肉類屠宰及加工廢水中含有大量血污、毛皮、碎肉、內臟雜物、未消化的食物以及糞便等污染物，是一種典型的有機廢水，以高濃度含氮有機化合物、懸浮物、溶解性固體、油脂和蛋白質為主。目前，針對屠宰及肉類加工所產生廢水的處理，多以生物處理工藝為主，輔以必要的物化處理，而混凝法是物化處理的常用手段。。
對于混凝法處理工藝，選擇安全可靠、經濟高效的絮凝劑是關鍵。聚硅酸鋁鐵絮凝劑是一類新型無機高分子絮凝劑，與傳統鐵鹽和鋁鹽絮凝劑相比，混凝性能好，使用條件寬，藥劑用量小，殘留濃度低。近年來，項目組利用自制的粉煤灰基無機高分子復合聚硅酸鋁鐵絮凝劑，該絮凝劑兼備鋁鹽、鐵鹽吸附力強、脫色性能好及聚硅酸良好的吸附、網捕作用，對高濁度廢水、有機廢水以及含磷廢水等均具有良好的處理效果。本文主要研究了自制粉煤灰基聚硅酸鋁鐵絮凝劑用于牛肉屠宰加工廢水絮凝處理工序的實驗、與聚合氯化鋁的對比、理想加藥量的確定以及以此為指導開展的工業化實際應用情況。
1、實驗室試驗
1.1 主要儀器設備與原料
1.1.1 試驗主要儀器
試驗用主要儀器：JJ-4型六聯電動攪拌器、PHS-3C酸度計、萬分之一電子天平、四頭真空泵、數顯恒溫干燥箱、布氏漏斗、便攜式濁度儀、標準COD消解器、分光光度計。
1.1.2 試驗用絮凝劑
聚合氯化鋁為工業級粉狀固體，生產廠家為鄭州市銀河水處理材料廠；粉煤灰基復合高分子聚硅酸鋁鐵絮凝劑（質量分數10%）為自制。
1.1.3 試驗水樣
屠宰及肉類加工廢水：取自豫北某牛肉屠宰加工廠，原水水質見表1。
1.2 試驗方法與設計
試驗采用燒杯混凝實驗法。實驗步驟：將水樣搖勻，用燒杯取1000mL，開啟自動攪拌器，設定攪拌轉速為60r/min，先加入試驗規定量的絮凝劑，間隔30s再加入1濃度的PAM溶液1mL，攪拌1min，靜置沉淀30min，取上清液為待測水樣。
評價指標為廢水的COD、SS、氨氮、總磷，指標的分析均選用國家標準方法。
1.3 試驗結果
針對表1水樣，用自制聚硅酸鋁鐵絮凝劑進行不同加藥量的混凝試驗，同時用聚合氯化鋁按企業實際應用的投加量做混凝試驗，試驗結果見表2。
對表2的試驗結果進行分析，由圖1可以看出，對于牛肉屠宰加工廢水，自制聚硅酸鋁鐵絮凝劑有較好的處理效果，且隨著投加量的增加，各項污染指標去除率均隨著提升，其中總磷的去除率在絮凝劑投加量500mg/L時超過了80%。從經濟及處理效果綜合考慮，300mg/L為自制絮凝劑的理想投加量。由圖2可以看出，與投加量300mg/L的聚合氯化鋁混凝試驗對比，自制聚硅酸鋁鐵絮凝劑除氨氮去除效果稍差外，COD、SS、總磷去除效果均優于聚合氯化鋁。
自制聚硅酸鋁鐵絮凝劑對污染物的去除效果，尤其是對磷的去除優于聚合氯化鋁，是因為其整體帶正電荷，能與水中帶負電荷的磷酸根類膠體物質發生中和作用壓縮雙電子層，使膠體粒子脫穩而從水中去除；同時絮凝劑中的Fe-OH、Al-OH等基團與水中的磷酸根等作用生成沉淀，該沉淀在沉降過程中還能吸附不易沉淀的其他懸浮物，發揮網捕卷掃作用。聚硅酸鋁鐵絮凝劑絮凝沉淀過程是電中和、壓縮雙電層、吸附架橋和網捕卷掃多種機制共同作用的結果。
2、現場試驗
2.1 試驗現場條件
豫北某牛肉屠宰加工廠每日產生的廢水總量為3000m3，平均125m3/h。
廢水處理流程：生產廢水—機械格柵—隔油池—集水調節池—混凝反應池—一沉池—UASB厭氧—A/O好氧—二沉池—深度處理—三沉池—濾池—達標外排。
其中，混凝沉淀系統主要設施及設備配置見表3。
2.2 試驗設計
首先將自制聚硅酸鋁鐵絮凝劑及聚丙烯酰胺在藥劑桶中溶解，用加藥計量泵按聚硅酸鋁鐵300mg/L、聚丙烯酰胺1mg/L的投加量投加到混凝反應池中。分別在混凝反應池進口和一沉池出口設置取樣點，每隔2h取1次樣，連續24h取樣檢測。
2.3 試驗結果
自制聚硅酸鋁鐵絮凝劑工業化實際應用試驗樣品檢測數據見表4。
對表4的樣品檢測數據進行分析，由圖3~圖6可以看出，自制聚硅酸鋁鐵絮凝劑在投加量300mg/L時對污染物的去除效果良好，出水水質指標平穩，COD、SS、氨氮、總磷的平均去除率為46.2%、57.0%、32.4%、66.2%。由此可以說明，實驗室確定的理想投加量比例（300mg/L）完全可以放大應用到工業化生產實際，處理效果雖然比實驗室燒杯試驗稍差，但完全能滿足企業廢水處理系統混凝沉淀單元的工藝技術要求，且二沉池出水總磷即可實現達標。
3、效益分析
目前，該公司廢水處理系統絮凝劑使用的是聚合氯化鋁，購買價格1800元/t，投加量為300mg/L，噸水費用為0.54元；由于總磷不達標，需在深度處理單元投加除磷劑，噸水投加費用為0.55元，兩項合計噸水費用為1.09元。采用等量的自制絮凝劑代替聚合氯化鋁，如自制絮凝劑市場售價按每噸2500元計算，則噸水費用為0.75元；由于二沉池出水總磷達標，不需另加除磷劑進行深度處理。兩項比較，噸水可節約費用0.34元，按每年生產天數340d計算，年可為該公司節約費用達34.68萬元。
4、結論
1）對于牛肉屠宰加工廢水，自制粉煤灰基復合高分子聚硅酸鋁鐵絮凝劑有較好的處理效果，且隨著投加量的增加，各項污染指標去除率均隨著提升，其中總磷的去除率在絮凝劑投加量500mg/L時超過了80%。
2）從經濟及處理效果綜合考慮，300mg/L為自制聚硅酸鋁鐵絮凝劑的理想投加量。用等量聚合氯化鋁進行類比試驗，自制絮凝劑除氨氮去除效果稍差外，COD、SS、總磷去除效果均優于聚合氯化鋁。
3）經生產性試驗證明：自制絮凝劑的理想投加量比例（300mg/L）完全可放大應用到生產實際，處理效果能滿足試驗廢水處理系統混凝沉淀單元的工藝技術要求。
4）通過費用核算，與聚合氯化鋁相比，采用自制粉煤灰基復合高分子聚硅酸鋁鐵絮凝劑，噸水可節約藥劑費用0.34元。（來源：（河南省科學院 地理研究所）
