畜禽养殖废水絮凝处理的影响因素及最佳操作条件

© 2014由Elsevier B.V.发布。信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 9（2014）2 - 72014年环境系统科学与工程絮凝法处理畜禽养殖张晓红四川农业大学资源与环境学院，四川省成都市温江区，611130摘要采用FeSO4、Al2（SO4）3、FeCl3等无机絮凝剂和有机混凝剂PAM对畜禽养殖废水进行处理。通过单因素试验和正交试验，得到了较理想的操作条件。最佳运行条件为：在pH为10时，FeSO4 投 加量为135.2mg/L，PAM投加量为0.384mg/L，COD和浊度的去除率分别为55%和60%。本文根据实验结果，分析了影响废水絮凝处理的主要因素。© 2014作者。由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：絮凝;畜禽养殖废水;化学需氧量;浊度* 通讯作者。联系电话：电话：028 -86291390传真：028 -86291132邮箱：zxh19701102@126.com2212-6678 © 2014作者由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究所负责的选择和同行评审张晓红/ IERI Procedia 9（2014）231. 介绍大规模畜禽养殖废水COD、N、P、SS浓度高，如果不加以妥善处理，已成为当地地表水环境的主要污染源之一（Zhang和Gao，2004）。然而，国内畜禽养殖业面临着污染严重、利润率低、难以承担昂贵的环保投资的困境（国家环境保护总局自然生态保护司，2002）。因此，有必要研究切实可行的处理技术。絮凝处理在废水处理领域中得到了广泛的应用。该工艺具有工艺简单、操作方便、耗时短、经济可行等优点。Li和Gu（2004）处理化工混合废水，COD去除率超过80%。Wang等（2000）采用新型复合絮凝剂（NTCF）和相应的乳化剂处理石油废水，COD去除率达965%~ 77.9%。此外，絮凝法还有效地用于处理制浆废水、纺织印染废水和焦化废水等（Fu et al.，2003; Zhang和Jiang，2000;Lu等人，2000年）。采用Al2（SO4）3、FeCl3、FeSO4和改性聚丙烯酰胺（PAM）3种絮凝剂对畜禽养殖废水进行絮凝处理。为畜禽养殖废水的处理找到了理想的处理条件。2. 材料和方法2.1. 材料废水来自四川农业大学畜禽养殖废水处理厂。废水经格栅预处理后，CODcr为 3000 mg/L ~ 7000mg/L，SS为500 mg/L ~ 2000 mg/L，pH为7 ~ 8.5。2.2. Regents采用Al2（SO4）3、FeCl3、FeSO4、PAM等作絮凝剂。2.3. 实验方法首先将废水样品稀释至1000 mg/L ~ 1500 mg/L，然后取300 mL废水置于500 mL烧杯中，再加入一定量的絮凝剂。然后将烧杯置于六联搅拌机上，依次以300 r/min、150 r/min、70 r/min搅拌废水0.5 min、5 min、10 min，静置沉降30 min。最后用针头进样对澄清液进行采样监测。2.4. 监测方法COD和浊度的监测采用标准方法（中国标准出版社第二编辑部，1996年）。4张晓红/ IERI Procedia 9（2014）23. 结果和分析3.1. 三种絮凝剂在相同条件下，FeCl3、Al2（SO4）3和FeSO4的pH分别保持在7、7和10，三种絮凝剂的去除率见表1和图1。表1.三种絮凝剂对COD和浊度项目三氯化铁硫酸亚铁硫酸铝COD平均去除率百分之二十八点一41.8%百分之十六点八浊度平均去除率百分之五十一点八百分之五十三点六百分之三十九504540353025剂量（mg/l）图1. FeSO4对COD结果表明，FeSO4对COD和浊度的去除率最高，其次是FeCl3，Al2（SO4）3对COD和浊度的去除率最低。与其它两种絮凝剂相比，FeSO4更容易吸附废水中的胶体颗粒，并通过凝聚、架桥、交联等作用使胶体颗粒相互碰撞，最终沉淀。结果表明，FeSO4投加量为169 mg/L时，COD去除率最高。3.2. pH值对COD在23岁的情况下？FeSO 4投加量为169 mg/L时，设置不同pH值，监测相关COD去除率，结果如图2所示。实验结果表明，当pH值为11时，COD去除率最大，与文献（Tang and Dai，2001）一致。絮凝是絮凝剂与胶体颗粒相互吸附，形成层状结构的过程。因此，去除速率直接受分子表面电荷的影响，Rem ov areforCOD%（）张晓红/ IERI Procedia 9（2014）25絮凝剂和胶体颗粒，后者与pH值有关。因此，pH值对COD的去除率有重要影响。当pH为11时，絮凝体Fe（OH）2大量生成，去除率最大。5550454035307 8 9 10 11 12pH图2.不同pH条件下FeSO4对COD的去除率3.3. 助凝剂4035302520151050剂量（mg/L）图3. PAM投加量与COD在FeSO4投加量为169 mg/L的条件下，当PAM投加量达到0.384mg/L时，COD去除率逐渐增大，当PAM0.384 mg/L（图3）。COD的去除率与助凝剂的架桥质量有关：助凝剂投加量合适时，架桥概率最大;而助凝剂投加量过小或过大时，架桥概率降低。有研究（Yang和Wang，2004）表明，适当的混凝剂量可以提高COD的去除率。根据絮凝理论，分子链越长，分子分支越多，助凝剂在水中伸展的空间越大，越远的颗粒之间可以架桥，助凝剂更频繁地撞击颗粒，从而形成更长、更稳定的桥和网络。絮凝助剂一般是分子量大、分子支链长的高分子物质，可用于COD去除率（%）COD的回收率（%）6张晓红/ IERI Procedia 9（2014）2利用絮凝沉淀物的强吸附性和架桥作用，改善絮凝沉淀物的结构。最后，小而松散的絮凝沉积物变得厚而致密。当然，絮凝剂的用量也要控制在一定的范围内，否则效果不佳。3.4. 不同投加方式对助凝剂和絮凝剂的影响表2.不同进料顺序对PAM喂食命令(1)FeSO4前饲喂(2)FeSO4后补料COD去除率百分之五十百分之五十二点五在23岁的情况下？ 和pH 11时，设计了两种方案比较COD的去除率：(1)在加入FeSO4之前，先将PAM加入废水中;（2）在加入FeSO4之后，再将PAM加入废水中.结果见表2。结果表明，方案1对COD的去除率低于方案2。其原因是废水中阳离子含量越高，吸附作用越强，助凝剂更容易吸附在带负电荷的碰撞或颗粒表面，形成网状，最终通过碰撞颗粒的吸附和机械拦截形成较大的絮凝物3.5. 正交试验正交试验结果见表3。结果表明，pH值对COD去除率的影响最大，其次是FeSO4投加量，PAM投加量次之。在FeSO4投加量为135.2mg/L、PAM投加量为0.384mg/L、pH为10的理想运行条件下，COD和浊度的去除率分别为55%和60%。表3-正交实验项目pH硫酸亚铁（mg/L）PAM（mg/L）110135.20.3842101690.48311135.20.484111690.3844. 结论通过单因素试验找出了絮凝剂、助凝剂的适宜投加量和pH值，并根据试验结果分析了它们的作用机理。通过正交试验确定了最佳工艺条件：FeSO4投加量为135.2mg/L，PAM投加量为0.384mg/L，pH值为10，此时COD和浊度的去除率分别为55%和60%。确认本课题得到了四川省教育厅重大项目（编号09ZA 064）和长江学者与高校创新研究团队（IRT13083）的资助。张晓红/ IERI Procedia 9（2014）27引用[1] 张开清，高海艳。畜禽养殖污染物处理处置方法。北京：化学工业出版社; 2004.第164页。[2] 国家环境保护总局自然生态保护司。全国规模化畜禽养殖业污染调查及防治对策。北京：中国环境科学出版社; 2002.第47、49页。[3] Li BY，Gu GW.化工混合废水絮凝处理试验研究。四川环境2004，23（5）：1-3.[4] 王清生，李宏东，张国恩，吴海健，梁昌正，常国庆.高效复合絮凝剂净化含油废水的研究。环境科学研究2000，13（6）：34-36.[5] 傅宝强，林杰，王玉霞，程浩东，刘春青.造纸废水絮凝处理试验研究。地球与环境2003，30（1）：87-91.[6] 张良生，姜良生。混凝法处理染料废水脱色特性及机理。东南大学学报（自然科学版）2000，30（4）：72-76.[7] 陆俊华，王海波，刘惠波.絮凝法去除焦化废水中有机污染物的机理研究。工业水处理2000，20（6）：20-22.[8] 中国标准出版社第二编辑部。水质分析方法国家标准汇编。北京：中国标准出版社; 1996.第154-166页。[9] 唐世元，戴永中。水处理工程师手册。北京：化学工业出版社; 2001.第120页。[10] 杨晓萍，王世华.絮凝法处理有机氯农药废水的研究。环境科学技术2004，27（4）：12-13.