CN108298744A - 一种养殖废水的非生化深度处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种养殖废水的非生化深度处理，包括以下步骤：将收集的养殖废水进行固液分离得到固态的粪便残渣料和分离液；将分离液依次通过沸石过滤器、离子交换柱、铁碳过滤器、电解单元、锰基催化柱以及活性炭填料柱。本方法无需添加絮凝剂等化学药剂，有效降低了产生的污泥量，减少了后续处理污泥的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水处理，特别涉及养殖废水的非生化深度处理方法。
背景技术
随着我国社会经济的高速发展，水资源短缺问题越来越受到重视。废水处理、回用是解决目前水资源短缺的有效手段。其中我国养殖废水总量大，但处理工艺相对落后，不合格的处理工艺会导致排放污水中氨氮、COD和总磷等指标超标，严重破坏水体生态，对人类的生存环境构成了巨大威胁。
现有养殖废水的处理工艺主要依赖于生化方法，即通过活性污泥对废水中的氨氮、COD等进行分解，然而生化法存在处理周期长，占地面积大，操作条件要求严格，出水不稳定，易滋生蚊虫等不足，需要开发高效处理养殖废水的非生化深度处理工艺。
养殖废水COD、氨氮、悬浮物等含量较高，处理难度大，同时在工艺设计中还需考虑占地面积、运行稳定性和成本等因素。
申请号：201720150362.8、申请日：2017-02-20的中国专利公开了一种畜禽养殖废水深度处理装置，包括相互连通的pH调节池和电解池，电解池内设有与供电设备相连的惰性电极板和腐蚀电极板，所述腐蚀电极板为铁电极板或铝电极板。该装置存在的问题是调节pH需要耗费大量酸液/碱液，且只适合对二沉池出水进行深度处理，无法解决生化法占地面积大、处理时间长、污泥量多等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种高效、廉价、环境友好、出水稳定的养殖废水的非生化深度处理方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种养殖废水的非生化深度处理，包括以下步骤：
S1、将收集的养殖废水进行固液分离得到固态的粪便残渣料和分离液；
S2、将所述的分离液通过沸石过滤器，进一步去除分离液中的杂质和悬浮物，并吸附氨氮得到一次净化废水；
S3、将所述的一次净化废水通过离子交换柱，深度去除氨氮，并调低pH得到二次净化废水；
S4、将所述的二次净化废水通过铁碳过滤器，利用微电解机制降解二次净化废水中的COD得到三次净化废水；
S5、将所述的三次净化废水通入电解单元，利用电解机制进一步降解COD，并调低废水pH得到四次净化废水；
S6、将所述的四次净化废水与氧化剂充分混合，随后通过锰基催化柱，利用类芬顿机制降解COD得到五次净化废水；
S7、将所述的五次净化废水通过活性炭填料柱，吸附剩余COD，并去除异味，最后获得的废水即可达标排放或回用于养殖场冲洗和水作农田的灌溉。
与现有技术相比，本发明具有以下优势及特质：
第一、在处理过程中，无需添加絮凝剂等化学药剂，有效降低了产生的污泥量，减少了后续处理污泥的成本；第二、处理过程中，不需要通过添加酸/碱液来调节养殖废水的酸碱度，有效降低运行成本；第三、本工艺没有采用生化处理，占地面积小，出水快速且稳定，不受环境因素变化影响；第四、本工艺采用模块化设计，操作简单，实用性强；第五、本工艺对养殖废水进行深度处理，COD去除率达到95％，氨氮去除率达到97％，并有效去除异味和悬浮物，效果优于现有处理工艺，是养殖废水深度处理的理想工艺。
附图说明
图1是本发明一种养殖废水的非生化深度处理方法采用的离子膜电解设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但不作为对本发明的限定。
一种养殖废水的非生化深度处理，包括以下步骤：
S1、将收集的养殖废水进行固液分离得到固态的粪便残渣料和分离液，作为本发明的一种实施方式可以将养殖废水依次通过格栅和固液分离机，得到固态的粪便残渣料和分离液；
S2、将所述的分离液通过沸石过滤器，进一步去除分离液中的杂质和悬浮物，并吸附氨氮得到一次净化废水；
S3、将所述的一次净化废水通过离子交换柱，深度去除氨氮，并调低pH得到二次净化废水；
S4、将所述的二次净化废水通过铁碳过滤器，利用微电解机制降解二次净化废水中的COD得到三次净化废水；
S5、将所述的三次净化废水通入电解单元，利用电解机制进一步降解COD，并调低废水pH得到四次净化废水；电解单元可以采用现有的离子膜电解设备即可。
S6、将所述的四次净化废水与氧化剂充分混合，随后通过锰基催化柱，利用类芬顿机制降解COD得到五次净化废水；
S7、将所述的五次净化废水通过活性炭填料柱，吸附剩余COD，并去除异味，最后获得的废水即可达标排放(畜禽养殖业污染物排放标准，GB 18596-2001)或回用于养殖场冲洗和水作农田的灌溉(农田灌溉水质标准，GB5084-2005)。
优选的，所述步骤S1中的固液分离机的处理量为4～10m3/h，固态的粪便残渣含水重量百分比为40～65％，可用于土壤施肥。
优选的，所述步骤S2中沸石过滤器中的沸石滤料装填高度为0.5～1.2m，沸石滤料装填截面积为100～5000cm2，通过沸石过滤器速度为3～10m/s，分离液中氨氮浓度降至500mg/L以下，悬浮物浓度降至200mg/L以下，进入步骤S3。
优选的，所述步骤S3中离子交换柱中填充强酸型阳离子交换树脂，树脂装填高度为0.5～1.5m，树脂装填截面积为100～5000cm2，一次净化废水通过离子交换柱的速度为3～10m/s，二次净化废水中氨氮浓度降至10mg/L以下，进入步骤S4，二次净化废水出水pH为2.0～4.0。
优选的，所述步骤S4中铁碳过滤器中的铁碳滤料装填高度为0.5～1.2m，铁碳滤料装填截面积为100～5000cm2，二次净化废水通过铁碳过滤器速度为3～10m/s，三次净化废水中COD浓度降至3000mg/L以下，pH为6.8-7.5，进入步骤S5。
优选的，如图1所示，所述步骤S5中电解单元的结构形式在现有的离子膜电解设备的结构基础上加以改进，本发明采用的电解单元包括壳体，在所述的壳体内安装有阳离子选择交换膜1，所述的阳离子选择交换膜将壳体分隔为阳极室2和阴极室3，在所述的阳极室内安装有阳极，在所述阴极室内安装有阴极，所述的阳极和阴极分别通过导线与电源相连，阴阳电极材料为碳纤维或石墨烯等惰性导电材料，阴阳电极间隔距离为2～20cm。阳极室和阴极室之间的阳离子选择交换膜只允许阳离子通过，在阳极室处的壳体底部和阴极室处的壳体底部分别开有进水口2-3、3-3，在所述的阳极室处的壳体顶部和阴极室处的壳体顶部分别开有排气口2-1、3-1，在阳极室处的壳体上部和阴极室处的壳体上部分别开有出水口2-2、3-2。阳极室加入步骤S4处理后的三次净化废水，进水速度为0.1～5m3/h，阴极室加入电解液，电解液为0.1～1M NaCl溶液。电解单元采用恒流方式进行电解，电流为2～8A，电解时间为2～20min，四次净化废水出水pH为2.0～4.0，废水中COD浓度降至1500mg/L以下，进入步骤S6。
优选的，所述步骤S6中氧化剂为过碳酸钠，添加氧化剂与废水的固液比例为1:10(g/L)～1:100(g/L)，与氧化剂混合时间为2～10min；锰基催化剂为MnO2，锰基催化剂的装填高度为0.5～1.2m，装填截面积为100～5000cm2，通过锰基催化剂的速度为3～10m/s，五次净化废水中COD浓度降至500mg/L以下，进入步骤S7。
优选的，所述步骤S7中活性炭填料柱中装填颗粒状活性炭，活性炭粒径为10～500μm，装填高度为0.5～1.2m，装填截面积为100～5000cm2，五次净化废水通过活性炭填料柱的速度为3～10m/s，最后获得的废水中COD浓度降至100mg/L以下，氨氮浓度降至10mg/L以下，悬浮物浓度降至80mg/L以下，可排放或回用于养殖场冲洗和水作农田的灌溉。
实施例1
以某养殖废水为处理对象，废水中COD为1562mg/L，氨氮含量为193mg/L，悬浮物含量706mg/L，pH为7.5。
对上述养殖废水进行以下处理：
S1、废水的预处理：将该养殖废水以4m3/h的速度依次通过格栅和固液分离机，处理后得到固态的粪便残渣料和分离液，其中固态的粪便残渣含水率为65％，可用于土壤施肥，此时出水中悬浮物含量降至377mg/L；
S2、将经步骤S1的废水通过沸石过滤器，沸石滤料装填高度为0.5m，沸石滤料装填截面积为100cm2，通过沸石过滤器速度为3m/s，此时出水中氨氮含量降至174mg/L，悬浮物含量降至73mg/L；
S3、将经步骤S2的废水通过离子交换柱，离子交换柱中填充强酸型阳离子交换树脂，树脂装填高度为0.5m，树脂装填截面积为100cm2，通过离子交换柱的速度为3m/s，此时出水中氨氮含量降至4.6mg/L，pH降至4.0；
S4、将经步骤S3的废水通过铁碳过滤器，铁碳滤料装填高度为0.5m，铁碳滤料装填截面积为100cm2，通过铁碳过滤器速度为3m/s，此时出水中COD含量降至721mg/L，pH升至6.8；
S5、将经步骤S4的废水进入电解单元，电极材料为碳纤维，阴阳电极间隔距离为2cm。阴阳电极间加入阳离子选择交换膜，将电解单元分为阳极室和阴极室，两室间只允许阳离子通过。阳极室加入步骤S4处理后的养殖废水，进水速度为0.1m3/h，阴极室加入0.1MNaCl作为电解液，电解单元采用恒流方式进行电解，电流为2A，电解时间为2min，此时出水中COD含量降至309mg/L，pH降至4.0；
S6、向经步骤S5的废水与氧化剂过碳酸钠充分混合，添加氧化剂与废水的固液比例为1:100(g/L)，与氧化剂混合时间为2min，随后通过锰基催化柱，其中锰基催化剂为MnO2；锰基催化剂的装填高度为0.5m，装填截面积为100cm2，通过锰基催化柱的速度为3m/s，此时出水中COD含量降至79mg/L；
S7、将经步骤S6的废水通过活性炭填料柱，其中装填的颗粒状活性炭粒径为500μm，装填高度为0.5m，装填截面积为100cm2，废水通过活性炭填料柱的速度为3m/s，此时出水中COD含量降至32mg/L，氨氮含量降至3.9mg/L，悬浮物含量降至46mg/L，达到排放和回用标准(畜禽养殖业污染物排放标准，GB 18596-2001)或回用于养殖场冲洗和水作农田的灌溉(农田灌溉水质标准，GB5084-2005)。
实施例2
以某养殖废水为处理对象，废水中COD为2804mg/L，氨氮含量为307mg/L，悬浮物含量1663mg/L，pH为8.0。
对上述养殖废水进行以下处理：
S1、废水的预处理：将该养殖废水以6m3/h的速度依次通过格栅和固液分离机，处理后得到固态的粪便残渣料和分离液，其中固态的粪便残渣含水率为60％，可用于土壤施肥，此时出水中悬浮物含量降至924mg/L；
S2、将经步骤S1的废水通过沸石过滤器，沸石滤料装填高度为0.8m，沸石滤料装填截面积为1000cm2，通过沸石过滤器速度为5m/s，此时出水中氨氮含量降至253mg/L，悬浮物含量降至137mg/L；
S3、将经步骤S2的废水通过离子交换柱，离子交换柱中填充强酸型阳离子交换树脂，树脂装填高度为0.8m，树脂装填截面积为1000cm2，通过离子交换柱的速度为5m/s，此时出水中氨氮含量降至6.9mg/L，pH降至3.3；
S4、将经步骤S3的废水通过铁碳过滤器，铁碳滤料装填高度为0.8m，铁碳滤料装填截面积为1000cm2，通过铁碳过滤器速度为5m/s，此时出水中COD含量降至1577mg/L，pH升至7.0；
S5、将经步骤S4的废水进入电解单元，电极材料为石墨烯，阴阳电极间隔距离为8cm。阴阳电极间加入阳离子选择交换膜，将电解单元分为阳极室和阴极室，两室间只允许阳离子通过。阳极室加入步骤S4处理后的养殖废水，进水速度为1m3/h，阴极室加入0.4MNaCl作为电解液，电解单元采用恒流方式进行电解，电流为4A，电解时间为8min，此时出水中COD含量降至916mg/L，pH降至3.4；
S6、向经步骤S5的废水与氧化剂过碳酸钠充分混合，添加氧化剂与废水的固液比例为1:70(g/L)，与过碳酸钠混合时间为5min，随后通过锰基催化柱，其中锰基催化剂为MnO2；锰基催化剂的装填高度为0.8m，装填截面积为1000cm2，通过锰基催化柱的速度为5m/s，此时出水中COD含量降至216mg/L；
S7、将经步骤S6的废水通过活性炭填料柱，其中装填的颗粒活性炭粒径为300μm，装填高度为0.8m，装填截面积为1000cm2，废水通过活性炭填料柱的速度为4m/s，此时出水中COD含量降至45mg/L，氨氮含量降至6.4mg/L，悬浮物含量降至57mg/L，达到排放和回用标准(畜禽养殖业污染物排放标准，GB 18596-2001)或回用于养殖场冲洗和水作农田的灌溉(农田灌溉水质标准，GB5084-2005)。
实施例3
以某养殖废水为处理对象，废水中COD为4316mg/L，氨氮含量为513mg/L，悬浮物含量2537mg/L，pH为8.5。
对上述养殖废水进行以下处理：
S1、废水的预处理：将该养殖废水以8m3/h的速度依次通过格栅和固液分离机，处理后得到固态的粪便残渣料和分离液，其中固态的粪便残渣含水率为50％，可用于土壤施肥，此时出水中悬浮物含量降至1204mg/L；
S2、将经步骤S1的废水通过沸石过滤器，沸石滤料装填高度为1.0m，沸石滤料装填截面积为3000cm2，通过沸石过滤器速度为8m/s，此时出水中氨氮含量降至449mg/L，悬浮物含量降至169mg/L；
S3、将经步骤S2的废水通过离子交换柱，离子交换柱中填充强酸型阳离子交换树脂，树脂装填高度为1.1m，树脂装填截面积为3000cm2，通过离子交换柱的速度为8m/s，此时出水中氨氮含量降至8.1mg/L，pH降至2.6；
S4、将经步骤S3的废水通过铁碳过滤器，铁碳滤料装填高度为1.0m，铁碳滤料装填截面积为3000cm2，通过铁碳过滤器速度为8m/s，此时出水中COD含量降至2544mg/L，pH升至7.2；
S5、将经步骤S4的废水进入电解单元，电极材料为碳纤维，阴阳电极间隔距离为15cm。阴阳电极间加入阳离子选择交换膜，将电解单元分为阳极室和阴极室，两室间只允许阳离子通过。阳极室加入步骤S4处理后的养殖废水，进水速度为2.5m3/h，阴极室加入0.7MNaCl作为电解液，电解单元采用恒流方式进行电解，电流为6A，电解时间为15min，此时出水中COD含量降至1248mg/L，pH降至2.7；
S6、向经步骤S5的废水与氧化剂过碳酸钠充分混合，添加氧化剂与废水的固液比例为1:30(g/L)，与氧化剂混合时间为8min，随后通过锰基催化柱，其中锰基催化剂为MnO2；锰基催化剂的装填高度为1.0m，装填截面积为3000cm2，通过锰基催化柱的速度为8m/s，此时出水中COD含量降至462mg/L；
S7、将经步骤S6的废水通过活性炭填料柱，其中装填的颗粒活性炭粒径为100μm，装填高度为1.0m，装填截面积为3000cm2，废水通过活性炭填料柱的速度为8m/s，此时出水中COD含量降至49mg/L，氨氮含量降至7.5mg/L，悬浮物含量降至65mg/L，达到排放和回用标准(畜禽养殖业污染物排放标准，GB 18596-2001)或回用于养殖场冲洗和水作农田的灌溉(农田灌溉水质标准，GB5084-2005)。
实施例4
以某养殖废水为处理对象，废水中COD为5039mg/L，氨氮含量为815mg/L，悬浮物含量3786mg/L，pH为9.0。
对上述养殖废水进行以下处理：
S1、废水的预处理：将该养殖废水以10m3/h的速度依次通过格栅和固液分离机，处理后得到固态的粪便残渣料和分离液，其中固态的粪便残渣含水率为40％，可用于土壤施肥，此时出水中悬浮物含量降至1849mg/L；
S2、将经步骤S1的废水通过沸石过滤器，沸石滤料装填高度为1.2m，沸石滤料装填截面积为5000cm2，通过沸石过滤器速度为10m/s，此时出水中氨氮含量降至496mg/L，悬浮物含量降至198mg/L；
S3、将经步骤S2的废水通过离子交换柱，离子交换柱中填充强酸型阳离子交换树脂，树脂装填高度为1.5m，树脂装填截面积为5000cm2，通过离子交换柱的速度为10m/s，此时出水中氨氮含量降至9.8mg/L，pH降至2.0；
S4、将经步骤S3的废水通过铁碳过滤器，铁碳滤料装填高度为1.2m，铁碳滤料装填截面积为5000cm2，通过铁碳过滤器速度为10m/s，此时出水中COD含量降至2997mg/L，pH升至7.5；
S5、将经步骤S4的废水进入电解单元，电极材料为石墨烯，阴阳电极间隔距离为20cm。阴阳电极间加入阳离子选择交换膜，将电解单元分为阳极室和阴极室，两室间只允许阳离子通过。阳极室加入步骤S4处理后的养殖废水，进水速度为5m3/h，阴极室加入1M NaCl作为电解液，电解单元采用恒流方式进行电解，电流为8A，电解时间为20min，此时出水中COD含量降至1499mg/L，pH降至2.0；
S6、向经步骤S5的废水与氧化剂过碳酸钠充分混合，添加氧化剂与废水的固液比例为1:10(g/L)，与氧化剂混合时间为10min，随后通过锰基催化柱，其中锰基催化剂为MnO2；锰基催化剂的装填高度为1.2m，装填截面积为5000cm2，通过锰基催化柱的速度为10m/s，此时出水中COD含量降至495mg/L；
S7、将经步骤S6的废水通过活性炭填料柱，其中装填的颗粒活性炭粒径为10μm，装填高度为1.2m，装填截面积为5000cm2，废水通过活性炭填料柱的速度为10m/s，此时出水中COD含量降至99mg/L，氨氮含量降至9.5mg/L，悬浮物含量降至79mg/L，达到排放和回用标准(畜禽养殖业污染物排放标准，GB 18596-2001)或回用于养殖场冲洗和水作农田的灌溉(农田灌溉水质标准，GB5084-2005)。
Claims (10)
1.一种养殖废水的非生化深度处理，其特征在于包括以下步骤：
S1、将收集的养殖废水进行固液分离得到固态的粪便残渣料和分离液；
S2、将所述的分离液通过沸石过滤器，进一步去除分离液中的杂质和悬浮物，并吸附氨氮得到一次净化废水；
S3、将所述的一次净化废水通过离子交换柱，深度去除氨氮，并调低pH得到二次净化废水；
S4、将所述的二次净化废水通过铁碳过滤器，利用微电解机制降解二次净化废水中的COD得到三次净化废水；
S5、将所述的三次净化废水通入电解单元，利用电解机制进一步降解COD，并调低废水pH得到四次净化废水；
S6、将所述的四次净化废水与氧化剂充分混合，随后通过锰基催化柱，利用类芬顿机制降解COD得到五次净化废水；
S7、将所述的五次净化废水通过活性炭填料柱，吸附剩余COD，并去除异味，最后获得的废水即可达标排放或回用于养殖场冲洗和水作农田的灌溉。
2.根据权利要求1所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述步骤S1中的固液分离机的处理量为4～10m3/h，固态的粪便残渣含水重量百分比为40～65％，可用于土壤施肥。
3.根据权利要求1或者2所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述步骤S2中沸石过滤器中的沸石滤料装填高度为0.5～1.2m，沸石滤料装填截面积为100～5000cm2，通过沸石过滤器速度为3～10m/s，分离液中氨氮浓度降至500mg/L以下，悬浮物浓度降至200mg/L以下，进入步骤S3。
4.根据权利要求3所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述步骤S3中离子交换柱中填充强酸型阳离子交换树脂，树脂装填高度为0.5～1.5m，树脂装填截面积为100～5000cm2，一次净化废水通过离子交换柱的速度为3～10m/s，二次净化废水中氨氮浓度降至10mg/L以下，进入步骤S4，二次净化废水出水pH为2.0～4.0。
5.根据权利要求4所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述步骤S4中铁碳过滤器中的铁碳滤料装填高度为0.5～1.2m，铁碳滤料装填截面积为100～5000cm2，二次净化废水通过铁碳过滤器速度为3～10m/s，三次净化废水中COD浓度降至3000mg/L以下，pH为6.8-7.5，进入步骤S5。
6.根据权利要求5所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述步骤S6中氧化剂为过碳酸钠，添加氧化剂与废水的固液比例为1:10g/L～1:100g/L，与氧化剂混合时间为2～10min。
7.根据权利要求6所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述步骤S6中锰基催化剂为MnO2，锰基催化剂的装填高度为0.5～1.2m，装填截面积为100～5000cm2，通过锰基催化剂的速度为3～10m/s，五次净化废水中COD浓度降至500mg/L以下，进入步骤S7。
8.根据权利要求7所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述步骤S7中活性炭填料柱中装填颗粒状活性炭，活性炭粒径为10～500μm，装填高度为0.5～1.2m，装填截面积为100～5000cm2，五次净化废水通过活性炭填料柱的速度为3～10m/s，最后获得的废水中COD浓度降至100mg/L以下，氨氮浓度降至10mg/L以下，悬浮物浓度降至80mg/L以下。
9.根据权利要求1所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述步骤S5中电解单元包括壳体，在所述的壳体内安装有阳离子选择交换膜，所述的阳离子选择交换膜将壳体分隔为阳极室和阴极室，在所述的阳极室内安装有阳极，在所述阴极室内安装有阴极，所述的阳极和阴极分别通过导线与电源相连，阴阳电极材料为惰性导电材料，阴阳电极间隔距离为2～20cm，在阳极室处的壳体底部和阴极室处的壳体底部分别开有进水口，在所述的阳极室处的壳体顶部和阴极室处的壳体顶部分别开有排气口，在阳极室处的壳体上部和阴极室处的壳体上部分别开有出水口。
10.根据权利要求9所述的养殖废水的非生化深度处理，其特征在于：所述的阳极室加入步骤S4处理后的三次净化废水，进水速度为0.1～5m3/h，阴极室加入电解液，电解液为0.1～1M NaCl溶液，电解单元采用恒流方式进行电解，电流为2～8A，电解时间为2～20min，四次净化废水出水pH为2.0～4.0，废水中COD浓度降至1500mg/L以下，进入步骤S6。
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