CN107382025B - 一种养猪场污水处理填料、多元耦合工艺和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种养猪场污水处理填料、多元耦合工艺和系统，其中：收集养猪场养殖产生的养猪场污水，使养猪场污水中的固体废物和废水分离；在阶梯状的生态填料池中种植凤眼莲和铺设蜂窝煤状填料，利用生态填料池的自制吸附性蜂窝煤状填料构筑成生态廊道梯级处理分离的废水；将分离的固体废物与生态填料池中种植的凤眼莲混合堆制有机肥。有益效果：本发明可高效回收养猪场污水中的有机物，并通过制备的有机肥补偿方式提高工艺的附加值、美化养猪场污水治理环境，使排放的废水稳定达到《畜禽养殖业污染物排放标准》的排放要求。

Description

一种养猪场污水处理填料、多元耦合工艺和系统
技术领域
本发明涉及畜禽养殖污染控制技术领域，尤其是涉及一种养猪场污水处理填料、多元耦合工艺和系统。
背景技术
随着市场经济的发展，人民生活水平日益提高，我国生猪养殖业向着集约化、规模化快速推进。规模化的养殖方式可以有效提高畜禽养殖场的饲养技术和防疫能力，但也造成猪场粪污过度集中，大大超出了自然环境的承载能力。相关研究显示，一个万头猪场，每天产生污水在100～150m3左右，而养猪污水是一种典型的高浓度有机污水，COD、TP、NH3-N等可高达20000、300和1500mg/L。高浓度的养猪污水若不经有效处理直接排放，会对周边地区的水体、大气、土壤等造成严重污染，甚至对周边居民的健康产生显著危害。
目前，国内的规模化猪场常用厌氧-好氧组合工艺处理养猪污水，但这种模式存在反应时间长，构筑物容积大，氨氮不易达标等诸多缺点，在实际应用中投资和运行成本高，给养殖户带来较大的经济负担。此外，厌氧-好氧组合工艺处理养猪污水的实质是将污水中的有机质转化成二氧化碳和氮气排放到大气中，在这个过程中不仅消耗大量能源，污水中的碳源也未得到有效回收利用。因此，寻找一种效果好、成本低，甚至在达标处理的同时实现资源回收利用的处理工艺，对解决规模化猪场养猪污水的污染难题尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种养猪场污水处理填料、多元耦合工艺和系统，解决现有技术中的上述技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种养猪场污水处理填料，其特征在于，包括：
沸石粉、石膏粉、水泥、工业粗盐、生物炭，所述沸石粉、所述石膏粉、所述水泥、所述工业粗盐、所述生物炭的质量比分别为：50％～60％、20％～30％、5％～10％、4％～6％、5％～10％。
本发明的技术方案还提供一种处理养猪场污水的耦合系统，其特征在于，包括：混凝池、高位水池、堆肥场、生态填料池，所述混凝池连通所述高位水池和所述堆肥场，所述高位水池连通所述生态填料池，所述生态填料池铺设有填料；所述生态填料池种植有凤眼莲；所述混凝池用于分离养猪场污水中的固体废物和废水，所述高位水池用于存放废水，堆肥场用于存放固体废物，生态填料池用于过滤和净化废水。
本发明的技术方案还提供一种处理养猪场污水的多元耦合工艺，其特征在于，包括：
S1、收集养猪场养殖产生的养猪场污水，使所述养猪场污水中的固体废物和废水分离；
S2、在阶梯结构的生态填料池中种植凤眼莲和铺设蜂窝煤状填料，利用所述生态填料池梯级处理S1步骤分离的废水；
S3、将S1步骤中分离的所述固体废物与所述生态填料池中种植的凤眼莲混合堆制有机肥。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明在通过混凝预处理将收集的养猪场污水分离为固体废物和废水的基础上，采用自制吸附性生态填料梯级处理分离出的废水，并在梯级生态填料池表面种植去污能力强的凤眼莲充分吸收污水中的氮、磷等营养物质。同时，将混凝处理后分离的猪粪固体废物与凤眼莲混合堆制有机肥。养猪场污水经耦合系统处理后，出水槽排出废水达到《畜禽养殖业污染物排放标准》要求，堆制的有机肥满足《有机肥料》(NY525-2012)技术要求。本发明不仅使废水稳定达标排放，同时回收了废水中的有机碳和氮磷等营养物质，实现了养猪场污水的资源化利用，并降低了养猪场污水处理成本，具有显著的经济效益和环境效益。
附图说明
图1是本发明提供的处理养猪场污水的多元耦合系统结构图；
图2为图1中生态填料池的俯视图。
附图中：1、混凝池，2、高位水池，3、堆肥场，4、生态填料池，5、进水槽，6、蜂窝煤状填料，7、凤眼莲，8、出水槽，9、布水管，41、第一填料池子，42、第二填料池子，43、第三填料池子。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的处理养猪场污水的多元耦合工艺，包括以下步骤：
S1、收集养猪场养殖产生的养猪场污水，使养猪场污水中的固体废物和废水分离；
S2、在阶梯状的生态填料池4中种植凤眼莲7和铺设蜂窝煤状填料6，利用生态填料池4梯级处理S1步骤分离的废水；
S3、将S1步骤中分离的固体废物与生态填料池4中种植的凤眼莲7混合堆制有机肥。
本发明的处理养猪场污水的多元耦合工艺，步骤S1中：
如果使用水冲粪或水泡粪工艺收集养猪场污水，那么收集的养猪场污水是粪尿混合的状态，则需要通过混凝预处理将收集的养猪场污水分离为固体废物和废水；
如果使用干清粪工艺收集养猪场污水，那么养猪场污水不是粪尿混合的状态，干猪粪和猪尿液是分离的，不需要进行混凝预处理，养猪场污水可以直接进入生态填料池进行净化处理，而干粪便可以直接放入堆肥场和凤眼莲进行堆肥。
本发明的处理养猪场污水的多元耦合工艺，混凝预处理的步骤为：
收集的粪尿混合的养猪场污水用潜污泵抽到混凝池1中，在混凝池1中加入混凝剂并搅拌，搅拌完成后静置设定时长，静置设定时长后，将混凝沉淀的固体废物用泵抽到堆肥场3晾晒至含水率<80％，将混凝池1中的上清液用泵抽提到一高位水池2；
具体的，将收集的粪尿混合的养猪场污水用潜污泵抽到混凝池1中，混凝池1为直径为1m、有效深度1.5m的圆柱形混凝池1，然后，将10％浓度的聚合氯化铝铁(PAFC)按照800g/m3的浓度添加到混凝池1中的养猪场污水中，在350r/min的速度下快速搅拌60s；接着，将2‰的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)按照7g/m3的浓度加入混凝池1中，先以400r/min的速度快速搅拌30s，再以40r/min的速度慢速搅拌20min；最后，将混凝池1中的上清液用离心泵抽提到高位水池2，混凝沉淀的猪粪固体废物用潜污泵抽到堆肥场3晾晒；
混凝预处理前，养猪场污水中的COD、氨氮、TN、TP和浊度分别为7288、767、1016、190mg/L和1942NTU；混凝预处理后COD、氨氮、TN、TP和浊度分别下降为1104、730、811、18.9mg/L和208NTU，相应的去除率分别达到84.85％、5.32％、21.04％、89.93％和89.39％。
本发明的处理养猪场污水的多元耦合工艺，步骤S2中蜂窝煤状填料6的制备方法为：
将吸氨值(CEC)≥150cmol/kg的沸石粉、不小于80目的石膏粉、水泥、进料粒度为2～3mm的工业粗盐、粒径小于2mm的生物炭按照50％～60％、20％～30％、5％～10％、4％～6％、5％～10％的质量比混合并搅拌均匀，按照50％～70％的质量比向混合均匀的物料中喷洒清水并搅拌均匀，采用煤球机将喷洒清水后的物料制作成直径100mm、高75mm、均匀分布有12个直径为14mm的孔道的蜂窝煤状填料6，并将蜂窝煤状填料6自然风干，单个蜂窝煤状填料6的质量约为850g，共制作20t填料备用，填料的蜂窝煤造型既可以维持填料的强度，又有较高的污水通量。
填料的制备方法的实施例1：
将吸氨值(CEC)＝150cmol/kg的沸石粉、80目的石膏粉、水泥、进料粒度为2mm的工业粗盐、粒径为1mm的生物炭按照50％、30％、10％、5％、5％的质量比混合并搅拌均匀，按照50％～70％的质量比向混合均匀的物料中喷洒清水并搅拌均匀，采用煤球机将喷洒清水后的物料制作成直径100mm、高75mm、均匀分布有12个直径为14mm的孔道的蜂窝煤状填料6，并将蜂窝煤状填料6自然风干。
填料的制备方法的实施例2：
将吸氨值(CEC)＝160cmol/kg的沸石粉、85目的石膏粉、水泥、进料粒度为2.5mm的工业粗盐、粒径为1.5mm的生物炭按照56％、25％、7％、4％、8％的质量比混合并搅拌均匀，按照50％～70％的质量比向混合均匀的物料中喷洒清水并搅拌均匀，采用煤球机将喷洒清水后的物料制作成直径100mm、高75mm、均匀分布有12个直径为14mm的孔道的蜂窝煤状填料6，并将蜂窝煤状填料6自然风干。
填料的制备方法的实施例3：
将吸氨值(CEC)＝165cmol/kg的沸石粉、90目的石膏粉、水泥、进料粒度为3mm的工业粗盐、粒径为1.2mm的生物炭按照60％、20％、5％、6％、9％的质量比混合并搅拌均匀，按照50％～70％的质量比向混合均匀的物料中喷洒清水并搅拌均匀，采用煤球机将喷洒清水后的物料制作成直径100mm、高75mm、均匀分布有12个直径为14mm的孔道的蜂窝煤状填料6，并将蜂窝煤状填料6自然风干。
本发明的处理养猪场污水的多元耦合工艺，步骤S2中：
从野外采集高度为20～40cm的凤眼莲7植株，按照10～20株/m2的接种密度向生态填料池4表面水体中投加凤眼莲7。
本发明的处理养猪场污水的多元耦合工艺，所述步骤S3包括：
S31：在维持生态填料池4中生长的凤眼莲7密度不低于接种密度的条件下每隔20～30天将生长的凤眼莲7打捞起来，将打捞的凤眼莲7破碎至2～3cm，然后将破碎的凤眼莲7与S1步骤中分离出的固体废物在堆肥场3进行混合，调节混合物的碳氮比为20～30、含水率为60％～65％，当凤眼莲7不足时补充统糠至混合物中以调节混合物的碳氮比；
S32：采用条垛式对混合物进行堆肥，堆肥宽度为1.5～2m、高0.8～1.2m、堆体长度为50m，采用机械翻堆通风方式对混合物进行堆肥，每3天翻堆一次，堆制25～35天后物料达到腐熟，可将有机肥装袋、备用；
将养猪场污水进行混凝处理，混凝沉淀的固体废物(猪粪)用泵抽到堆肥场3晾晒后堆放在堆肥场3，将利用干清粪工艺从猪舍清理得到猪粪也堆到堆肥场3，测得堆肥场3猪粪的主要性质为：有机质占干重的比例为71％～78％，TOC为43.3％～45.4％，TN为2.54～2.68g/kg，C/N比为15.8～16.9，含水率为63.2％～68.3％；堆肥结束后测定肥料性质为：有机质62％～65％，全氮含量为28.9～30.8g/kg，全磷含量为18.7～20.8g/kg，全钾含量为6.9～7.1g/kg，种子发芽指数(GI)为81％～86％，堆制的有机肥满足《有机肥料》(NY525-2012)技术指标要求(有机质>50％、总养分(N+P2O5+K2O)>6％)。
混合堆制有机肥的实施例1：
S31：在维持生态填料池4中生长的凤眼莲7密度不低于接种密度的条件下每隔20天将生长的凤眼莲7打捞起来，将打捞的凤眼莲7破碎至2cm，然后将破碎的凤眼莲7与S1步骤中分离出的固体废物在堆肥场3进行混合，调节混合物的碳氮比为20、含水率为60％，当凤眼莲7不足时补充统糠至混合物中以调节混合物的碳氮比；
S32：采用条垛式对混合物进行堆肥，堆肥宽度为1.5m、高0.8m、堆体长度为50m，采用机械翻堆通风方式对混合物进行堆肥，每3天翻堆一次，堆制25天后物料达到腐熟。
混合堆制有机肥的实施例2：
S31：在维持生态填料池4中生长的凤眼莲7密度不低于接种密度的条件下每隔25天将生长的凤眼莲7打捞起来，将打捞的凤眼莲7破碎至2.5cm，然后将破碎的凤眼莲7与S1步骤中分离出的固体废物在堆肥场3进行混合，调节混合物的碳氮比为25、含水率为63％，当凤眼莲7不足时补充统糠至混合物中以调节混合物的碳氮比；
S32：采用条垛式对混合物进行堆肥，堆肥宽度为1.8m、高1m、堆体长度为50m，采用机械翻堆通风方式对混合物进行堆肥，每3天翻堆一次，堆制30天后物料达到腐熟。
混合堆制有机肥的实施例3：
S31：在维持生态填料池4中生长的凤眼莲7密度不低于接种密度的条件下每隔30天将生长的凤眼莲7打捞起来，将打捞的凤眼莲7破碎至3cm，然后将破碎的凤眼莲7与S1步骤中分离出的固体废物在堆肥场3进行混合，调节混合物的碳氮比为30、含水率为65％，当凤眼莲7不足时补充统糠至混合物中以调节混合物的碳氮比；
S32：采用条垛式对混合物进行堆肥，堆肥宽度为2m、高1.2m、堆体长度为50m，采用机械翻堆通风方式对混合物进行堆肥，每3天翻堆一次，堆制35天后物料达到腐熟。
本发明还提供一种处理养猪场污水的多元耦合系统，包括：
混凝池1、高位水池2、堆肥场3、生态填料池4，混凝池1连通高位水池2和堆肥场3，高位水池2连通生态填料池4；生态填料池4包括第一填料池子41、第二填料池子42、第三填料池子43，三个填料池子呈阶梯状相邻设置，第一填料池子41、第二填料池子42、第三填料池子43的深度逐渐降低；在每个填料池子底部上下层交错地铺设蜂窝煤状填料6；
第一填料池子41的左侧连通一进水槽5，进水槽5连通高位水池2，第三填料池子43的右侧连通一出水槽8；填料池子内设有若干布水管9，并以垂直上升流的方式布水；布水管9延着填料池子内壁通向填料池子底部，位于填料池子底部的部分布水管9的管面均匀开孔，布水管9将污水流导向填料池子底部并在填料池子底部释放污水流，使得污水流逐渐上升经过各层蜂窝煤状填料6被蜂窝煤状填料6过滤吸附和被填料池子污水表面种植的凤眼莲7净化后流向右侧的填料池子；
具体的，采用砖混结构建设第一填料池子P1、第二填料池子P2、第三填料池子P3，每个填料池子的长×宽均为3×2m，第一填料池子P1、第二填料池子P2、第三填料池子P3的有效深度分别为2.1m、1.8m和1.5m，第一填料池子P1、第二填料池子P2、第三填料池子P3的落差为0.3m，填料池内污水的最高水位比池子上沿低0.3m；在每个填料池子底部上下层交错地逐层铺设蜂窝煤状填料6，P1、P2、P3填料池子中的填料高度分别为1.8m、1.5m和1.2m，每吨填料的水力负荷控制在0.20m3污水/天左右；
每个填料池子的左右侧均设有5个排布水管，布水管9管径为5～8cm，位于填料池子底部的部分布水管9的管面均匀开孔，孔径为5～8mm，采用梅花式钻孔，孔与孔之间间距8～10cm；
对生态填料池4中进出污水的水质进行了连续10天的检测，结果表明：进水COD、氨氮、TP的浓度分别为841～1223mg/L、618.5～944.5mg/L、22.5～31.5mg/L，出水COD、氨氮、TP的浓度分别为253～364mg/L、65.7～75.4mg/L、4.2～7.5mg/L，出水水质满足《畜禽养殖业污染物排放标准》的COD<400mg/L、SS<200mg/L、氨氮<80mg/L、总磷<8mg/L的排放要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明在通过混凝预处理将收集的养猪场污水分离为固体废物和废水的基础上，采用自制吸附性生态填料梯级处理分离出的废水，并在梯级生态填料池表面种植去污能力强的凤眼莲充分吸收污水中的氮、磷等营养物质。同时，将混凝处理后分离的猪粪固体废物与凤眼莲混合堆制有机肥。养猪场污水经本发明的工艺处理后，出水槽排出污水达到《畜禽养殖业污染物排放标准》要求，堆制的有机肥满足《有机肥料》(NY525-2012)技术要求。本发明的工艺不仅使养猪场废水稳定达标排放，同时回收了废水中的有机碳和氮磷等营养物质，实现了养猪场污水的资源化利用，并降低了养猪场污水处理成本，具有显著的经济效益和环境效益。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种处理养猪场污水的多元耦合系统，其特征在于，包括：混凝池、高位水池、堆肥场、生态填料池，所述混凝池连通所述高位水池和所述堆肥场，所述高位水池连通所述生态填料池，所述生态填料池铺设有养猪场污水处理填料；所述生态填料池种植有凤眼莲；所述混凝池用于分离养猪场污水中的固体废物和废水，所述高位水池用于存放废水，所述堆肥场用于存放固体废物，所述生态填料池用于过滤和净化废水；
所述生态填料池包括：第一填料池子、第二填料池子、第三填料池子，三个填料池子呈阶梯状相邻设置，所述第一填料池子、所述第二填料池子、所述第三填料池子的深度逐渐降低，三个填料池子中设有布水管并以垂直上升流的方式布水；
所述养猪场污水处理填料包括：
沸石粉、石膏粉、水泥、工业粗盐、生物炭，所述沸石粉、所述石膏粉、所述水泥、所述工业粗盐、所述生物炭的质量比分别为：50％～60％、20％～30％、5％～10％、4％～6％、5％～10％；
所述填料为蜂窝煤状，所述填料的直径为100mm、高为75mm并均匀分布有12个直径为14mm的孔道。
2.如权利要求1所述的处理养猪场污水的多元耦合系统，其特征在于，所述沸石粉的吸氨值≥150cmol/kg，所述石膏粉不小于80目，所述工业粗盐的进料粒度为2～3mm，所述生物炭的粒径小于2mm。
3.一种处理养猪场污水的多元耦合工艺，其特征在于，包括：
S1、收集养猪场养殖产生的养猪场污水，使所述养猪场污水中的固体废物和废水分离；
S2、在阶梯结构的生态填料池中种植凤眼莲和铺设养猪场污水处理填料，利用所述生态填料池梯级处理S1步骤分离的废水；
所述养猪场污水处理填料包括：
沸石粉、石膏粉、水泥、工业粗盐、生物炭，所述沸石粉、所述石膏粉、所述水泥、所述工业粗盐、所述生物炭的质量比分别为：50％～60％、20％～30％、5％～10％、4％～6％、5％～10％；
S3、将S1步骤中分离的所述固体废物与所述生态填料池中种植的凤眼莲混合堆制有机肥；
所述生态填料池包括：第一填料池子、第二填料池子、第三填料池子，三个填料池子呈阶梯状相邻设置，所述第一填料池子、所述第二填料池子、所述第三填料池子的深度逐渐降低，三个填料池子中设有布水管并以垂直上升流的方式布水；在每个填料池子底部上下层交错地逐层铺设蜂窝煤状填料。
4.如权利要求3所述的处理养猪场污水的多元耦合工艺，其特征在于，通过混凝预处理将收集的粪尿混合状态的所述养猪场污水分离为所述固体废物和所述废水。
5.如权利要求3所述的处理养猪场污水的多元耦合工艺，其特征在于，混凝预处理的步骤为：
S11、将10％浓度的聚合氯化铝铁按照500～1000g/m3的浓度添加到粪尿混合的养猪场污水中，以350～450r/min的速度快速搅拌60～90s；然后再将2‰浓度的阳离子聚丙烯酰胺按照5～10g/m3的浓度加入养猪场污水中，先以350～450r/min的速度快速搅拌30～45s，再以35～45r/min的速度慢速搅拌15～30min；
S12、S11中的混凝反应结束后将养猪场污水静置5～10min，分别抽取上清液和混凝沉淀的固体废物，使得固体废物和废水分离。
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