CN101962244B - 一种畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺。主要包括以下步骤，首先，厌氧处理后的畜禽废水(1)经前调节池(2)，分别注入序批式MAP(3)或连续流MAP反应器(4)，经曝气吹脱溶解性CO2，提高废水pH，废水中PO4 3-结合NH4 +、Mg2+生成的磷酸铵镁晶体经捕集器(10)捕集回收；然后，废水经中间调节池(5)进入MBBR反应器(6)，去除COD和NH4 +-N；最后出水经沉淀池(7)沉淀排放。本发明将MAP和MBBR工艺结合，先通过物化方法去除和回收磷，再经生物膜法进行COD和NH4 +-N去除，实现废水的达标排放和营养元素N、P、Mg的资源化回收。工艺操作简便，运行稳定。

Description

一种畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺
技术领域
本发明属于污水处理及其资源化技术领域，具体为一种能有效去除和回收畜禽养殖废水中营养元素的工艺。
背景技术
畜禽养殖污水属高浓度有机废水，COD、氨氮和磷的浓度均很高，处理难度大、成本高。在畜禽养殖业中，养猪废水污染是一种普遍存在、极具代表性的污染形式。畜禽养殖废水具有以下特点：一是排放量大，冲击负荷大；二是固液混杂，有机质浓度高，处理难度很大；三是N、P营养物含量特别高，碳氮比低。畜禽养殖业利润低，市场压力大，研究经济有效的治理技术是解决畜禽养殖废水污染问题的根本途径。
目前，对畜禽养殖粪污进行厌氧处理，是规模化畜禽养殖场较普遍采用的处理工艺，产生的沼气可以作为清洁能源。但是厌氧发酵后的废水仍含有高浓度COD、氮、磷等污染物，通过常规活性污泥法好氧处理难以实现达标排放，尤其是氨氮和磷的去除。因此厌氧发酵畜禽养殖废水中氮磷营养物的去除，是制约畜禽养殖废水达标排放和资源化利用的瓶颈问题。另一方面，畜禽养殖废水中丰富的营养物又是宝贵的资源，尤其磷元素是一种不可再生的重要资源，现代社会的生产生活方式导致大部分磷元素单向流动，其最终归宿是深海的沉积层，而沉入深海的磷仅有很少一部分可通过浅海鱼类或海鸟返回陆地，从而导致磷资源的逐渐减少，因此，在养殖废水处理中，实现营养物污染控制与资源化回收的结合具有重要意义。
本发明的目的就是针对畜禽养殖废水特点，研究和开发畜禽养殖废水中高浓度营养物污染控制与资源化回收工艺，实现畜禽养殖废水的达标排放和N、P的资源化回收。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
发明内容
本发明旨在提供一种出水水质稳定、操作简单、可实现营养物资源化回收的畜禽养殖废水营养物处理工艺。
本发明为一种畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，包括以下步骤：
a.将厌氧处理的畜禽养殖废水(1)经前调节池(2)，分别经潜水泵(9)和自流注入序批式MAP反应器(3)和连续流MAP反应器(4)，所述MAP反应器底部安装曝气盘/管(12)，中间安装晶体捕集器(10)，通过风机(21)提供曝气提高废水pH，进行MAP结晶反应，MAP晶体通过晶体捕集器(10)捕集回收；
b.将步骤a的反应出水注入中间调节池(5)，进行静置、稳定、沉淀；
c.将步骤b的所得上清液注入循环交叉流MBBR反应器(6)，所述循环交叉流MBBR(6)反应器分为缺氧区(19)和好氧区(20)两段，内设导流板(17)，中间由穿孔板(18)隔开，缺氧区(19)安装搅拌泵(15)，好氧区安装曝气盘/管(16)，在缺氧区搅拌泵(15)和好氧区风机(21)曝气的作用下，反应器内形成循环交叉流，在一个水力停留时间内，废水反复多次流经缺氧区和好氧区，实现COD和NH4 +-N的高效去除。
d.将步骤b的出水注入沉淀池(17)，进行稳定、沉淀，去除废水中悬浮生物膜，上清液经潜水泵(23)外排(8)，排水水位通过液位控制器控制(22)。沉淀池中污泥定期排出。
根据本发明，畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺是先进行废水中磷的去除和回收，再去除废水中COD和NH4 +-N。
根据本发明，在步骤a的MAP结晶反应过程，采用曝气吹脱CO2的方式，提高废水pH，其反应中无需外加Mg源、N源或P源。
根据本发明，步骤a的序批式MAP反应器(3)中气水比为10-60∶1，进水时间0.5小时，曝气反应时间为1-4h，沉淀时间1-2h，排水时间0.5h。
根据本发明，步骤a的连续流MAP反应器(4)由不锈钢框体(11)分为反应器(14)和沉淀区(13)，反应区和沉淀区体积比为1∶2-3，反应过程中气水比为50-100∶1。
根据本发明，步骤a的序批式MAP反应器(3)和连续流MAP反应器(4)中安装晶体捕集器(10)，捕集器(10)材料为不锈钢丝网。
根据本发明，步骤a的序批式MAP反应器(3)和连续流MAP反应器(4)中回收的晶体为磷酸铵镁，晶体纯度达到90％以上，磷回收产品可用作缓释性磷肥。
根据本发明，步骤c中的MBBR反应器(6)采用轻质聚丙烯环状填料(24)，填料(24)填充比为40％-60％。
根据本发明，步骤c中的MBBR反应器(6)水力停留时间为12-18h，气水比为4-6∶1。
根据本发明，工艺出水水质达到畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)。
附图说明
图1为本发明所述的一种畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺流程图。
1-厌氧处理的畜禽养殖废水，2-前调节池，3-序批式MAP反应器，4-连续流MAP反应器，5-中间调节池，6-循环交叉流MBBR反应器，7-沉淀池，8-出水，9-序批式MAP反应器进水泵，10-晶体捕集器，11-不锈钢框体，12-MAP反应器曝气盘/管，13-沉淀区，14-反应区，15-MBBR反应器曝气盘/管，16-搅拌泵，17-导流板，18-穿孔板，19-缺氧区，20-好氧区，21-风机，22-液位控制器，23-出水潜水泵，24-MBBR反应器填料。
具体实施方式
实施例1：
将经厌氧处理的畜禽养殖废水(平均水质为COD 1753.7mg/L，TP 52.9mg/L，PO4 3--P 39.5mg/L，NH4 +-N 646.6mg/L，Mg 60mg/L，pH 7.06，碱度60mmol/L)，以0.28m3/h的流量注入前调节池，进行水质水量的调节后，分别注入序批式MAP反应器和连续流MAP反应器；其中序批式MAP反应器反应器高2.5m，直径1.0m，有效容积1.0m3，内部设置晶体捕集器。捕集器由不锈钢丝网制成，为四层同心圆筒状，直径0.8m，高1.0m，反应器底部为锥形晶体收集斗，用于收集不能被捕集器捕集的MAP晶体；序批式MAP反应器采用SBR运行方式，进水0.5h，曝气反应2h，沉淀1h，出水0.5h，曝气量15.0m3/h；连续流MAP反应器高4.0m，长宽各1.6m，有效容积4.0m3，内部分为反应区和沉淀区，其中反应区有效容积为1.3m3，沉淀区有效容积2.6m3。反应器内设置晶体捕集器。捕集器由不锈钢丝网制成，为四层同心圆筒状，直径1.0m，高1.5m。反应器底部为锥形晶体收集斗，用于收集不能被捕集器捕集的MAP晶体，反应器水力停留时间12h，曝气量25.0m3/h。
序批式和连续流MAP反应器出水进入中间调节池，进行水质水量调节，然后，进入MBBR反应器，MBBR反应器长2.7m，宽1.0m，高2.0m，有效容积5.0m3，其中缺氧区2.5m3，好氧区2.5m3，反应器内按填充比60％填充聚丙烯环状填料，反应器水力停留时间18h，好氧区曝气量4.0m3/h。
MBBR反应器出水进入沉淀池，经沉淀去除废水中悬浮物和脱落生物膜，上清液排放。工艺运行时间45天，平均出水水质COD 313.9mg/L，TP 7.5mg/L，NH4 +-N 60.8mg/L，达到畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)(COD 400mg/L，TP 8mg/L，NH4 +-N 80mg/L)。
从MAP反应器中晶体捕集器上剥离的固相析出物经X-ray分析，与磷酸铵镁标准谱图吻合；经电子显微镜分析晶形与磷酸铵镁晶形吻合，回收物为磷酸铵镁晶体；定量称取0.2465g(以1mmol NH4MgPO4 6H2O计)固相析出物，加适量酸溶解，定容至1L，分析其中P、N、Mg含量分别为0.9351mmol、0.9121mmol、0.9125mmol，晶体纯度达91.2％。
实施例2：
将经厌氧处理的畜禽养殖废水(平均水质为COD 1765.6mg/L，TP 59.4mg/L，PO4 3--P 41.0mg/L，NH4 +-N 650.1mg/L，Mg 65mg/L，pH 7.12，碱度62mmol/L)，以0.42m3/h的流量注入前调节池，进行水质水量的调节后，分别注入序批式MAP反应器和连续流MAP反应器；其中序批式MAP反应器反应器高2.5m，直径1.0m，有效容积1.0m3，内部设置晶体捕集器。捕集器由不锈钢丝网制成，为四层同心圆筒状，直径0.8m，高1.0m，反应器底部为锥形晶体收集斗，用于收集不能被捕集器捕集的MAP晶体；序批式MAP反应器采用SBR运行方式，进水0.5h，曝气反应0.5h，沉淀1.5h，出水0.5h，曝气量15.0m3/h；连续流MAP反应器高4.0m，长宽各1.6m，有效容积4.0m3，内部分为反应区和沉淀区，其中反应区有效容积为1.3m3，沉淀区有效容积2.6m3。反应器内设置晶体捕集器。捕集器由不锈钢丝网制成，为四层同心圆筒状，直径1.0m，高1.5m。反应器底部为锥形晶体收集斗，用于收集不能被捕集器捕集的MAP晶体，反应器水力停留时间9h，曝气量25.0m3/h。
序批式和连续流MAP反应器出水进入中间调节池，进行水质水量调节，然后，进入MBBR反应器，MBBR反应器长2.7m，宽1.0m，高2.0m，有效容积5.0m3，其中缺氧区2.5m3，好氧区2.5m3，反应器内按填充比50％填充聚丙烯环状填料，反应器水力停留时间12h，好氧区曝气量3.0m3/h。
MBBR反应器出水进入沉淀池，经沉淀去除废水中悬浮物和脱落生物膜，上清液排放。工艺运行时间30天，平均出水水质COD 323.2mg/L，TP 7.9mg/L，NH4 +-N 76.4mg/L，达到畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)(COD 400mg/L，TP 8mg/L，NH4 +-N 80mg/L)。
从MAP反应器中晶体捕集器上剥离的固相析出物经X-ray分析，与磷酸铵镁标准谱图吻合；经电子显微镜分析晶形与磷酸铵镁晶形吻合，回收物为磷酸铵镁晶体；定量称取0.2460g(以1mmol NH4MgPO4 6H2O计)固相析出物，加适量酸溶解，定容至1L，分析其中P、N、Mg含量分别为0.9044mmol、0.9107mmol、0.9068mmol，晶体纯度达90.4％。

Claims (1)

1.一种畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：依次包括以下步骤：
a. 将废水经前调节池（2），分别经潜水泵（9）和自流注入序批式MAP反应器（3）和连续流MAP反应器（4），所述MAP反应器底部安装曝气盘/管（12），中间安装晶体捕集器（10），通过曝气提高废水pH，进行MAP结晶反应，MAP晶体通过晶体捕集器（10）捕集回收；
b. 将步骤a的反应出水注入中间调节池（5），进行静置、稳定、沉淀；
c. 将步骤b的所得上清液注入循环交叉流MBBR反应器（6），所述循环交叉流MBBR（6）反应器分为缺氧区（19）和好氧区（20）两段，内设导流板（17），中间由穿孔板（18）隔开，缺氧区（19）安装搅拌泵（15），好氧区安装曝气盘/管（16），在缺氧区搅拌泵（15）和好氧区曝气的作用下，反应器内形成循环交叉流，废水反复多次流经缺氧区和好氧区，实现COD和NH4 +-N的高效去除;
d. 将步骤c的出水注入沉淀池，进行稳定、沉淀，去除废水中悬浮生物膜，上清液经潜水泵（23）外排，排水水位通过液位控制器控制（22），沉淀池中污泥定期排出。
2．根据权利要求1所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：先进行废水中磷的去除和回收，再去除废水中COD和NH4 +-N。
3．根据权利要求1、2任一项所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：步骤a中，MAP结晶反应过程中无需外加Mg源、N源或P源。
4．根据权利要求1、2任一项所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：步骤a中，序批式MAP反应器（3）中气水比为10-60: 1，曝气反应时间为1-4h。
5．根据权利要求1、2任一项所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：步骤a中，连续流MAP反应器（4）分为反应区（14）和沉淀区（13），其间用不锈钢框体（11）隔开，反应区（14）和沉淀区（13）体积比为1: 2-3，连续流MAP反应器（4）中气水比为50-100: 1。
6．根据权利要求1、2任一项所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：步骤a中，序批式和连续流MAP反应器中安装晶体捕集器（10），捕集器（10）材料为不锈钢丝网。
7．根据权利要求1、2任一项所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：步骤a中，序批式MAP反应器（3）和连续流MAP反应器（4）中回收的晶体为磷酸铵镁，晶体纯度达到90%以上，磷回收产品可用作缓释性磷肥。
8．根据权利要求1、2任一项所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：步骤c中，MBBR反应器（6）采用轻质聚丙烯环状填料（24），填料（24）填充比为40%-60%。
9．根据权利要求1、2任一项所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：步骤c中，MBBR反应器（6）水力停留时间为12-18 h，气水比为4-6: 1。
10．根据权利要求1、2任一项所述的畜禽养殖废水营养物污染控制与资源化回收工艺，其特征在于：工艺出水水质达到畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）。
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