CN108178303A - 一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，该处理装置主要包括顺次连接的厌氧消化系统、接触氧化系统和厌氧氨氧化系统。接触氧化系统至少包括1个进化生物法的接触氧化反应器。畜产废水经过絮凝沉淀或气浮脱除悬浮物后，进入厌氧消化系统进行厌氧消化处理；经过脱除部分有机物之后进入接触氧化系统进行有机物的进一步去除，同时去除部分氨氮和硝酸盐氮；之后处理水进入厌氧氨氧化系统进行脱氮处理。经过处理的畜禽养殖废水可达到国家规定的畜产废水排放标准。

Description

一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置

技术领域

本发明属于畜牧业液体废弃物的无害化处理领域，具体涉及一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置。

背景技术

畜禽养殖废水是畜产养殖过程中清理清洗牲畜粪便过程中产生的废水。这种废水含有高浓度的有机物、一定浓度的悬浮物、较高浓度的氨氮以及一定浓度的磷酸盐。一般而言，当废水中有机物浓度COD高于3000mg/l，且生化性较强（BOD/COD＞0.3）时，宜采用厌氧消化方法处理。畜禽养殖废水的原水COD往往高于5000mg/l，因而应采用厌氧消化处理；另一方面，畜禽养殖废水中含有较高浓度氨氮，而厌氧消化过程不仅无法消除氨氮，反而在有机物降解过程中释放氨氮，所以经过厌氧消化处理后的处理水中氨氮较高（大于500mg/l）。

以往处理高氨氮废水采用的技术主要是A/O法，这种方法是缺氧/好氧工艺，耗能高，占地面积大且投资大，更重要的是A/O法仍无法实现氨氮的去除。而目前畜禽养殖废水的后续处理往往采用氧化塘技术，即将废水排入人工制作的池塘，通过蒸发和长时间的自然降解逐步消解畜产废水中的有机物和氨氮，尽管如此，氧化塘法也无法根本去除有机物和氨氮，通常经过几十甚至过百天的自然降解，有机物仍不低于1,000mg/l，氨氮也仍高达600mg/l以上。国家针对经过氧化塘处理后的废水，规定种养结合方式最终处置，即每2头母猪配套1亩农田，这就导致了畜禽生产企业对土地的大量需求，而且种养结合的方法对土地的影响尚无法判断。

由于对土地的需求，同时畜禽养殖废水对土壤和地下水的污染等问题，许多南方土地稀少的地区逐渐失去了畜禽养殖产业的发展空间，其中东南沿海某些地区已经禁止畜禽养殖产业，并逐步搬离该地区。所以找到高效、标准化的畜禽废水处理处置方法，低成本的处理畜禽废水，特别是发明制造出能够应对各种规模畜禽养殖生产废水的标准化设备装置，将是解决畜禽养殖废水问题的关键，同时必将彻底解决地少人多地区的畜禽养殖业持续发展的问题。

所以开发出高效的、低处理成本的畜禽养殖废水处理技术及装置，将对畜禽养殖业的废水处理提供广泛适用、处理成本低的可靠产品，促进我国各个地区的畜禽养殖业蓬勃发展，特别是对广大的中小畜禽生产企业有着是否能够生存的意义。

发明内容

为解决现有技术对畜禽养殖废水处理中存在的问题，针对畜禽养殖废水的水质特征，本发明提出一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理方法及处理装置。

该处理装置主要包括顺次连接的厌氧消化系统、接触氧化系统和厌氧氨氧化系统；厌氧消化系统包括选自折流板厌氧消化反应器（ABR）、上流式厌氧流化床反应器（UASB）、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器（EGSB）以及其他类型厌氧消化反应器中的1个或多个；接触氧化系统包括选自进化生物法的接触氧化反应器、序列间歇式活性污泥法反应器（SBR）、序批式生物膜反应器（SBBR）以及其他类型的接触氧化反应器中的1个或多个；厌氧氨氧化系统包括单极自养脱氮反应器（SNAP）、半硝化+厌氧氨氧化反应器、生物膜内自养脱氮反应器（CANON）、厌氧氨氧化和反硝化反应器（SNAD）、亚硝化-厌氧氨氧化反应器（SHARNON-ANAMMOX）以及其他类型的厌氧氨氧化反应器中的1个或多个；将畜禽养殖废水依次通过厌氧消化系统进行厌氧消化处理，通过接触氧化系统进行除COD处理，以及通过厌氧氨氧化系统进行除氨氮总氮处理；经过处理，畜禽养殖废水中的有机物和氨氮得到高效地去除，得到可以排放或再利用的最终处理水。

在所述的厌氧消化系统中至少包括1个折流板厌氧消化反应器（ABR）；在所述的接触氧化系统中至少包括1个进化生物法的接触氧化反应器；在所述的厌氧氨氧化系统中至少包括1个单极自养脱氮（SNAP）反应器。所述的进化生物法（AD-BIO）是一种多段式的接触氧化方法，进化生物法的接触氧化反应器是由多个腔室构成，水流仍按照折流方式在各个腔室内流动；各个腔室内充填固定生物填料或流动生物填料，填料固定在填料架上或流化床上；各个腔室内安置曝气盘或曝气管或微孔曝气头，由外置曝气系统提供气源对系统进行曝气；进化生物法的接触氧化反应器各腔室中投入微生物群落，其特点为前腔室的微生物等级低于后腔室的微生物等级，即微生物等级依据腔室的先后顺序，形成越靠后越高级的趋势，因而自然形成微生物的食物链。由于不同段的微生物群落不同，更适应水质的变化，进化生物法具有多种优点。

处理装置中，在厌氧消化系统前还设置有絮凝气浮或沉淀系统。畜禽养殖废水在通过厌氧消化系统进行厌氧消化处理前，先采用絮凝气浮工艺或沉淀工艺去除废水中含有的悬浮物(SS)和总磷。

经过絮凝沉淀或气浮的畜禽养殖废水在处理装置各系统中的水利停留时间HRT情况为：进入折流板厌氧消化反应器（ABR）的停留时间是4小时~120小时，经过ABR反应器的出水进入进化生物法（AD-BIO）接触氧化反应器的停留时间是2小时~120小时，经过进化生物法接触氧化AD-BIO反应器出水进入单级自养脱氮（SNAP）反应器的停留时间是2小时~120小时。因此，需要设计厌氧消化系统的有效容积是处理装置日处理水体积的0.17倍到5倍；接触氧化系统和厌氧氨氧化系统的有效容积均是处理装置日处理水体积的0.084倍到5倍。

在处理装置中，厌氧消化系统有效容积/接触氧化系统有效容积/厌氧氨氧化系统有效容积为1/（0.1～10）/（0.1～10）。厌氧消化系统、接触氧化系统和厌氧氨氧化系统中的反应器的有效水深为1~10米。

在处理装置中，厌氧消化系统的反应器中的水温控制在5~60摄氏度，接触氧化系统的反应器中的水温控制在5~50摄氏度，厌氧氨氧化系统的反应器中的水温控制在10~50摄氏度。

在处理装置中，厌氧消化系统的反应器中的溶解氧控制在0~5mg/l，接触氧化系统的反应器和厌氧氨氧化系统的反应器中的溶解氧均控制在0~20mg/l。

在处理装置中，厌氧消化系统、接触氧化系统和厌氧氨氧化系统中的反应器的出水与进水连接采用管路连接的溢流方式或采用水泵的流量控制方式。

在处理装置中，折流板厌氧消化反应器的形状可以是球体，圆柱体，立方体以及其他形状，进化生物法接触氧化反应器形状可以是球体，圆柱体，立方体以及其他形状，单级自养脱氮反应器的形状可以是球体，圆柱体，立方体以及其他形状。

本发明的多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置在使用时，针对有机物COD浓度高于8,000mg/l、氨氮浓度高于500mg/l的畜禽粪便清洗废水，首先采用絮凝气浮工艺或沉淀工艺去除废水中含有的悬浮物SS和总磷。经过去除部分悬浮物的废水进入厌氧消化系统进行厌氧消化处理，此工艺能够将有机物COD浓度降低50%~80%，使得高浓度有机废水被降解到中浓度有机废水；经过厌氧消化处理的废水随后进入接触氧化系统进行除COD处理，采用接触氧化技术将废水中的COD降解到400mg/l以下；经过除COD处理的废水进入厌氧氨氧化系统进行除氨氮总氮处理，经过处理，畜禽养殖废水中的有机物和氨氮得到高效地去除，得到可以排放或再利用的最终处理水。

在本发明的一种比较优选的实施方法中，处理装置中的厌氧消化系统由1个折流板厌氧消化反应器构成，接触氧化系统由1个进化生物法的接触氧化反应器构成，厌氧氨氧化系统由1个单极自养脱氮反应器构成，采用三种技术耦合的处理方法，可以实现最佳的畜禽养殖废水的处理效果，可将500mg/l~1,000mg/l的氨氮去除到80mg/l以下，进而使处理水达到畜产废水的国家畜禽养殖业污染物排放标准GB18596-2001排放。

本发明的有益效果在于：

将折流板厌氧消化反应器、进化生物法的接触氧化反应器、单级自养脱氮反应器有机组合，应用于畜禽养殖废水的处理中。首先是以厌氧微生物将高浓度有机物降解，之后以好氧微生物降解中低浓度有机物，同时利用硝化反硝化去除部分氮，最后以厌氧氨氧化进行脱氮。该处理装置工艺过程简单明了，设备和技术对应明确，结构简单统一，生产制造方便快捷，设备系统安装调试容易，且易于实现标准化工作。COD浓度高于8,000mg/l、氨氮浓度高于500mg/l的畜禽粪便清洗废水通过该方法处理，可以将COD去除到400mg/l以下，氨氮去除到80mg/l以下，使处理水达到畜产废水的国家畜禽养殖业污染物排放标准GB18596-2001排放。本发明技术方案具有能量利用效率高、运行成本低（是普通A/O法的1/3）、占用空间小（是普通A/O法的1/3），系统投资小等特征，实现对畜禽养殖废水中的有机物和氨氮的高效去除。

本发明处理装置适用于从日产畜禽养殖废水5吨到300吨的规模的畜禽养殖企业的废水处理。该发明将对畜禽养殖业的废水处理提供一个广泛适用的，处理成本低的可靠产品，促进我国各个地区的畜禽养殖业蓬勃发展，特别是对广大的中小畜禽生产企业有着是否能够生存的意义。

附图说明

图1为本发明技术方案处理装置实施过程示意图。

图2为本发明一种比较优选实施方案的处理装置系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本发明技术方案的实施方法。

图1为本发明技术方案处理装置的实施过程示意图。如图1所示，针对畜禽养殖废水等混合废水的处理，首先采用絮凝气浮工艺或沉淀工艺去除废水中含有的悬浮物(SS)和总磷。经过去除部分悬浮物的废水进入厌氧消化系统进行厌氧消化处理，此工艺能够将有机物COD浓度降低50%~80%，使得高浓度有机废水被降解到中浓度有机废水；经过厌氧消化处理的废水随后进入接触氧化系统进行除COD处理，采用接触氧化技术将废水中的COD降解到400mg/l以下；经过除COD处理的废水进入厌氧氨氧化系统进行除氨氮总氮处理，经过处理，畜禽养殖废水中的有机物和氨氮得到高效地去除，得到可以排放或再利用的最终处理水。

图2为本发明一种比较优选实施方案的处理装置系统示意图。该实施方案中的厌氧消化系统由1个折流板厌氧消化反应器1构成，接触氧化系统由1个进化生物法的接触氧化反应器2构成，厌氧氨氧化系统由1个单极自养脱氮反应器3构成。具体来说：

（1）经过絮凝气浮或沉淀去除悬浮物(SS)和总磷的畜禽养殖废水，首先通过管路进入到折流板厌氧消化反应器1构成的厌氧消化系统中进行厌氧消化处理；折流板厌氧消化反应器1的结构设置为折流板式，即将系统分成多个腔室，水流上下顺流多次折流；折流板厌氧消化反应器1中充填固定式生物填料，或流动式生物填料，填料固定于填料架或流化床上；同时折流板厌氧消化反应器1中投入包含厌氧菌群（例如酵母菌属、乳酸菌属、纳豆芽孢杆菌属等）的厌氧颗粒污泥，厌氧菌群附着于固定或流动生物填料上或生存于颗粒污泥中。废水流经折流板厌氧消化反应器1中的各个腔室，充分与腔室中固定填料或流动填料或颗粒污泥上生长的厌氧菌群接触，厌氧菌将废水中的有机物COD降解；通过调节水利停留时间、温度、pH值控制厌氧菌活性和COD降解结果；经过厌氧消化处理过的畜禽养殖废水的两个主要指标COD去除率可达50%~80%，具体举例为1,000mg/l~5,000mg/l。但由于厌氧过程中氨氮无法氧化，同时有机物在厌氧降解条件下将部分有机氮转化为氨氮，所以经过厌氧消化工艺处理的废水中的氨氮呈增加趋势。通常情况下厌氧消化系统出水的氨氮高于500mg/l，甚至可达1,000mg/l或以上；

（2）经过厌氧消化处理过的畜禽养殖废水通过管路流入接触氧化系统进行除COD处理，该接触氧化系统由进化生物法的接触氧化反应器2构成。进化生物法的接触氧化反应器2是由多个腔室构成，水流仍按照折流方式在各个腔室内流动；各个腔室内充填固定生物填料或流动生物填料，填料固定在填料架上或流化床上；各个腔室内安置曝气盘或曝气管或微孔曝气头，由外置曝气系统提供气源对系统进行曝气；进化生物法的接触氧化反应器2中投入特种微生物群落，其特点为前腔室的微生物等级低于后腔室的微生物等级，即微生物等级依据腔室的先后顺序，形成越靠后越高级的趋势，因而自然形成微生物的食物链；进入进化生物法的接触氧化反应器2的废水顺流流经前中后多个腔室，最后从管路流出；废水在流经各个腔室时，充分与生长于固定或流动生物填料上的微生物接触，在溶解氧的参与下，各类好氧微生物菌群对废水中的有机物COD进行降解，氨氮被硝化和反硝化；接触氧化系统对COD的去除率可达87%，即由厌氧消化系统流出的最高COD值3,000mg/l的废水，经过该接触氧化系统处理后可达400mg/l以下；同时由于好氧微生物的作用，接触氧化系统对氨氮有一定的去除效果，某些情况下接触氧化系统的出水中氨氮在400mg/l~700mg/l；

（3）经过接触氧化处理的废水通过管路流入厌氧氨氧化系统中进行除氨氮总氮处理，该厌氧氨氧化系统由单极自养脱氮（SNAP）反应器3构成。单极自养脱氮（SNAP）反应器3充填固定或流动生物填料，填料固定在填料架上或流化床中；向单极自养脱氮（SNAP）反应器3中投入多种特征微生物菌群，包括好氧菌、兼性菌、厌氧菌，或自养菌和异养菌；这些菌群附着在生物填料上，形成生物膜，膜内侧为厌氧菌或兼性菌，外侧为好氧菌；含有大于400mg/l氨氮的废水流经生物膜填料，和微生物充分接触，经过各种菌的作用下，系统内发生硝化和反硝化、氨氧化和厌氧氨氧化，在这个过程中氨氮得到氧化还原，硝态氮得到还原；经过除氨氮总氮处理，氨氮可达80mg/l以下，达到国家畜禽养殖业污染物排放标准GB18596-2001。

最终处理出水经过化学消毒处理可排放或再次利用。

实施例1

申请人采用本发明图2所示的优选的处理装置，针对某畜产养殖厂的氧化塘废水进行处理实验，获得下表所示结果：如表所示，最终SNAP反应器出水达到国家GB 18596-2001标准。

Claims (9)

1.一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，其特征在于：该处理装置主要包括顺次连接的厌氧消化系统、接触氧化系统和厌氧氨氧化系统；厌氧消化系统包括选自折流板厌氧消化反应器、上流式厌氧流化床反应器、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器以及其他类型厌氧消化反应器中的1个或多个；接触氧化系统包括选自进化生物法的接触氧化反应器、序列间歇式活性污泥法反应器、序批式生物膜反应器以及其他类型的接触氧化反应器中的1个或多个；厌氧氨氧化系统包括单极自养脱氮反应器、半硝化+厌氧氨氧化反应器、生物膜内自养脱氮反应器、厌氧氨氧化和反硝化反应器、亚硝化-厌氧氨氧化反应器以及其他类型的厌氧氨氧化反应器中的1个或多个；将畜禽养殖废水依次通过厌氧消化系统进行厌氧消化处理，通过接触氧化系统进行除COD处理，以及通过厌氧氨氧化系统进行除氨氮总氮处理；经过处理，畜禽养殖废水中的有机物和氨氮得到高效地去除，得到可以排放或再利用的最终处理水。

2.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，其特征在于：接触氧化系统至少包括1个进化生物法的接触氧化反应器；进化生物法的接触氧化反应器由多个腔室构成，水流按照折流方式在各腔室内流动；在进化生物法的接触氧化反应器的各腔室中投入微生物群落，微生物等级按腔室的先后顺序形成越靠后越高级的趋势。

3.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，其特征在于：厌氧消化系统至少包括1个折流板厌氧消化反应器；厌氧氨氧化系统至少包括1个单极自养脱氮反应器。

4.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，厌氧消化系统的有效容积是处理装置日处理水体积的0.17倍到5倍；接触氧化系统和厌氧氨氧化系统的有效容积均是处理装置日处理水体积的0.084倍到5倍。

5.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水的处理装置，厌氧消化系统有效容积/接触氧化系统有效容积/厌氧氨氧化系统有效容积为1/（0.1～10）/（0.1～10）。

6.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，厌氧消化系统、接触氧化系统和厌氧氨氧化系统中的反应器的有效水深为1~10米。

7.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，厌氧消化系统的反应器中的水温控制在5~60摄氏度，接触氧化系统的反应器中的水温控制在5~50摄氏度，厌氧氨氧化系统的反应器中的水温控制在10~50摄氏度。

8.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，厌氧消化系统的反应器中的溶解氧控制在0~5mg/l，接触氧化系统的反应器和厌氧氨氧化系统的反应器中的溶解氧均控制在0~20mg/l。

9.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水处理装置，厌氧消化系统、接触氧化系统和厌氧氨氧化系统中的反应器的出水与进水连接采用管路连接的溢流方式或采用水泵的流量控制方式。