CN103523983A - 分散养殖控氮磷源分离-厌氧生物-生态耦合水处理方法和反应器 - Google Patents

分散养殖控氮磷源分离-厌氧生物-生态耦合水处理方法和反应器 Download PDF

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王海燕
杨利伟
赵华
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刘杰
杨金刚
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Abstract

本发明提供了一种有效处理农村分散养殖污水能同时脱氮除磷的无动力水处理新方法，即分散养殖控氮磷源分离-生物-生态耦合的水处理新方法，将控氮磷源分离与生物、生态技术过程相结合。本发明还提供了一种能够有效处理分散养殖废水和出水氮磷达标的无动力反应器，即分散养殖控氮磷源分离-生物-生态耦合的水处理反应器，它包括控氮磷源分离装置、厌氧生物装置和生态装置，三者集成在一起。用本发明的方法和反应器处理分散养殖污水，在无动力条件下，当厌氧装置水力停留时间(HRT)为3-6d、生态装置HRT为6d左右时，保证COD、氮、磷达标排放。

Description

分散养殖控氮磷源分离-厌氧生物-生态耦合水处理方法和反应器
所属技术领域
本发明涉及一种处理农村分散养殖污水时能同时脱氮除磷的无动力水处理新方法和反应器，即分散养殖控氮磷源分离-厌氧生物-生态耦合的水处理的方法和反应器，具体是将控氮磷源分离与生物、生态技术过程相结合，在无动力条件下，能够有效处理分散养殖废水和出水氮磷达标。
背景技术
南方丘陵等农村地区分散养殖十分普遍，多数分散养殖仅仅通过沼气池处理后排放，难于达标，污染严重；现有污水分散处理工艺对分散养殖废水的处理效果差，特别是脱氮除磷效果较差；受农村经济水平限制，需降低污水处理费用，增加了技术开发难度；要求开发技术简单、易于管理的适宜性分散养殖污水处理技术。
农村分散养猪废水一般由猪尿、部分或全部猪粪、饲料残渣和猪舍冲洗水等构成，其主要特点为：(1)废水中含有部分猪粪尿，有机物含量高、悬浮物浓度高、色度较深，氨氮浓度很高，并含有很多的致病微生物。(2)废水中存在大量的污染物，使废水表现出很高的BOD5、COD、SS等。此外废水中含有大量的N、P等营养物质，但废水中污染物的可生化性较好。(3)废水中的固体残渣主要为有机物质，因此将猪粪尿从源头分离，避免其进入污水系统，是有效和减轻后续处理负荷的有效方法。
由于农村经济水平有限及管理人员缺乏，集成优化无动力易管理技术是研发的重点，厌氧处理技术因为其无曝气及产沼气等特点，厌氧生物专家G.lettinga教授断言，厌氧处理生物技术如果有适合的后处理方法相配合，可以成为分散型生活污水处理模式的核心手段，这一模式较之于传统的集中处理方法更具有可持续性和生命力，尤其适合发展中国家。
生态处理时适合农村地区的污水处理技术之一，主要包括稳定塘(沟)、人工湿地、生态沟渠和慢速渗滤等工艺，主要利用藻类，水生生物(水葫芦，水芹菜，风车草，菖蒲，香根草)等的自然净化作用，能够进一步脱氮除磷和对有机物进行去除，同时上述生态技术具有成本低的特点。
查出的国内外文献及专利中，均没有同时联用三种方法(控氮磷源分离-生物-生态耦合)用于分散养殖污水处理技术的报道。
发明内容
本发明的目的是：克服现有分散养殖废水难于达标和成本高的问题，综合利用控氮磷源分离技术、厌氧生物技术和生态技术的优点，建立一种能高效脱氮除磷的无动力分散养殖废水处理集成技术，形成分散养殖控氮磷源分离-厌氧生物-生态耦合水处理方法和反应器。
本发明的方法是：将控氮磷源分离技术、厌氧生物技术和生态技术集成和耦合，提供了一种能够有效处理分散养殖废水和出水氮磷达标的无动力反应器，即分散养殖控氮磷源分离-生物-生态耦合的水处理反应器，它包括控氮磷源分离装置、厌氧生物装置和生态装置，三者集成在一起。本发明的方法和反应器处理分散养殖污水，在无动力条件下，当厌氧装置水力停留时间(HRT)为3-6d、生态装置HRT为6d左右时，保证COD、氮、磷达标排放。
附图说明
本发明反应器的基本构造如附图所示。图1为控氮磷源分离-厌氧生物-生态耦合反应器，由控氮磷源分离装置1、厌氧生物装置4和生态装置5组成。控氮磷源分离装置1在前、依次为厌氧生物装置4和生态装置5，厌氧生物装置4和生态装置5HRT比为1∶0.8～1∶4，厌氧装置4为厌氧消化污泥或其他厌氧处理系统污泥接种，控氮磷源分离装置1出水自流进入厌氧生物装置4，厌氧产生的沼气由带有水封的排气孔13外排利用；厌氧生物装置4出水自流进入生态装置5，当生态装置5采取人工湿地和生态沟渠形式时，生态装置内的填料层从下往上依次为砾石层15、大粒径碎石层16、小粒径碎石层17和土壤层18。
在室温条件下，经环保畜禽舍2中的微缝地板6分离出畜禽粪便7的分散养殖冲洗水和养殖尿液通过进液口8进入间歇交错流液液分离装置3，经间歇交错流液液分离装置3内的重力分离板9分离出的尿液通过出尿口10进入尿液收集池进行肥化，重力分离板9分离出的冲洗水经分离水出口11重力导流进入厌氧生物装置4，利用其中的厌氧微生物进行有机物的降解，产生的沼气通过排气孔12外排，厌氧生物装置4的出水随冲洗水的进入通过厌氧出口13重力溢流进入生态装置5的进水区14，当生态装置5采取人工湿地和生态沟渠形式时，进水通过进水区14进入生态装置底部，从下往上依次经过砾石层15、大粒径(2cm-5cm)碎石层16、小粒径(1.5cm-2.5cm)碎石层17和土壤层(红壤等当地农村土壤)18和植物19，利用填料物理化学特性、填料上的微生物作用、植物的吸收降解及植物根系微生物作用进一步脱氮除磷和进行有机物的降解，达标排放的出水通过出水区20经出水口21溢流排出。
具体实施方式
本发明的反应器系统操作过程如下：首先进行细菌的接种和培养。厌氧生物装置4、生态装置(人工湿地或生态沟渠)5两个装置分别进行驯化培养。厌氧生物装置4内保持厌氧环境，以厌氧消化污泥或其他厌氧处理系统污泥接种，污泥接种浓度为3000mg/L，以自来水作配水，添加适量的葡萄糖、NH4 +和磷酸盐作为进水，逐渐增加进水COD的浓度，进水COD浓度维持在5000-8000mg/L，NH4 +浓度为350-615mg/L左右，PO4 3-浓度为100-205mg/L左右，约2个月厌氧生物装置4启动成功，COD去除率稳定达到50％；生态装置(人工湿地或生态沟渠)5以好氧和厌氧污泥系统污泥接种，污泥接种浓度为300-500mg/L以自来水作配水，添加适量的葡萄糖、NH4 +和磷酸盐作为进水，逐渐增加进水COD的浓度，进水COD浓度维持在400-800mg/L，约30d后生态装置(人工湿地或生态沟渠)5以出水水质稳定，COD去除率达到90％以上，将厌氧生物装置4和生态装置5进行串联，随后按附图1所示的方式进水：经环保畜禽舍2畜禽冲洗水由分离水出口11重力导流进入厌氧生物装置4，被处理水厌氧生物装置4的出水随冲洗水的进入通过厌氧出口13重力溢流进入生态装置5的进水区14，经生态装置5处理，达标排放的出水通过出水区20经出水口21溢流排出。
本发明的特点是：
1.将控氮磷源分离技术、厌氧生物技术和生态技术相耦合，实现无动力的分散养殖废水达标排放；
2.可根据被处理水的情况调节厌氧生物装置和生态装置的体积比及运行条件，出水水质满足出水满足《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)》和《农田灌溉水水质标准》(GB5084-2005)。
3.投资和运行成本较低；
4.当厌氧HRT为3-6d、生态HRT为6d左右时，保证COD、氮、磷达标排放。
实施例：
5.实例1100m2养猪环保猪舍，1个体积为50L间歇交错流液液分离装置，厌氧生物装置为10m3沼气池，生态装置为8m2人工湿地；厌氧生物装置和生态装置体积比为1∶0.8。进水COD浓度维持在5639-7888mg/L，NH4 +浓度为360-498mg/L左右，总磷浓度为92-149mg/L左右。在下述条件下进行分散养殖控氮磷源分离-生物-生态耦合集成处理：
厌氧生物装置：
HRT＝6d
MLSS：5000～6000mg/L
人工湿地：
HRT＝6d
填料从下到上分为4层，依次为：
填料层I：填料底层：厚度0.2m，粒径6cm-10cm砾石
填料层II：填料中层：厚度0.15m，粒径2cm-5cm碎石，石灰石、碎砖块
填料层III：填料上层：厚度0.15m，粒径1.5cm-2.5cm碎石石灰石、碎砖块、炉渣
填料层IV：填料表层：厚度0.15m，某农村本地红壤
处理后水质如表1所示。
表1实施例1处理后的水质
Figure BSA00000743843400031
6、实例1 100m2养猪环保猪舍，1个体积为50L间歇交错流液液分离装置，厌氧生物装置为10m3沼气池，生态装置为50m生态沟渠；厌氧生物装置和生态装置体积比为1∶1.6。进水COD浓度维持在4379-8462mg/L，NH4 +浓度为345-505mg/L左右，总磷浓度为89-153mg/L左右。在下述条件下进行分散养殖控氮磷源分离-生物-生态耦合集成处理：
厌氧生物装置：
HRT＝6d
MLSS：5000～6000mg/L
生态沟渠：
HRT＝12d
填料从下到上分为4层，依次为：
填料层I：填料底层：厚度0.2m，粒径6cm-10cm砾石
填料层II：填料中层：厚度0.15m，粒径2cm-5cm碎石，石灰石、碎砖块
填料层III：填料上层：厚度0.15m，粒径1.5cm-2.5cm碎石石灰石、碎砖块、炉渣
填料层IV：填料表层：厚度0.15m，某农村本地红壤
处理后水质如表1所示。
表1实施例1处理后的水质
Figure BSA00000743843400041

Claims (6)

1.一种实现分散养殖污水脱氮除磷的无动力水处理方法，其特征在于控氮磷源分离与生物、生态技术过程相结合，实现分散养殖污水无动力脱氮除磷和达标排放的目的。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，控氮磷源分离通过环保畜禽舍和间歇交错流液液分离装置等分离手段实现，实现养殖粪便、养殖尿液与养殖栏舍冲洗水的有效分离，通过控氮磷源分离手段，COD下降90％左右，N、P下降80％左右；分散养殖污水通过控氮磷源分离后，污水重力自留入厌氧生物、生态处理装置进一步处理，出水满足《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)》和《农田灌溉水水质标准》(GB5084-2005)。
3.一种实现分散养殖污水脱氮除磷的无动力水水处理反应器，其特征在于，由控氮磷源分离装置、厌氧生物装置和生态装置集成；污水依靠重力自流依次进入上述装置。
4.按照权利要求3所述的反应器，其特征在于，控氮磷源分离装置由环保畜禽舍和间歇交错流液液分离装置等分离手段组成；厌氧生物装置包括是沼气池、ABR池、三格化粪池等无动力厌氧装置；生态装置包括人工湿地、生态沟渠、稳定塘、慢速渗滤等生态处理手段。
5.按照权利要求4所述的反应器，控氮磷源分离装其特征在于环保畜禽舍实现畜禽粪便与畜禽尿液、冲洗水有效分离，间歇交错流液液分离装置实现畜禽尿液和冲洗水的分离，控氮磷源分离装置可以实行多个并联方式，厌氧生物装置和生态装置均可以实现二级至多级串联方式，厌氧生物装置和生态装置HRT比为1∶0.8～1∶4。
6.按照权利要求4所述的反应器，当生态装置采取人工湿地和生态沟渠形式时，生态装置内的填料层从下到上依次为砾石层(厚度0.2m，粒径6cm-10cm)、大粒径碎石层(厚度0.15m，粒径2cm-5cm)、小粒径碎石层(厚度0.15m，粒径1.5cm-2.5cm)和土壤(厚度0.15m，红壤及农村当地土壤)层组成；种植植物种类为芦苇、美人蕉、玉簪、麦冬草、香莆、鸢尾、芦竹等，种植密度选择5株/m2。
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