CN108623102B - 一种组合式SBR-MBR-Fenton养猪废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式SBR‑MBR‑Fenton养猪废水处理方法，其步骤包括格栅拦渣、集水塘收集调匀、固液分离、黑膜沼气塘厌氧发酵、SBR反应罐、MBR反应罐和Fenton深度氧化处理等工序，经处理后废水COD（化学需氧量）去除率大于99.5%、BOD（生化需氧量）去除率大于99.5%、SS（悬浮物）去除率大于99.9%，氨氮的去除率大于99%，总磷去除率大于99.5%，色度去除率大于98%，废水出水水质达到《污水综合排放标准》一级标准。本发明通过SBR、MBR和Fenton的组合，并结合创新设计的SBR‑MBR膜生物反应系统、一体化Fenton氧化装置应用于养猪废水的处理，工程投资比现有处理方法低20%以上，工期缩短一半时间，运行成本低50%以上，具有显著的技术经济效益。

Description

一种组合式SBR-MBR-Fenton养猪废水处理方法

技术领域

本发明涉及一种组合式SBR-MBR-Fenton养猪废水处理方法，具体属于废水处理技术领域。

背景技术

养猪废水中含有大量粪渣、猪毛、纤维素等复杂成份，具有高悬浮物（SS）、高COD、高氨氮、色度大、水质水量变化大等特点。根据养猪场清粪方式的不同，养猪废水可分为：人工干清粪废水、机械刮粪废水，水冲粪废水、水泡粪废水及机械刮粪和水泡粪结合清粪废水。现有废水处理方法一般采用预处理+厌氧处理+A/O或SBR生化处理+MBR/臭氧氧化/混凝沉淀等深度处理的方法，对于人工干清粪废水、水冲粪废水经处理后均能稳定达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）。

随着畜牧业的快速发展，畜牧业对环境污染的影响越来越大，现有的《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）已难于满足环境要求，国家对畜牧行业的环境治理越来越重视，全国各地环保部门对畜牧行业的排放标准都提出了更高的要求，需要同时达到《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005）和《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001），甚至要求达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准。特别是针对水泡粪废水，采用预处理+厌氧处理+A/O或SBR生化处理+臭氧氧化或混凝沉淀的处理方法难于达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准，通常需在上述方法后面增加MBR膜及RO膜处理设施才能满足出水要求。而增加处理设施中MBR膜生物反应器中污泥浓度高、杂质多、易堵膜，使用寿命一年不到膜通量急剧下降，MBR膜更换成本高，RO膜进水指标差，使用寿命同样不到一年，RO膜更换成本高昂，且RO膜处理方法存在浓水去向问题，需要单独处理，使得运行成本成倍增长，业主难于承受，造成养猪场环保设施“建得起，用不起”的局面十分普遍。

专利申请号为201110353739.7的专利报道了一种高酸原油电脱盐废水的处理方法，涉及了SBR、MBR、Fenton的组合工艺，但其应用于炼油厂电脱盐废水处理，炼油厂电脱盐废水与养殖废水在废水成份及污染指标上有着本质的区别，其对养殖废水没有提出明确参数和处理效果。

针对上述情况，本发明通过SBR、MBR和Fenton的组合，并结合创新设计的SBR-MBR膜生物反应系统、一体化Fenton氧化装置，使得处理后养猪废水（特别是水泡粪废水）水质达到《污水综合排放标准》一级标准，相比上述工艺设施，投资低20%以上，运行成本低50%以上，施工工期缩短一半时间，运行效果显著。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有工艺方法存在的不足而提出的一种投资少、运行成本低、工期短的养猪废水处理方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决，所述的废水处理方法包括以下步骤：

步骤1：格栅拦渣

采用机械格栅对水泡粪养猪废水进行拦渣，栅后废水进入废水集水塘；所述的机械格栅间隙为5mm，格栅宽900mm，安装深度1500mm，排渣高度750mm，安装角度均为75°；

步骤2：集水塘

集水塘采用1.0mmHDPE防渗膜进行防渗处理，集水塘的容积为日处理废水量的7～10倍，以缓冲水质波动性大的水泡粪养猪废水；集水塘内设置浮筒式液下环流搅拌器，搅拌使废水水质均匀，并防止泥渣沉积；

步骤3：固液分离

将集水塘废水泵入筛网孔径为0.5mm、筛网螺旋挤压式结构的固液分离机，经固液分离得到滤液和粪渣，固液分离处理阶段SS去除率≥70%，粪渣用于制作有机肥利用；

步骤4：黑膜沼气塘厌氧发酵

黑膜沼气塘底部采用1.0mmHDPE防渗膜进行防渗处理，沼气塘上部采用1.5mmHDPE防渗膜加盖密封处理，厌氧发酵采用常温发酵模式，将步骤3的滤液进行厌氧发酵处理，控制水力停留时间在15～20d，容积负荷1.0-1.5kgCOD/m³·d；黑膜沼气塘设置的进水井和出水循环井与塘体连通，废水先流入进水井自然沉降后进入黑膜沼气塘内；出水循环井设置水力循环搅拌泵间歇搅拌，搅拌周期为运行0.5h，停止2.5h，沼液循环量与进水量比为20：1；采用沼液水力循环搅拌方式，布水搅拌孔口最大流速为2.0m/s，使塘内污泥与废水得于充分混合反应；厌氧发酵后的沼液通过出水循环井的提升泵泵入后续SBR反应罐，黑膜沼气塘厌氧发酵处理阶段COD去除率≥80%，BOD去除率≥80%，SS去除率≥60%；

步骤5：SBR生化处理

沼液泵入SBR反应罐，反应罐容器采用内、外圈双层搪瓷拼装罐环形结构，运行包括进水搅拌、曝气、沉淀、排水、排泥5个工序，控制停留时间8～10d，排水比1/m为1：5-8，气水比100-120:1，排水通过内圈环形出水堰排入MBR膜反应罐；SBR反应罐内的污泥浓度为4000～6000mg/L，污泥负荷为0.05～0.1kgCOD/kgMLVSS•d；

SBR处理阶段COD去除率≥90%，BOD去除率≥90%，氨氮去除率≥99%，总磷去除率≥30%，色度去除率≥80%；

步骤6：MBR膜处理

内、外圈双层搪瓷拼装成MBR膜反应罐容器中，泥水分离采用孔径为0.1～0.4μm的中空纤维膜，膜组件置于MBR膜反应罐中，曝气装置在膜组件的正下方，废水随气流向上流动；MBR膜反应罐内污泥浓度控制在2000～4000 mg/L，停留时间为0.5～2d；MBR产水通过产水泵泵入后续一体化Fenton氧化装置；

MBR处理阶段COD去除率≥50%，BOD去除率≥50%，氨氮去除率≥60%，总磷去除率≥20%，SS去除率≥98%，色度去除率≥80%；

步骤7：Fenton深度氧化

将MBR膜反应罐的产水泵入包含反应区和沉淀区的一体化Fenton氧化装置；反应区分为三格，第一、二、三格分别投加FeSO₄、H₂O₂、PAM三种药剂，通过气体搅拌与废水充分混合并进行化学反应，总反应时间控制在1.5～2.5h，其中FeSO₄、H₂O₂和PAM的投加量分别为600mg/L、300mg/L和5mg/L；沉淀区表面负荷控制在0.5～0.8m³/m².h；一体化Fenton氧化装置处理阶段COD去除率达60%以上、总磷的去除率99.5%以上，色度去除率80%以上，废水水质可达到《污水综合排放标准》一级标准。

所述的MBR膜反应罐和SBR反应罐构成SBR-MBR膜生物反应系统；MBR膜反应罐设置在SBR反应罐的内部，为圆形结构，包括MBR罐体、MBR膜组件和MBR产水泵；SBR反应罐为环形结构，包括SBR罐体、SBR出水堰、潜水搅拌机、SBR排水电动阀和排泥泵。

本发明有益效果：

1、在机械格栅后设置集水塘，通过集水塘收集水泡粪猪舍排放的波动性较大的废水，容积为日处理废水量的7～10倍，缓冲瞬时大排量废水，集水塘内设置浮筒式液下环流搅拌器，搅拌使废水水质均匀，防止泥渣沉积；

2、SBR反应罐前端采用黑膜沼气塘发酵方式，具有容量大，发酵时间长，可通过调节黑膜沼气塘液位实现SBR反应罐间歇进水。

3、SBR反应罐与MBR膜反应罐构成SBR-MBR膜生物反应系统，采用圆形拼装罐式结构，投资省，施工周期短，SBR反应罐设置在外圈环形空间，MBR膜反应罐设置在中心圆柱形空间，SBR排水通过设置在MBR膜反应罐壁外侧的出水堰均匀排放上清液。SBR反应罐内污泥浓度控制在4000 mg/L -6000 mg/L，MBR膜反应罐内污泥浓度控制在2000 mg/L -4000 mg/L，使MBR膜反应罐内污泥始终保持高活性、菌胶团的形式存在，有效防止膜的堵塞，大大延长MBR膜使用寿命。

4、采用一体化Fenton氧化装置对MBR膜反应罐的产水进行深度氧化处理，一体化Fenton氧化装置包括反应区和沉淀区，反应区分为3格，第一、二、三格分别投加FeSO₄、H₂O₂、PAM三种药剂，通过气体搅拌与废水充分混合并进行化学反应，总反应时间控制在1.5～2.5h，沉淀区表面负荷控制在0.5～0.8m³/m².h，硫酸亚铁投加量为600mg/L，双氧水投加量为300mg/L，PAM投加量5mg/L，不需要投加酸和碱，脱色效果好，比传统Fenton法节省一半以上药剂费用；

5、本发明通过SBR、MBR、Fenton的组合，并结合创新设计的膜生物反应系统、一体化Fenton氧化装置，处理后养猪废水的COD去除率大于99%、BOD去除率大于99.5%、氨氮的去除率大于99%，色度去除率大于95%，总磷去除率大于99.5%，出水水质稳定达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。

6、MBR罐及SBR罐体均采用搪瓷钢板现场拼装，一体化Fenton氧化装置工厂生产，现场安装，因此组合式SBR-MBR-Fenton养猪废水处理设施投资比现有设施低20%以上，运行成本低50%以上，施工工期缩短一半时间，推广和运行效果显著。

附图说明

图1为本发明组合式SBR-MBR-Fenton养猪废水处理工艺流程图;

图2为SBR-MBR膜生物反应系统平面结构示意图;

其中：1、SBR罐体；2、MBR罐体；3、SBR出水堰；4、MBR膜组件；5、MBR产水泵；6、潜水搅拌机；7、SBR排水电动阀；8、排泥泵；

图3为SBR-MBR膜生物反应系统剖面结构示意图;

其中：1、SBR罐体；2、MBR罐体；3、SBR出水堰；4、MBR膜组件；5、MBR产水泵；6、潜水搅拌机；7、SBR排水电动阀；8、排泥泵； 9、罗茨鼓风机；10、微孔曝气器图;

图4为一体化Fenton氧化装置结构示意图;

其中：11、FeSO₄反应区；12、H₂O₂反应区；13、PAM反应区；14、布水槽；15、斜管填料；16、出水堰；17、泥斗；8、排泥泵。

具体实施方式

实施例1

养猪废水水质：

COD为12000～18000mg/L，氨氮为800～1200mg/L，总磷为80～120mg/L，悬浮物为５000～10000mg/L，色度800～1200倍，pH值为7～8。

废水处理方法包括以下步骤：

（1）通过机械格栅去除养猪废水中的大颗粒悬浮物、垃圾、猪毛及部分粪渣，栅后废水流入集水塘。格栅间隙为5mm，安装角度均为75°，机械清渣。

（2）通过集水塘均化、缓冲养猪废水水质及水量，停留时间为8天。集水塘内设置浮筒式液下循环搅拌机，搅拌均匀养猪废水水质，防止粪渣沉积，集水塘内污水泵入固液分离机。

（3）通过固液分离机进一步去除废水中的粪渣等悬浮物，粪渣用于制作有机肥，滤液进入黑膜沼气塘进行厌氧发酵。经固液分离后水质：COD为8000～12000mg/L，氨氮为800～1200mg/L，总磷为60～100mg/L，悬浮物为1000～2000mg/L，色度800～1200倍，pH值为7～8。

（4）黑膜沼气塘设置进水井和出水循环井与塘体连通，废水先流入进水井自然沉降后进入黑膜沼气塘内，通过黑膜沼气塘厌氧发酵，去除绝大部分有机污染物，同时产生沼气，沼液通过出水井提升泵泵入后续SBR反应罐；控制水力停留时间在15d，出水井还设置了循环搅拌泵，采用沼液循环布水搅拌方式，使塘内污泥与废水得于充分接触反应。循环搅拌为间歇搅拌，搅拌周期为运行0.5h，停止2.5h，沼液循环量与进水量比为20：1，布水搅拌孔口最大流速为2.0m/s，黑膜沼气塘出水泵入SBR反应罐。经黑膜沼气塘处理后水质：COD为2500～3500mg/L，氨氮为600～1000mg/L，总磷为60～100mg/L，悬浮物为500～800mg/L，色度600～800倍，pH值为7～8。

（5）通过SBR反应罐的进水搅拌、曝气反应、沉淀、排水、排泥等工序，去除大部分有机污染物的同时可去除绝大部分氨氮，上清液通过SBR罐内侧环形出水堰排入MBR膜反应罐；SBR反应罐内的污泥浓度为5000mg/L，污泥负荷为0.06kgCOD/kgMLVSS•d。控制停留时间8d，排水比1/m为1：8。经SBR处理后水质：COD为300～500mg/L，氨氮为10～20mg/L，总磷为50～60mg/L，悬浮物为50～100mg/L，色度100～200倍，pH值为6～7。

（6）MBR膜反应罐置于SBR反应罐内部，MBR膜反应罐中污泥杂质少，泥水分离采用孔径为0.4μm的中空纤维膜，膜组件置于MBR膜反应罐中，曝气装置在膜组件的正下方，混合液随气流向上流动，MBR膜反应罐内污泥浓度控制在3000 mg/L，停留时间为2d，满足SBR反应罐间歇排水的要求，MBR产水通过产水泵泵入后续一体化Fenton氧化装置。经MBR后水质：COD为200～300mg/L，氨氮为5～15mg/L，总磷为50～60mg/L，悬浮物为20～30mg/L，色度80～120倍，pH值为6～7。

（7）采用一体化Fenton氧化装置对MBR膜反应罐的产水进行深度氧化处理，一体化Fenton氧化装置分为反应区和沉淀区，反应区分为3格，第一、二、三格分别投加FeSO₄、H₂O₂、PAM三种药剂，通过气体搅拌与废水充分混合并进行化学反应，总反应时间控制在2.0h，沉淀区表面负荷控制在0.6m³/m².h，硫酸亚铁投加量为600mg/L，双氧水投加量为300mg/L，PAM投加量5mg/L，没有投加酸和碱调节PH；经一体化Fenton氧化装置处理后水质：COD为70～90mg/L，氨氮为5～10mg/L，总磷为0.1～0.2mg/L，悬浮物为10～20mg/L，色度16～32倍，pH值为6～6.5。

养猪废水经本发明工艺方法处理后，COD（化学需氧量）去除率大于99.5%、BOD（生化需氧量）去除率大于99.5%、氨氮的去除率大于99%，总磷去除率大于99.5%，SS（悬浮物）去除率大于99.9%，色度去除率大于98%，可稳定达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。如下表所示：

本发明指标排放值与国标排放指标比较表

项 目	排放值	标准值	监测方法	方法来源
					化学需氧量，mg/L	≤90	100	重铬酸钾回流滴定法	GB11914-89
生化需氧量，mg/L	≤15	20	稀释与接种法	GB7488-87
					悬浮物，mg/L	≤30	70	重量法	GB11901-1989
氨氮，mg/L	≤10	15	钠氏试剂比色法	GB7478-87
					总磷，mg/L	≤0.2	0.5	钼酸铵分光光度法	GB11893-89
PH值（无量纲）	6-6.5	6-9	玻璃电极法	GB6920-86
					色度，倍	≤40	50	稀释倍数法	GB11903-89

Claims (1)

1.一种组合式SBR-MBR-Fenton养猪废水处理方法，其特征在于：所述废水处理方法包括以下步骤：

步骤1：格栅拦渣

采用机械格栅对水泡粪养猪废水进行拦渣，栅后废水进入废水集水塘；所述的机械格栅间隙为5mm，格栅宽900mm，安装深度1500mm，排渣高度750mm，安装角度均为75°；

步骤2：集水塘

集水塘采用1.0mmHDPE防渗膜进行防渗处理，集水塘的容积为日处理废水量的7～10倍，以缓冲水质波动性大的水泡粪养猪废水；集水塘内设置浮筒式液下环流搅拌器，搅拌使废水水质均匀，并防止泥渣沉积；

步骤3：固液分离

将集水塘废水泵入筛网孔径为0.5mm、筛网螺旋挤压式结构的固液分离机，经固液分离得到滤液和粪渣，固液分离处理阶段SS去除率≥70%，粪渣用于制作有机肥利用；

步骤4：黑膜沼气塘厌氧发酵

黑膜沼气塘底部采用1.0mmHDPE防渗膜进行防渗处理，沼气塘上部采用1.5mmHDPE防渗膜加盖密封处理，厌氧发酵采用常温发酵模式，将步骤3的滤液进行厌氧发酵处理，控制水力停留时间在15～20d，容积负荷1.0-1.5kgCOD/m³·d；黑膜沼气塘设置的进水井和出水循环井与塘体连通，废水先流入进水井自然沉降后进入黑膜沼气塘内；出水循环井设置水力循环搅拌泵间歇搅拌，搅拌周期为运行0.5h，停止2.5h，沼液循环量与进水量比为20：1；采用沼液水力循环搅拌方式，布水搅拌孔口最大流速为2.0m/s，使塘内污泥与废水得于充分混合反应；厌氧发酵后的沼液通过出水循环井的提升泵泵入后续SBR反应罐，黑膜沼气塘厌氧发酵处理阶段COD去除率≥80%，BOD去除率≥80%，SS去除率≥60%；

步骤5：SBR生化处理

沼液泵入SBR反应罐，反应罐容器采用内、外圈双层搪瓷拼装罐环形结构，运行包括进水搅拌、曝气、沉淀、排水、排泥5个工序，控制停留时间8～10d，排水比1/m为1：5-8，气水比100-120:1，排水通过内圈环形出水堰排入MBR膜反应罐；SBR反应罐内的污泥浓度为4000～6000mg/L，污泥负荷为0.05～0.1kgCOD/kgMLVSS•d；

SBR处理阶段COD去除率≥90%，BOD去除率≥90%，氨氮去除率≥99%，总磷去除率≥30%，色度去除率≥80%；

步骤6：MBR膜处理

内、外圈双层搪瓷拼装成MBR膜反应罐容器中，泥水分离采用孔径为0.1～0.4μm的中空纤维膜，膜组件置于MBR膜反应罐中，曝气装置在膜组件的正下方，废水随气流向上流动；MBR膜反应罐内污泥浓度控制在2000～4000 mg/L，停留时间为0.5～2d；MBR产水通过产水泵泵入后续一体化Fenton氧化装置；

MBR处理阶段COD去除率≥50%，BOD去除率≥50%，氨氮去除率≥60%，总磷去除率≥20%，SS去除率≥98%，色度去除率≥80%；

步骤7：Fenton深度氧化

将MBR膜反应罐的产水泵入包含反应区和沉淀区的一体化Fenton氧化装置；反应区分为三格，第一、二、三格分别投加FeSO₄、H₂O₂、PAM三种药剂，通过气体搅拌与废水充分混合并进行化学反应，总反应时间控制在1.5～2.5h，其中FeSO₄、H₂O₂和PAM的投加量分别为600mg/L、300mg/L和5mg/L；沉淀区表面负荷控制在0.5～0.8m³/m².h；一体化Fenton氧化装置处理阶段COD去除率达60%以上、总磷的去除率99.5%以上，色度去除率80%以上，废水水质可达到《污水综合排放标准》一级标准；

所述MBR膜反应罐和SBR反应罐构成SBR-MBR膜生物反应系统；MBR膜反应罐设置在SBR反应罐的内部，为圆形结构，包括MBR罐体、MBR膜组件和MBR产水泵；SBR反应罐为环形结构，包括SBR罐体、SBR出水堰、潜水搅拌机、SBR排水电动阀和排泥泵。