CN102874957A

CN102874957A - 絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法

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Publication number: CN102874957A
Application number: CN2012104342738A
Authority: CN
Inventors: 李辉勇; 李成; 刘灿明; 李志光; 彭韬
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: CN102874957B

Abstract

一种絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，该方法基于高能态微电子转移和氧化还原微反应的概念，降解粪水中的有机物，降低化学需氧量和氨氮值，杀灭大肠杆菌等菌类有害物，去除恶臭，使处理后的粪水无色无味，COD_cr、NH₃-N、T-P、T-N等指标均优于国家集约化畜禽养殖业粪水处理的排放标准，实现粪水无害化处理。该方法采用先絮凝除粪渣降低后续处理阻力，再采用强化氧化法对粪水中有机物进行降解，联用聚沉技术，使各类可溶性有机物结合成结构紧密的有机聚合物沉降，利用压滤机快速脱水，实现渣水分离，该方法处理占地面积小、速度快、费用较低、效果佳，具有明显的社会效益、环境效益。

Description

絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法

技术领域

本发明属于环境保护类-污染物处理技术领域，是一种深度净化处理养猪场粪水的新方法。该方法基于高能态微电子转移和氧化还原微反应的概念，降解粪水中的有机物，降低化学需氧量和氨氮值，杀灭大肠杆菌、蛔虫卵等菌类有害物，去除恶臭，使处理后的粪水无色无味，COD_cr、NH₃-N、T-P、T-N等指标均优于国家集约化畜禽养殖业粪水处理的排放标准，实现粪水无害化处理。

背景技术

养猪场粪水由畜禽尿液、粪便、饲料残渣和大量冲洗水组成，含有大量有机污染物、病原微生物和寄生虫卵，CODcr、BOD5值高，NH3-N浓度高，颜色深、臭味浓，污染负荷高，未经严格处理，不可以直接外排。如何经济、高效、彻底处理养猪场粪水，使其各项指标达到国家标准，处理后直接排放，已成为制约养猪业持续发展因而亟待解决的大问题。

规模化畜禽养殖粪水的处理方法很多。畜禽养殖粪水无论以何种工艺处理，都要首先进行预处理，以滤除粗大的固体杂物，并降低粪水的污染物浓度。目前畜禽养殖粪水的主要处理工艺有自然处理法、厌氧处理法、好氧处理法和混合处理法等。其中，自然处理法净化畜禽养殖粪水成本低，但耗时周期长，所需水土空间大，只适用于地广人稀的欠发达地区。厌氧处理法较为常用，采用厌氧消化工艺，能除去高浓度粪水中85～90%的可溶有机物，并杀死大量病原菌，还可产生沼气燃料，也可分解好氧性微生物不能分解的少量有机物。但是，厌氧发酵处理不能有效去除粪水中以氨氮和磷酸盐形式存在的氮磷等富营养物质。活性好氧处理法，通常其COD_cr、BOD、SS降幅较高，可达标，但N、P去除率低，不达标，且工程设备投资大、运行费较高，如意大利某生产性序批式反应器处理猪场粪水试验运行费高达3欧元/m³。上述各种污水处理方法均有其优缺点，但单用一种方法处理很难达标，实际操作中，常将几种方法联用。如厌氧-兼氧组合、厌氧好氧结合等，但有机物去除率不高，处理时间长，难以在城区推广使用。

目前我国养殖场当前的污染控制技术与国外发达国家相比，相对简单和落后，应用较多的是生物处理技术，利用厌氧发酵可以有效的处理此类粪水，回收沼气和发酵后的污泥可作农田肥料。但是厌氧处理反应时间较长，处理构筑物容积较大，基建投资大，排放水氮磷不达标等；好氧处理曝气成本太高；联合工艺也同样存在处理时间较长和构筑物占地面积大等缺点；利用自然生物处理方法占地面积大，处理时间长，水质不达标，受气候环境影响大。

综观国内外养殖场粪水处理现状，不难发现：现行处理方法由于没有有效的分解-去除粪水中的不溶/可溶有机物，处理后水体COD_cr、NH₃-N、色度、臭味均达不到国家排放标准。因此，研究一种处理速度快、处理费用较低的养殖场粪水处理方法非常必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，一种深度处理养猪场粪水的新技术，采用本发明方法处理养猪场粪水，可降解粪水中的有机物，降低化学需氧量和氨氮值，杀灭大肠杆菌、蛔虫卵等菌类有害物，去除恶臭，COD_cr、NH₃-N、T-P、T-N等指标均达到国家集约化畜禽养殖业粪水处理的排放标准，使处理后的粪水无色无味，实现粪水无害化处理。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，该方法步骤如下：

a、将所述养猪场粪水静置4～12小时后，上部粪水进入第一絮凝池，下部粪渣经固液分离后，滤液进入第一絮凝池；

b、于第一絮凝池的粪水中添加聚沉絮凝剂，聚沉絮凝剂的加入量为每千克粪水加0.005～0.3克聚沉絮凝剂；

c、第一絮凝池出来的上部粪水进入第二絮凝池，下部沉淀粪泥经固液分离后，滤液进入第二絮凝池；

d、于第二絮凝池中的粪水中添加氧化剂和氧化引发剂，氧化剂的加入量为每千克粪水加0.02～0.5克氧化剂，氧化引发剂的加入量为每千克粪水加0.005～0.2克氧化引发剂，氧化时间为30～65min；

e、于第二絮凝池出来的上部粪水中添加聚沉絮凝剂，聚沉絮凝剂的加入量为每千克粪水加0.005～0.2克聚沉絮凝剂，再采用压滤机过滤。

上述步骤b中的聚沉絮凝剂为FeCl₃、聚合FeCl₃、聚合硫酸铁、分子量为800万～1200万的阳离子聚丙烯酰胺、分子量为1200万～1600万的阴离子聚丙烯酰胺、分子量为1200万～1600万的中性聚丙烯酰胺、聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺、或聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。其中，最佳的聚沉絮凝剂为聚合硫酸铁、聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺或聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。最佳聚沉絮凝剂的最佳用量范围为：聚合硫酸铁加入量为每千克粪水加0.008～0.06克聚合硫酸铁，聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺的加入量为每千克粪水加0.012～0.08克聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺，聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺的加入量为每千克粪水加0.005～0.05克聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。

上述步骤d中的氧化剂为O₃、H₂O₂或两者的混合物，最佳为O₃或H₂O₂，最佳氧化剂的用量为：O₃的加入量为每千克粪水加0.03克O₃，H₂O₂的加入量为每千克粪水加0.05克H₂O₂。上述氧化引发剂为活性炭、FeCl₃或两者的混合物，最佳为活性炭或FeCl₃，最佳氧化引发剂的用量为：活性炭的加入量为每千克粪水加0.02克活性炭，FeCl₃的加入量为每千克粪水加0.01克FeCl₃。

上述步骤e中的聚沉絮凝剂为FeCl₃、聚合FeCl₃、聚合硫酸铁、分子量为800万～1200万的阳离子聚丙烯酰胺、分子量为1200万～1600万的阴离子聚丙烯酰胺、分子量为1200万～1600万的中性聚丙烯酰胺、聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺、或聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。其中，最佳的聚沉絮凝剂为聚合硫酸铁、聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺或聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。最佳聚沉絮凝剂的最佳用量范围为：聚合硫酸铁的加入量为每千克粪水加0.006～0.05克聚合硫酸铁，聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺的加入量为每千克粪水加0.01～0.06克聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺，聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺的加入量为每千克粪水加0.005～0.04克聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。

上述步骤a和步骤c中的经固液分离可采用压滤机进行压滤，如采用板框压滤机、隔膜压滤机进行压滤。

本发明方法主要包括三部份：第一部分为降阻絮凝工艺，即絮凝除粪渣降低粪水后续处理阻力：于第一絮凝池的粪水中添加聚沉絮凝剂，通过物理化学作用，有效降低小颗粒污染物的絮凝阻力，凝聚成大颗粒而沉降，去除部分NH₃-N等，降低COD_cr、BOD₅。第二部分为强化氧化絮凝：在第二絮凝池中利用氧化剂与氧化引发剂结合，形成羟基自由基，协同高能态电子e^*与引发传质体铁离子构建能态轨道对称的微电子转移体系，使水中可溶性的有机物苯胺、苯酚等和类胆色素、尿胆色素、粪臭素、硫醇等反应生成有机自由基，有机自由基进一步氧化使有机物结构的碳链断裂，破坏蛋白质、多糖等，最终使有机质被氧化和分解，同时把水中亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐氧化成无害的高价态物质。使养殖场粪水中COD_cr、NH₃-N、色度和臭度明显降低。第三部分为粪水中有机物聚沉脱水工艺：经聚沉絮凝剂诱导和本体的盐析作用，各类可溶性有机物结合成结构紧密的有机聚合物沉降，粒子数减少，体系饱和蒸汽压升高，粪水COD_cr、NH₃-N、色度和臭度大幅降低，处理粪水经压滤机机械快速脱水，实现渣、水分离和粪水的无害化处理，高效分解了粪水中的有机质、菌落和恶臭污染物，各项指标均达国家标准，可以直接外排。

本发明方法为一种采用降阻絮凝工艺和强化氧化絮凝工艺去除粪水COD_cr、除臭的技术，结合聚沉絮凝剂和压滤机脱水实现了渣、水简单快速分离，解决了养猪场粪水的处理难题。本发明的有益效果如下：

1）水质达标，节能减排：粪水经本发明处理后滤液无色无味，清澈透明，COD_cr、BOD₅、SS、NH₃-H、T-P、T-N、恶臭污染物、菌落、重金属总铜和总锌等值均优于国家集约化畜禽养殖业粪水处理的排放标准。达到无害化处理，符合十二五规划绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会要求。

2）节省投资，处理成本低：应用本发明方法处理150吨养猪场粪水/日，投资固定资产90～110万元，处理每吨粪水能耗10kwh左右，处理成本为2.6～2.9元/吨粪水。

3）处理后废渣无害化、含水率55%以下：通过强化氧化工艺处理，破坏了粪渣中菌类的细胞膜结构，聚沉并结合自身的盐析作用，细胞液外渗，菌类细胞死亡。渣、水中类胆色素、尿胆色素、粪臭素、硫醇等有机物也被矿化降解，臭度大幅降低。废渣经Fe絮凝氧化降阻法处理后，矿化度提高，经压滤机机械脱水，含水率可降至55%以下，废渣易于储存，便于资源化利用。

4、不仅可为养殖场粪水大规模无害化高效处理提供技术支撑，而且为其处理产物的产业化增值利用奠定基础，能有效破解困扰畜禽养殖业持续发展的难题，推动畜禽养殖业与社会环境协调发展。

附图说明

附图是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步说明。

参见附图，养猪场粪水静置4～12小时后，上清液（上部粪水）进入第一絮凝池，下部粪渣经固液分离（可采用板框压滤机、隔膜压滤机等）后，滤液进入第一絮凝池，滤渣回收；在第一絮凝池中，上清液和滤液混合，于第一絮凝池中添加聚沉絮凝剂进行降阻絮凝，聚沉絮凝剂的加入量为每千克粪水加0.005～0.3克聚沉絮凝剂；沉淀后，第一絮凝池出来的上清液（上部粪水）进入第二絮凝池，下部沉淀粪泥经固液分离（可采用板框压滤机、隔膜压滤机等）后，滤液进入第二絮凝池，滤渣回收；在第二絮凝池中上清液与滤液混合，于第二絮凝池中添加氧化剂和氧化引发剂进行氧化絮凝，氧化剂的加入量为每千克粪水加0.02～0.5克氧化剂，氧化引发剂的加入量为每千克粪水加0.005～0.2克氧化引发剂，氧化时间为30～65min；沉淀后，第二絮凝池出来的上部粪水进入反应器中，并添加聚沉絮凝剂，聚沉絮凝剂的加入量为每千克粪水加0.005～0.2克聚沉絮凝剂，添加聚沉絮凝剂的处理粪水再经压滤机快速脱水，实现渣、水分离，滤渣回收，处理粪水排放。

实施例1

湖南省长沙县某养猪场排出的养猪粪水，粪水中的COD_cr、BOD₅、SS、NH₃-H、 T-P、T-N、恶臭污染物、菌落、重金属总铜和总锌等含量见下表1，依本发明方法进行粪水处理的结果见表1，可知，依本发明方法处理后，养猪场粪水排放符合国标（GB18596-2001）排放标准。

表1原粪水处理后滤液检测结果

类别	原粪水样	滤液	国标
				粪大肠群菌落数(个/L)	1.6×10⁷	20	4000
蛔虫卵（个/L）	500	未检出	1.0
				总铜(mg/L)	16.0	0.105	0.5
总锌(mg/L)	36.2	0.140	1.5
				COD_cr（mg/L）	10981	88	100
SS(mg/L)	963	30	70
				NH₃-N(mg/L)	186	21.3	25
BOD₅(mg/L)	1486	9.7	30
				T-N(mg/L)	688	36.6	40
T-P(mg/L)	71.7	0.041	3.0

Claims

1.一种絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：该方法步骤如下：

2.如权利要求1所述的絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：所述步骤b和步骤e中的聚沉絮凝剂为FeCl₃、聚合FeCl₃、聚合硫酸铁、分子量为800万～1200万的阳离子聚丙烯酰胺、分子量为1200万～1600万的阴离子聚丙烯酰胺、分子量为1200万～1600万的中性聚丙烯酰胺、聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺、或聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。

3.如权利要求2所述的絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：所述聚沉絮凝剂为聚合硫酸铁、聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺或聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。

4.如权利要求3所述的絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：所述步骤b中，聚合硫酸铁加入量为每千克粪水加0.008～0.06克聚合硫酸铁，聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺的加入量为每千克粪水加0.012～0.08克聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺，聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺的加入量为每千克粪水加0.005～0.05克聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。

5.如权利要求3所述的絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：所述步骤e中，聚合硫酸铁的加入量为每千克粪水加0.006～0.05克聚合硫酸铁，聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺的加入量为每千克粪水加0.01～0.06克聚合FeCl₃嫁接的聚丙烯酰胺，聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺的加入量为每千克粪水加0.005～0.04克聚合硫酸铁嫁接的聚丙烯酰胺。

6.如权利要求1所述的絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：所述步骤d中的氧化剂为O₃、或H₂O₂中的至少一种，氧化引发剂为活性炭或FeCl₃中的至少一种。

7.如权利要求6所述的絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：所述氧化剂为O₃或H₂O₂，氧化引发剂为活性炭或FeCl₃。

8.如权利要求7所述的絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：所述O₃的加入量为每千克粪水加0.03克O₃，H₂O₂的加入量为每千克粪水加0.05克H₂O₂。

9.如权利要求6所述的絮凝氧化降阻法处理养猪场粪水的方法，其特征在于：所述活性炭的加入量为每千克粪水加0.02克活性炭，FeCl₃的加入量为每千克粪水加0.01克FeCl₃。