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水、膜与环境生物技术实验室，水资源与技术研究中心，BP 273，索利曼，8020，突尼斯
摘要
家禽屠宰场产生的废水含有高浓度的有机物和病原体，给处理带来了巨大挑战。在突尼斯，废水排入公共下水道前必须满足化学需氧量（COD）不超过1000毫克/升的限制。本研究针对突尼斯扎古安（Zaghouan）的一家家禽屠宰场，优化了混凝-絮凝（C< />2 = 0.9969），确定了最佳操作参数。模型预测，当混凝剂浓度为3.67克/升、絮凝剂浓度为0.48克/升时，废水的COD可降至874.5毫克/升。实际实验验证显示，该优化工艺不仅有效降低了COD值，还显著减少了悬浮固体、浊度以及病原菌（大肠杆菌和沙门氏菌）的含量。本研究展示了一种稳健的、经过统计优化的处理方法，成功实现了从实验室优化到工业应用的转化，确保了处理效果符合法规要求。
引言
废水处理是环境管理和水资源可持续利用的重要组成部分。特别是家禽加工行业，其产生的废水中含有大量有机物、脂肪、蛋白质、羽毛和血液[1]、[2]。除了有机和无机污染物外，家禽屠宰场废水还含有高浓度的病原菌，如铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、志贺氏菌（Shigella）、沙门氏菌和大肠杆菌[3]、[4]、[5]。家禽屠宰场废水（PSW）的质量关键指标包括悬浮固体、浊度、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氮和磷等营养物质以及病原微生物[6]、[7]。如果未经处理直接排放，这些废水会导致水体富营养化、微生物污染和有毒化合物积累，对水生生态系统和公共健康造成负面影响[8]、[9]。最新研究表明，家禽生产和屠宰活动是进入淡水和污水处理厂（WWTP）的微塑料（MPs）的一个未被充分重视的来源，此外还有生活污水的排放[10]、[11]。微塑料可能通过受污染的饲料、垫料和水等多种途径进入养殖系统[12]、[13]。家禽屠宰场废水的处理通常遵循与城市废水相同的流程，包括预处理、一级处理和二级处理。预处理阶段主要通过筛网、滤网等设备去除悬浮固体[14]。金属网筛网能拦截直径10至30毫米的颗粒，旋转筛网可捕捉大于0.5毫米的固体，这些设备还有助于防止堵塞和设备磨损。此步骤可去除约60%的悬浮固体和30%的BOD[15]。预处理后可以采用多种处理组合，其中最常用的方法是先进行物理化学处理，再接生物处理。常用的物理化学处理方法包括气浮法（DAF）、电凝聚、混凝-絮凝和沉淀[15]。气浮法可去除30–90%的BOD、70–80%的COD和38–70%的悬浮固体[16]。混凝-絮凝（C< />< />3）、氯化铝（AlCl3）和硫酸铝（Al2(SO4)3）[23]、[24]；添加PAM还能促进微塑料聚集形成更大更紧密的絮体，从而提高沉淀效率[25]。
在突尼斯，家禽产业是该国农业经济的重要支柱，年家禽肉产量约为10万吨。废水特性因操作因素而异，包括处理动物的数量和种类、用水量以及血液和脂肪的回收效率。例如，一项针对突尼斯西北部一家日均处理4000至8000只鸡的中型屠宰场的研究显示，其COD浓度在1500至3000毫克/升之间[26]、[27]。突尼斯的家禽屠宰场废水通常排入公共下水道系统，然后输送至污水处理厂。但由于其高有机负荷、悬浮固体和微生物污染，未经处理的废水直接排放会导致污水处理厂运行问题，如超负荷、污泥膨胀和处理效率下降。为缓解这些问题，相关企业需在排放前采用物理和化学方法进行预处理。政府2018年3月26日颁布的第2018–315号法令规定了严格的排放标准，要求废水COD浓度不得超过1000毫克/升。然而，由于废水成分的波动性和处理技术的不足，许多企业难以持续满足这些法规要求。这不仅可能导致违反环保法规，还会因过量使用处理化学品和频繁采取补救措施而增加运营成本。因此，迫切需要优化混凝-絮凝工艺，以实现高效处理的同时降低化学消耗和总体成本，同时确保合规性。
本研究旨在优化PAC和PAM的用量，以降低处理成本并确保废水处理符合法规要求。目前，该行业的废水COD浓度约为280毫克/升，远低于1000毫克/升的法规限值，但这是通过较高且可能非最优的化学剂量实现的，导致运营成本增加和污泥产生过多。因此，本研究的主要目标是优化混凝-絮凝工艺，减少化学药剂用量，同时确保处理后的废水COD浓度低于1000毫克/升。这种方法将重点从“过度处理”转向“经济高效的合规”，旨在在保持环境合规的同时大幅降低运营成本。为此，在受控实验室条件下进行了罐式试验，确定了最佳混凝剂和絮凝剂用量，并在工业规模上进行了验证，以确认其在实际操作条件下的有效性。在优化前后监测了关键物理化学参数（如TSS、浊度、BOD、COD、微塑料以及病原菌），以确保处理效果符合法规要求。
材料
本研究使用的混凝剂是商业聚氯化铝（PAC），以粉末形式提供（纯度≥30%，工业级，25公斤/袋）。产品使用前无需进一步纯化。絮凝剂为商业聚丙烯酰胺（PAM，产品代码：AP-9236HM/A），由Chem & Biochem Pro公司提供，以颗粒形式供应（25公斤/袋），适用于工业废水处理。使用前将其配制成水溶液。
废水特性
表3展示了家禽屠宰场废水（PSW）的特性和排放标准。分析表明，多项关键参数超过了国家和国际排放标准（欧盟和美国标准），说明这些废水的污染负荷很高。需要注意的是，欧盟和美国的标准适用于直接排放到环境中的情况，而国家标准适用于排放到公共下水道系统后进行后续处理的废水。
结论
本研究成功应用中心复合设计（RSM）和统计优化方法（CCD），优化了家禽屠宰场废水的混凝-絮凝工艺。开发的二次模型具有很高的预测准确性，精确确定了化学药剂的最佳用量范围。模型预测，当混凝剂（PAC）剂量为3.67克/升、絮凝剂（PAM）剂量为0.48克/升时，废水的COD可降至874.5毫克/升，符合突尼斯的排放标准。实验验证结果证实了这一预测。
作者贡献声明
哈杰尔·切明吉（Hajer Chemingui）：撰写初稿、软件开发、方法设计、数据调查、数据分析、概念构建。
萨拉·赫奇米（Sarra Hechmi）：撰写初稿、数据可视化、软件开发、资源协调、数据整理。
埃姆纳·拉哈利（Emna Rahali）：项目管理工作。
萨尔玛·阿比迪（Salma Abidi）：数据整理。
哈马迪·卡拉利（Hamadi Kallali）：效果验证、数据调查。
伊斯梅尔·特拉贝尔西（Ismail Trabelsi）：撰写修订稿。
资金情况
本研究的研究、撰写和发表过程中未获得任何财务支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务或个人利益影响本研究的结果。
