CN108298771A - 一种养猪场废弃物处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种养猪场废弃物处理方法，属于环境技术领域。包括：(1)混合搅拌池；(2)在全混式厌氧反应器中发酵30‑60天，产生的沼气经脱水和脱硫后进行发电；(3)水力筛式固液分离机进行固液分离，固渣加工成有机肥；(4)脱磷处理，并投加MgO溶液；(5)脱氮处理，并投加碳源；(6)在好氧池进行混合曝气；(7)内置MBR膜，截留高活性好氧硝化污泥，并通过MBR池定期排泥；出水部分回用至混合搅拌池进行配料，剩余部分达标排放。工艺改进后，沼气产率高于0.4m3/kg COD，沼气中甲烷含量高于55％，每立方沼气发电量高于1.8kwh，最终出水指标中COD小于150mg/L，SS小于80mg/L，氨氮小于25mg/L，总磷小于8mg/L，确保了出水COD、SS、氮、磷等达标排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种养猪场废弃物处理方法，属于环境技术领域。
背景技术
在目前已有的养猪场废弃物处理工艺中，一般采用固液分离，盖泻湖沼气池或黑膜池，氧化塘或活性污泥法工艺。虽然固液分离后的废渣通过堆肥可加工成有机肥，但有机酸含量低，肥效释放速度慢；通过盖泻湖沼气池或黑膜池进行厌氧发酵产沼气，存在占地面积大、沼气产率低、废渣易沉积在池体底部难以清理，经长时间运行后有效利用容积逐渐减小，后期运行维护成本高；氧化塘具有占地面积大，废水中的COD、氨氮等污染物质降解效率低，难以达标排放；而活性污泥法虽对COD、氨氮和磷均有较好的去除效果，但运行过程中曝气能耗高，剩余污泥产量大，对总氮的去除效果低，难以达到日益严格的环保标准。因此，为进一步提高养猪场废弃物的资源化利用效率以及无害化处理程度，有必要改进现有工艺，以解决上述问题。
传统养猪场废弃物的处置，首先进行固液分离，固渣进行好氧堆肥后加工成有机肥，废水经过处理后达标排放。固渣在堆肥过程中通过好氧发酵的方式进行降解，物料损耗大，虽然发酵可提高菌体蛋白含量，但微生物菌体蛋白质不利于农作物消化吸收。
废水处理工艺中传统的除磷方式是通过好氧活性污泥法，通过厌氧释磷和好氧吸磷，通过排放剩余污泥进行磷的去除，只能使水中磷及化合物被活性污泥(聚磷细菌细胞胶团)吸收积磷，控制积磷工艺参数，借助重力流分离积磷污泥，工程技术难度高，而且此方式未能将磷作为一种肥料进行再利用。
传统的脱氮工艺是采用全程硝化反硝化的方式，硝化过程将氨氮氧化为硝态氮，再通过反硝化以硝酸盐为电子受体将硝态氮还原为氮气，整个过程是在一个池体内通过回流实现，由于硝化菌和反硝化菌生长环境存在较大差异，不利于形成反硝化菌的优势生长，脱氮效率低，运行稳定性差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种养猪场废弃物资源化无害化处置新工艺，即将传统工艺进行优化改进，采用全混式厌氧反应器、水力筛式固液分离机、脱磷池(罐)、脱氮反应器、好氧池和内置式MBR膜反应器，使得废弃物中有机物质得到充分降解，产生的沼气用于发电，厌氧发酵后的沼渣加工成富含有机酸的有机肥，废水中COD、SS、氮、磷等污染物质得到高效降解。具有占地面积小，资源化利用程度高、剩余污泥产量低、出水水质优于《农田灌溉水质标准》等优点。
本发明的第一个目的是提供一种养猪场废弃物处理方法，所述方法包括：(1)将废水废渣混合搅拌；(2)将步骤(1)所得混合液添加到厌氧反应器中，添加高产甲烷活性的菌种，进行厌氧发酵30～60天；(3)将步骤(2)发酵后的混合液进行固液分离，得到固渣和废水，固渣进行堆肥发酵；(4)将步骤(3)中的废水进行脱磷处理，所述脱磷处理是添加压碎后的鸟粪石晶体，并添加一定量MgO溶液反应1～10h；(5)将步骤(4)中脱磷处理后的废水进行脱氮处理，所述脱氮处理是添加反硝化菌种并添加一定量碳源反应1～10h；(6)将步骤(5)脱氮处理后的废水加入好氧池中进行曝气处理，好氧池中接种硝化污泥，接种浓度为5-8g/L；(7)将步骤(6)曝气后的废水加入MBR膜池，截留高活性好氧硝化污泥或难降解有机物质，得到优质出水。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)的混合搅拌是混合搅拌2～8小时，混合后SS浓度为5～10％。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中高产甲烷的菌种的添加量为10-30kg/m3。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)中反应温度为25～40℃。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中分离后的固渣含水率低于70％。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中鸟粪石晶体的直径为0.5-2mm。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(4)中溶解氧浓度为0.5-2.0mg/L。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(4)中MgO溶液质量浓度为1～10％，添加量为0.01～0.1m3/吨。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(4)中pH值为7.5-10。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(5)中反应温度20-35℃。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(6)中溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(6)的好氧池还设有回流装置，所述回流装置的回流比为100-300％。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(7)截留高活性好氧硝化污泥，维持好氧池污泥浓度为8-15g/L。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体步骤为：
(1)混合搅拌
废水废渣统一收集到混合搅拌池，物料停留时间为2-8小时，搅拌池为圆柱形混凝土或钢结构，设置搅拌桨，混合后SS浓度为5％-10％；
(2)厌氧反应
将混合后的废水泵入全混式厌氧反应器，物料发酵停留时间为30-60天；在反应器运行前添加高产甲烷的菌种，添加量为10-30kg/m3；控制反应器运行温度为25-40℃，产生的沼气进入沼气储柜，沼气经脱水和脱硫后进入沼气发电机，产生的电能用于厂区生产生活使用，沼气发电机的烟气进行余热回收，产生的热量用于厌氧反应器增热保温；
(3)固液分离
厌氧反应器出水进入水力筛式固液分离机，分离后的固渣含水率低于70％，固渣进行堆肥好氧发酵，最终加工成有机肥；
(4)除磷单元
固液分离后的废水泵入脱磷池或脱磷罐中，添加0.5-2mm压碎后的鸟粪石晶体，维持溶解氧浓度为0.5-2.0mg/L，池体底部设置沉砂排泥斗，通过螺杆泵定期排砂；另外配套设置MgO投加系统，MgO以固体的形式运至现场，并在两个2-5m3容积的MgO溶解罐中配制成MgO溶液，溶解好的MgO通过加药泵向除磷池中投加，MgO溶解罐可产生高低液位报警；
(5)脱氮单元
经除磷单元处理后的废水进入脱氮反应器，钢筋混凝土池体或圆柱形钢结构罐体，设置内置式换热器，维持反应温度20-35℃；配置碳源投加系统，由储罐通过加药泵向脱氮反应器投加；
(6)曝气
脱氮反应器的出水进入好氧池，好氧池进行曝气，溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L，并在好氧池末端设置混合液回流泵，混合液回流至脱氮反应器底部，回流比为100-300％；
(7)MBR膜过滤
好氧池出水进入MBR膜池，一方面截留高活性好氧硝化污泥，维持好氧池污泥浓度为8-15g/L，并通过MBR池定期排泥；另一方面截留废水中难降解或未降解的部分有机物质，优化出水水质，部分出水回用至混合搅拌池进行配料，剩余部分达标排放。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过厌氧发酵，不仅可将有机物质降解，而且可产生再生能源沼气，附加值效益更高，发酵过程中产生的有机酸，以及各种乳酸菌素，生物抗菌素，免疫因子和生长因子，对土壤改良及农作物生长更有益处。
(2)本发明通过除磷池或脱磷罐，在添加MgO的作用下，使得磷、镁以及氨氮形成磷酸铵镁，是一种高肥效的缓释磷，在去除磷的同时，与厌氧发酵后的固渣可混合加工成富含氮磷的高效有机肥，形成废弃物的资源化再利用。
(3)本发明单独设置脱氮反应器，有利于反硝化菌的生长环境的控制，反应器内设置微生物生长载体、三相分离器有利于菌种的截留和富集，结合了厌氧氨氧化工艺、缺氧反硝化工艺和厌氧生物滤池工艺，反硝化脱氮效率更高。
(4)本发明通过对养猪场废弃物处置工艺的改进，可使得废弃物中有机物质得到充分降解，沼气产率高于0.4m3/kg COD，沼气中甲烷含量高于55％，每立方沼气发电量高于1.8kwh，最终出水指标中COD小于150mg/L，SS小于80mg/L，氨氮小于25mg/L，总磷小于8mg/L。
附图说明
图1为工艺流程图；
图2为工艺设置思路。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，而不是对本发明的保护范围的限制。
实施例1：年存栏6600头生猪养殖场废弃物处置工艺
(1)处置规模
年存栏生猪6600头，年出栏15000头育肥猪，废水水量为100吨/天，猪粪15吨/天。
(2)废水达标排放要求
出水水质要求达到《农田灌溉水质标准》-水作标准(GB 5084-2005)。
表1农田灌溉用水水质标准-水作(GB 5084-2005)
| 序号 | 项目 | 单位 | 水质指标 | 备注 |
| 1 | 平均化学需氧量(CODcr) | mg/L | 150 | |
| 2 | 平均五日生化需氧量(BOD5) | mg/L | 60 | |
| 3 | 固体悬浮物(SS) | mg/L | 80 | |
| 4 | pH | 5.5-8.5 |
(3)工艺设计
废水和猪粪统一收集后自流至混合搅拌池，停留时间为3小时，混合后SS浓度为6-8％；混合后的废水泵入全混式厌氧反应器，停留时间为40天。在反应器运行前添加高产甲烷活性的菌种，添加量为15kg/m3，控制反应器运行温35-37℃，产生的沼气进入沼气储柜，沼气经脱水和脱硫后进入沼气发电机，产生的电能用于厂区生产生活使用，沼气发电机的烟气进行余热回收，产生的热量用于厌氧反应器增热保温。厌氧反应器出水进入水力筛式固液分离机，分离后的固渣含水率低于70％，固渣进行堆肥好氧发酵，加工成有机肥；分离后的废水泵入脱磷池，溶解氧浓度为0.5-2.0mg/L，配置MgO溶液质量浓度为5％，添加量为0.05m3/吨；脱磷后废水进入脱氮反应器，圆柱形钢结构罐体，反应温度20-35℃，停留时间5小时；脱氮反应器出水进行好氧池，溶解氧浓度为2.5mg/L，最后进入MBR膜池，维持好氧池污泥浓度为12g/L，并通过MBR池定期排泥。最终出水指标中COD小于150mg/L，SS小于80mg/L，氨氮小于25mg/L，总磷小于8mg/L。
实施例2：江苏盱眙黄花塘养猪场猪粪及冲洗废水处理项目
(1)处置规模
黄花塘养猪场养殖规模为5600头×4，后期增加母猪50％，总计33600头，采用水泡粪的废弃物清除方式，每天产生750吨废水，70吨猪粪。
(2)废水达标排放要求
出水水质要求达到《农田灌溉水质标准》-水作标准(GB 5084-2005)。
(3)工艺设计
养殖生产线排出的水泡粪废弃物，经机械格栅去除较大杂物后，流入调节池。调节池内设置潜水搅拌机进行匀质搅拌，物料停留时间为5小时，混合后SS浓度为5-6％。混合后的物料进行两级厌氧发酵，厌氧发酵总停留时间为40天。首先经提升泵将调节池的混合液提升至一级全混式厌氧反应器，一级厌氧停留时间为20天。一级发酵后的混合液自流至二级全混式厌氧反应器。在反应器运行前添加高产甲烷活性的菌种，添加量为15kg/m3，控制反应器运行温度35-37℃。经过两级厌氧发酵后，二级厌氧反应器的出水进入水力筛式固液分离机，分离后的固渣进行堆肥好氧发酵，加工成有机肥。分离后的废水流入中间水池，再通过水泵泵入脱磷罐，控制脱磷罐的溶解氧浓度为1.0-1.5mg/L，配置MgO溶液质量浓度为5％，添加量为0.05m3/吨。脱磷后废水进入脱氮反应器，圆柱形钢结构罐体，反应温度20-30℃，停留时间5小时；脱氮反应器出水进行好氧池，控制溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L，混合液回流比为100％。最后进入MBR膜池，维持好氧池污泥浓度为10-12g/L，并通过MBR池定期排泥。最终出水指标中COD小于150mg/L，SS小于80mg/L，氨氮小于25mg/L，总磷小于8mg/L。
对照例1：
本发明中的除磷单元采用的是一个化学反应的过程，公式如下：
Mg2++NH4 ++PO4 3-+6H2O→MgNH4PO4·6H2O
除磷单元形成的磷酸铵镁，俗称鸟粪石，是一种高肥效的缓释肥，可回收利用。
若除磷和除氮在同一单元中，传统工艺采用AO、A2O、SBR或氧化沟等方法，通过控制厌氧/缺氧/好氧的环境，形成厌氧释磷和好氧吸磷，硝化与反硝化脱氮的过程。对于除磷效果，传统工艺只能使水中磷及化合物被活性污泥吸收积磷，通过排放污泥达到去除磷的目的，存在污泥排放与工艺运行所需的微生物量难以平衡的问题，运行控制难度大。而对于脱氮反应，反硝化反应的条件难以控制，硝化液回流对反硝化反应影响大，反硝化菌难以形成富集。
对照例2：
发明人发现，养猪场废水含有高浓度的氨氮，对传统的活性污泥法工艺中微生物存在较强的抑制作用，因此，维持好氧池合理的氨氮浓度，有助于氨氮的降解以及运行的稳定性。废弃物经过厌氧发酵后首先进行除磷，废水中的磷、氨氮以及添加的MgO可以形成磷酸铵镁晶体，在除磷的同时也降低了氨氮的浓度，降低了后续好氧池氨氮降解的负荷，也减少了好氧池的曝气量，缩短了曝气停留时间，不仅节省了建设投资，也降低了运行成本。并且发明人发现如果将除氮设置于除磷的前端，不仅不利于好氧池运行的稳定性，也阻碍了除磷单元磷酸铵镁晶体的形成。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种养猪场废弃物处理方法，其特征在于，所述方法包括：(1)将废水废渣混合搅拌至SS浓度为5-10％；(2)将步骤(1)所得混合液添加到厌氧反应器中，添加高产甲烷的菌种，进行厌氧发酵30～60天；(3)将步骤(2)发酵后的发酵液进行固液分离，得到固渣和废水，固渣进行堆肥发酵；(4)将步骤(3)中的废水进行脱磷处理，所述脱磷处理是添加压碎后的鸟粪石晶体，并添加一定量MgO溶液反应1～10h；(5)将步骤(4)中脱磷处理后的废水进行脱氮处理，所述脱氮处理是添加反硝化菌种并添加一定量碳源反应1～10h；(6)将步骤(5)脱氮处理后的废水加入好氧池中进行曝气处理，好氧池中接种硝化污泥，接种浓度为5-8g/L；(7)将步骤(6)曝气后的废水加入MBR膜池，截留高活性好氧硝化污泥或难降解有机物质，得到优质出水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中高产甲烷的菌种的添加量为10-30kg/m3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中分离后的固渣含水率低于70％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中溶解氧浓度为0.5-2.0mg/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中MgO溶液质量浓度为1～10％，添加量为0.01～0.1m3/吨。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中pH值为7.5-10。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)的好氧池还设有回流装置，所述回流装置的回流比为100-300％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)截留高活性好氧硝化污泥，维持好氧池污泥浓度为8-15g/L。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体步骤为：
(1)混合搅拌
废水废渣统一收集到混合搅拌池，物料停留时间为2-8小时，搅拌池为圆柱形混凝土或钢结构，设置搅拌桨，混合后SS浓度为5％-10％；
(2)厌氧反应
将混合后的废水泵入全混式厌氧反应器，物料发酵停留时间为30-60天；在反应器运行前添加高活性产甲烷的菌种，添加量为10-30kg/m3；控制反应器运行温度为25-40℃，产生的沼气进入沼气储柜，沼气经脱水和脱硫后进入沼气发电机，产生的电能用于厂区生产生活使用，沼气发电机的烟气进行余热回收，产生的热量用于厌氧反应器增热保温；
(3)固液分离
厌氧反应器出水进入水力筛式固液分离机，分离后的固渣含水率低于70％，固渣进行堆肥好氧发酵，最终加工成有机肥；
(4)除磷单元
固液分离后的废水泵入脱磷池或脱磷罐中，添加0.5-2mm压碎后的鸟粪石晶体，维持溶解氧浓度为0.5-2.0mg/L，池体底部设置沉砂排泥斗，通过螺杆泵定期排砂；另外配套设置MgO投加系统，MgO以固体的形式运至现场，并在两个2-5m3容积的MgO溶解罐中配制成MgO溶液，溶解好的MgO通过加药泵向除磷池中投加，MgO溶解罐可产生高低液位报警；
(5)脱氮单元
经除磷单元处理后的废水进入脱氮反应器，钢筋混凝土池体或圆柱形钢结构罐体，设置内置式换热器，维持反应温度20-35℃；配置碳源投加系统，由储罐通过加药泵向脱氮反应器投加；
(6)曝气
脱氮反应器的出水进入好氧池，好氧池进行曝气，溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L，并在好氧池末端设置混合液回流泵，混合液回流至脱氮反应器底部，回流比为100-300％；
(7)MBR膜过滤
好氧池出水进入MBR膜池，一方面截留高活性好氧硝化污泥，维持好氧池污泥浓度为8-15g/L，并通过MBR池定期排泥；另一方面截留废水中难降解或未降解的部分有机物质，优化出水水质，部分出水回用至混合搅拌池进行配料，剩余部分达标排放。
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