混凝剂在牛沼液净化处理中的应用

1、混凝剂在牛沼液净化处理中的应用摘要：研究了混凝剂对牛沼液的净化效果，选择 最佳处理工艺，为畜禽废弃物厌氧发酵沼液的循环利 用和安全排放提供科学依据。采用3种混凝剂、1种 助凝剂，分别对牛沼液进行混凝试验，用矶花的形成、 大小、沉降速度、浊度和codcr值及其去除率评价其 净化效果。结果表明：以氯化铁(320 mg?l-l)二次 混凝的效果最好，矶花形成最快且相对最大、浊度为 119.4 ntu, cod值为260 mg?l-lo将处理污水的混凝 工艺技术应用在牛沼液的净化处理中，取得了良好的 净化效果，有望达到国家畜禽养殖业污染物排放标准。关键词：牛沼液；混凝剂；净化处理；去除率中图分类号:x

2、703.1文献标识码：adoi编码： 10.3969/j.issn.1006-6500.2014.09.023abstract： three coagulants and a coagulant aid were involved in a purification process of cattle biogas slurry. an experiment by three coagulants and a coagulant aids were carried out on the cattle biogas slurry with the form of floc, floc size,

3、 sedimentation of floc,measuring turbidity and codcr. the results showed that there was a different degree of purification for cattle biogas slurry duri ng the combi nations test, and the most efficie nt combi nation test was ncoagulation in two times at 320 mg?l-l ferric chloride". it was avai

4、lable that the treatment approach of sewage was applied in cattle biogas slurry of an aerobic fermentation.key words： cattle biogas slurry； coagulant； treatment of purification ； removal rate随着我国人民生活水平的提高，规模化畜禽养殖 业迅猛发展1-2,相应地产牛了大量养殖粪污，对养 殖粪污及时地、合理地处理就显得十分重要。目前， 国内多采用厌氧发酵工艺处理这些粪污，该工艺能有 效地减少养殖场粪污的一次污染

5、3-4o然而，在粪污 资源化利用的同时，却产生了大量的、集中的、次生 污染物一一沼液。沼液属高浓度有机废水，一般来讲，水质监测指 标 cod 高达 1 0005 000 mg?l-l 氨氮 6001 200 mg?l-l全氮 1 0001 800 mg?l-l浊度 150300 ntu、 全磷量为135375 mg?l-l 5-8,也有一定量的对植 物生长发育必需的营养成分，如磷（0.02%0.07%）、 钾（0.05%1.40%）等大量营养元素和钙、铜、铁、 锌、猛、碑等中量和微量元素，以及比较丰富的、对 病虫害有抑制作用的有机酸、氨基酸和多种微生物 9-10o如果不经处理而直接排放，将会给

6、生态环境带 来污染风险llo目前，沼液的无害化关键技术主要是好氧微生物 处理12,包括两种：活性污泥法和生物膜法。而沼 液作为一种特殊的污水，好氧微生物处理法负荷大， 成本高，除过滤、沉淀外，有必要开发操作简便且成 本较低的沼液预处理方法。混凝是一种在给水和生活污水处理工程中被广泛 应用的技术，混凝效果对其后续工艺占有举足轻重的 地位13 o we ng等14用混凝法结合生化技术处理垃 圾填埋场渗滤液，成功地解决了该渗滤液成本高的问 题。melina kotti等15通过用硫酸铝钾盐和氯化铁对 废水进行混凝试验，有效地去除废水的浊度和cod, 并且以氯化铁的混凝效果较好。在废水处理中，硫酸 铝

7、由于具有可用性和低成本性成为最常用的混凝剂 16-18，也有pac和氯化铁成功应用的报道19-21, 值得关注的是混凝处理可以降低后续处理中的有机负 荷，能提高处理效果22o但是，目前国内外很少有 将混凝技术用于沼液的报道。本研究采用3种无机混凝剂:聚合氯化铝(pac)、 硫酸铝、氯化铁和1种助凝剂（聚丙烯酰胺，pam） 对牛沼液进行混凝试验，检测其上清液的物理性状、 浊度和codcr,判断混凝处理牛沼液的效果，期望探 索牛沼液的净化处理方法和途径。1材料和方法1.1材料1.1.1原料原料于2013年7月17日取自北京市 南口北农科技园奶牛场粪污厌氧发酵液（简称沼液） 贮液池。样品取回后贮藏于

8、4 °c条件下，试验前缓慢 恢复至室温，其主要水质指标见表1。1.1.2水处理剂3种无机混凝剂：聚合氯化铝（pac）,含量以ai2o3计，不少于28%,碱化度70% 75%,水不溶物w0.5%；硫酸铝，分析纯，分子式为 ai2 （s04） 3718h2o,分子量为 666.42,含量±99%； 氯化铁，化学纯，分子量为182.20, feci2含量w1.0%, feci3含量$97%。分别用实验室蒸憾水配置成50 g?l-l高浓度混凝剂待用。1种助凝剂：聚丙烯酰胺（pam，阴离子型，分 子量为5 000 000,水解度30%,含量290.0%）,用实 验室蒸惚水配制成50

9、g?l-l待用。1.2方法 1.2.1试验方法混凝试验室温2022 °c,采用my-3000-6m六联彩屏搅拌仪进行。(1) 不同混凝剂对牛沼液的影响。分别取牛沼液 500 ml于六联搅拌仪的6个烧杯中，再分别加入投加 量为 20, 40, 80, 160, 320, 640 mg?l-l 的 pac、硫 酸铝和氯化铁，先快速搅拌30 s,转速为300 r?min-l, 然后慢速搅拌15 min,转速为50 r?min-l,最后静置 15 min (以下简称“ap工序”)，取上清液测量浊度和 codcro每试验3次重复，得出最佳混凝剂及其最佳 投加量。(2) 助凝剂的作用。分别取牛沼

10、液500 ml于六 联搅拌仪的6个烧杯中，再分别加入最佳投加量的pac、 硫酸铝、氯化铁以及1, 2, 5, 10, 20, 40 mg?l-l的 pam助凝剂，实施ap工序,取上清液测量浊度和codcro 每试验3次重复，得出最佳混凝剂和pam助凝剂最佳 投加量。(3) -次混凝的净化效果。以上述3种混凝剂的 最佳投加量及其与助凝剂复合的研究结果为基础，进 行二次混凝。分别取牛沼液1 000 ml于六联搅拌仪的 6个烧杯中，再向六联搅拌仪的其中3个烧杯中分别 加入最佳投加量的pac、硫酸铝、氯化铁，而在另外3 个烧杯中分别加入最佳投加量的pac+pam.硫酸铝 +pam、氯化铁+pam,实施

11、ap工序。然后，分别在这 6个烧杯中取500 ml上清液置于另外6个烧杯中，加 入与上一次混凝等量的混凝剂与助凝剂，进行二次混 凝，操作步骤同上。二次混凝完后，分别取其上清液， 用于比较分析、测量浊度和codcro每试验3次重复。1.2.2指标测定方法各指标测定均在室温2022 °c进行。在每项研究完成后，取其上清液，进行以 下指标测定。所有试验重复3次。(1) 絮体形态描述：矶花的形成、大小以及沉降 速度。(2) 浊度测定：采用2100n型实验室浊度分析 仪测定。开机预热5 min后用该浊度分析仪自带的标 液将仪器标定准确，即可抽取水样入样品瓶中上机测 量。(3) codcr (化

12、学需氧量)：采用罗威邦cod多 参数水质综合测定仪测定。加入水样的管剂经 et99718消解仪在150 °c环境下消解2 h,然后晾凉试 剂瓶到室温后，采用et99732 cod多参数水质综合测 定仪经空白标定后直接测定，具体测定方法见参考文 献23。1.2.3数据处理方法将各个指标测定的数据加和,求平均值，再代入以下去除率公式中计算。去除率二(ci-cf) / ci x 100%式中，ci表示混凝处理前各指标数值；cf表示混 凝处理后各指标数值。2结果与分析2.1不同混凝剂对牛沼液的影响图1、2显示：(1)随着pac投加量的增加，牛沼 液浊度的去除率呈上升趋势，并且在320 mg?

13、l-l投加 量时去除率最大，为42.70%； codcr的去除率在640 投加量时达到最大，为15.00%。(2)随着硫酸 铝投加量的增加，对牛沼液浊度的去除率呈先增加后 下降的趋势，在320 mg?l-1时对浊度的去除率最大, 为40.89%；而随着硫酸铝投加量的增加，对牛沼液 codcr的去除率呈逐渐增加的趋势，在640 mg?l-l时 去除率最大，为10.36%。(3)随着氯化铁投加量的增 加，对牛沼液浊度和codcr的去除率呈不断增加的趋 势，在640 mg?l-l投加量时去除率达到最大，分别为 76.06%, 20.07%o在混凝沉淀工艺中，通过矶花的形成、大小以及 沉降快慢，可以初

14、步直观判断混凝水处理的情况。其 影响因素有很多，除水力条件和原水水质外，混凝剂 的种类和投加量对矶花形成、大小和沉降速度影响很 大。投加量不足，矶花形成较难，出水较浑浊。投加 量太大，矶花变小，出水也浑浊。当投加量在合适的 范围时，矶花的形成、大小以及沉降速度最好24o 在本研究过程中，640 mg?l-1的氯化铁处理的矶花形 成最快，矶花最大；其次是320 mg?l-l的氯化铁的处 理；剩余投加量的氯化铁、pac和硫酸铝处理的矶花 形成效果都较差，这可能是因为投加量不足和混凝剂 种类有区别造成的。比较pac、硫酸铝和氯化铁对沼液浊度和codcr 的去除率，以640 mg?l-l的氯化铁最好，

15、320 mg?l-l 的氯化铁次之，320 mg?l-l的硫酸铝第三，pac效果 最差。但是640 mg?l-l氯化铁的投入量太大，投入生 产风险较大，而320 mg?l-l的氯化铁对牛沼液浊度和 cod 的去除率分别为 55.40%, 19.85%,较 640 mg?l-l 的pac和320 mg?l-l的硫酸铝对牛沼液浊度和cod 的去除率都好。因此，最佳混凝剂为氯化铁，其次为 硫酸铝，最后为pac；它们的最佳投加量均为320 mg?l-lo2.2助凝剂的作用从矶花的形成、大小以及沉降速度来看，320 mg?l-l的氯化铁与2 mg?l-l的pam复合处理的沼液 矶花形成最快、相对其他处理

16、最大且最快沉降。由图3、4可知，对于最佳投加量的pac (320 mg?l-l)而言，在pam投加量为1 mg?l-l时，对牛沼 液浊度的去除率最大，随着助凝剂pam量的增加，其 对牛沼液浊度的去除率不断降低；对于最佳投加量的 硫酸铝和氯化铁，随着助凝剂投加量的增加，沼液浊 度的去除率呈先增加后下降的趋势，并且分别在5, 2 mg?l-l时浊度去除率达到最大。对于投加量均为320 mg?l-l的3种混凝剂，分别 与各自最佳投加量的助凝剂pam复合后，氯化铁与2 mg?l-l的pam复合后对牛沼液浊度的去除效果最好， 去除率为65.19%；硫酸铝与5 mg?l-l的pam复合后 对牛沼液浊度的去

17、除效果次之，去除率为53.59%； pac 与1 mg?l-l的pam复合后对牛沼液浊度的去除效果 最差，去除率为41.52%o由图4可知，最佳投加量的3种混凝剂与最佳投加量的pam复合对牛沼液 codcr的去除效果与其对牛沼液浊度的去处效果相似。 对于最佳投加量的pac (320 mg?l-l)而言，随着助凝 剂pam量的增加，其对牛沼液codcr的去除率不断降 低，因此最佳投加量的pac与1 mg?l-l的pam复合 后对牛沼液codcr的去除效果相对其他投加量的pam 最好，去除率为34.35%；对于最佳投加量的硫酸铝和 氯化铁，随着助凝剂投加量的增加，牛沼液codcr的 去除率呈先增加

18、后下降的趋势，并且分别在5, 2 mg?l-l时codcr去除率达到最大，分别为30.79%, 43.26%o显然氯化铁与2 mg?l-l的pam复合后对牛沼 液codcr的去除效果最好。由图3、图4可知，最佳投加量的pac、硫酸铝和 氯化铁与最佳投加量的pam助凝剂复合后，氯化铁与 2 mg?l-lpam对牛沼液净化效果最好，硫酸铝与5 mg?l-l pam 次之，pac 与 1 mg?l-l pam 最差。2.3二次混凝的净化效果在试验过程中可以明显看到，320 mg?l-l氯化铁 二次混凝时矶花形成速度最快、矶花尺寸较大以及沉 降的速度也较快，而其他处理的絮体形成较慢且絮体 尺寸不及32

19、0 mg?l-l氯化铁二次混凝处理的大。由图5、6可知，3种混凝剂二次混凝对于牛沼液 浊度的去除效果均比混凝剂与最佳投加量的助凝剂复 合进行二次混凝对牛沼液浊度的去除效果好。并且以 320 mg?l-l氯化铁二次混凝对牛沼液浊度的去除率最 大,为84.89%； 320 mg?l-lpac 次混凝对牛沼液浊 度的去除率次之，为66.58%； 320 mg?l-l硫酸铝二次 混凝对牛沼液浊度的去除率最差，为54.01%o由图7可以看出，320 mg?l-l氯化铁二次混凝对 牛沼液codcr的去除率最大，为80.15%； 320 mg?l-lpac二次混凝对牛沼液codcr的去除率居中， 为62.8

20、5%； 320 mg?l-l硫酸铝二次混凝对牛沼液 codcr的去除率最低，为48.35%o3结论与讨论在不同混凝剂对牛沼液的影响中，codcr的去除 率随着3种混凝剂投加量的增加而增大的原因，可能 是混凝剂投加量的增加，吸附性比表面积增大，从而 使得混凝吸附机制更有效。而氯化铁对牛沼液codcr 的去除效果最好，与前人对codcr去除的研究结果相 似25-27,表明铁盐较铝盐在去除有机物方面效果更 明显，可能的原因是用fe3+混凝后，溶液的ph值降 低幅度大于ai3+混凝溶液，形成的水解产物所带正电 荷密度升高，对共轨结构及不饱和有机物的去除能力 高于ai3+o li等28的研究结果也证明了

21、这一点。不同混凝剂种类和投加量、助凝剂以及二次混凝 均对沼液的浊度具有降低的作用，其中二次混凝效果 最好。这可能是因为随着混凝剂投加量的增加，溶液 中胶体粒子被大量的混凝剂包围，使得胶体粒子失去 稳定性而沉淀。同时由于pac、硫酸铝、氯化铁对ph 值的影响不同，造成了包围胶体粒子的能力不同，使 得它们对牛沼液浊度的去除效果不同29o助凝剂的 作用机理可能是pam的酰胺基与许多物质亲和、吸附 形成氢键。分子质量相对高的聚丙烯酰胺在被吸附的 粒子间形成“桥联”，使数个其至数十个粒子连接在一 起，生成絮体，加速粒子下沉，对混凝净化起到一定 的促进作用30-31。本研究采用3种混凝剂、1种助凝剂分别对

22、牛沼 液进行混凝试验，得出以下结论：(1)本研究将处理 污水的混凝工艺技术，应用于牛沼液的处理，而且达 到了较好的效果。(2)在3种混凝剂、1种助凝剂的 试验中，以最佳投加量的氯化铁(320 mg?l-l)二次 混凝的效果最好，其矶花的形成最快、沉降速度最快， 浊度为119.4 ntu, cod值为260 mg?l-l,有希望达到 国家的畜禽养殖业污染物排放标准。参考文献：1 冯亮，赵明，周礼杰，等化学絮凝预处理对 a/o-mbr处理养猪沼液的影响j.工业水处理，2013, 33 (2)： 16-19.2 lu j b, zhu l, hu g l. integrating animalman

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