不同絮凝剂对养猪沼液废水混凝效果研究*

陆健刚

（江西水利职业学院，江西 南昌 330013）

养猪废水主要来源于生猪的尿液、粪便以及猪栏的清洗废水[1]，废水水量的多少以及水质的好坏与养殖规模、所用饲料种类、生猪品种、猪场地理位置、气候环境条件以及粪便清理方式等因素有关[1]。养殖废水进入地下后可造成地下水中溶解氧下降、硝酸盐氮及亚硝酸盐氮浓度升高，有毒有害物质积累过多，土壤质量严重下降，甚至会造成农作物的减产或死亡[1]。

养猪废水具有有机污染负荷高、水温低、用水量大、成分复杂、BOD和COD比值高等特点[1]，因此，养猪废水的高效处理一直是广大学者研究的重难点。目前，养猪废水处理主要有工业处理法和生态处理法两种，工业处理法又可分为物理处理法、物理-化学处理法以及生物处理法[1]，这些技术的快速发展为解决我国养猪废水污染重提供了巨大的帮助，如薛同站等[9]采用“UASB-SBR-人工湿地”复合工艺处理养猪废水发现，该工艺处理后可使NH3-N 含量低于 25mg·L-1；吴先威等[10]发现“三维电化学+ABR+生物接触氧化工艺对养猪废水氮含量去除效果较好；吴薇等[11]认为通过太阳能曝气作为人工湿地处理养猪废水的预处理工艺时可使废水达到较好的去除效果；赵世林等[12]采用序批式A2/O工艺处理养殖废水时发现，废水中氮磷比对处理效果影响较大。由于养猪废水经沼液发酵后碳氮比较低[13]，本文拟通过絮凝沉淀技术提高废水可生化性、研究在不同絮凝剂投加量、沉淀时间以及不同废水pH值下废水混凝沉淀效果。

2 试验与方法

选取江西省鹰潭市某规模化养猪厂的养猪废水为研究对象，该猪场现有生猪3000余头，夏季时每日废水排放量约70m3，该猪场废水主要有生猪粪便、尿液以及冲洗废水。该养猪场废水经格栅等固液分离后进入沼气池发酵、再经SBR工艺处理。本试验选取沼液废水为试验用水，试验时选取废水COD、氨氮、悬浮物及TP为检测指标，废水进沼气池前的水质、以及行业标准（《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001））见表 1，各水质监测方法严格按照相关规范[15]进行。

表1 进、出水水质及行业标准Fig.1 Inlet and outlet water quality and industry standards

试验所需装置包括搅拌器、1000ml烧杯、1000mL量筒，试验共分3组进行，每组分别添加提前配置好的聚合氯化铝 PAC（150g·L-1）、聚合硫酸铝 PFS（50g·L-1）、聚丙烯酰胺 PAM（5g·L-1），每组又分10个量筒试验。试验步骤如下：（1）先于每组的10个烧杯中加入1000mL沼液废水并置于搅拌器桌面上；（2）将搅拌叶片置于量筒中间，设置搅拌条件为：200r/min 搅拌 5min、50r·min-1搅拌 15min；（3） 在烧杯中依次滴加 3、6、9、12、15、18、21、24、27及30mL对应的聚合氯化铝，随后启动搅拌装置；（4）搅拌结束后将烧杯中废水全部倒入对应的量筒中，随后观察絮凝体沉降过程，静置30min后分别测取各量筒中废水水质；（5）按此步骤进行下一组絮凝剂试验（分别添加聚丙烯酰胺及聚合硫酸铝）。

下文采用污染物去除率来表征混凝效果，去除率计算公式如下：

式中 η：污染物去除率，%；C0：投加混凝剂前各水质指标浓度，mg·L-1；C1：搅拌静置后废水中各水质指标浓度，mg·L-1。

3 结果与分析

絮凝沉淀是一种既经济又简单的废水处理技术，对于一些浓度较大的废水预处理工艺中应用较多，废水经絮凝沉淀后色度、悬浮物等感官性指标会明显下降，但沉淀的好坏与絮凝剂用量、浓度、种类以及沉淀静置时间等因素有关，一般情况下，絮凝剂用量越多沉淀效果越好，但絮凝剂达到一定量后继续增加，沉淀效果反而有所下降，下文对比3组试验在不同絮凝剂投加量下废水中悬浮物、NH3-N、COD以及TP含量，以期找出混凝法预处理养猪废水时最佳混凝剂以及投加量。

3.1 不同PAC投加量下废水混凝效果

当采用聚合氯化铝为混凝剂时，搅拌静置30min后不同PAC投加量各水质指标去除率结果见图1。

图1 不同PAC投加量下各水质指标去除率Fig.1 Removal rate of various water quality indicators under different PAC dosages

由图1可知，当PAC投加量从3mL增至30mL时，NH3-N去除率变化无明显规律，一直稳定在13.8%～15.3%范围内波动，说明以PAC投加量的多少对废水中氨氮去除效果不明显；当PAC投加量从3ml增至 24mL时，COD去除率由 31.6%增至53.4%，当用量继续增加时，COD去除率开始下降，当用量为30mL时COD去除率为47.4%，说明为使COD去除率达到最佳应控制PAC用量为24mL；SS去除率随PAC用量增加逐渐增大，当PAC用量由3mL增至27mL时，SS去除率由23.4%增至40.1%，当PAC用量为30mL时，SS去除率为40.3%，去除率几乎没用增长，说明为使SS去除率达到最佳应控制PAC用量为27mL；随PAC用量的增加，废水中TP去除率大幅度的上升，由33.5%增至69.5%，说明PAC用于养猪废水中TP含量的降低效果较好。

综上，当PAC用量为24mL时，COD去除率为53.4%，达到最大值，SS去除率为39.1%，但与去除率最大值仅相差约1%，不同PAC投加量下NH3-N去除率变化不明显，TP去除率随投加量增加而增大，故在保证经济性的前提下，为达到较好的去除率，应控制PAC投加量为24mL。

3.2 不同PFS投加量下废水混凝效果

当采用聚合硫酸铝为混凝剂时，静置30min后不同PFS投加量下各水质指标去除率结果见图2。

图2 不同PFS投加量下各水质指标去除率Fig.2 Removal rate of various water quality indicators under different PFS dosages

由图2可知，当PFS投加量从3mL增至30mL时，NH3-N去除率变化无明显规律，去除率比PAC为混凝剂时的去除率要低，去除率保持在4.5%～7%范围内，说明以PAF投加量的多少对废水中NH3-N去除效果不明显；当PAC投加量从3mL增至30mL时，COD去除率由52.3%增至71.5%，采用PFS为混凝剂COD去除效果远优于PAC为混凝剂，当PFS用量达到21mL时，COD去除率为69.3%，后面PFS用量增加9mL去除率仅增加3%；相PAC作为混凝剂，PAF作为混凝剂时SS去除率明显更高，SS去除率随PAC用量增加先逐渐增大后略有降低，当PFS用量由3mL增至27mL时，SS去除率由37.8%增至56.1%，当PFS用量继续增至30mL时，SS去除率反而降低至54.2%；随PFS用量的增加，废水中TP去除率大幅度的上升，由31.4%增至76.5%，去除率变化曲线以及增幅速度与PAC作为混凝剂时相差不大，说明PFS用于养猪废水中TP含量的降低效果较好。

综上，COD去除率虽然随PFS用量增加而逐渐增大，但当PFS用量为21mL时，COD去除率为69.3%，与去除率最大值仅相差3%，SS去除率虽然在PFS用量为27mL时达到最大值56.1%，但当PFS投加量为21mL时，SS去除率为54.5%，与最大值56.1%仅相差1.6%；TP去除率虽然随PFS投加量增加而大幅度增大，但当PFS投加量为21mL时，TP去除率也有62.3，考虑到PFS市场价格较高，故在保证经济性的前提下，为达到较好的去除率，在处理养猪废水时建议PFS投加量为21mL。

3.3 不同PAM投加量下废水混凝效果

当采用聚丙烯酰胺为混凝剂时，静置30min后不同PAM投加量下各水质指标去除率结果见图3。

图3 不同PAM投加量下各水质指标去除率Fig.3 Removal rate of various water quality indicators under different PFS dosages

由图3可知，当PAM投加量从3mL增至30mL时，NH3-N去除率虽然变化不明显，但去除率在3种混凝剂中是最高的，去除率在12.5%～19.4%范围内波动；当PAC投加量从3mL增至30mL时，COD去除率先增加后减小，当PAC投加量为3mL时，COD去除率为51.3%，随后继续增大至65.8%（PAM投加量为24mL），当PAM投加量继续增大时，COD去除率逐渐降低，当PAM投加量为30mL时，COD去除率降至61.5%；，PAM作为混凝剂时SS去除率在3种混凝剂中效果最好，SS去除率也是随PAM用量增加先逐渐增大后略有降低，当PFS用量由3mL增至27mL时，SS去除率由48.9%增至74.1%，当PFS用量继续增至30mL时，SS去除率反而降低至71.3%；随PFS用量的增加，废水中TP去除率逐渐增大，由32.7%增至55.2%，但仅针对TP这一水质指标而言，PAF混凝效果没有PFS好。

综上，COD去除率虽然随PFS用量先上升后下降，但当PFS用量为24mL时，COD去除率为65.8%（最大值），当PAM用量为15mL时，COD去除率为58.1%，与最大值相差7.7%；SS去除率虽然在PFS用量为27mL时达到最大值74.1%，但当PAM投加量为15mL是，SS去除率为66.2%，与最大值56.1%相差7.9%；TP去除率虽然随PFS投加量先增大后较小，当PFS投加量为15mL时，TP去除率达到最大值64.2%，由于PAM售价较高，故只要污染物去除率达到一定的效果应尽力较小PAM的应用，因此，在处理养猪废水时建议PAM投加量为15mL。

4 结论

为探究养猪废水中沼液废水在添加不同混凝剂下污染物的去除效果，本文共设计了3组量筒试验，在搅拌前分别投加不同剂量的聚合氯化铝PAC（150g·L-1）、聚合硫酸铝 PFS（50g·L-1）、聚丙烯酰胺PAM（5g·L-1），每组试验进行 10 个量筒试验，搅拌后静置30min，分别测定了废水中COD、SS、NH3-N及TP含量，计算出了污染物去除率，结果表明：处理养猪废水中沼液废水时，为使污染物达到较好的去除效果，在保证经济的前提下，建议控制PAC投加量为24mL、PFS用量为21mL、PAM用量为15mL。