不同絮凝劑用量對牛糞沼液固液分離產物的影響

劉菊蓮，王文林，孫 潔,胡馨月，胡登吉

(寧夏順寶現代農業股份有限公司，寧夏 青銅峽 751600)

1 引言

近年來，隨著市場經濟的快速發展，我國集約化、規模化的養殖業得到了迅猛的發展，成為我國農業的重要支柱產業，與此同時產生的大量糞便若不能得到妥善處理，必將引發環境問題[1]。沼氣工程是我國規模化養殖業畜禽糞便處理的主要技術。發達國家對沼液的處理大多是經長期貯存后作為肥料在田間消納，在國內，盡管沼液中含有農作物生長所需的營養物質，但由于集約化養殖場糞污厭氧處理產生的沼液量巨大，多數養殖場周邊沒有足夠的土地用于消納，且其重金屬超標，直接農用會造成地下水污染等嚴重的環境問題，導致農業應用十分困難。因此，針對沼液開發經濟有效的處理方法十分必要和緊迫。

目前沼液的處理方式主要有自然凈化處理、生化處理以及膜濃縮處理。膜濃縮雖然對沼液中COD有良好的去除效果[2]，但是由于膜污染問題和濃水利用問題尚未得到有效解決，限制了該技術的發展。生化處理多采用SBR和AO工藝處理豬場沼液[3，4]，一方面是處理費用較高，另一方面如需達到排放標準還需要進行深度處理，更增加了處理費用和處理難度。并且目前有關沼液處理的研究主要集中于豬場沼液，關于牛糞沼液處理的研究相對較少，與其他動物糞便相比，牛糞沼液中難降解植物纖維和木質素含量較高，可生化性能差，難于進行后續生物處理，且在高寒地區無法提供足夠多的熱量，導致厭氧消化不完全[5]。沼液內部有機物濃度高，膠態物質含量高，難以固液分離[6]，因此，需尋求一種沼液的預處理方法，在實現固液分離的同時降低污染物濃度，為后續膜過濾工藝減輕負荷，在減緩膜污染的同時使出水達到畜禽養殖業排放標準，實現沼液的無害化處理。

本課題以寧夏吳忠國家現代科技園內金宇浩興萬頭奶牛養殖糞污水，經沼氣發酵系統厭氧發酵后，其沼液水為本課題研究對象，采用壓濾裝置和絮凝技術相結合，目的在提高液體內部顆粒沉降性能的同時降低COD，減輕后續處理負荷，以期為實際工程提供技術支持，為沼液水處理后資源化深度綜合利用或達標排放奠定基礎。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

實驗用水采用寧夏金宇浩興農牧科技有限公司牛糞沼液，處理牛糞的沼氣裝置采用黑色分子膜，溫溫度為37 ℃左右，沼液顏色暗黑，有刺激性氣味，呈膠體懸濁狀態難以沉降。廢水性質如表1所示。濾膜采用750規格，絮凝劑采用聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺(執行標準GB/T13940-92,含量≥90%，分子量1200萬)。

表1 牛糞沼液基本指標

結合沼肥標準NY/T2596-2014和畜禽養殖業污染物排放標準GB18596-2001，由表1數據可知沼液中的五項重金屬、水不溶物(懸浮物)蛔蟲卵死亡率均未超標，但總養分、COD、氨氮、總磷、懸浮物、糞大腸菌群、均不合格，需通過一定的工藝條件進行深度處理后才能實現達標排放。

2.2 實驗裝置

實驗裝置采用景津程控隔膜壓濾機(XMZG180/1250-U)、攪拌罐(30 m3)、快速水質測定儀(5B-1(V8))、消化爐(HYP-308、HYP-314)、電子天平(AL104)、自動定氮儀(KDN-103F)、火焰光度計(FP6410)、紫外可見分光光度計(UV-1100)、便攜式pH計(DH-220)、電導率儀(DDSJ-319L)、原子熒光光度計(AS-681)、原子吸收光譜儀(AA-1800)。

2.3 實驗設計

本實驗于2020年9～10月在寧夏吳忠市孫家灘金宇浩興萬頭奶牛場進行，以發酵后的牛糞沼液為研究對象，采用景津程控隔膜壓濾機(XMZG180/1250-U)和1250型濾布，通過加入不同用量聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁和干糞渣，以期篩選出適合固液分離的最佳預處理用量。實驗共設置7個處理，每個處理15 t沼液，加入不同的絮凝劑用量進行壓濾處理(具體如表2)，壓濾后測定清液及濾渣各項指標。

2.4 分析項目及檢測方法

表2 實驗設計

2.5 數據處理

采用Microsoft Excel進行數據處理。

3 結果與分析

3.1 不同處理對壓濾后液體產物的影響

由表3可知，不同處理壓濾后COD的高低順序依次為處理二>處理七>處理三>處理一>處理四>處理五>處理六，其中處理六的COD降幅最大，降幅達到93.6%；壓濾后氨氮的高低順序依次為處理四>處理一>處理五>處理二>處理七>處理三>處理六，其中處理六的降幅最大，達到40.3%；壓濾后總磷的高低順序依次為處理一>處理二>處理三>處理四>處理五>處理六=處理七，其中處理六和處理七的降幅最大，達到96.4%；壓濾后懸浮物的高低順序依次為處理四>處理三>處理七>處理六>處理二>處理一>處理五，整體懸浮物降幅較大，其中處理五降幅最大，可達到99.9%；全鹽含量處理六降幅最大，達到16.2%；pH值、糞大腸菌群數各處理之間沒有顯著性差異。

表3 液體產物檢測數據

3.2 不同處理對壓濾后固體產物的影響

由表4可見，經過壓濾的各個處理水分高低順序為處理二>處理四>處理三>處理五>處理七>處理一>處理六，其中處理六的濾渣水分最低；總養分高低順序依次為處理六>處理四>處理三>處理一>處理五>處理二>處理七，處理二和處理七之間沒有顯著差異，處理六的總養分最高；濾渣有機質含量高低順序依次為處理三>處理五>處理六>處理二>處理七>處理四>處理一，其中處理二、處理四、處理七之間沒有顯著性差異，處理一的有機質含量最低，處理三的有機質含量最高，各個處理的濾渣有機質含量相對較高，添加輔料后可用于生產有機肥。各個處理壓濾后的糞大腸菌群和pH值沒有顯著性差異。

3.3 不同處理成本計算

由表5可知，各個處理添加絮凝劑后其成本高低順序依次為處理一>處理二>處理三>處理四>處理五>處理六>處理七，處理一添加量最大，前處理成本最高，處理七添加量最少，前處理成本最低。

表4 固體產物檢測數據

表5 不同處理成本計算

備注：以聚合氯化鋁2000元/t，聚丙烯酰胺12000元/t，干糞渣200元/t的市場價計算

4 結論

(1)不同絮凝劑用量前處理對壓濾后液體產物的結果表明：處理六的效果較為明顯，壓濾實驗后沼液各項指標降幅較大，其中沼液COD、總磷、懸浮物去除率達到90%以上，氨氮去除率達到40%以上，對固液分離起到了較好的促進作用，為后續膜過濾工藝和生物處理減輕了負荷。

(2)不同絮凝劑用量前處理對壓濾后固體產物的結果表明：處理六的效果較為明顯，通過絮凝壓濾實驗得到的沼渣，各項指標較為接近NY525-2012的要求，通過添加輔料后進一步發酵，對于生產固體有機肥的可行性較高。

(3)通過前處理篩選處理六的前處理效果最佳。處理1 t沼液需要添加的聚合氯化鋁為0.5%，聚丙烯酰胺為0.3‰，成本為13.6元；其次是處理五，處理1 t沼液需要添加的聚合氯化鋁為0.67%，聚丙烯酰胺為0.067‰，用40 kg干糞渣替代部分聚丙烯酰胺，成本為15.5元。