CN105461169A - 一种养猪场污水处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种养猪场污水处理工艺，该工艺为“厌氧消化反应+续批式好氧短程硝化反应+厌氧氨氧化反应”组合工艺，三个反应器均为上流式运行工艺。工艺包括：1)厌氧消化工艺，养猪场高浓度有机物、高氨氮含量污水先经过厌氧消化反应，水力停留时间20-28小时，温度维持在31～32摄氏度。2)续批式好氧短程硝化工艺，以工艺1)的出水作为进水，水力停留时间20-25小时，充分曝气，溶解氧控制在7.0mg/L以上。3)厌氧氨氧化工艺，以工艺2)的出水作为进水，水力停留时间20-28小时，在厌氧条件下，实现厌氧氨氧化反应。该工艺将废水处理与资源化利用相耦合，无需外加碳源；所需能耗低；资源回收率高；剩余污泥产量低；具有较高的脱氮能力。

Description

一种养猪场污水处理工艺
技术领域
本发明属于养殖污水处理领域，更具体地说涉及养猪场高浓度有机物、高氨氮污水的安全处置及生物质能源生产的耦合。
背景技术
我国是世界养猪第一大国，世界上1/2的存栏猪在中国饲养。中国人口众多，猪肉消耗量大。生猪养殖在我国是一个支柱产业，生猪的产值达到1万个亿，占了农业总产值的11.6％。2011年，中国生猪平均存栏量4.68亿头(其中年底母猪存栏量4929万头)，总出栏量6.62亿头，出栏率141％。猪肉产量达5053.1万t，占肉类总产量的85.9％。养猪场迅速发展的同时，也带来了严重的环境污染问题。污水中化学耗氧量(ChemicalOxygenDemand，COD)的排放量可高达20000mg/L或以上，严重超出《畜禽养殖业污染排放标准(CB18596-2001)》；并存有大量的NH3、H2S、粪臭素、CH4、CO2等有害气体。
2014年报道年出栏约11.6亿头猪，可产生鲜粪尿8.1～8.3亿吨。猪粪是优质的厌氧发酵原料，猪粪COD非常高。猪粪的干物质中80.1％为有机物，易分解性有机C为27.3％，半纤维素及纤维素的含量较低，粗脂肪和木质素的含量较高。如果能将这些猪粪发酵产生沼气，变废为宝，实现猪粪的能源化转变，这不仅能减轻猪粪对环境带来的压力，同时也会有效缓解中国对于能源的需求。
高猪尿中含有高浓度的氨氮，猪对饲料中氮的吸收率很低，大量的氮随粪便被排除体外，据试验资料分析，每头猪每年大约排泄9.53kg氮。随着水体富营养化问题的日益严重以及废水中氮排放标准的日益严格，如何经济有效地去除废水中的氨氮，成为高浓度氨氮废水处理中亟待解决的问题之一。
目前养猪场污水处理工艺分成两大类：一类是集中收集舍外处理，一类是舍内处理。但这些处理都集中在了对养猪场污水中高浓度有机物的厌氧消化处理，但对污水中的氨氮得不到很好的去除而给环境带来非常大的影响。在我国碳源匮乏，电能资源紧缺，而传统的硝化反硝化脱氮工艺中，氧气作为氧化剂将氨氮转变成硝态氮，额外提供有机物将硝态氮转变成氮气，这也会增加高氨氮污水的处理成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种养猪场污水处理工艺“厌氧消化反应+续批式好氧短程硝化反应+厌氧氨氧化反应”的组合工艺。本发明提供的工艺通过厌氧反应在去除有机物的同时产生生物质能源甲烷，实现有机物去除和生物质能源生产的耦合；本发明提供的工艺将短程硝化和厌氧氨氧化进行组合来去除污水中高浓度的氨氮。本发明提供的养猪场污水处理工艺耗氧量降低67％，不需额外提供有机碳源。
本发明提供了一种养猪场污水处理工艺，包括以下步骤：
1)厌氧消化工艺，养猪场高有机物、高氨氮含量污水进入厌氧反应器，水力停留时间20-28小时，温度维持在31～32摄氏度，进行厌氧消化处理，得到带有厌氧颗粒污泥的出水；实现90％或以上的有机负荷(COD)去除率，收集产生的甲烷作为生物质能源回收；
2)续批式好氧短程硝化工艺，将步骤1)的出水作为续批式好氧短程硝化反应器的进水，水力停留时间20-25小时，充分曝气，溶解氧控制在7.0mg/L以上，实现有机负荷(COD)的进一步去除，并将进水中一半的氨氮转化成亚氮，使出水指标达到NH4 +-N/NO2 --N约为1:1；
3)厌氧氨氧化工艺，将步骤2)的出水作为厌氧氨氧化反应器的进水，水力停留时间20-28小时，在厌氧条件下，污水中的氮素得到高效去除。
实验结果表明：养猪场污水(COD9000-10000mg/L，NH4 +-N500-1500mg/L)经本发明提供的工艺处理后(总水力停留时间约为80h)，出水COD为78.3–153.2mg/L，氨氮为3.0–20mg/L，亚氮为1.5–4.0mg/L，硝态氮为38–69mg/L，出水指标符合《畜禽养殖业污染排放标准(CB18596-2001)》，甲烷平均生产量为328.93L/kg·COD，最高为344.73L/kg·COD，分别达到理论值的94％、98.5％。
该工艺将废水处理与资源化利用相耦合，无需外加碳源，具有较高的脱氮能力。所需能耗低；资源回收率高；剩余污泥产量低；具有较高的脱氮能力。
附图说明
图1养猪场污水处理工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例中，所述养猪场污水取自北京市昌平区马坊村农科院畜牧基地固液分离后的养猪场污水，所述养猪场生猪年出栏量为400头；所述污水中化学需氧量(COD)含量为9000～10000mg/L，氨氮含量(NH4 +‐N)为500～1500mg/L，亚氮含量(NO2 ‐‐N)为0mg/L，硝态氮含量(NO3 ‐‐N)为0mg/L；本发明先用模拟废水启动、驯化三个反应器，再用养猪场污水进行驯化。
本发明提供了一种高浓度高氨氮养猪场污水的新型资源化处理工艺，包括以下步骤：
1)厌氧消化工艺，养猪场高有机物、高氨氮含量污水进入厌氧反应器，水力停留时间20-28小时，温度维持在31～32摄氏度，进行厌氧消化处理，得到带有厌氧颗粒污泥的出水；实现90％或以上的有机负荷(COD)去除率，产生甲烷328.93L/kg·COD，最高为344.73L/kg·COD，分别达到理论值的94％、98.5％；收集产生的甲烷作为生物质能源回收；
2)将所述步骤1)的出水作为进水进入续批式好氧短程硝化反应器中，水力停留时间20-25小时，充分曝气，亚硝酸盐氧化菌在续批式的运行模式下逐渐被淘汰，续批式好氧反应器出水中NO3 --N含量<5mg/L。通过控制溶解氧DO为7.0mg/L以上，氨氮在氨氧化细菌的作用下，厌氧消化反应器出水中一半的氨氮转变成亚氮，即完成半短程硝化，使出水氨氮和亚氮比例为1：1。氨氧化过程通过如下步骤完成：2NH4 ++3O2→2NO2 -+2H2O。实现COD的进一步去除和短程硝化，使出水指标达到NH4 +-N/NO2 --N约为1:1；
3)将所述步骤2)的出水进水进入厌氧氨氧化反应器中，水力停留时间为20-28h，反应温度为31～32℃。，在厌氧反应器中，产甲烷菌利用污水中有机物产生生物质能源甲烷，产甲烷菌并没有去除污水中氨氮的能力，加之所述产甲烷菌对含氮有机物的代谢，溶解氧DO7.0mg/L以上，溶解氧体现在对电能的消耗上，使出水中NH4 +-N/NO2 --N约为1:1；厌氧氨氧化菌以NH4 +-N为电子供体，NO2 --N为电子受体进行厌氧氨氧化反应生成N2，氨氧化过程中产生ATP形式的能量以乙酰辅酶A的形式固定CO2合成自身所需的有机物。厌氧氨氧化通过如下反应完成：NH4 ++NO2 -→N2+2H2O。实现氨氮和亚硝酸氮的同步去除，达到总氮的高效去除。
为进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种养猪场污水处理工艺进行详细的描述，但不能将它理解为对本发明保护范围的限定。
实施例
污水取自北京昌平区马坊村农科院畜牧基地养猪场，处理水量设计为Q＝12L/d，所述养猪场生猪年出栏量为400头；所述污水中化学需氧量(COD)含量为9000～10000mg/L，氨氮含量(NH4 +-N)为500～1500mg/L，亚氮含量(NO2 --N)为0mg/L，硝态氮含量(NO3 --N)为0mg/L，根据以下步骤进行污水处理：
步骤一：用模拟废水启动三个反应器，逐步提高进水负荷进行驯化；
步骤二：用养猪场污水对三个反应器驯化，实现三个反应器的连接；
步骤三：养猪场污水先在厌氧反应器中进行厌氧消化，厌氧消化UASB反应器径高比为1/12，总容积16L，有效容积13.3L，水力停留时间20-28h，水浴夹套温度为31～32℃。
步骤四：收集厌氧消化产生的沼气，出水的COD<600mg/L，NH4 +-N＝500-1500mg/L。
步骤五：出水进入续批式好氧短程硝化反应器，好氧反应器径高比为3/10，总容积14.8L，有效容积12.5L，水力停留时间为20-25h，溶解氧DO维持在7.0mg/L以上，运行周期T＝8h，进水130分钟，曝气448分钟，沉降30分钟，排水90秒，每个周期排水4L；将出水中氨氮的一半转变成亚氮，发生如下反应：2NH4 ++3O2→2NO2 -+2H2O，实现出水中NH4 +-N＝NO2 --N＝250-750mg/L，出水中残留COD<200mg/L，NO3 --N<5mg/L。
步骤六：续批式好氧短程硝化反应器出水进入厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化反应，厌氧氨氧化反应器避光处理，径高比为1/12，总容积16L，有效容积13.3L，水力停留时间为20-28h，水浴夹套温度为31～32℃，反应器内发生如下反应：NH4 ++NO2 -→N2+2H2O。
表1污水原水质和处理后出水水质指标
厌氧消化平均产甲烷量为328.93L/kg·COD，最高为344.73L/kg·COD，分别达到理论值的94％、98.5％。
由表1可以看出，通过本发明提供的处理工艺，高浓度高氨氮的养猪厂污水处理后的出水，达到国家环境保护部制订的《畜禽养殖业污染物排放标准(GB18596-2001)》的排放标准，并且可以回收大量的生物质能源——甲烷，实现了污水处理和资源化利用的耦合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种养猪场污水处理工艺，包括以下步骤：
(1)将养猪场污水进行厌氧消化处理；
(2)将所述步骤(1)的出水作为进水进行续批式好氧短程硝化处理；
(3)所述步骤(2)的出水作为进水进行厌氧氨氧化处理。
2.权利要求1所述的养猪场污水处理工艺，其特征在于，所述的厌氧消化处理，水力停留时间为20-28h，温度为31～32℃。
3.权利要求1所述的养猪厂污水处理工艺，其特征在于，所述的续批式好氧短程硝化处理，水力停留时间为20-25h，处温度为常温，溶解氧为7.0mg/L以上，运行周期T＝8小时。
4.权利要求1所述的养猪场污水处理工艺，其特征在于，所述的厌氧氨氧化处理，水力停留时间为20-28h，温度为31～32℃。
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