對動物濕化污水深度絮凝的效果研究

蔣微微

（上海市動物無害化處理中心 上海 201415）

引言

動物無害化處理在我國起步較晚，自2013年上半年連續發生了黃浦江上游水域死豬漂浮事件和人感染H7N9流感疫情后，各級政府高度重視病死動物的無害化處理工作，社會各界也十分關注隨意拋棄病死動物所帶來的公共衛生安全和環境問題，及非法制售病死豬流入食物鏈的危害性。國務院明確要求抓緊建立病死畜禽無害化處理工作機制，農業部自2013年開始就建立病死畜禽無害化處理長效機制試點工作進行了動員部署，將全國19個省市區212個縣市納入試點范圍，并發布了《病死動物無害化處理技術規范》[1]。化制的濕化法是無害化處理的一種方式，因其產物具有可資源化利用的優勢，在全國多地建設使用，但由于該方法產生的大量高油脂、高有機物的污水難以徹底處理，而使得許多項目單位無法繼續運行。

上海市動物無害化處理中心2011投產使用1條日處理量25噸的濕化處理流水線，無害化處理過程中產生高油脂、高有機物污水無法徹底處理，多年來一直困擾行業內外，也一度限值了該條流水線的發揮。2014至2016年，中心通過課題專項研究對該污水進行了深入分析和研究，基本解決了無法處理的難題，但出水水質仍有提升的空間。筆者在此基礎上進行了深度凈化處理研究，通過實踐，采用深度絮凝的方式，明顯提高了排放指標，為行業內動物濕化污水處理提供了參考。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

廢水來自上海市動物無害化處理中心，為濕化工藝處理病死動物產生的含油廢水經過廢水處理系統后的出水，水質指標見表1。

表1 廢水處理系統處理后的主要污染物指標

1.2 試驗方法

試驗首先對幾種常見的絮凝沉淀劑進行初步篩選，有PAC、PAM、Ca(OH)2、FeCl3、FeSO4，選出對試驗污水有作用、起反應的絮凝劑；

其次，溫度控制對廢水處理起到關鍵作用和顯著影響，作者前期通過實踐得出，廢水處理的預處理階段，即離心方式的油水分離，溫度穩定在90℃以上會非常高效，最低溫度不能低于60℃。故，考慮末端出水的絮凝處理也應考慮溫度的影響，設定溫度階段為 60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃分別進行試驗，包括了對應實際應用中的春、夏、秋、冬四季的室外可易控制溫度。

根據上海地區的室外氣候變化、廢水溫度可變范圍和工業化可容易實現的溫度范圍，將試驗溫度范圍設計為10℃至60℃。分別在 60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃的 250ml水樣中投加PAC，充分攪拌后靜置1min，觀察絮凝效果；其次，分別在60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃的水樣中投加離子度為 50 mol/L 的PAM，充分攪拌后靜置1min，觀察絮凝效果；

再次，選出絮凝效果最好的溫度，在此溫度的廢水中分別投加離子度為 30 mol/L、40 mol/L、45 mol/L、60 mol/L 的 PAM，充分攪拌后靜置1min，觀察絮凝效果[2]。

1.3 試驗步驟

①取廢水150ml，調節pH，投加絮凝劑；②攪拌3mins；③低速攪拌50rpm，15mins；④靜置沉淀半個小時；⑤取上層清夜5ml，5000rpm離心5min后觀察絮凝效果。在當前相同條件下，除PAM有絮狀體外，其他絮凝產品均無明顯變化。

根據上述實驗目測效果，選用陽離子PAC和PAM兩種絮凝劑進行對比試驗。PAM（聚丙烯酰胺）是一種線型高分子聚合物[4]，試驗中選用干粉，離子度為60 mol/L、50 mol/L、40 mol/L和30 mol/L，試驗的目的在于深度脫泥[3]；PAC（聚合氯化鋁）是無機高分子混凝劑，對水中膠體和顆粒物具有高度電中和及橋聯作用[4]，試驗的目的在于深度脫泥。絮凝后觀察絮凝效果，并檢測水質指標。

2 試驗結果

2.1 投加PAC絮凝效果

在廢水溫度為 60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃下分別進行試驗：

圖1 廢水溫度分別為60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃時的絮凝效果

從上述照片可以看出，在各溫度廢水中PAC投加后均無效果，未見絮凝成團。

2.2 PAM（離子度50 mol/L）絮凝效果

在廢水溫度為 60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃下，按 1：100的濃度分別投加PAM攪拌后（離子度50 mol/L），靜置1min進行試驗：

從上述照片可以看出，溫度60℃時投加PAM，攪拌后靜置1min無明顯絮凝效果，廢水中有細小懸浮物呈現；50℃時投加PAM，攪拌后靜置1min無明顯絮凝效果，與60℃時相差不大；40℃時投加PAM，攪拌后靜置1min有絮凝狀懸浮在廢水中，無分層，液體部分渾濁；30℃時投加PAM，攪拌后靜置1min絮凝狀明顯，且懸浮在廢水中，分層明顯，液體部分稍渾濁；20℃時投加PAM，攪拌后靜置1min絮凝狀成大團狀明顯，懸浮在廢水上部，分層明顯，液體部分較清澈；10℃時投加PAM，廢水流動性變差，攪拌后靜置1min絮凝狀不明顯，分層不明顯，液體部分渾濁。即，20℃時，絮凝效果最佳。

2.3 20℃廢水中投加PAM絮凝效果

在廢水溫度20度時，選用PAM離子度30 mol/L、40 mol/L、45 mol/L、60 mol/L分別進行試驗：

圖3 離子度分別為30 mol/L、40 mol/L、45 mol/L、50 mol/L、60 mol/L的絮凝效果

從上圖可以看出，離子度60 mol/L的PAM投加后經靜置1min，絮凝體上浮明顯，液體部分較清澈。

3 討論與分析

3.1 絮凝劑的選擇

通過在廢水中分別投加PAC和PAM，可以看到PAC在試驗中的任何溫度下都無絮凝效果；PAM投加到廢水中絮凝效果明顯，絮凝后的廢水較之前清澈許多，可以達到預期的效果。PAC與PAM相比，其絮凝、沉降效果遠不如PAM，故選擇PAM為深度處理的絮凝劑。

3.2 溫度對絮凝效果的影響

圖4 溫度與絮凝效果波動示意圖

通過在廢水溫度為 60℃、50℃、40℃、30℃、20℃、10℃下分別進行試驗中發現，溫度越高絮凝效果越差，但最佳溫度又不能低于20℃，這與廢水的特性有關。病死動物高溫高壓產生的廢水雖然經過了廢水處理系統的處理，但出水中仍存在少量水溶性油脂、不飽和脂肪酸和膠質，這些成分在常溫時隨SS存在，在高溫時溶解或產生物理性變化，使得絮凝劑的絮凝效果不佳；在溫度低于常溫或接近油脂凝固點時，廢水流動性變差，絮凝劑投入后未能形成上浮團狀物。故，溫度是直接影響絮凝效果的重要因素，為了保證絮凝效果，應將絮凝工藝環節設定在20℃左右的溫度下進行。

3.3 絮凝劑濃度對絮凝效果的作用

通過上述試驗得出，隨著離子度的降低，絮凝效果也隨之降低，離子度60 mol/L時絮凝效果最佳，這是由于絮凝劑分子結構所決定的。PAM是由AM（丙烯酰胺）單體經自由基引發聚合而成的水溶性線性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，在適宜的低濃度下，聚丙烯酰胺溶液可視為網狀結構，鏈間機械的纏結和氫鍵共同形成網狀節點；濃度較高時，由于溶液含有許多鏈一鏈接觸點，使得PAM溶液呈凝膠狀[5]。故濃度越高，絮凝的越徹底，絮凝效果越好。

3.4 絮凝后的水質情況

經過絮凝后，廢水部分較清澈，污染物指標明顯下降，如表2：

表2 經過絮凝后廢水的主要污染物指標

絮凝過程在水處理中廣泛應用，使水或液體中懸浮微粒集聚變大，或形成絮團，從而加快粒子的聚沉，達到固-液分離的目的[6]。通常絮凝的實施靠添加適當的絮凝劑，其作用是吸附微粒，在微粒間“架橋”，從而促進集聚。深度處理中的進水水質中含有SS，油脂類和膠質也以SS形態存在，各類污染物質也存在于此，通過絮凝作用可使廢水中的SS、油脂、膠質等物質聚合、去除，從而對降低廢水中各類污染物質起到重要作用[7]。

結語

通過對絮凝劑和絮凝效果的研究，找到了適合動物無害化污水深度處理的PAM絮凝劑、合適的和高效的處理溫度，絮凝后水中各污染物明顯降低，水質進一步提升。絮凝在深度處理研究過程中至關重要，為后續的深度凈化奠定水質基礎，也為后續過濾工藝提供實際工程應用保障。