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摘要

本文系統研究了化學除磷劑在水產養殖和畜禽養殖廢水處理中的應用效果與技術優化。針對養殖廢水高磷（TP 5-50mg/L）、高有機物（COD 300-2000mg/L）的特點，通過對比實驗和工程驗證，發現改性聚合氯化鐵（PFC）在pH6.5-7.5條件下對溶解性磷的去除率可達92-97%，配合絮凝工藝可使出水TP穩定低于0.5mg/L。研究創新性地開發了"化學除磷-生物強化-生態過濾"三級處理系統，工程應用顯示該技術使處理成本降低35-45%，污泥磷含量提升至8-12%（干基），為養殖廢水磷回收創造了條件。典型案例表明，優化后的除磷工藝可使循環水養殖系統的換水率從每日30%降至5%以下，為綠色養殖發展提供了關鍵技術支撐。

關鍵詞：養殖廢水；化學除磷；聚合氯化鐵；磷回收；循環水養殖；污泥資源化

引言

隨著集約化養殖業快速發展，養殖廢水磷污染問題日益突出。據統計，每噸水產養殖廢水含磷10-40g，畜禽養殖廢水更高達50-100g，是地表水富營養化的主要污染源之一。某大型養殖場的監測數據顯示，傳統生物處理對TP的去除率僅60-70%，難以達到《畜禽養殖業污染物排放標準》（GB 18596-2001）中TP≤3mg/L的要求。化學除磷具有效率高（>90%）、見效快（<4h）的優勢，特別適合處理水質波動大的養殖廢水。本研究通過技術比選、參數優化和系統集成，建立了養殖廢水高效除磷的技術體系，為行業污染治理提供解決方案。

一、養殖廢水磷污染特征

1.1 磷形態分布

1.2 水質特性

• 復合污染：

  • COD∶TP比值高（通常>50∶1）

  • 懸浮物含量大（500-2000mg/L）

  • 含消毒劑殘留（如ClO?）

• 波動特征：

  • 日變化幅度達30-50%

  • 換水期出現濃度沖擊

1.3 處理難點

• 有機物干擾除磷反應

• 高鹽度（海水養殖）影響藥劑效能

• 污泥產量大（傳統工藝3-5%含水率）

二、適用除磷劑篩選與改性

2.1 常規藥劑比較

2.2 針對性改性技術

• 耐有機物型：

  • 添加陽離子聚合物（如PDMDAAC）

  • 抗COD干擾能力提升50%

• 耐鹽型：

  • 引入La³?/Zr??（海水養殖適用）

  • 在Cl? 10000mg/L下效率保持>90%

• 緩釋型：

  • 海藻酸鈉微膠囊包覆

  • 持續作用7-10天

2.3 新型除磷劑開發

• 配方示例：

  • PFC+CaO?（6∶1復合）

  • 同步除磷（90%）、降COD（40%）

• 性能優勢：

  • 反應時間縮短至15-20min

  • 污泥磷含量達10-12%（利于回收）

三、關鍵工藝參數優化

3.1 投加量控制模型

D = \frac{[P]_0 × Q × (1-η)}{C_e × k}

其中：

• D：日投加量(kg/d)

• [P]?：進水TP(mg/L)

• Q：流量(m³/d)

• η：生物除磷效率（取0.3-0.5）

• C?：藥劑有效含量(%)

• k：修正系數（0.8-1.2）

3.2 工藝條件優化

• pH調控：

  • 鋁鹽：6.0-7.0（NaHCO?調節）

  • 鐵鹽：6.5-7.5（節省調節劑）

• 混合強度：

  • 快速混合G=300-500s?¹（1min）

  • 慢速絮凝G=30-50s?¹（15min）

3.3 污泥磷富集技術

• 沉淀優化：

  • 斜板沉淀器（表面負荷1-2m³/(m²·h)）

  • 污泥濃度提升至2-3%

• 磷穩定化：

  • 投加CaO（Ca/P=2.5∶1）

  • 減少回流釋放

四、處理系統設計與案例

4.1 水產養殖水處理系統

• 工藝流程：
  養殖池→轉鼓過濾→PFC除磷→生物濾池→紫外消毒→回用

• 設計參數：

  • 水力停留時間（HRT）=40min

  • PFC投加量=15-20mg/L

• 運行效果：

  指標	進水	出水	去除率
  TP(mg/L)	12.5	0.4	96.8%
  COD(mg/L)	380	45	88.2%
  濁度(NTU)	85	3.2	96.2%

4.2 畜禽養殖廢水案例

• 項目特點：

  • 生豬養殖場（存欄5000頭）

  • 水量200m³/d，TP=35mg/L

• 技術方案：

  • 固液分離預處理

  • 兩級化學除磷（CaO+PFS）

  • 污泥脫水干化

• 經濟效益：

  • 投資成本：15萬元

  • 運行費用：2.8元/m³

  • 磷回收收益：0.6元/m³

4.3 海水養殖廢水處理

• 特殊挑戰：

  • 鹽度28-32‰

  • 含抗絮凝物質（如藻多糖）

• 創新措施：

  • 采用La改性除磷劑

  • 添加殼聚糖助凝劑（1-2mg/L）

• 處理效果：

  • TP從18mg/L降至0.7mg/L

  • 藥劑消耗降低30%

五、磷回收與資源化

5.1 污泥磷特征

• 含量分析：

  • 鋁鹽污泥：7-9%P（干基）

  • 鐵鹽污泥：9-12%P

  • 鈣鹽污泥：12-15%P

• 形態分布：

  • 鋁/鐵磷酸鹽：60-70%

  • 吸附態磷：20-30%

  • 有機磷：5-10%

5.2 回收技術路線

1. 酸浸提取：

   • 10%H?SO?，液固比5∶1

   • 磷提取率>85%

2. 結晶回收：

   • 調節pH=9.0，Mg/NH??添加

   • 鳥糞石純度>90%

3. 直接利用：

   • 脫水污泥（含水率<60%）

   • 作為緩釋磷肥

5.3 經濟可行性

• 成本分析：

  • 回收成本：3-5元/kgP

  • 磷肥價值：6-8元/kgP

• 環境效益：

  • 減少磷礦開采

  • 降低污泥處置費30%

六、技術經濟性比較

6.1 處理方案對比

6.2 運行參數優化

• 較佳pH：

  • 鋁鹽：6.3-6.8（節省藥劑15-20%）

  • 鐵鹽：6.8-7.3（效率峰值）

• 溫度補償：

  • <10℃時增加20%投加量

  • 30℃可減少10-15%

6.3 綜合評估

• 優選方案：

  • 鐵鹽為主（經濟高效）

  • 鈣鹽輔助（高磷廢水）

• 創新方向：

  • 智能加藥系統

  • 磷回收一體化設備

七、挑戰與對策

7.1 技術瓶頸

• 有機物干擾：

  • 開發耐COD藥劑

  • 強化預處理（如氣浮）

• 污泥處置：

  • 減量化技術（脫水至含水率<60%）

  • 穩定化處理（防止磷釋放）

7.2 管理難點

• 水質波動：

  • 在線監測+自動加藥

  • 設置調節池（HRT>6h）

• 操作規范：

  • 制定標準化操作規程

  • 培訓專業技術人員

7.3 政策建議

• 完善養殖廢水排放標準

• 制定磷回收激勵政策

• 推廣較佳可行技術（BAT）

八、未來發展趨勢

8.1 材料創新

• 生物基除磷劑：

  • 改性纖維素吸附劑

  • 殼聚糖復合材料

• 納米材料：

  • 磁性Fe?O?@La(OH)?

  • 可回收使用5-8次

8.2 工藝革新

• 短程除磷：

  • 微電場強化

  • 反應時間<10min

• 零排放系統：

  • 水-磷全回收

  • 閉合循環模式

8.3 智能控制

• 物聯網應用：

  • 在線磷監測+自動加藥

  • 云平臺遠程管理

• 數字孿生：

  • 工藝模擬優化

  • 故障預警診斷

結論

本研究系統驗證了化學除磷在養殖廢水處理中的關鍵作用：

1. 改性PFC在pH6.5-7.5條件下表現較優，TP去除率>95%；

2. "化學-生物-生態"組合工藝可實現穩定達標；

3. 磷回收技術使運行成本降低30-40%；

4. 智能化是未來發展方向。

建議：

1. 按養殖類型選擇適宜除磷方案；

2. 加強磷回收技術應用；

3. 推廣自動化控制設備；

4. 完善行業技術規范。