混凝沉淀法处理奶牛养殖废水的试验研究＊

祁福利

（1.中国地质大学（武汉）环境与资源学院，湖北武汉，430074；2.中国人民解放军哈尔滨陆军预备役防化团，黑龙江哈尔滨，150027；3.黑龙江省九O四水文地质工程地质勘察院，黑龙江哈尔滨，150027）

随着我国集约化养殖业的快速发展，在提高生产效率和经济效益的同时，也造成了粪尿过度集中和冲洗水量的增加，给生态环境带来了极大的压力［1］。奶牛饲养及奶制品生产中排放大量的污染物，给人类及其它生物的生存环境带来了巨大的压力，畜牧养殖污染已成为环境保护不可忽视的污染源。

奶牛养殖厂排放废水主要由尿液、粪便和饲料残渣、挤奶车间冲洗水组成，其中冲洗水比例较大。废水中有机物、悬浮物、氨氮含量较高，并伴随很多的致病微生物。一般奶牛养殖废水的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）高达300～8000 mg／L，氨氮高达200～2200mg／L，SS（悬浮物，Suspended Substance，SS）严重超标［2］。此外废水中含有大量的N、P、蛋白质、脂肪等营养物质，废水碳氮比一般为0.35～0.6，可生化性较好。由于养殖废水中一般悬浮物含量较高，若将其直接处理会提高处理难度和处理成本，因此养殖废水在进入生化反应处理前进行预处理可以降低后续处理单元的负荷。混凝沉淀法是废水预处理常用的工艺之一，与其他物理化学法相比，具有出水水质好、工艺运行稳定、经济实用、操作简便等优点，近年来受到越来越多学者的广泛关注［3－4］。本文通过采用混凝沉淀法对奶牛养殖废水中COD、SS和浊度进行去除的试验研究，以分析不同混凝剂、混凝剂投加量、pH和助凝剂等对废水处理效果的影响，并确定混凝沉淀处理奶牛养殖废水的最佳参数。

1 材料与方法

1.1 试验用水

试验用水取自抚顺某集约化奶牛养殖厂，其水质见表1所示。

1.2 分析项目及监测方法

COD用快速密闭消解法；SS用标准重量法；NTU用分光光度法；pH用玻璃电极法。

1.3 试验方法

（1）取四组废水，每组500mL于烧杯中，用1 mol／L的盐酸和1%的氢氧化钠调节pH值至7.0，分别加入适量的聚合氯化铝（Polyaluminium Chloride，PAC）、硫酸亚铁（FeSO4）、三氯化铁（FeCl3）和硫酸铝钾（明矾），在搅拌器下以300r／min快速搅拌10s，然后再以120r／min慢速搅拌20s，再快速搅拌5min，然后静置30min，取上清液测定COD、浊度和SS，多次重复以上试验取平均值作为试验结果。

（2）取12组废水，每组500mL于烧杯中，调节pH为7.0，分别投加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的混凝剂PAC，在相同的搅拌时间、搅拌强度和静沉时间下进行混凝试验，取上清液测定COD、浊度和SS，多次重复以上试验取平均值作为试验结果。

表1 试验用水水质Table 1 Test water quality

（3）分别调节pH分别为1、3、5、7、9和11，按照步骤（1）的搅拌和沉淀方法进行试验，取上清液测COD、浊度和SS，多次重复以上试验取平均值作为试验结果。

（4）采用聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）作为助凝剂，向废水中投加150mg／L的PAC，调节pH为7.0，快速搅拌形成微絮凝体，再投加浓度为1mg／L、2mg／L、3mg／L、4mg／L、5mg／L的PAM，取上清液测定COD、浊度和SS，多次重复以上试验取平均值作为试验结果。

1.4 数据处理

图1 不同混凝剂对奶牛养殖废水的处理效果Fig.1 The treatment effect of dairy cattle breeding wastewater with different coagulants

试验数据用Excel 2007进行分析，结果采用平均值表示。150mg／L时，COD、浊度和SS的去除率分别为48.2%、68.6%和77.3%，之后随着投加量的增大，COD去除率明显下降，在投加量为200mg／L时，浊度和SS的去除率分别为72%和78.7%，虽去除效果有所增加，但幅度不大，同时投药量的增加也导致实际运行成本的增加。因此综合考虑各指标的去除率及去除效果，奶牛养殖废水混凝沉淀PAC投加量为50mg／L为宜。

2 结果与分析

2.1 不同混凝剂的对比试验

不同种类的混凝剂对比试验结果见图1。从图1可以看出FeSO4混凝效果较差，原因是奶牛养殖废水属中性，Fe2＋很难形成絮体，而其他混凝剂适用pH范围较广，易于形成絮体，沉淀效果较好［5－6］。PAC的混凝效果最好，COD、浊度、SS的去除率分别达到57.3%、73.9%和52.7%。因此PAC可作为奶牛养殖废水混凝沉淀的药剂。

2.2 混凝剂投加量对处理效果的影响

PAC通过自身及其水解产物的压缩双电层、电性中和、卷带网捕以及吸附桥连等作用降低水中的颗粒物和胶体浓度。

混凝剂PAC的投加量对废水各指标的去除率有较大影响。如图2所示，随着PAC投量的增加，COD、浊度和SS去除率都有较大提高，但并非混凝剂投加量越多去除效果越好。在PAC投加量为

图2 混凝剂投加量对废水混凝效果的影响Fig.2 The influence of coagulant dosage on coagulation effect

2.3 pH对处理效果的影响

pH对混凝效果的影响如图3所示。试验结果显示在pH为11.0时，各指标的去除效果最好，COD、浊度和SS的去除率分别为61.4%、67.3%和51.7%，而pH为7.0时，去除率分别为58.9%、60.3%和48.3%，在工程实际中若调节废水pH为11.0，势必会增加成本，并且出水pH过高会对后续生化处理产生影响，因此在工程实际运行中调节pH为7.0左右为宜。

2.4 助凝剂PAM投加量对处理效果的影响

絮凝理论提出，采用无机絮凝剂时，向废水中投加高分子助凝剂［7－8］，可以促进絮凝体的形成，提高混凝效果。PAM是国内常用的非离子型高分子絮凝剂，分子量150～900万，具有在颗粒间形成更大的絮体由此产生的巨大表面吸附作用。本实验采用PAM作为助凝剂，考察其投加量对废水处理效果度的去除率有所增加，但SS的去除率降低。因此本试验选用最佳PAM投加量为4mg／L。

图3 pH对混凝效果的影响Fig.3 The influence of pH on coagulation effect

3 讨 论

采用混凝沉淀处理奶牛养殖废水效果较好，它可以降低废水中有机物和悬浮物浓度，降低后续生物处理负荷，有助于提高出水水质。混凝剂种类、投加量、pH和助凝剂PAM投加量对混凝效果都有其不同程度的影响。采用聚合氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁和硫酸铝钾对奶牛养殖废水混凝预处理，聚合氯化铝的混凝效果较好，废水COD、浊度和SS的去除率分别为57.3%、73.9%和52.7%。聚合氯化铝作为有机高分子絮凝剂在碱性条件下更易形成大颗粒絮体，较采用无机絮凝剂有更好的混凝效果。此外，采用PAM作助凝剂，也能提高PAC的混凝效果。

4 结 论

混凝沉淀法能够有效降低奶牛养殖废水中的有机物和悬浮物浓度。聚合氯化铝作混凝剂与硫酸亚铁、三氯化铁和硫酸铝钾相比，显示出较好的混凝效果。在聚合氯化铝投加量为150mg／L、溶液pH为11.0、助凝剂PAM的投加量为4mg／L时，废水的影响。向废水中投加150mg／L的PAC，快速搅拌形成微絮凝体，再投加不同浓度的PAM进行吸附架桥，其试验结果如图4所示。

由图4可以看出，PAM的投加提高了混凝效果，并且随着PAM的投加量增加，各指标的去除效果逐渐提高，在PAM投加量为4mg／L时，COD、浊度、SS的去除率分别为61.4%、86.6%和94.5%，之后随着PAM投加量的增加，COD和浊COD、浊度和SS的去除率分别达到61.4%、86.6%和94.5%，处理效果较好。

图4 PAM投加量对废水混凝效果的影响Fig.4 The influence of PAM dosage on coagulation effect

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