪拌器、1000ml燒杯、1000mL量筒，試驗共分3組進(jìn)行，每組分別添加提前配置好的聚合氯化鋁 PAC（150g·L-1）、聚合硫酸鋁 PFS（50g·L-1）、聚丙烯酰胺 PAM（5g·L-1），每組又分10個量筒試驗。試驗步驟如下：（1）先于每組的10個燒杯中加入1000mL沼液廢水并置于攪拌器桌面上；（2）將攪拌葉片置于量筒中間，設(shè)置攪拌條件為：200r/min 攪拌 5min、50r·min-1攪拌 15min；（3） 在燒杯中依次滴加 3、6、9、12、15、18、21、24、27及30mL對應(yīng)的聚合氯化鋁，隨后啟動攪拌裝置；（4）攪拌結(jié)束后將燒杯中廢水全部倒入對應(yīng)的量筒中，隨后觀察絮凝體沉降過程，靜置30min后分別測取各量筒中廢水水質(zhì)；（5）按此步驟進(jìn)行下一組絮凝劑試驗（分別添加聚丙烯酰胺及聚合硫酸鋁）。

下文采用污染物去除率來表征混凝效果，去除率計算公式如下：

式中 η：污染物去除率，%；C0：投加混凝劑前各水質(zhì)指標(biāo)濃度，mg·L-1；C1：攪拌靜置后廢水中各水質(zhì)指標(biāo)濃度，mg·L-1。

3 結(jié)果與分析

絮凝沉淀是一種既經(jīng)濟(jì)又簡單的廢水處理技術(shù)，對于一些濃度較大的廢水預(yù)處理工藝中應(yīng)用較多，廢水經(jīng)絮凝沉淀后色度、懸浮物等感官性指標(biāo)會明顯下降，但沉淀的好壞與絮凝劑用量、濃度、種類以及沉淀靜置時間等因素有關(guān)，一般情況下，絮凝劑用量越多沉淀效果越好，但絮凝劑達(dá)到一定量后繼續(xù)增加，沉淀效果反而有所下降，下文對比3組試驗在不同絮凝劑投加量下廢水中懸浮物、NH3-N、COD以及TP含量，以期找出混凝法預(yù)處理養(yǎng)豬廢水時最佳混凝劑以及投加量。

3.1 不同PAC投加量下廢水混凝效果

當(dāng)采用聚合氯化鋁為混凝劑時，攪拌靜置30min后不同PAC投加量各水質(zhì)指標(biāo)去除率結(jié)果見圖1。

圖1 不同PAC投加量下各水質(zhì)指標(biāo)去除率Fig.1 Removal rate of various water quality indicators under different PAC dosages

由圖1可知，當(dāng)PAC投加量從3mL增至30mL時，NH3-N去除率變化無明顯規(guī)律，一直穩(wěn)定在13.8%～15.3%范圍內(nèi)波動，說明以PAC投加量的多少對廢水中氨氮去除效果不明顯；當(dāng)PAC投加量從3ml增至 24mL時，COD去除率由 31.6%增至53.4%，當(dāng)用量繼續(xù)增加時，COD去除率開始下降，當(dāng)用量為30mL時COD去除率為47.4%，說明為使COD去除率達(dá)到最佳應(yīng)控制PAC用量為24mL；SS去除率隨PAC用量增加逐漸增大，當(dāng)PAC用量由3mL增至27mL時，SS去除率由23.4%增至40.1%，當(dāng)PAC用量為30mL時，SS去除率為40.3%，去除率幾乎沒用增長，說明為使SS去除率達(dá)到最佳應(yīng)控制PAC用量為27mL；隨PAC用量的增加，廢水中TP去除率大幅度的上升，由33.5%增至69.5%，說明PAC用于養(yǎng)豬廢水中TP含量的降低效果較好。

綜上，當(dāng)PAC用量為24mL時，COD去除率為53.4%，達(dá)到最大值，SS去除率為39.1%，但與去除率最大值僅相差約1%，不同PAC投加量下NH3-N去除率變化不明顯，TP去除率隨投加量增加而增大，故在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，為達(dá)到較好的去除率，應(yīng)控制PAC投加量為24mL。

3.2 不同PFS投加量下廢水混凝效果

當(dāng)采用聚合硫酸鋁為混凝劑時，靜置30min后不同PFS投加量下各水質(zhì)指標(biāo)去除率結(jié)果見圖2。

圖2 不同PFS投加量下各水質(zhì)指標(biāo)去除率Fig.2 Removal rate of various water quality indicators under different PFS dosages

由圖2可知，當(dāng)PFS投加量從3mL增至30mL時，NH3-N去除率變化無明顯規(guī)律，去除率比PAC為混凝劑時的去除率要低，去除率保持在4.5%～7%范圍內(nèi)，說明以PAF投加量的多少對廢水中NH3-N去除效果不明顯；當(dāng)PAC投加量從3mL增至30mL時，COD去除率由52.3%增至71.5%，采用PFS為混凝劑COD去除效果遠(yuǎn)優(yōu)于PAC為混凝劑，當(dāng)PFS用量達(dá)到21mL時，COD去除率為69.3%，后面PFS用量增加9mL去除率僅增加3%；相PAC作為混凝劑，PAF作為混凝劑時SS去除率明顯更高，SS去除率隨PAC用量增加先逐漸增大后略有降低，當(dāng)PFS用量由3mL增至27mL時，SS去除率由37.8%增至56.1%，當(dāng)PFS用量繼續(xù)增至30mL時，SS去除率反而降低至54.2%；隨PFS用量的增加，廢水中TP去除率大幅度的上升，由31.4%增至76.5%，去除率變化曲線以及增幅速度與PAC作為混凝劑時相差不大，說明PFS用于養(yǎng)豬廢水中TP含量的降低效果較好。

綜上，COD去除率雖然隨PFS用量增加而逐漸增大，但當(dāng)PFS用量為21mL時，COD去除率為69.3%，與去除率最大值僅相差3%，SS去除率雖然在PFS用量為27mL時達(dá)到最大值56.1%，但當(dāng)PFS投加量為21mL時，SS去除率為54.5%，與最大值56.1%僅相差1.6%；TP去除率雖然隨PFS投加量增加而大幅度增大，但當(dāng)PFS投加量為21mL時，TP去除率也有62.3，考慮到PFS市場價格較高，故在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下，為達(dá)到較好的去除率，在處理養(yǎng)豬廢水時建議PFS投加量為21mL。

3.3 不同PAM投加量下廢水混凝效果

當(dāng)采用聚丙烯酰胺為混凝劑時，靜置30min后不同PAM投加量下各水質(zhì)指標(biāo)去除率結(jié)果見圖3。

圖3 不同PAM投加量下各水質(zhì)指標(biāo)去除率Fig.3 Removal rate of various water quality indicators under different PFS dosages

由圖3可知，當(dāng)PAM投加量從3mL增至30mL時，NH3-N去除率雖然變化不明顯，但去除率在3種混凝劑中是最高的，去除率在12.5%～19.4%范圍內(nèi)波動；當(dāng)PAC投加量從3mL增至30mL時，COD去除率先增加后減小，當(dāng)PAC投加量為3mL時，COD去除率為51.3%，隨后繼續(xù)增大至65.8%（PAM投加量為24mL），當(dāng)PAM投加量繼續(xù)增大時，COD去除率逐漸降低，當(dāng)PAM投加量為30mL時，COD去除率降至61.5%；，PAM作為混凝劑時SS去除率在3種混凝劑中效果最好，SS去除率也是隨PAM用量增加先逐漸增大后略有降低，當(dāng)PFS用量由3mL增至27mL時，SS去除率由48.9%增至74.1%，當(dāng)PFS用量繼續(xù)增至30mL時，SS去除率反而降低至71.3%；隨PFS用量的增加，廢水中TP去除率逐漸增大，由32.7%增至55.2%，但僅針對TP這一水質(zhì)指標(biāo)而言，PAF混凝效果沒有PFS好。

綜上，COD去除率雖然隨PFS用量先上升后下降，但當(dāng)PFS用量為24mL時，COD去除率為65.8%（最大值），當(dāng)PAM用量為15mL時，COD去除率為58.1%，與最大值相差7.7%；SS去除率雖然在PFS用量為27mL時達(dá)到最大值74.1%，但當(dāng)PAM投加量為15mL是，SS去除率為66.2%，與最大值56.1%相差7.9%；TP去除率雖然隨PFS投加量先增大后較小，當(dāng)PFS投加量為15mL時，TP去除率達(dá)到最大值64.2%，由于PAM售價較高，故只要污染物去除率達(dá)到一定的效果應(yīng)盡力較小PAM的應(yīng)用，因此，在處理養(yǎng)豬廢水時建議PAM投加量為15mL。

4 結(jié)論

為探究養(yǎng)豬廢水中沼液廢水在添加不同混凝劑下污染物的去除效果，本文共設(shè)計了3組量筒試驗，在攪拌前分別投加不同劑量的聚合氯化鋁PAC（150g·L-1）、聚合硫酸鋁 PFS（50g·L-1）、聚丙烯酰胺PAM（5g·L-1），每組試驗進(jìn)行 10 個量筒試驗，攪拌后靜置30min，分別測定了廢水中COD、SS、NH3-N及TP含量，計算出了污染物去除率，結(jié)果表明：處理養(yǎng)豬廢水中沼液廢水時，為使污染物達(dá)到較好的去除效果，在保證經(jīng)濟(jì)的前提下，建議控制PAC投加量為24mL、PFS用量為21mL、PAM用量為15mL。