（环境工程专业论文）规模化畜禽养殖废水处理方法研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 本文的研究目的是寻找快速有效的畜禽养殖废水的处理方法。首先对畜禽养殖 废水的性质进行实验研究，在本文中以奶牛场废水为例来说明此类废水的特点。并 根据废水的特点确定了研究路线。利用絮凝作用作为预处理，以s b r 作为后续处理 的工艺来处理此类废水。通过对c o d 。、絮凝固相物、色度p h 、氨氮、水溶性磷及 透光率等指标的分析，研究了f 矿和a 1 “对养牛场废水的絮凝预处理效果。并通过 实验对硫酸铝和氯化铁的絮凝效果进行了比较，通过大量的实验确定合理的絮凝剂 投加量以及合理的温度，为以后此工艺在实际工程中应用提供数据资料。实验结果 显示：f e 、a l ”絮凝处理能有效的降低污水中的有机负荷，实现固液分离，氯化 铁的凝聚效果比硫酸铝要好，但是，色度的去除效果不好。确定的最佳投加量为 f e ”或a 1 馓度为5 m m 0 1 l - ( 硫酸铝( a r ) 1 6 7 9 l - 1 ，氯化铁( a r ) 1 3 5 9 l - 1 ，) ， 实验还表明在2 0 3 5 之间，温度对凝聚效果影响不大，所以在实际工程应用 中，如果室温在这之间，可以选择室温条件下处理，以减少运营费用。所以在s b r 后续处理时，本试验选择了室温，2 1 c ，凝聚剂浓度选择为5 0 0 m m 0 1 1 。混凝后 废水再经过s b r 法处理可使c o d e r 降低到9 1 3 1 6 r a g l - 1 ；水溶性磷降低到o 0 0 1 5 3 3 n a g l - 1 ；氨态氮降低到3 2 3 6 3 1m g l - 1 ；处理后废水可达到国家一级排放标准g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 。符合畜禽养殖业污染排放标准g b l 8 5 9 6 _ - 2 0 0 1 。所以此工艺可以实现畜禽 养殖废水的快速处理，具有良好的环境和社会效益。 关键字：凝聚养牛场废水助凝规模化 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s tr a c t p u r p o o ft h er e s e a r c hi sf i n dq l l i c ka n de f f i c i e n tt r e a l m 伽lt h ec o a g 蛐e f f e c to f pa n d 心o nc a t t l ef a r mw a s t e w a t e r 喇箍s t u d i c d 趣a n a l y z i n gc o d e r , s e d i m e n t f l o c c u l 毗c h r o m a t i c 时a n dl u m i n o 璐n e s s t h er e s e tm d i c a t e dt h a tt h ec o a g i l l a t i p r e t t e a u n e n tc o u l dd e c r e a s e t h e o r g a n i c l o a do ft h e 碉s t e 啊碉t 盯a n da c h i e v et i l e s e p a r a t i o no f s o h da n dl i q m d a st h ed e c r e a s i n go f n0 c l c t l l a n t sc o n o 舭i lc o d c ra n d c h r o m a t i o l yo ft h ew a s t e w a t e rd e c r e a s ew h i kt h eq u a l i wo ff l o c c u l a t e ds e d i m e n t h 聊e a s eg r a d u 以a st h ec o n c e 曲嘶叫o ff 矿0 ra l 抖i s1 1 2 5 m m 0 1 l 1 t h e 瑚1 0 v a l r a t i o c o d c rr e a c h 船7 7 8 8 o r8 2 4 5 w 1 吼a 1 3 + w 私u s e d 船t h ef l o c c u l 躺，t h e c h r o m a t i 6 t yo f l u f i o nm l l l f i p l e ) d e c r e a s e df r o m1 0 0 0t o7 5 , w h i kt h ew a n s m i t t a n c e m c r e a s ef r o m2 5 t o7 3 8 w h e nt h en o c c i i l a m sc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e df r o m2 5t o 1 1 2 5 m m 0 1 l 1t h eq l l a l 时o ff l o c c u l a t e ds e d 岫ti n c r e a s e df r o m0 9 9 6 6 9a n d1 4 1 6 6 9 t o3 5 7 5 1 9a n d 3 7 6 5 4 9m d i v i d u a l l y t h e r e f o 代c o a g u l a t i o np r e l t e a l m 朋tc o u l ds h o r t e n t h ep e r i o d so fd i s p o s a l ，d e c r e a s e t h ea c 崩呼o f 璐i 1 1 9 - l a 缸a n dt h e nd e c r e a s et h ew h o l e 、 c o s ta n dl a yaf o u n d a t i o nf o rt h ef a s t & s p o s a lo f d a v yw a s t e w a t e ra n do t h e rk i n d sw a s t e r 啪t 盯- t r o tt h e a g i l l a m e dw a t e rb ys b a n dt h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ew a t e rc 0 i l l d r e a c ht h eg r a d e1o fi n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d s ot l l i sk i n do f t r e a t m e n t c a nt r e a tt h e 、：l 碉s t e 啊旧土e rq u i c h ya n de f f i o e n f l y , a n db 8 v et h ee n v i i o n n l e n t a la n ds o c i e t y v a l l l e k e yw o r d s ：c o a 罟m 撕o i l ，f i v e s t o c kw a s t c w 栅, a i d a g i l l a l i o n ，i n t e n s i v es c a l e d 独创性声明 本人声明所里交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：日期： 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 页 1绪论 1 1 养殖业的发展 2 0 年来中国国民经济持续高速发展，人民生活水平显著提高，对畜禽产品的 需求也随之增加，如图1 - 1 “1 ( 图中数据来自中国农业年鉴) 所示，2 0 0 3 年的牛肉 产量是1 9 8 8 年的6 5 7 倍，是2 0 0 0 年的1 2 倍，仅仅2 0 0 4 年到2 0 0 5 年一年时间， 牛肉产量增加了4 6 万吨嘲；而牧业产值2 0 0 5 年是1 9 5 7 年的1 2 0 倍，是1 9 8 8 年的 4 2 6 倍。2 0 0 1 年我国肉和蛋总产量达5 3 6 0 万吨，其中禽蛋2 1 9 0 万吨，年均增幅 接近1 0 0 1 。中国和世界各地区肉类和蛋类产品的产量比较如图1 - 2 所示，1 9 9 9 年 中国的肉类产品占亚洲总量的6 7 3 3 ，占世界的3 9 1 0 ，同期，蛋类产品占亚洲 的6 7 4 4 ，占世界的5 8 8 9 。 蛋 一。 萄 址 2 0 2 0 年份 图1 - 1 全国畜牧总产值增长趋势图 f i g 卜l i n c r e a s i n gi r l eo fi o t a io u t p u ty a l u eo fii r e s t o c k 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 页 l 图1 - 21 9 9 9 年世界各地区肉类和蛋类统计 f i g 1 - 2 m e a ta n de g go u t p u to f t h ew o r l di n1 9 9 9 近年来养殖业的发展有两个较为明显的特点： ( 1 ) 养殖业的规模化 科技开发研究的成果使区域产业结构类型出现产业结构调整，种草养畜已成 为新形势下推动畜牧业发展、提高养殖业经济效益的重要措施，所以养殖业的规 模化日益提高。国家环保总局公布的在全国进行的规模化畜禽养殖业污染情况调 查表明，规模化养殖主要分布在广东、北京、浙江、上海、福建、山东、河南、 河北、湖南、广西、江西、黑龙江、辽宁、吉林、宁夏等省区，这些省区的规模 化养殖比重接近全国规模化养殖的5 0 0 5 ”。据资料统计，广东省于1 9 9 5 年建立了 几座年产1 0 5 头肥猪的特大规模化养殖场。广州市兴建了1 8 座年产万头猪的大型 养殖场。1 9 9 8 年上海市郊共有大中型畜禽养殖场1 0 0 0 多家旧。安徽省合肥市规模 化养猪也达到了1 5 万头m 。全国部分城市养殖业规模化数据如表卜1 w 所示。可见， 大中型畜禽养殖业均集中在人口比较集中、水系比较发达地区，所以，畜禽养殖 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 页 废水对人们生活的影响是较大的。 表1 - 1 部分大中城市周边畜禽场规模化经营水平比较( ) t a b l e 1 1 c o m p a r i s o n o f p a r t i a l m a j o r c i t i e sp e r i p h e r a l p o u l 仃y f i e l ds c a l e m a n a g e m e n t l e v e l 注：数据来自规模化畜禽养殖污染调查 ( 2 ) 养殖业的重心南移 人民对肉、蛋类的需求促进了养殖业的发展，种草养殖的技术水平促进了养 殖业规模化，而南方丰富的水资源等条件促进了南方养殖业的发展，所以引起了 全国养殖业重心的南移。但是由于南方气候相对比较潮湿，所以干清粪后需要进 行冲圈，这样有规模化养殖业产生的废水量就大大增加了。 1 2 畜禽养殖废水的产生与危害 1 2 1 废水的产生 户型养殖的废水排放分散，可利用环境的自净能力，对环境的影响较小。畜 禽养殖废水污染主要由集约化养殖场或养殖区产生，其产生源如下： ( 1 ) 奶牛场，挤奶车间地面清洁用水、挤奶设备和盛奶容器清洁用水、舍内 地面清洁用水、饮槽冲洗水和职工生活用水等； ( 2 ) 肉牛场饮槽冲洗水和职工生活用水等； ( 3 ) 养猪场，每日猪舍内地面清洁用水、冲粪水、夏季舍内降温用水和职工 西南科技大学硕士研究生学位论文第4 页 生活用水等； ( 4 ) 蛋鸡场，目前仍有部分蛋鸡场采用水冲粪的清粪方式和常流水的饮槽饮 水方式，采取干捡粪方式的蛋鸡场，主要是清舍时少量用水和职工日常生活用水； ( 5 ) 肉鸡场，主要是清舍时少量用水和职工日常生活用水； ( 6 ) 鸭场，普遍采用常流水的饮槽饮水方式 畜禽养殖废水的产生量比较集中，容易造成相对严重的环境危害。 1 2 2 废水的危害 1 2 2 1 污染途径及其特点 ( 1 ) 畜禽粪便进入水体的途径； 粪便清洗过程中随冲洗水流失； 粪便在堆放储存过程中因降雨和其他原因进入水体； 粪污直接排入附近河道或直接灌溉农田。 ( 2 ) 畜禽养殖废水特点 畜禽养殖场废水为高浓度的有机废水，集约化养殖中养殖生物产生的代谢产 物、残饵及残骸是水质的主要污染源。“畜禽粪便和废水中含有大量的有机物n 、p 、 k 、s 及致病菌、寄生虫等污染物并有恶臭“。未经处理的养殖废水排放造成的环 境污染。例如降低空气质量“”1 ：污染土地、污染地下未n ”、污染表面水体等等。 未经处理的养殖废水排放造成的环境污染问题已多见报道“”0 各类养殖废水中污 染物的浓度如表l - 2 所示。从表中可以看出，清粪方式对于污水中污染物的浓度有 一定的影响，所以在规模化养殖场中应该提倡干清粪。不过就算是干清粪方式， 其污染物的浓度也远远大于生活污水的浓度，而且其中含有氨氮比较高，在处理 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 过程中影响较大。 表1 - 2各类养殖场废水中污染物浓度( m g l 。1 ) t a b l e1 - 2w a s t ew a t e rp o i i u t a n td e n s i t yi ne a c hk i n do fb r e e d i n gf a r m 注：数据来自规模化畜禽养殖污染调查 1 2 2 2 污染现状 调查显示，中国规模化畜禽养殖场的宏观环境管理水平普遍较低，全国9 0 的规模化养殖场未经过环境影响评价，6 0 的养殖场缺乏干湿分离这一最为必要的 污染防治措施。而且环境污染投资力度明显不足，8 0 左右的规模化养殖场缺少必 要的污染治理投资“”。由于缺乏环保意识、技术的落后以及资金的缺乏导致了必 然的环境问题。 中国几个主要畜禽养殖省份的畜禽养殖业与生活污水、工业废水中产生的 c o d a 的比较如图1 3 旧所示( 由来自全国规模化畜禽养殖业污染情况调查及防治 对策的数据整理) 。根据国家环保中一1 5 推荐的排泄系数计算的各种污染物的排放 总量以及与生活污水、工业废水等所做得比较如表1 3 、1 - 4 所示，2 0 0 1 年畜禽养 殖废水中c o d 。总量是生活污水的7 4 6 倍，是工业废水的5 6 8 倍。据有关资料“”1 估算，上海市畜禽废弃物年排放量相当于1 7 0 0 万人口之多，若按b o d 估算，相 当于3 0 0 0 万人c i 的排泄规模。据国家环境保护总局对全国2 3 个省( 区) 、市规模化 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 畜禽养殖业污染状况调查表明，畜禽粪便化学需氧量远远超过我国工业废水和生 活污水环化学需氧量的总和“”。畜禽粪便污水还田作为肥料为传统而经济有效的 处置方法，可达到污染物的零排放“”。但是由于养殖业的规模化发展，所排放的 废水量远远超过了土地的负荷量。根据上海农科院测定，如果用于还田，1 标准畜 禽单位( 这里设定1 头猪为标准畜禽单位，则根据产生粪尿所含总氮水平折合，1 头牛约合1 0 个标准畜禽单位，1 5 只家禽约合一个标准畜禽单位) 的年存栏至少应 有1 亩耕地来销纳粪尿废弃物，否则会产生土地环境负担过重或者无法消纳的现 象，从而产生环境影响。表卜5 “”为我国规模化养殖场拥有耕地面积情况，远远 不能达到此标准。环境问题自然就不得不引起重视。 8 0 0 7 0 0 6 0 0 o5 0 0 童4 0 0 83 0 0 2 0 0 1 0 0 o li i li lli l li li l li i l啊儿_ 河北内羹古辽宁吉林扛苏安徽福建扛西山东河南湖南广西四川贵州云南 省份 图1 - 3各省份畜禽养殖废水的c 0 吣与工业、生活污水的比较 图1 - 3c o m p a r i s o no fc 0 d c ri nb r e e d i n gf a r mw a s t ew a t e rw i t hi n d u s t r ya n ds a n i t a r y s e w a g e 解决畜禽养殖业对环境的危害，单纯依靠终端治理方法，无论在经济上、土 地上和技术上皆不堪承受。”“。这就要求有合理的处理方法。畜禽养殖废水属于高 浓度有机废水，对其处理方法已有较多的研究”“。 西南科技大学硕士研究生学位论文第7 页 表1 _ 32 0 0 1 年全国畜禽养殖业污染物排放量 t a b i e 1 3 i n2 0 0 1n a t i o n a ip o u i t r yc u i t i v a t i o ni n d u s t r yp o i i u t a r r td i s c h a r g ea m o u n t 注：数据来自全国规模化畜禽养殖业污染调查( 单位：l o t a 1 ) 表1 - 4c o d 与固体废弃物排放总量比较 t a b l e 1 4c o n l p a r i s o no fc 0 吣a n ds o i i dw a s t ei nk i n d so fw a s t e w a t e r 注：数据来自中国环境统计公报 数据来自规模化养殖业的数据来自畜禽养殖业污染物处理与处置 表1 - 5规模化畜禽厂拥有耕地面积情况 t a bl e 1 - 5 c u l t i v a t e dm s i t u a t i o no f t h es c a l ep o u l wf a c t o r y 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 1 3 传统处理方法及其特点分析 养殖废水的处理方法，按其原理可分为：物理、化学和生物方法。单独使用 某种方法很难达到处理目的。由于畜牧场污水的处理比粪处理更为棘手，国内 外至今还存在着处理技术不过关，处理设备设施投资过大等难点，水质污染已成 为许多国家和地区畜禽高发病率，高死亡率的祸根，几乎困扰着所有规模化养殖 场，这已经成为人类环境保护中的一项重要课题。其中由于生物处理不产生二次 污染等特点，在养殖废水的处理中比较受青睐。生物处理按照其形式可分为自然 生物处理、好氧处理和厌氧处理”“1 。 1 3 。1 自然生物处理 利用天然的水体和土壤中的微生物来净化废水的方法称自然生物处理法。主 要有水体生物处理和土地处理系统两类嘲。属于前者的有氧化塘( 好氧塘、兼性塘、 厌氧塘) 和养殖塘；属于后者的有土地处理( 慢速渗滤、快速渗滤、地面漫流) 和人 工湿地等。自然生物处理法投资小，动力消耗少，对难生化降解的有机物、氮磷 等营养和细菌的去除率都高于常规二级处理，其建设费用和处理成本比二级处理 低得多，例如人工湿地不仅仅用来处理生活污水，而且也成为雨水处理、工业废 水处理的重要技术呻“1 。但是该方法的缺点是占地面积大，净化效率相对较低嘲。 所以，用此种方法处理畜禽养殖废水的难度相对较大。墨西哥湾项目( g m p ) 调查收 集y 6 8 处共1 3 5 个中试和生产规模的湿地处理系统约1 3 0 0 个运行数据，发现污染物 平均去除率生化需氧量为6 5 ，总悬浮物5 3 ，氨氮4 8 ，总氮4 2 ，总磷4 2 。 人工湿地存在的主要问题是堵塞，引起堵塞的主要原因是悬浮物。避免堵塞的方 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 法主要有加强预处理、交替进水和湿地床轮替休息。”，近年还发展了“潮汐流嘲” 等避免堵塞嗍。国外对生物塘人工湿地组合工艺的研究“o 较多。廖新弟等人 研究了风眼莲水生生物系统处理系统，主要工艺流程如图卜4 所示： 图1 - 4凤眼莲水生生物系统处理工艺 f i g 1 - 4 w a t e rt r e a t m e n tb ye i c h h o r n i ac r a s s i p e s 采用风眼莲水生生物系统处理养殖场废水，不但耗资少，而且能有效去除有 机物，风眼莲还可作为辅助饲料，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。 厌氧发酵后的废水经兼性氧化塘自然氧化后，进入水生生物处理系统，先经增氧 氧化塘氧化，然后进入一级风眼莲吸收塘，出水经自然氧化塘氧化后进入二级风 眼莲吸收塘，在经过砂滤床流入氧化塘，达到净化废水的目的。该系统对c o d c r 的 去除率约为7 0 左右，t n 的去除率约为7 5 ，悬浮物及总磷去除率则可达到8 0 9 6 。此 方法最大的缺点就是占地面积比较大。 1 3 2 厌氧处理法 厌氧技术在养殖场粪污处理领域中是较为常用的。对于养殖场高浓度的有机 废水，采用厌氧消化工艺，能将可溶性有机物大量去除( 去除率可达8 5 9 0 ) ， 而且可杀死传染病菌，有利于防疫。目前用于处理养殖场粪污的厌氧工艺很多， 其中较为常用的有混合式厌氧反应器1 、厌氧滤池、厌氧挡板反应器、厌氧 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 0 页 复合反应器m 、上流式厌氧污泥床1 和内循环厌氧反应器等。徐洁泉等嘲的研 究表明厌氧复合反应器略优于上流式厌氧污泥床，上流式厌氧污泥床略优于厌氧 挡板反应器。 1 3 3 厌氧一好氧联合处理法 一般说，活性污泥好氧处理法，其c o d 。，b o d ，s s 去除率较高，可达到排放 标准，但n ，p 去除率低，且工程投资大，运行费用高；处理养殖废水直接利用好 氧处理方法，费用太高。好氧工艺早期主要采取活性污泥法、接触氧化法、生物 转盘、氧化沟和缺氧一好氧法等工艺4 “。b o r t o n e g 。4 等人的研究表明采用间歇曝 气处理养殖废水其有机物与氮、磷去除效果较好，此后以间歇曝气为特点的序批式 反应器广泛应用于猪场废水处理中”卅。n gw g 嘲采用序批式反应器工艺处理猪 场废水其氨氮的去除率仅6 8 7 。j u n gj e n gs u 等啪采用序批式反应器工艺厌氧消 化液得出同样的结果，化学需氧量去除率仅1 0 4 0 。杨虹”1 的研究发现间歇曝 气处理厌氧消化液其氨氮的去除率小于6 0 ，l i a oc 乩等嘲1 总氮去除率达3 0 ，氨 氮的去除率为4 0 。采用好氧处理工艺投资大、运行费较高，如意大利某生产性序 批式反应器处理猪场废水试验运行费用高达每立方米3 欧元嘲。彭军等人删选择厌 氧兼氧组合式生物塘作为主体工艺，将上流式厌氧污泥床移植到兼性塘，猪 场废水经过该工艺处理后，其b o d 。c o 瞻、n h 4 + n 可分别从9 0 0 0 m g l - 1 、1 4 0 0 0 m g l 一、 1 2 0 0 m g l - 1 降至2 0 m g l 一、6 0 m g l 一、6 5 m g u 1 。厌氧一好氧联合处理，既克服了好氧 处理能耗大与占地面积大的不足，又克服了厌氧处理达不到要求的缺陷，具有投 资少、运行费用低、净化效果好、能源环境综合效益高等优点。根据废水资优点， 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 1 页 特别适合产生高浓度有机废水的畜禽场的污水处理。根据废水资源化的利用途径， 厌氧一好氧工艺可有多种组合形式，如经厌氧处理后的污水可作为农田液肥、农 田灌溉用水和水产养殖肥水。在没有上述利用条件及水资源紧缺的情况下，经深 度处理( 过滤等) 和严格消毒后，可作为畜禽场清洗用水。常用的工艺如图1 - 5 所示： 图l - 5厌氧好氧联合处理工艺流程图 f i g 1 - 5 u n i o np r o c e s s i n gf l o wc h a r to f a n a e r o b i ca n da e r o b i c 以好氧为主的工艺有：固液分离好氧处理工艺m 1 如图卜6 所示： 图1 - 6 固液分离好氧工艺 f i g 1 - 6s o l i d - l i q u i ds e p a r a t i o na n da e r o b i cf l o wc h a r t 此工艺的处理方法是利用地形将猪粪尿废水引入，以不锈钢网挡住粪渣颗粒 的去路，由于流速减低而逐渐沉淀淤积，后来进入沉淀池的粪尿废水以前面淤积 的粪渣为过滤体，使废水中更细的颗粒也能沉淀淤积下来。直到粪渣填满沉淀池 的8 0 时，即可换池，重新开始过滤沉淀，如此周而复始即能将猪粪尿废水中的固 形物与液体废水分离出来。此工艺的处理效果起初只能过滤1 2 1 5 的固形物， 半天后若有粪渣淤积，其过滤效果可以逐渐增加至7 5 8 1 。如果废水s s 为 8 8 8 m g l - 1 ，其s s 的去除率达到7 5 8 3 。原水的b o d 5 去除率为2 7 1 6 。当然经过此种 方法过滤后的废水尚不能达到规定的排放标准，必须在做二级好氧处理后才能排 西南科技大学硕士研究生学位论文第12 页 放。 利用厌氧发酵的工艺还有固液分离一甲烷发酵一淹没式生物滤池工艺如图 眦1 卜7 所示： 图1 - 7固液分离一甲烷发酵一淹没式生物滤池工艺 f i g 1 7 s o l i d - l i q u i ds e p a r a t i o n - - - m e t h a n e f e r m e n t a t i o n - - s u b m e r g e d b i o - f i l t e r 此工艺为废水通过筛网过滤，滤液再经过固液分离，液体部分与渣滓和豆饼 混合，然后在3 4 摄氏度下中温消化2 3 天，消化排出液稀释4 倍，然后再通过淹没式 生物滤池处理。所产生的气体被用来加热猪饲料，进入消化器前的b o d 浓度为 2 6 0 0 0 m g l - 1 ，消化后排出液中的b o d 浓度为1 6 8 0 m g l - i ，其b o d 、c o d 、n h 3 一n 的去除率 分别为9 4 7 、9 0 0 9 6 、9 5 9 9 6 。此工艺的污水处理费用通过产甲烷气的产生大大降 低。 厌氧处理的主要缺点是反应时间较长，处理构筑物容积较大，基建投资大等 直接好氧处理曝气成本太高；联合工艺也同样存在处理时间较长和构筑物占地面 积大等缺点：利用自然生物处理方法占地面积大，受气候等环境因素比较大。所 以，研究一种处理速度快、处理费用相对较低的养牛场废水处理方法，具有重要 的社会经济价值和环境生态价值。 实现养殖废水快速处理的方法之一是进行有效的固液分离。降低污水中c 0 d 口， 实行固、液分别处理。絮凝处理是最有效的固液分离方法之一。本实验拟采用絮 凝方法，对养牛场废水进行固、液分离预处理，目的在于大幅度降低废水中c o d c r ， 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 3 页 以减轻后续处理负荷，为养牛场废水及类似水质废水的快速处理创造条件。理解 混凝剂处理废水的原理以及分析其混凝效果的影响因素是做好絮凝预处理的前提 条件。 1 4 化学混凝法 1 4 1 混凝的基本原理 一般认为，混凝包括凝聚和絮凝，所谓凝聚是反应化学药剂在水中扩散的过 程，主要作用原理是加入无机电解质通过典型中合作用来解除布朗运动，是微粒 能够靠近接触而聚集在一起；，而絮凝是指反映脱稳后的胶体粒子相互碰撞后 粘在一起形成大致是永久性聚集体的过程。两者的原理图如图1 - 9 所示。如何 有效的打破胶体粒子在水溶液中的稳定性，为化学混凝程序的中心问题。而不同 的混凝剂( c o a g u l a n t ) 在不同的状况下，对胶体稳定性的破坏功能不尽相同，要掌 握混凝剂种类和使用量，需先行了解破坏胶体稳定性的反应机构。 ( 1 ) 双电层压缩 水中颗粒表面带电，形成电双层，d l v o 理论认为悬浮液及溶胶的稳定性是由 静电力和范德华引力相互作用达到平衡而形成的旧1 。当悬浮液中加入强电解质， 使固体微粒表面形成的双电层有效厚度减小，从而使范德华力占优势而达到彼此 吸引，最后达到凝聚。也可以加入带有不同电荷的固体微粒，使不同电荷的例子 由于静电吸引而彼此吸引，最后达到凝聚。 ( 2 ) 架桥吸附作用嘲 高分子絮凝剂的碳碳单键在一般条件下是可以自由旋转的，再加上聚合度一般 西南科技大学硕士研究生学位论文 。 第14 页 较大，即主链相当长，所以在水介质中，主链并不是直线的，而是弯弯曲曲的和 卷曲的。因此，可以把这类聚电解质的絮凝作用简化的看成带有多个负电荷的卷 曲的线状分子，在分子主链上的数个部位被固体微粒所吸附，就像在这些固体微 粒之间架起乔似的。这种使固体微粒相对地凝聚寄来的过程，就成为高分子絮凝 剂与固体微粒之间的吸附架桥作用。 ( 3 ) 絮体的卷扫沉淀作用删 铝盐或铁盐在水中形成高聚合度的多羟基化合物的絮体，在沉淀过程中可以吸 附卷带水中胶体颗粒共沉淀，这种类似清扫的现象，成为絮体的卷扫作用。 1 4 2 混凝剂的种类 为降低胶体粒子的表面电荷，使用着各种离子型凝聚剂，从效力价格方面来 考虑，低分子的有机盐( 包括离子性表面活性剂) 一般不用，所使用的离子型凝 聚剂大多为无机盐类或分子电解质。 对粗粒子具有架桥吸附功能的凝聚剂，几乎都是有机高分子凝聚剂，偶尔也 使用无机凝聚剂( 例如活性硅酸) 。在胶体粒子的沉淀凝聚上，可按照对象选用与 该胶体具有相反电荷的离子或高分子电解质，从效力和价格来考虑，一般选用无 机盐或高分子电解质。 凝聚剂可分为无机凝聚剂和有机凝聚剂两大类。无机凝聚剂有2 价、3 价的 金属阳离子的盐，聚合氯化、硫酸铝、活性硅酸等，也有使用1 价金属阳离子的 盐的。有机凝聚剂中具有工业价值的是几乎所有的高分子凝聚剂，偶尔也有使用 表面活性和其他有机低分子化合物。 在进行凝聚处理时，按照需要，常使用助凝剂、沉降助剂、浮上助剂等。酸 西南科技大学硕士研究生学位论文第15 页 和碱有时可单独做凝聚及使用，有时为提高凝聚剂的效果而辅助性的使用。表卜6 和1 - 7 分别为无机和有机凝聚剂的分类“唧( 表卜6 和卜7 由参考文献6 6 、6 7 整 理得来) 。 表1 - 6 按照类别划分的凝聚剂( 无机类) t a b l e 1 6i n o r g a n i cc o a g u l a t i o na g e n t sc l a s s i f i c a t i o n 分类物质 无蚴褫铱勰戮冀淼黧a c 嚣钒靴酥、聚合氯化铝( p ) 、其他 酸硫酸、盐酸、二氧化碳、二氧化硫 碱碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙 金属电解产物电解氢氧化铝、电解清氧化铁 其他活性硅酸 表卜7 按照类别划分的凝聚剂( 有机类) t a ble 卜7o r g a n i cc o a g u l a t i o na g e n t sc l a s s i f i c a t i o n 1 4 3 混凝效果的影响因素 ( 1 ) 凝聚剂的添加量 凝聚剂对悬浊液的添加量，一般有一个对各悬浊液使用的凝聚剂种类相应的 西南科技大学硕士研究生学位论文第16 页 适宜用量，量过小效果差( 凝聚速度小，形成絮块小) ，量过大时，吸附性小的凝 聚剂一般即使过量也有效果，而吸附性大的凝聚剂一般看不到凝聚效果，而反倒 出现分散的效果，起到分散剂的作用。在选择凝聚剂的同时，对其适宜用量的确 定十分重要，此时，还应考虑进行凝聚之后所采用的分离技术，采用的分离技术 不同，对絮块形状所要求的条件也相当不同，适宜用量也不同。用无机凝聚剂凝 聚疏水胶体溶液，大致由电解质的离子强度确定，而浓度的影响小。由高分子凝 聚剂的架桥吸附对粗粒子进行凝聚时，如悬浊液为相同种类，则凝聚剂用量大致 与悬浊物的浓度成比例，对于由胶体粒子和粗粒子组成的多分散悬浊液，大致呈 现两者的中间行为。 ( 2 ) 搅拌条件 为使凝聚剂以及其他药剂能均匀混合，增加溶解和悬浊粒子的冲撞机会，应 采用快速搅拌，但所形成的絮块的粘结力强度是有限的，应按其强度确定不致使 已形成的絮块破坏的搅拌强度。疏水胶体粒子的冲撞机会是由布朗运动给予的。 另外，就悬浊液浓度来看，浓度越大，冲撞机会也就越多，浓度低时，冲撞机会 少。在凝聚过程中，随着凝聚地进行粒子数在减少，凝聚速度也随之减少。根据 上述情况来考虑这些条件，一般将强搅拌( 快速搅拌) 和弱搅拌( 缓慢搅拌) 分 开进行，并按照各自条件来灵活运用。 其中快速搅拌目的是使悬浊液同凝聚剂水溶液很快混匀，在处理胶体溶液时 为使已形成的微小絮块的凝聚速度增大，须进行强搅拌。在处理粗粒子时，采用 强搅拌可做到已形成的絮块不被破坏，悬浊液凝聚剂水溶液的均匀混合，在可能 范围内，在尽可能短时间内进行。在处理胶体粒子时，有时只用强搅拌即可形成 虽小但相当稳定的絮块。用阳离子性的高分子凝聚剂处理阴离子性胶体粒子时， 西南科技大学硕士研究生学位论文第17 页 只用强搅拌即可形成大而稳定的絮块。 缓慢搅拌的目的是促进粗粒子的冲撞，加快凝聚速度而使用缓慢搅拌。当胶 体溶液浓度低时，为促进凝聚起来的微小絮块冲撞机会增大，须进行缓慢搅拌。 对于亲水胶体性溶液，当其浓度高时，缓慢搅拌可使悬浊液同凝聚剂溶液均匀混 合。当其浓度低时。从凝聚速度上考虑，需要特别长时间的缓慢搅拌。 ( 3 ) 温度条件 温度影响凝聚和分离。一般温度越高，凝聚速度和分离速度越大。例如，粒 子的密度比液体密度大时，温度越高，液的密度和粘度越小，因此分离速度增加。 ( 4 ) p h 的影响 凝聚剂的作用一般受p h 的影响。有时只通过p h 的变化就可产生凝聚。凝聚 剂的溶存状态、性状受p h 变化的影响，有时会引起凝聚作用发生变化。 1 5 本研究的目的、意义 由以上分的分析可以看出，经济的增长带动养殖业的发展，而种草养殖的实 现使得养殖业规模化发展以及重心南移。由于南方气候较湿润，圈内干清粪后不 能完全靠自然干燥，必须用水进行冲洗，所以产生了大量的养殖废水。而养殖废 水属于高浓度有机废水，氨氮含量较高等特点。利用厌氧发酵可以有效的处理此 类废水，并且可以回收沼气和发酵后的污泥可以反田作为肥料。但是厌氧处理反 应时间较长，处理构筑物容积较大，基建投资大等；直接好氧处理曝气成本太高： 联合工艺也同样存在处理时间较长和构筑物占地面积达等缺点；利用自然生物处 理方法占地面积大，受气候等环境因素比较大。所以，研究一种处理速度快、处 理费用相对较低的养牛场废水处理方法是非常有环境和经济价值和意义的。 西南科技大学硕士研究生学位论文第18 页 2 材料与方法 2 1 本研究技术路线 刁i a 本研究属于畜禽养殖场循环技术系统的一个关键环节，循环系统如图2 1 所 图2 1本研究的技术路线 。 f l g 2 - 1 t e c h n i c a ir o u t eo ft h er e s e a r c h - - i ： ： ： 本研究的宗旨是缩短处理时间、简化处理过程，以满足日益扩大的规模化养 殖场的发展要求。养殖场废水经过混凝和好氧处理，固体废物可以用来堆肥，提 供饲料厂的部分原料。而处理后的排放水可以提供饲料厂的给水，已达到内部循 环利用，从而减少对外界的污染。与传统的厌氧工艺相比较，可以大大缩短处理 周期，在为水的资源的循环利用提供条件的同时，也大大减少了占地面积，减少 在工程中的基建投资。 西南科技大学硕士研究生学位论文第19 页 2 2 材料 2 2 1 废水 养牛场废水： 试验污水取自某养牛场。由于季节的变化、冲洗用水量的等不同因素的影响， 牛场污水的有机物的含量是变化的。根据我们的检测结果发现，牛场污水水质指 标范围如表2 1 ： 表2 - 1 养牛场水质 t a b i e 2 - 1w a t e rq u a ii t y 2 2 2 絮凝剂 2 - 2 选用合理凝聚剂要考虑因素 t a b l e 2 - 2f a c t o r so ff l o c c u l a t i n ga g e n l ：s e l e c t i o nn e e dt oc o n s i d e r 综合考虑本实验，选用硫酸铝和氯化铁作为本实验的凝聚剂。其中a l “为凝 聚剂絮凝过程中可生成各种形态的水合络合物。凝聚过程可分为吸附脱稳、沉淀 型絮凝、吸附沉淀混合区和再稳定等四个区域。再稳定区情形一般出现在胶体颗 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 0 页 粒浓度较低、阴离子浓度不高的水溶液中，带负电的胶体颗粒吸附过量的带正电 的硫酸铝水解产物，成为带正电的胶体颗粒，由于静电排斥作用而使胶体体系再 次稳定的现象。从某种意义上来说，再稳定区是硫酸铝混凝剂絮凝化学计量反应， 即产生絮凝时的凝凝剂剂量与胶体颗粒的浓度和总表面积存在一定的剂量关系 矧o 三氯化铁和硫酸铝的作用机理类似，也会形成各种形态的水合络合物起凝聚 作用，c ( 马d ) 3 ( d 日) 邶) 沉淀物、带正电的水合单核离子及多核离子络合物可以吸 附带负电荷的胶质粒子，通过压缩双电层、电荷中和、羟基间的桥联和卷扫沉积 等作用，使胶体颗粒体系脱稳沉降。与铝盐相比，铁盐的水解速度更快，水解产 物的溶解度小，密度大。但是，铁盐的絮凝剂由强腐蚀性，所以必须以耐酸的设 备来储存或添加。 在本实验中，配置硫酸铝和氯化铁溶液，配置浓度如下： ( 1 ) 0 5 m o l ( a 1 1 l 一：将1 6 6 6 0 9 硫酸铝( a r ) 溶解在8 0 0 m l 水里，然后 定溶到1 0 0 0 m l 。 ( 2 ) 0 5m o l ( f e l 一：将1 3 5 1 4 9 氯化铁( a r ) 溶解在8 0 0 m l 水里，然 后定溶到1 0 0 0 m l 。 2 2 3 主要仪器设备 分光光度计：u v - 2 0 0 0 型紫外可见分光光度计 电热鼓风干燥箱：1 0 1 1 h 型 电子天平：f a 2 0 0 4 型 p h 计；i t a l y 生产的h i 系列的h 1 8 4 2 4 型p h 计浊度仪 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 1 页 六联数显搅拌器：j j 一4 型 空气压缩机：鱼亭牌，a c 0 - 0 0 4 2 3 实验方法 2 3 1 水样的采集 为了更好的比较凝聚效果的比较，确保原水的一致性，一次性采集7 5 l 水， 分装在2 5 l 的塑料桶中，4 c 下低温保存。 2 3 2 凝聚试验方法设计 本实验中以f e 和a l 为凝聚剂，以凝聚剂浓度、水温作为控制参数，对奶牛 场废水进行凝聚处理实验。参数组合如表2 3 表2 - 3凝聚实验设计表 t a b l e 2 - 3 c o a g u l a t i o ne x p e r i m e n td e s i g n 啦度 蠢人 c 1gc 3gg已c 7g t l t l c lt - 已 t l c 3 t l c lt 1 c 5t l gt l c 7t t c 7 t 2t z c 。t 2 c 2t 2 c 3t z c t 2 c 5己已t 2 c 71 2 7 t 3 t 3 c lt 3 已 t 3 c 3 n 已 t 3 c 5t 3 c 6优7 t 岛 t |1 托lt 如t 4 c 3t 4 t 4 c 5 t | 已t 7t | c 7 其中，每组c t 组合所测定的指标有：c o d c ，、氨氮、s s 、p h 、色度、透光 率、浊度、水溶性磷以及固相物质量。本实验中设置的c 分别为2 5 m r a 0 1 l - i 、3 7 5 n u n 0 1 l 1 、5n u n 0 1 l 1 、6 2 5m m 0 1 l 1 、7 5m m 0 1 l 1 、8 7 5m m 0 1 l 一、1 0m m 0 1 l 1 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 2 页 和1 1 2 5n u n 0 1 l 1 。温度为2 0 、2 5 、3 0 c 和3 5 c 。确定这四种水温的原因为 这四种温度比较接近室温。为此方法工程化后，在开放性环境下进行废水处理提 供一定的参考依据。为了更加准确地提供温度对凝聚效果的影响，在本实验中对 不同凝聚剂投加量都作了不同温度的比较。 实验步骤为：取等量奶牛场废水1 0 0 0 m l 置于4 只2 0 0 0 m l 的烧杯中，分别水 浴加热到加2 0 、2 5 、3 0 c 和3 5 c ，分别投加5 m l ( 使得水中a l ”或f e 3 + 浓度依 次为2 5 0 r e t 0 0 1 l - ) 凝聚剂溶液。以1 0 0r m i n - 1 快速搅拌3 分钟，然后以3 0 r m i n l 缓慢搅拌l o 分钟( 在搅拌过程中，依然控制各自水温) 热后倒入1 0 0 0 m l 磨塞、 直径为4 0 m m 的圆筒形量筒中，静置3 0 分钟，分别读取凝聚体积，并取上清夜测 定水类指标( 测定指标分别为c o d c r 、氨氮、s s 、p h 、透光率、浊度以及水溶性 磷) 和取量筒底部与沉淀体积相同体积的沉淀物，过滤、干燥，测定固相物质量。 测定相关指标时，分别取三组平行样，求平均值。之后分别投加7 m l 、1 0 m l 、1 2 5 m l 、 1 5 m l 、1 7 5 m l 、2 0 m l 、2 2 5 m l 凝聚剂溶液量，重复以上操作。 通过实验结果的分析，确定在本实验的操作范围内的最佳的凝聚剂种类、凝 聚剂投加量以及最佳水温。在确定此条件下的最佳絮凝剂浓度以及温度后，研究 助凝剂对絮凝效果的影响。选择氢氧化钙为助凝剂，投加浓度分别为o 1 9 l - 1 、0 2 g l 、0 4g l - 1 、0 6g l - 1 、