CN103373793A

CN103373793A - 一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术

Info

Publication number: CN103373793A
Application number: CN2012101279111A
Authority: CN
Inventors: 王淑梅; 潘松青; 陈少华; 刘超翔; 叶志隆; 叶欣; 林向宇
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明属于污水生物化学处理及污水资源化利用领域，特别涉及一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术。所述的一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术包括预处理系统、生物脱氮系统、氮磷营养元素回收系统、低成本生态净化系统。本发明具有以下优点：（1）生物脱氮系统采取生物膜和活性污泥复合工艺，大大提高了脱氮的程度；（2）MAP系统置于生物脱氮系统之后，不仅提高了产品中鸟粪石（磷酸铵镁）的纯度，还减少了后续烧碱的投加量，节约了运行成本；（3）产品鸟粪石及副产物蔬菜、牧草、农业原料为企业创造了一定的经济效益；（4）营养元素的有效去除与生态农业、生态养殖业有机结合，体现了生态效益及可持续性发展理念。

Description

一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术

技术领域

本发明属于污水生物化学处理及污水资源化利用领域，具体涉及一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术，适用于在沼气厌氧发酵后的畜禽养殖废水处理与资源化利用。

背景技术

随着我国畜禽养殖业的迅速发展，畜禽粪便排放不断增加。据2003年国家环境保护总局对全国23个省、市规模化畜禽养殖业污染状况调查表明，畜禽粪便产生量为工业固体废弃物产生量的2.4倍，畜禽粪便化学需氧量(COD)远远超过我国工业废水和生活污水化学需氧量排放量之和，许多地区畜禽养殖带来的污染已经或正在成为当地环境主要污染源，因而也受到越来越广泛的关注。

畜禽养殖废水具有固液混杂、难降解有机物含量高、氮磷含量高、碳氮磷比例失调等特点。现在规模化畜禽养殖企业普遍采用沼气厌氧发酵的技术，然而厌氧发酵出水仍然具有高COD、高N、高P的三高特点，常规活性污泥处理工艺难以实现这类废水的达标排放。另一方面畜禽养殖废水中含有丰富的N、P元素，尤其是不可再生矿产资源P元素，因此将资源的回收利用与污水的达标排放相结合具有重大意义。更进一步，如果既能实现营养物的污染控制又能为企业带来一定的经济效益，那无疑将会推动畜禽养殖企业走向环保道路。

发明内容

本发明的目的在于开发一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术。

本发明的一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术由预处理系统、生物脱氮系统、氮磷营养元素回收系统、低成本生态净化系统组成。

所述的预处理系统包括初沉池和调节池组成，其主要功能是对沼气池出水的悬浮颗粒物进行沉淀分离后，对水质、水量进行调节，并保证为生物脱氮系统定量输送污水。

所述生物脱氮系统为生物膜-活性污泥复合生物脱氮系统，由缺氧池、好氧池、二沉池和污泥池组成。废水依次流经缺氧池、好氧池和二沉池，二沉池的污泥部分回流至好氧池，剩余污泥排入污泥池。

所述缺氧池、好氧池内均安装有填料，好氧池内底部安装有曝气盘和空气管道。

所述缺氧池、好氧池、二沉池采用一体式布置，不需连通管道，节省占地面积和工程投资。

所述填料为辫帘式软性生物膜填料，其功能是为微生物提供附着表面，提高系统内生物量，大大提高了脱氮效率。

所述好氧池、缺氧池和二沉池进水段均设有布水系统，其中好氧池和缺氧池出水段设有导流墙和三角堰，二沉池出水段设有三角堰。

所述好氧池底部安装有曝气装置，以向系统供氧，维持微生物的活性。

所述好氧区内填料表面的生物膜由外到内可以形成好氧-缺氧-厌氧的递进环境，为具有脱氮除磷的各类微生物提供适宜的生存环境。

所述缺氧区内填料表面的生物膜由外到内可以形成缺氧-厌氧的递进环境，同样可以为具有脱氮除磷的微生物提供适宜的生活环境。

所述缺氧池内安装有搅拌装置，以保证缺氧池内活性污泥均匀分布。

所述鼓风系统包括鼓风机、空气管道和曝气盘组成。

所述氮磷营养元素回收系统（MAP系统）包括磷酸铵镁结晶反应器、终沉池、加药系统和自控系统。该系统充分利用畜禽养殖废水中磷和氨氮浓度高的特点，通过投加盐卤，控制反应条件，达到磷酸铵镁结晶条件，通过投加烧碱调整反应器内的pH，实现氮磷营养元素的回收利用。

所述磷酸铵镁结晶反应器为一锥形流化床，因横截面面积随高度而变化，故水流在轴向上存在着速度梯度，使其具有独特的流化特性。磷酸铵镁结晶反应器底部截面积较小，因流速较高，可以保证大颗粒的流化，而其顶部截面积较大，所以流速低，可防止颗粒的带出，这样在一定的流体流量下，能使大小不同的颗粒都能在床层中流化，而且这种锥形流化床设计成有利于鸟粪石晶体的成长形式。

所述终沉池为竖流式中进周出沉淀池。

所述加药系统包括加药泵、加药管道、配药筒。

所述自动控制系统为可编程逻辑控制系统即PLC，主要控制烧碱的加入量，使pH稳定在磷酸铵镁（鸟粪石）形成的最佳条件:8.5-9.0。

所述低成本生态净化系统采用多级净化生态系统，包括表面流湿地、水平潜流湿地、水生植物滤床和生态塘四级。利用不同处理级别的生态单元、不同的工艺和植物组配进一步去除污水中的各类污染物质。

所述表面流湿地内种植的水生植物以芦苇为主。

所述水平潜流湿地为半地埋式，底部填料为沸石、海蛎壳和砖块，上面种植植物以杂交狼尾草为主。

所述水生植物滤床分为并联的多个廊道，廊道上水培可食用蔬菜。

所述生态塘收集水生植物滤床出水，种植的植物以睡莲等浮游植物为主。

所述低成本生态净化系统使用芦苇、杂交狼尾草、蔬菜、睡莲等植物，不仅净化污水，而且可以做成饲料，循环使用，同时美化企业环境。

本发明的一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术可有效回收畜禽养殖废水中的氮磷，去除有机污染物，大大降低畜禽养殖废水处理的建设成本和运行费用。其回收的磷酸铵镁为非常好的缓释复合肥，有广泛的应用市场，收割的牧草可以做成饲料，回馈养殖业；促进畜禽养殖业的可持续发展。

本发明具有以下优点：

1、本发明在资源化、减量化、低成本的基础上，加强工程化手段回收氮磷营养元素，大幅度降低氮磷污染负荷，并以低成本生态净化技术作为深度处理技术，是一种集生化-物化-生态组合于一体的用于畜禽养殖废水处理与资源化技术。

2、本发明中生物脱氮系统采取生物膜和活性污泥复合工艺，大大提高了反应器单位体积的生物量，从而提高了脱氮的程度，降低了工程投资和运行费用。

3、本发明中MAP系统置于生物脱氮系统之后减少了流化床进水的悬浮颗粒，从而提高了产品中鸟粪石（磷酸铵镁）的纯度。此外，由于经过生物脱氮系统中好氧池的曝气系统的吹脱，废水中的碱度降低，pH缓冲能力下降，从而大大减少后续烧碱的投加量，节约了运行成本。

4、本发明的产品鸟粪石为一种优质缓释肥，不仅减少了不可再生矿产资源磷的流失，还可以用于发展畜禽养殖场的种植业，为企业创造一定的经济效益，促进畜禽养殖业的可持续发展。

5、本发明的低成本生态净化系统采用多级串联生态净化系统，使污水最终达到排放标准的同时收获蔬菜、牧草、农业原料等副产品，既可美化企业环境，又可为企业创造一定的经济效益，促进畜禽养殖业的可持续发展。

6、本发明的工艺便于实现自动化控制，降低了运行操作的劳动强度。

7、本发明将氮、磷营养元素的有效去除与生态农业、生态养殖业有机结合，实现了资源的可回收利用，体现了生态效益及可持续性发展理念。

附图说明

图1为本发明的流程结构示意图。

附图标记如下所示：

1.初沉池 2. 调节池 3. 缺氧池

4. 好氧池 5. 二沉池 6. 污泥池

7. 中间池 8. 锥形流化床 9. 终沉池

10. 表面流湿地 11. 水平潜流湿地 12. 中间调节池

13. 水生植物滤床 14. 生态塘 15. 三角堰

16. 导流墙 17.搅拌机 18. 导流墙

19. 三角堰 20. 三角堰 21. 导流墙

22. 填料 23. 导流墙 24. 三角堰

25. 三角堰 26. 导流墙 27. 三角堰

28. 回流管 29. 回流泵 30. 提升泵

31. 烧碱（NaOH） 32. 镁盐（MgCl₂） 33. 回流泵

34. 回流管 35. 矩形布水堰 36 矩形布水堰

37. 沸石、海蛎壳和砖块 38. 鼓风机

39 输气管道 40. 曝气装置

具体实施方法

下面结合附图对该发明的实施方式做进一步说明。

高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术实施时，沼气厌氧发酵出水首先进入初沉池1，泥水分离后出水进入调节池2，调节池出水和从二沉池回流的硝化液由管道，经三角堰15和导流墙16进入缺氧池3。搅拌机17使活性污泥均匀分布，混合液与生物膜和悬浮活性污泥充分接触，硝化液里的硝态氮和亚硝态氮经过反硝化转化为氮气，同时有机物得到降解。然后，混合液再经导流墙18和三角堰19排出后，经三角堰20和导流墙21进入好氧池4，在这里氨氮经硝化反应，转化为亚硝态氮和硝态氮。同时，填料22上生物膜内部的厌氧环境造就了一批反硝化菌，所以在这里硝态氮、亚硝态氮和有机物在这里做进一步降解。最后，混合液经导流墙23和三角堰24排出。在处理过程中，曝气系统中的鼓风机38通过输气管道39和曝气装置40连续向好氧池供空气，以保证其内部微生物的活性。然后，混合液由三角堰25和导流墙26进入二沉池5，上清液经三角堰27排出，一部分混合液经回流管道28进入缺氧池，剩余污泥排入污泥池6，回流污泥一部分进入缺氧池，其中剩余污泥、回流污泥共用泵29和管道。经二沉池排出的污水进入中间池7，由提升泵30将污水经管道打入锥形流化床8，废水中的PO₄ ^3-、NH₄ ⁺和投加的Mg²⁺结晶生成磷酸铵镁（鸟粪石），废水中的磷和氨氮得以去除，鸟粪石由底部排出。在此过程中，烧碱31和镁盐32经隔膜计量泵也从流化床底部打入，以使其达到鸟粪石形成的条件。同时，为了起到搅拌混匀的作用，部分流化床出水经回流泵33和回流管道34再次进入流化床底部，使其形成一个循环。出水经管道进入终沉池9，泥水分离后的出水经矩形布水堰35进入表面流湿地10，去除部分有机物、氨氮和悬浮颗粒物后，出水经矩形布水堰36进入水平潜流湿地11。通过沸石、海蛎壳和砖块37的吸附作用及杂交狼尾草的吸收作用，进一步去除氨氮、有机物和磷。之后潜流湿地出水进入中间调节池12，调节水量后，出水依次进入水生植物滤床13、生态塘14最终达标排放。

实施案例

某养猪场经沼气厌氧发酵后的出水采用本发明的工艺流程进行处理。沼气池出水平均水质见表1，经该工艺流程处理后，出水水质见表2，出水水质达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)，磷回收率达到70%。

表1 沼气池出水水质

指标	COD	NH₄ ⁺-N	TN	TP
						浓度(mg/L)	1150	570	638	63

表2 最终出水水质

指标	COD	NH₄ ⁺-N	TN	TP
						浓度(mg/L)	200	40	120	4.0

Claims

1.一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术，其特征在于：所述的一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术是集生化-物化-生态组合于一体的用于经沼气厌氧发酵后的畜禽养殖废水处理的集成技术系统，其包括预处理系统、生物脱氮系统、氮磷营养元素回收系统、低成本生态净化系统，各系统之间通过泵和管道连通。

2.根据权力要求1所述的一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术，其特征在于：预处理系统、生物脱氮系统、氮磷营养元素回收系统、低成本生态净化系统的有效集成。

3.根据权力要求1所述的一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术，其特征在于：氮磷营养元素回收系统采用锥形流化床和竖流式沉淀池相结合的工艺。

4.根据权力要求1所述的一种高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术，其特征在于：在生物脱氮系统后进行氮磷回收，有效的利用脱氮系统去除悬浮物等对MAP工艺的影响，提高磷回收效率及鸟粪石纯度；此外，由于经过生物脱氮系统里好氧池的曝气系统的吹脱，废水中的碱度降低，pH缓冲能力下降，大大减少了后续烧碱的投加量，从而避免了传统回收磷工艺中为了减少碱的投加量而增加吹脱塔，节约了投资和运行成本。

5.根据权力要求1所述的一种具有高效低耗的畜禽养殖废水处理与回用技术，其特征在于：将污染物的有效去除与生态农业、生态养殖业和氮磷营养元素回收利用有机结合。