高浓度养牛废水化学絮凝预处理技术

书任秋慧，邹广彬，史吉平，等．高浓度养牛废水化学絮凝预处理技术［Ｊ］．江苏农业科学，２０１９，４７（１７）：３０９－３１２，３４６．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１９．１７．０７３高浓度养牛废水化学絮凝预处理技术任秋慧１，３，邹广彬２，史吉平３，颜薇芝３，刘莉３，廖鲜艳１（１．上海大学生命科学学院，上海２００４４４；２．光明生猪有限公司，江苏盐城２２４１５１；３．中国科学院上海高等研究院，上海２０１２１０）摘要：以高浓度养牛废水为研究对象，分别选用聚合氯化铝（ＰＡＣ）、聚合硫酸铁（ＰＦＳ）为絮凝剂，聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）为助凝剂，研究絮凝剂和助凝剂的种类及用量、絮凝搅拌速度、絮凝搅拌时间等工艺参数对养牛废水预处理效果的影响，确定最佳预处理条件为：向养牛废水中投加１．２％的ＰＦＳ２１％，３００ｒ／ｍｉｎ快速搅拌３０ｓ，１５０ｒ／ｍｉｎ中速絮凝搅拌５ｍｉｎ，然后投加４０ｍｇ／Ｌ分子量为１２００万的阳离子聚丙烯酰胺（ＣＰＡＭ），１５０ｒ／ｍｉｎ搅拌３０ｓ，５０ｒ／ｍｉｎ搅拌５ｍｉｎ，静置１ｈ。离心过筛后，测得上清液的浊度和化学需氧量（ＣＯＤ）分别为３．６ＮＴＵ和２８５．０ｍｇ／Ｌ，浊度去除率为９９．９２％，ＣＯＤ去除率为９４．５１％。采用絮凝剂ＰＦＳ和助凝剂ＣＰＡＭ配合使用对养牛废水预处理效果显著，为后续养牛废水的超滤－反渗透双膜法处理工艺提供了有利的条件。关键词：养牛废水；絮凝；预处理；聚合硫酸铁；聚合氯化铝中图分类号：Ｘ７０３文献标志码：Ａ文章编号：１００２－１３０２（２０１９）１７－０３０９－０４收稿日期：２０１８－０５－１６基金项目：上海市科学技术委员会项目（编号：１６ｄｚ１２０７１００）；上海市农业科技成果转化项目［编号：沪农科推字（２０１７）第１－９号］；中国科学院青年创新促进会专项（编号：２０１５２３２）。作者简介：任秋慧（１９９３—），女，四川剑阁人，硕士研究生，主要从事环境微生物学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｅｎ－ｑｉｕｈｕｉ＠１６３．ｃｏｍ。通信作者：廖鲜艳，博士，副教授，主要从事生物技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｙｌｉａｏ＠ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。近年来，我国的畜牧业保持持续稳定发展，规模化养殖水平明显提高，能够满足国民对肉蛋奶的需求。但同时，大量的养殖废弃物没有得到有效处理和合理利用，对环境造成不可忽视的污染。据预测，到２０２０年，我国畜禽粪污的排放量会达到４１亿ｔ［１－２］。为了树立和贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，坚持保供给与保环境并重，需要对养殖废弃物进行无害化处理和资源化利用［３－４］。长三角地区作为我国经济最发达的区域，在经济和社会迅速发展的同时，生态环境在一定程度上受到了破坏。尤其是久居不下的废水排放和源多面广的非点源污染，导致长三角区域水环境不断恶化［５］。养殖废水作为农业面源污染的重要来源之一［６］，具有高化学需氧量（ＣＯＤ）、高氨氮含量（ＮＨ４＋－Ｎ）、高磷、高固体悬浮物（ＳＳ）等特征［７］，一方面，就其本身来说，处理难度较大；另一方面，由于长三角地区农耕用地有限、降水量较大，没有大量的土地用于消纳这些污染物。在国务院颁布的《水污染防治行动计划》的推动下，长三角地区各个农场相继采取措施进行养殖废水处理。目前，养殖废水传统的处理方式为沼气发酵，沼气工程由于前期投资大、占地面积大、产生的沼液尚未达到排放标准，仍须采用生化法进一步处理，包括活性污泥法、氧化塘法、上流式厌氧污泥床反应器（ＵＡＳＢ）、序批式活性污泥法（ＳＢＲ）、厌氧－好氧交替及其组合工艺等［８－１３］，但这种生化处理工艺由于菌种的原因，对环境温度及菌种生存条件要求较高，在寒冷的冬季不易推行。对于养牛场废水，其生化需氧量／化学需氧量（ＢＯＤ５／ＣＯＤｃｒ）低、可生化性差，而且厌氧过程中产生的高浓度氨氮很难处理到达标排放。用超滤－反渗透膜法处理可生化性差、高氨氮含量养牛场废水具有明显优势［１４］。但是养殖废水中较高的固体悬浮物以及胶体含量会造成严重的膜污染［１５］，所以在膜过滤之前，选择合适的工艺对料液进行预处理十分重要。化学絮凝在国内外被普遍认为是提高废水处理效率的一种既经济又简便的固液分离的水处理方法，作为预处理、中间处理或深度处理手段已经被成功应用于生活污水和工业废水等水处理过程中［１６］，通过化学絮凝预处理，可以有效降低废水中有机物、固体悬浮物以及胶体的含量［１７］。其中，无机高分子絮凝剂是在传统的铁盐絮凝剂和铝盐絮凝剂基础上发展起来的，具有适应性强、效能高、价格低等优点［１８］。聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）是１种能够提高絮凝效果和水质的助凝剂［１９］。因此，本试验选用无机高分子絮凝剂和聚丙烯酰胺助凝剂对高浓度养牛废水进行预处理技术研究，以期获得最佳的预处理工艺，为后续的超滤－反渗透双膜法处理提供有利条