奶牛场养殖污水混凝处理的试验研究

丁昕颖，张淑芬，付 龙，王 振

(黑龙江省畜牧研究所，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

黑龙江省畜禽养殖量大，致使畜禽粪污产生量大，部分养殖场不具备处理条件仍以简单处理为主要方式，环境污染状况不容乐观。据行业统计，2014年规模畜禽养殖化学需氧量为1049万吨，占当年全国总排放量的45%，占农业源排污总量的95%。2015年黑龙江省化学需氧量排放量达到了139.3万吨。《黑龙江省“十三五”节能减排综合工作方案》中提出至2020年，化学需氧量排放总量控制在130.91万吨以内，比2015年下降6%。

规模化奶牛养殖场粪污量大且集中，其中COD、TP等污染物含量高且严重超标。如不经处理直接、大量地用于灌溉土地，超过土地本身的自净能力，会破坏土壤原有的基本功能，导致土壤孔隙堵塞，影响土壤质量，引起土壤环境恶化[1]；如进入水体，会导致水体富营养化，使原有水体丧失饮用或灌溉价值。污水中还有大量的致病菌和寄生虫卵，如不进行无害化处理会污染环境，而环境的污染又反过来导致畜禽传染病和寄生虫的蔓延和发展，这也是影响畜禽生产水平的直接原因。畜禽粪污对于环境将造成较持久性的污染，极难治理恢复。但目前畜禽养殖场污水处理工程是关系到生态环境保护的公益性工程，经济回报率低，在建设和实际运行过程中常常受到资金的限制。2018年1月1日起施行的《中华人民共和国环境保护税法》规定“达到省级人民政府确定的规模标准并且有污染物排放口的畜禽养殖场，应当依法缴纳环境保护税”。养殖业的环保压力日益增加，对养殖废弃物进行合理的综合利用或无害化处理是必然的发展趋势。因此研究一种适合畜禽场污水处理新工艺，从而降低污水处理的投资和运行费用、节省用地、管理方便、出水水质好、能达到综合利用的要求，对我国国民经济和社会发展及环境保护具有十分重要的意义。

混凝法作为国内外水处理领域最常用的方法，具有操作简便、效率高等优点，也是我国污水处理最主要的方法之一。混凝过程是通过向污水中投加混凝药剂，使水溶液中的杂质、细小悬浮颗粒及胶体微粒凝聚成较粗大的絮团而沉淀，然后与水分离，使污水得到净化。本研究旨在更有针对性地考察混凝法去除养殖污水中污染物的能力，为最终能够完善养殖污水处理新工艺提供试验依据，进而推进养殖业与环境的协调发展。

1 实验方法

在奶牛养殖场污水氧化塘进水口采集新鲜污水。试验前将采集的污水混匀以确保当次实验各组水质一致。取1 L烧杯，加入500 mL污水，投加不同剂量混凝剂，使用数显定时恒温磁力搅拌器搅拌。混凝剂分别选用生石灰(按质量比1‰、3‰、5‰、7‰)和聚合氯化铝(PAC)(90 mg/L、210 mg/L、300 mg/L、360 mg/L)，隔夜沉降。取液面下10 cm清液，测定总磷(GB 11893-89 水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法)、化学需氧量(GB 11914-89 水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法)及浊度(GB 13200-91 水质 浊度的测定)，并计算各指标去除率。

2 结果与讨论

经过混凝处理，污水中各项指标均出现明显的变化。随着混凝剂在污水中作用产生絮状沉淀，污水的浊度明显下降，上层液逐渐清澈透明。但由于混凝剂不同及投加量不同，处理效果也不同。

图1 不同生石灰投加量的处理效果

根据图1可明显的看出，随着生石灰投加量的增加，三项指标的去除率迅速提升后逐渐持平，证明投加生石灰对去除污水中COD、TP以及浊度有比较明显的作用。但根据处理后水样的pH变化趋势来看，水样碱性随投加量的增加而增加，当投加量达到3‰以后，变化缓慢。所以确定3‰为生石灰的适宜投加量，COD、TP、浊度去除率分别为：77.78%、99.45%、93.63%。宋丰明[2]认为主要原因是大量的OH-包围了细小颗粒，破坏了细小颗粒对有机物的吸附作用。这一结果与肖敏的研究结果相同，当石灰添加量超过一定量时，COD去除效率明显下降[3]，但与其结果5‰不同，原因可能由于污水水质的不同。

图2 不同 PAC投加量的处理效果

由图表2可知，随着PAC投加量的增加，COD、TP以及浊度三个指标的去除率迅速提升后逐渐持平，与投加生石灰相同，但与之不同的是，PAC处理后水样的pH值有下降趋势但变化不大。随着PAC投加量的增大，COD的去除率变化趋缓且有一定的下降，这与苗欣宇[4]的研究结果一致。与投加生石灰相比较，PAC 作用时间短，沉淀速度快。当PAC投加量大于210 mg/L时，各指标去除率曲线变缓，同时沉积物会随投加量的增加而明显增加，考虑到实际应用中后续的沉积物压缩过滤以及产生污泥的量，所以认为PAC的适宜投加量为210 mg/L，此时，COD、TP、浊度去除率分别为：65.22%、96.43%、94.40%。

3 结论

通过试验结果发现过量投加并不会增进处理效果。生石灰用量过大时，出水pH值过高，不利于后续处理；聚合氯化铝作为混凝剂的处理能够明显改善水质，但过量添加也会造成出水中的残留铝问题，为保障环境及人畜安全，目前已引起高度重视[5]。由于养殖场污水水质具有实时性，各成分组成并不明确，所以应通过取样做烧杯试验来确定混凝剂的适宜投加量。通过综合各指标去除率的曲线，寻找曲线由快速升高到趋于平缓的拐点，多条曲线拐点集中的区域，即为该混凝剂的适宜投加量。如希望更加准确地捕捉到这一点，可以在该次试验选择出的适宜投加量附近再密集地选择一些量做混凝处理试验。该结果也可作为复合混凝剂烧杯试验梯度选择的参考，由于复合混凝剂各组分有协同作用，所以一般将该值作为该组分的最高投加量。提高不同混凝剂选择的准确度，在提高处理效果与资金投入比值的同时，可以达到节约处理成本的目的。