加压溶气气浮机对养猪废水预处理的应用研究

刘建生

（莆田市环境保护科学研究所 深圳莆田 351100）

引言

我国作为全球第一大生猪养殖大国，养猪业在现代经济发展中占有举足轻重的地位，但同时也带来了颇具挑战的环境污染问题。一个万头猪场日排粪尿污水高达100-150t，要净化这些粪便和废水难度较大，而经污水处理后要长期达到国家排放标准就需要大量的投资和高额的运转费，也就增加了养猪过程中的成本。养殖场产生的粪污排放造成地表水、地下水、土壤和环境空气的严重污染，直接影响了人们的身体健康，而未经处理的粪污中含有大量污染物质，若此种有机废水直接排入或随雨水冲刷进入江河湖库，大量消耗水体中的溶解氧，使水体变黑发臭，造成水体污染。

养猪废水目前主要采用的的处理方法是生化法，由于原水水质比较复杂，导致处理程度低，出水达不到排放要求，造成处理效果非常不好。目前主要应用的预处理方法有很多，在2013年，黄海波，呼世斌等人[1]以COD质量浓度超过30000mg/L有机养猪废水为研究对象,研究硫酸铁、硫酸铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝钾、聚合氯化铝、壳聚糖6种絮凝剂对该废水浊度、COD、NH3-N、TP、BOD5的影响，且经6种絮凝剂处理后,水质BOD5/COD依次为0.415,0.504,0.424,0.505,0.379,0.135,除壳聚糖外,生物可降解性均比原废水提高，该方法对高质量浓度养猪废水的预处理有一定的成就；在2014年，徐畅[2]在降低沼液中氨氮的前提上，利用斜生栅藻净化养猪沼液，在成本低、操作简单的基本上取得一定的成绩；早在2004年，晏波[3]等人就针对含NH3-N浓度在200-1000mg/L范围的工业废水和养殖业废水提出磷酸铵镁沉淀的脱氮预处理方法，在当时也是取得良好的成绩，从而对养殖废水的预处理引起重视；现如今，我国各地目前的水污染情况十分严重，水资源过度开采，部分地区已经危害到人畜的生活和生存，在这样的背景下，水的处理和净化更加受到国家和业界的高度重视，作为一种重要的水处理方法，气浮净水技术已经在我国得到了广泛地应用和研究。气浮技术不仅在含有藻类的、低温低浊的和受到轻度污染的给水水体净化中效果良好，而且在印染、造纸、炼油和餐饮等废水的处理中也取得了较好的效果[4－6]。

前期已经对加压溶气气浮的设计有了一定的研究，以养猪废水为主要对象，如果养殖废水中的磷含量过多而排放会容易造成管道结晶以及微生物生长膜的堵塞,所以以磷作为一个最关键的限制性因素来重点监控，文章以加药量PAC浓度，PAM浓度，PAC流量，PAM流量，溶气压力为变量，研究加压溶气气浮机应用到养猪废水预处理的各项指标的影响。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

（1）养殖废水：来源于莆田鸿兴禽畜良种有限公司。

（2）加压溶气气浮机：型号为CF-15，处理量为15m3/h。

（3）絮凝剂PAC:PAC是常用的无机盐混凝剂，是聚合氯化铝，PAC的作用是通过它或者它的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四个方面的作用完成的。

（4）助凝剂PAM:PAM为聚丙烯酰胺，阴离子型。

1.2 实验方法

1.2.1 加药量对养猪废水中各污染物浓度的影响

①PAC浓度对养猪废水中各污染物浓度的影响。选取在PAM浓度为1mg/L,PAC流量为40mL，PAM流量为20mL的条件下，分别投加40mL浓度为25mg/L、50mg/L以及75mg/L的PAC，根据各污染物浓度的结果分析实验。

②PAM浓度对养猪废水中各污染物浓度的影响。选取在PAC浓度50mg/L,PAM流量为20mL，PAC流量为40mL的条件下，分别投加20mL浓度为0.5mg/L、1.0mg/L以及1.5mg/L的PAM，根据各污染物浓度的结果分析实验。

③PAC流量对养猪废水中各污染物浓度的影响。选取在PAC浓度为50mg/L,PAM流量为20mL，PAM浓度为0.5mg/L的条件下，分别投加浓度为50mg/L的PAC 20mL、40mL以及60mL，根据各污染物浓度的结果分析实验。

④PAM流量对养猪废水中各污染物浓度的影响。选取在PAM浓度为0.5mg/L,PAC流量为60mL，PAC浓度为50 mg/L的条件下，分别投加浓度为0.5mg/L的PAM 10mL、20mL以及30mL，根据各污染物浓度的结果分析实验。

1.2.2 溶气压力对养猪废水中各污染物浓度的影响

在最优条件PAC及PAM浓度和流量下，分别控制溶气压力在0.3Mpa、0.4Mpa以及0.5Mpa，研究在这三个不同的溶气压力下，各污染物浓度的变化。

2 实验结果与分析

2.1 加药量对养猪废水中各污染物浓度的影响结果

2.1.1 加药量PAC浓度对养猪废水中各污染物浓度的影响结果与分析

图1 加药量PAC浓度对养猪废水中各污染物浓度的影响

图1 是加药量PAC浓度对养猪废水中各污染物浓度的影响结果柱状图。从图1可以看出以总磷作为一个最关键的限制性因素来重点监控的情况下，在其他因素均相同且适宜的情况下，我们从第一组可以看出当PAC浓度为25mg/L的情况下，总磷的去除率达到62.3%，达到了良好的效果；当加入40mL相同流量、浓度为50mg/L的PAC时，去除率还在不断升高；但是从图1第三组我们可以看出，PAC浓度为75mg/L的条件下，去除率相对于前两组有一个明显的下降，说明任何水处理的方法都是有局限性的，不是絮凝剂浓度越高，达到的去除效果就越好。所以当PAC浓度控制在50mg/L的时候，预处理达到的效果最好；而且在PAC浓度为50mg/L的条件下，养殖废水中的COD浓度和氨氮浓度相对于处理前也有明显的降低；故在PAM浓度为1mg/L,PAC流量为40mL，PAM流量为20mL的条件下，投加50mg/L的絮凝剂PAC处理效果最优。

2.1.2 加药量PAM浓度对养猪废水中各污染物浓度的影响结果与分析

图2 加药量PAM浓度对养猪废水中各污染物浓度的影响

图2 是加药量PAM浓度对养猪废水中各污染物浓度的影响结果柱状图。从图2可以看出以总磷作为最终选择的一个标准来重点监控的情况下，在其他因素均相同且适宜的情况下，我们从第一组可以看出当PAM浓度为0.5mg/L的情况下，总磷的去除率达到66.9%，达到了良好的效果；当加入浓度为1.0mg/L、相同流量的PAM时，去除率呈大量下降的状态；从图1第三组我们可以看出，PAM浓度为1.5mg/L的条件下，去除率相对于第一组还是有一个明显的下降，说明任何水处理的方法都是有限的，不是助凝剂浓度越高，达到的去除效果就越好。所以当PAM浓度控制在0.5mg/L的时候，预处理达到的效果最好；而且在PAM浓度为0.5mg/L的条件下，养殖废水中的COD浓度和氨氮浓度相对于处理前也有明显的降低；故在PAC浓度50mg/L,PAM流量为20mL，PAC流量为40mL的条件下，投加0.5mg/L的助凝剂PAM处理效果最好。

2.1.3 加药量PAC流量对养猪废水中各污染物浓度的影响结果与分析

图3 加药量PAC流量对养猪废水中各污染物浓度的影响

图3 是加药量PAC流量对养猪废水中各污染物浓度的影响结果柱状图。从图3可以看出以总磷作为一个最关键的限制性因素来重点监控的情况下，在其他因素均相同且适宜的情况下，我们从第一组可以看出当PAC流量为20mL的情况下，总磷的去除率达到39.4%，达到一个初期相对较好的效果；当加入40mL相同浓度的PAC时，去除率还在不断升高；然后从图1第三组我们可以看出，PAC流量为60mL的条件下，去除率相对于前两组又有一个明显的提高，说明絮凝剂流量越多，达到的去除效果就越好。所以当PAC流量控制在60mL的时候，预处理达到的效果最好；而且在PAC流量为60mL的条件下，养殖废水中的COD浓度和氨氮浓度相对于处理前也有明显的降低；故在PAC浓度为50mg/L,PAM流量为20mL，PAM浓度为0.5mg/L的条件下，投加50mg/L的絮凝剂PAC60mL处理效果最优。

2.1.4 加药量PAM流量对养猪废水中各污染物浓度的影响结果与分析

图4 加药量PAM流量对养猪废水中各污染物浓度的影响

图4 是加药量PAM流量对养猪废水中各污染物浓度的影响结果柱状图。从图4可以看出以总磷作为最终选择的一个标准来重点监控的情况下，在其他因素均相同且适宜的情况下，我们从第一组可以看出当PAM流量为10mL的情况下，总磷的去除率达到68.5%，达到了一个良好的效果；当加入20mL相同浓度的PAM时，去除率呈小幅度下降的状态；从图1第三组我们可以看出，PAM流量为30mL的条件下，去除率相对于第一组和第二组还是有一个明显的下降，说明任何水处理的方法都是有限的，不是助凝剂流量越多，达到的去除效果就越好。所以当PAM流量控制在10mL的时候，预处理达到的效果最好；而且在PAM流量为10mL的条件下，养殖废水中的COD浓度和氨氮浓度相对于处理前也有明显的降低；故在PAM浓度为0.5mg/L,PAC流量为60mL，PAC浓度为50 mg/L的条件下，投加0.5mg/L的助凝剂PAM10mL处理效果最好。

2.2 溶气压力对养猪废水中各污染物浓度的影响结果

图5 溶气压力对养猪废水中各污染物浓度影响

图5 是溶气压力对养猪废水中各污染物浓度的影响结果柱状图。从图5可以看出当我们以最优条件PAC浓度为50mg/L，流量为40mL，PAM浓度为1.0 mg/L，流量为20mL的条件下来控制溶气压力，以总磷作为最终选择的一个标准来重点监控的情况下看，当压力控制在0.3 Mpa的条件下，总磷的去除率达到77.2%，达到了一个相对良好的效果；当压力控制在0.4Mpa的条件下，总磷的去除率达到81.3%，比没有使用溶气压力的最优条件下提高4.3%，而且COD和氨氮也相对于最优条件提高了4.9%和6.2%，呈比较好的一个现象；从图5第三组我们可以看出，当压力控制在0.5Mpa的条件下，去除率相对都没有第一和第二组来的效果好，说明任何方法和控制都是有限的，不是压力越大，达到的去除效果越好。所以当压力控制在0.4Mpa的时候，预处理达到的效果最好，而且在压力控制在0.4Mpa的条件下，养殖废水中的COD浓度和氨氮浓度相对于没有控制溶气压力前也是有所降低的；故在PAC浓度为50mg/L，流量为40mL，PAM浓度为1.0 mg/L，流量为20mL的条件下，控制溶气压力在0.4Mpa时处理效果最好。

结语

（1）加压溶气气浮机运用在预处理中取得较好的效果。

（2）根据实验结果以及图表可以直观看出在PAC浓度为50mg/L，流量为40mL，PAM浓度为1.0 mg/L，流量为20mL的条件下，此指标下得到的预处理效果最优；以及在最优加药量的作用下，0.4Mpa的溶气压力预处理效果最好。