CN108191059A - 一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理方法，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。将折流板厌氧消化技术、进化生物法的接触氧化技术、单极自养脱氮（SNAP）技术进行有机结合，应用于高浓度有机物和高浓度氨氮的畜禽废水处理中。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方法

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的处理方法。

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，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。

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技术，低成本的处理畜禽废水，或实现畜禽废水资源化是解决某些地区畜禽养殖业能否生存的关键。

由于上述原因，大量畜禽养殖业已经开始将生产企业大量搬离，并开始成规模的在北方或东北地广人稀的地区设厂生产。尽管如此，企业对土地的需求仍然巨大，一般情况下企业需要购买大于实际需求的土地面积，土地购置成本约占企业建设总成本的1/3，给企业带来了巨大的投资压力。

由于没有有效的处理措施，在目前国家大力度整治环境污染的形势下，许多中小规模的民营的畜禽生产企业面临着巨大的环保压力。所以为这些企业开发出高效的、低处理成本的畜禽养殖废水处理技术，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。

该方法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；厌氧消化系统包括选自折流板厌氧消化（ABR）单元、上流式厌氧流化床（UASB）单元、厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）单元以及其他类型厌氧消化单元中的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单元、序列间歇式活性污泥法（SBR）单元、序批式生物膜反应器（SBBR）单元以及其他类型的接触氧化单元中的1个或多个；厌氧氨氧化系统包括选自单极自养脱氮（SNAP）单元、半硝化+厌氧氨氧化单元、生物膜内自养脱氮（CANON）单元、厌氧氨氧化和反硝化（SNAD）单元、亚硝化-厌氧氨氧化（SHARNON-ANAMMOX）单元以及其他类型的厌氧氨氧化单元中的1个或多个；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个折流板厌氧消化单元；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单元；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）单元。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单元是由多个腔室构成，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单元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。

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。

畜禽养殖废水在厌氧消化系统、接触氧化系统及厌氧氨氧化系统分别停留的时间均为2～120小时；畜禽养殖废水在厌氧消化系统、接触氧化系统及厌氧氨氧化系统中进行处理的过程中，要控制畜禽养殖废水的pH值在3～10范围内，温度在5～45摄氏度范围内。

畜禽养殖废水厌氧消化系统时的溶解氧是0～5mg/l；畜禽养殖废水在接触氧化系统和厌氧氨氧化系统时的溶解氧是0～20mg/l。

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、接触氧化系统以及厌氧氨氧化系统之间的连接方式为选自管路连接、溢流管路连接和水泵系统连接中的一种或多种。

本发明针对有机物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，采用折流板厌氧消化技术、进化生物法的接触氧化技术，以及被称作SNAP的单极自养脱氮技术的三种技术耦合的处理工艺系统，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：

将折流板厌氧消化技术、进化生物法的接触氧化技术、单级自养脱氮的SNAP技术有机组合，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。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。

附图说明

图1为本发明技术方案的实施过程示意图。

图2为本发明一种比较优选的实施方案的系统示意图。

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的实施方案的系统示意图。这种优选的实施方案采用折流板厌氧消化技术、进化生物法的接触氧化技术，以及被称作SNAP的单极自养脱氮技术的三种技术耦合的处理工艺系统。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单元构成的厌氧消化系统中进行厌氧消化处理；折流板厌氧消化单元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；折流板厌氧消化单元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单元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单元中的各个腔室，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~3,000mg/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单元构成。进化生物法的接触氧化单元是由多个腔室构成，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单元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单元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；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）单元构成。单极自养脱氮（SNAP）单元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）单元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

申请人采用本发明的技术方案，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 (8)

1.一种多技术耦合的畜禽养殖废水处理方法，其特征在于：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；厌氧消化系统包括选自折流板厌氧消化单元、上流式厌氧流化床单元、厌氧颗粒污泥膨胀床单元以及其他类型厌氧消化单元中的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单元、序列间歇式活性污泥法单元、序批式生物膜反应器单元以及其他类型的接触氧化单元中的1个或多个；厌氧氨氧化系统包括选自单极自养脱氮单元、半硝化+厌氧氨氧化单元、生物膜内自养脱氮单元、厌氧氨氧化和反硝化单元、亚硝化-厌氧氨氧化单元以及其他类型的厌氧氨氧化单元中的1个或多个；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方法，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单元；进化生物法的接触氧化单元由多个腔室构成，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单元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方法，其特征在于：厌氧消化系统至少包括1个折流板厌氧消化单元；厌氧氨氧化系统至少包括1个单极自养脱氮单元。

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方法，其特征在于：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和总磷。

5.根据权利要求1所述的多技术耦合的畜禽养殖废水处理方法，其特征在于：畜禽养殖废水在厌氧消化系统、接触氧化系统及厌氧氨氧化系统分别停留的时间均为2～120小时；畜禽养殖废水在厌氧消化系统、接触氧化系统及厌氧氨氧化系统中进行处理的过程中，要控制畜禽养殖废水的pH值在3～10范围内，温度在5～45摄氏度范围内。

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方法，其特征在于：畜禽养殖废水在厌氧消化系统时的溶解氧是0～5mg/l；畜禽养殖废水在接触氧化系统和厌氧氨氧化系统时的溶解氧是0～20mg/l。

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方法，其特征在于：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）。

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方法，其特征在于：厌氧消化系统、接触氧化系统以及厌氧氨氧化系统之间的连接方式为选自管路连接、溢流管路连接和水泵系统连接中的一种或多种。