CN109678276A - 一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法 - Google Patents

一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法 Download PDF

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Abstract

一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，它涉及一种牛粪发酵沼液的预处理方法。本发明的目的是要解决现有牛粪发酵沼液存在固态胶体含量高和可生化性差的问题。方法：先对牛粪发酵沼液进行臭氧氧化处理，得到氧化后牛粪发酵沼液，再对氧化后牛粪发酵沼液进行絮凝沉淀处理，得到处理后牛粪发酵沼液。优点：提高其可生化性，不需要完全矿化。臭氧的投加量较少，反应时间也短，降低了氧化成本，节省了运行费用。增加了絮凝加药步骤，将氧化后的污染物进行絮凝去除，强化了效果，提高了有机物的整体去除效果。本发明主要用于处理牛粪发酵沼液。

Description

一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法
技术领域
本发明涉及一种牛粪发酵沼液的预处理方法。
背景技术
养殖场沼气工程作为畜禽粪便处理、能源回收技术在我国广泛应用，通过沼气工程处理这些粪便污水不仅能够减轻环境污染，还可以提供清洁能源——沼气，因此沼气工程得到了快速发展和推广，“养一沼一灌”的生态模式被广泛采用，越来越受到人们的重视。沼渣经过厌氧发酵可以作为有机肥料回归土壤得到利用，然而沼液用为液体，量大、流动性强且易堵塞设备，成为农业的典型污染物，给环境带来巨大的影响和压力，如果不妥善处理，在污染水资源的同时，还会引发土地退化等衍生性问题，势必会影响我国农业经济的可持续发展。然而大多数畜禽养殖场沼气工程排放的大量沼液缺乏足够的土地进行消纳，其带来的污染问题也愈发严重。特别是近几年，沼液偷排现象屡见不鲜，倾倒入田导致无法种植庄稼，给周边居民造成了严重的困扰，沼液一旦入渗到地下水，不仅损坏了环境，还会造成健康问题。
虽然厌氧消化可以去除高浓度有机废水的大量可溶性有机物，但厌氧消化液中仍然含有相当数量的有机污染物，属高浓度有机废水，含有大量的黑褐色高分子腐殖酸，使得沼液的颜色看起来很深，透光度也显著下降。沼液废水水质有如下特点：1、固态胶体含量高，难以固液分离。发酵后的沼液类含有大量的胶状细小颗粒，胶体上带有大量的腐质酸等有机化合物，并带有氮磷钾等物质，是良好的基肥原料，从理论上分析是很好的叶面有机肥及酵素肥的原料。但由于在厌氧制沼水的过程中，大量的含氮化合物经水解后，未能完全甲烷化，形成含氮化合物或氨基化合物，这些物质带有较强的正电性，并与固性物的电性相同，产生抗性，造成悬浊状态，致使常规分离技术难以固液分离；2、沼液的可生化性差。在沼气制备的过程中，厌氧的停留时间过长，在厌氧的条件下，BOD的降解速率要远远快于COD的降解速率，因此，沼液的可生化性较差，难以继续生化处理。因此急需寻求一种沼液的有效处理方法，在实现沼液可沉降性能的同时，降低上清液污染物浓度，为后续处理减轻负荷。
发明内容
本发明的目的是要解决现有牛粪发酵沼液存在固态胶体含量高和可生化性差的问题，而提供一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法。
一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，具体按以下步骤完成的：
先对牛粪发酵沼液进行臭氧氧化处理，得到氧化后牛粪发酵沼液，再对氧化后牛粪发酵沼液进行絮凝沉淀处理，得到处理后牛粪发酵沼液。
原理：牛粪发酵沼液中含有高浓度有机成分中主要有脂肪酸、灰黄霉酸类物质、腐殖质以及复杂碳水化合物等，因此牛粪发酵沼液同时伴有刺鼻的恶臭，可能包括硫化氢等无机化合物和大量极为复杂的挥发性恶臭有机物,大多属于有毒有害的空气污染物，且常规处理方法无法将这些难降解物质降解。臭氧是一种强氧化剂，具有很高的氧化还原电位，仅低于氟。臭氧氧化还原电位和其他氧化剂的氧化还原电位比较。臭氧之所以表现出强氧化性，是由于分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性，臭氧分解产生的新生态氧原子具有很高的氧化活性。生成的羟基自由基具有强氧化性，能将废水中难降解的有机化合物氧化分解或分解成有利于生物降解的小分子物质，且经过臭氧氧化后将大部分难降解有机物转化为易降解物质，提升B/C值，将黑褐色高分子腐殖酸氧化，降低沼液色度，有利于后续处理，在絮凝沉淀单元通过絮凝沉淀，大幅度降低色度，极好的提高沼液可沉降性，并且有效降低牛粪发酵沼液的COD值。
本发明优点：一、臭氧的氧化能力很强，可以氧化大部分有机物，同时也是清洁能源，在溶液中可以完全分解。二、本发明使用臭氧进行臭氧氧化处理的目的仅为降低废水中有机污染物的浓度，使其分解为小分子物质，提高其可生化性，不需要完全矿化。因此，臭氧的投加量较少，反应时间也短，降低了氧化成本，节省了运行费用。三、增加了絮凝加药步骤，将氧化后的污染物进行絮凝去除，强化了效果，提高了有机物的整体去除效果；采用臭氧氧化+加药絮凝的处理方式与单纯臭氧氧化相比，在达到同等的处理效果的情况下，前者的处理成本要低很多，因为，絮凝剂的投加成本远远低于臭氧氧化成本。四、本发明将臭氧和絮凝沉淀组合减轻了后续生物处理的负荷。生物处理采用厌氧生物处理，其污泥产量低、所需能耗少以及能产生能源性气体甲烷。保证了总体处理出水的水质达标、稳定，使其满足回用的处理要求。五、牛粪发酵沼液的初始COD为19000mg/L～24000mg/L，经过臭氧氧化处理后，氧化后牛粪发酵沼液的COD为10000mg/L～16000mg/L，COD的去除率为45％～47％，经过絮凝沉淀处理后，处理后牛粪发酵沼液的COD为3000mg/L～5000mg/L，COD的去除率为70％～83％，且固液分离时沉降比达到20％，最终得到的处理后牛粪发酵沼液清澈透明。
附图说明
图1是实施例1中臭氧组合絮凝沉淀装置系统的结构示意图，1表示臭氧发生器，2表示气体流量计，3表示臭氧浓度测定仪，4表示射流器，5表示臭氧反应器，6表示除泡器，7表示气泡收集管，8表示出水口，9表示进水曝气管，10表示絮凝投药装置，11表示絮凝反应池，12表示磁力搅拌器，13表示沉淀池，14表示出水，15表示进水池，16表示隔板。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，具体是按以下步骤完成的：
先对牛粪发酵沼液进行臭氧氧化处理，得到氧化后牛粪发酵沼液，再对氧化后牛粪发酵沼液进行絮凝沉淀处理，得到处理后牛粪发酵沼液。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述臭氧氧化处理具体过程如下：采用曝气的形式向牛粪发酵沼液中注入臭氧，臭氧投加速率为2g/h～2.4g/h·L，曝气时间35min～45min，臭氧投加总量与牛粪发酵沼液中COD的质量比为为(0.3～0.4):1。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述臭氧氧化处理过程中pH为7.5～8。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述絮凝沉淀处理采用的絮凝剂为结晶氯化铝。其他与具体实施方式一至三相同。
本实施方式采用结晶氧化铝作为絮凝剂，结晶氧化铝与其它絮凝剂相比的优势：取代液体或固体硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁等絮凝剂，处理成本降低30％以上；絮凝性能优良，沉降速度高于铝盐系列絮凝剂(如硫酸铝、聚合氯化铝等)，且形成的矾花密实；产生污泥量少，大大节省污泥处理费用；适应水体pH值范围广，为4～12，理想pH值范围6～10。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述絮凝沉淀处理的絮凝过程中絮凝剂的投药量与氧化后牛粪发酵沼液中总固体质量的比为(1.8～2.2):1.其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述絮凝沉淀处理的絮凝过程具体操作如下：向氧化后牛粪发酵沼液中加入絮凝剂，先以搅拌速率为300r/min搅拌1.8min～2.2min，再以搅拌速率为100r/min搅拌8min～12min。其他与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述絮凝沉淀处理的絮凝过程中pH为8.1～8.5。其他与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述絮凝沉淀处理的沉淀过程中沉淀时间为1.8h～2.2h。其他与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法是采用臭氧组合絮凝沉淀装置系统完成的，所述臭氧组合絮凝沉淀装置系统包括臭氧发生器1、气体流量计2、臭氧浓度测定仪3、射流器4、臭氧反应器5、除泡器6、气泡收集管7、出水管8、进水曝气管9、絮凝投药装置10、絮凝反应池11、磁力搅拌器12、沉淀池13、沉淀池出水口14和进水池15；臭氧发生器1利用管道与射流器4连通，在臭氧发生器1和射流器4之间的管道上设置气体流量计2和臭氧浓度测定仪3，进水池15利用管道与射流器4连通，射流器4通过进水曝气管9与臭氧反应器5连通，在臭氧反应器5内上方设置气泡收集管7，气泡收集管7通过除泡器进气口与除泡器6连通，利用管道通过除泡器出口和絮凝反应池进水口将除泡器6与絮凝反应池11连通，臭氧反应器5通过出水管8和絮凝反应池进水口与絮凝反应池11连通，絮凝反应池11上方设置絮凝投药装置10，絮凝反应池11下方设置磁力搅拌器12，利用管道通过絮凝反应池出水口和沉淀池进水口将絮凝反应池11与沉淀池13连通，沉淀池13上部设有沉淀池出水口14；利用臭氧组合絮凝沉淀装置系统完成臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液过程如下：
将牛粪发酵沼液装入进水池15中，臭氧反应器5产生的臭氧和进水池15中牛粪发酵沼液通过射流器4经进水曝气管9进入臭氧反应器5内，臭氧反应器5中加入隔板16，臭氧发生器1的产气速率为0.5L/min，臭氧发生器1产出臭氧的浓度为72mg/L，在臭氧反应器5中曝气时间35min～45min，臭氧投加总量与牛粪发酵沼液中COD的质量比为为(0.3～0.4):1，得到的氧化后牛粪发酵沼液通过出水管8经絮凝反应池进水口进入絮凝反应池11内，在除泡器6内消除气泡后的液体通过管道经过除泡器出口和絮凝反应池进水口进入絮凝反应池11内，以结晶氯化铝作为絮凝剂，将絮凝剂通过絮凝投药装置10投入絮凝反应池11内，且絮凝剂的投药量与氧化后牛粪发酵沼液中总固体质量的比为(1.8～2.2):1，先以搅拌速率为300r/min搅拌1.8min～2.2min，再以搅拌速率为100r/min搅拌8min～12min，得到的絮凝后牛粪发酵沼液通过管道经絮凝反应池出水口和沉淀池进水口进入沉淀池13中，在沉淀池13沉淀时间为1.8h～2.2h，得到处理后牛粪发酵沼液，通过沉淀池出水口14将处理后牛粪发酵沼液排出。
其他与具体实施方式一至八相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：一种利用臭氧组合絮凝沉淀装置系统完成臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，所述臭氧组合絮凝沉淀装置系统包括臭氧发生器1、气体流量计2、臭氧浓度测定仪3、射流器4、臭氧反应器5、除泡器6、气泡收集管7、出水管8、进水曝气管9、絮凝投药装置10、絮凝反应池11、磁力搅拌器12、沉淀池13、沉淀池出水口14和进水池15；臭氧发生器1利用管道与射流器4连通，在臭氧发生器1和射流器4之间的管道上设置气体流量计2和臭氧浓度测定仪3，进水池15利用管道与射流器4连通，射流器4通过进水曝气管9与臭氧反应器5连通，在臭氧反应器5内上方设置气泡收集管7，气泡收集管7通过除泡器进气口与除泡器6连通，利用管道通过除泡器出口和絮凝反应池进水口将除泡器6与絮凝反应池11连通，臭氧反应器5通过出水管8和絮凝反应池进水口与絮凝反应池11连通，絮凝反应池11上方设置絮凝投药装置10，絮凝反应池11下方设置磁力搅拌器12，利用管道通过絮凝反应池出水口和沉淀池进水口将絮凝反应池11与沉淀池13连通，沉淀池13上部设有沉淀池出水口14；具体过程如下：
将牛粪发酵沼液装入进水池15中，牛粪发酵沼液的COD浓度为24240mg/L，pH＝7.8，臭氧反应器5产生的臭氧和进水池15中200mL牛粪发酵沼液通过射流器4经进水曝气管9进入臭氧反应器5内，臭氧反应器5的容积为1L，臭氧反应器5中加入隔板16，臭氧发生器1的产气速率为0.5L/min，臭氧发生器1产出臭氧的浓度为72mg/L，在臭氧反应器5中曝气时间40min，臭氧投加总量与牛粪发酵沼液中COD的质量比为为0.3:1，得到的氧化后牛粪发酵沼液通过出水管8经絮凝反应池进水口进入絮凝反应池11内，所述氧化后牛粪发酵沼液的COD浓度为13089mg/L，pH＝8.3，在除泡器6内消除气泡后的液体通过管道经过除泡器出口和絮凝反应池进水口进入絮凝反应池11内，以结晶氯化铝作为絮凝剂，将絮凝剂通过絮凝投药装置10投入絮凝反应池11内，且絮凝剂的投药量与氧化后牛粪发酵沼液中总固体质量的比为2:1，先以搅拌速率为300r/min搅拌2min，再以搅拌速率为100r/min搅拌10min，得到的絮凝后牛粪发酵沼液通过管道经絮凝反应池出水口和沉淀池进水口进入沉淀池13中，在沉淀池13沉淀时间为2h，得到处理后牛粪发酵沼液，通过沉淀池出水口14将处理后牛粪发酵沼液排出，处理后牛粪发酵沼液COD浓度为4302mg/L，沉降比为20％。
通过计算可知经过臭氧氧化处理后，氧化后牛粪发酵沼液的COD浓度为13089mg/L，COD的去除率为46％，经过絮凝沉淀处理后，处理后牛粪发酵沼液的COD为4302mg/L，COD的去除率为82.25％，且固液分离时沉降比达到20％，最终得到的处理后牛粪发酵沼液清澈透明。

Claims (9)

1.一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法是按以下步骤完成的：
先对牛粪发酵沼液进行臭氧氧化处理，得到氧化后牛粪发酵沼液，再对氧化后牛粪发酵沼液进行絮凝沉淀处理，得到处理后牛粪发酵沼液。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于所述臭氧氧化处理具体过程如下：采用曝气的形式向牛粪发酵沼液中注入臭氧，臭氧投加速率为2g/h～2.4g/h，曝气时间35min～45min，臭氧投加总量与牛粪发酵沼液中COD的质量比为为(0.3～0.4):1。
3.根据权利要求1所述的一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于所述臭氧氧化处理过程中pH为7.5～8。
4.根据权利要求1所述的一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于所述絮凝沉淀处理采用的絮凝剂为结晶氯化铝。
5.根据权利要求4所述的一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于所述絮凝沉淀处理的絮凝过程中絮凝剂的投药量与氧化后牛粪发酵沼液中总固体质量的比为(1.8～2.2):1。
6.根据权利要求1、4或5所述的一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于所述絮凝沉淀处理的絮凝过程具体操作如下：向氧化后牛粪发酵沼液中加入絮凝剂，先以搅拌速率为300r/min搅拌1.8min～2.2min，再以搅拌速率为100r/min搅拌8min～12min。
7.根据权利要求6所述的一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于所述絮凝沉淀处理的絮凝过程中pH为8.1～8.5。
8.根据权利要求1所述的一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于所述絮凝沉淀处理的沉淀过程中沉淀时间为1.8h～2.2h。
9.根据权利要求1所述的一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法，其特征在于所述一种臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液的方法是采用臭氧组合絮凝沉淀装置系统完成的，所述臭氧组合絮凝沉淀装置系统包括臭氧发生器(1)、气体流量计(2)、臭氧浓度测定仪(3)、射流器(4)、臭氧反应器(5)、除泡器(6)、气泡收集管(7)、出水管(8)、进水曝气管(9)、絮凝投药装置(10)、絮凝反应池(11)、磁力搅拌器(12)、沉淀池(13)、沉淀池出水口(14)和进水池(15)；臭氧发生器(1)利用管道与射流器(4)连通，在臭氧发生器(1)和射流器(4)之间的管道上设置气体流量计(2)和臭氧浓度测定仪(3)，进水池(15)利用管道与射流器(4)连通，射流器(4)通过进水曝气管(9)与臭氧反应器(5)连通，在臭氧反应器(5)内上方设置气泡收集管(7)，气泡收集管(7)通过除泡器进气口与除泡器(6)连通，利用管道通过除泡器出口和絮凝反应池进水口将除泡器(6)与絮凝反应池(11)连通，臭氧反应器(5)通过出水管(8)和絮凝反应池进水口与絮凝反应池(11)连通，絮凝反应池(11)上方设置絮凝投药装置(10)，絮凝反应池(11)下方设置磁力搅拌器(12)，利用管道通过絮凝反应池出水口和沉淀池进水口将絮凝反应池(11)与沉淀池(13)连通，沉淀池(13)上部设有沉淀池出水口(14)；利用臭氧组合絮凝沉淀装置系统完成臭氧絮凝组合处理牛粪发酵沼液过程如下：
将牛粪发酵沼液装入进水池(15)中，臭氧反应器(5)产生的臭氧和进水池(15)中牛粪发酵沼液通过射流器(4)经进水曝气管(9)进入臭氧反应器(5)内，臭氧反应器(5)中加入隔板(16)，臭氧发生器(1)的产气速率为0.5L/min，臭氧发生器(1)产出臭氧的浓度为72mg/L，在臭氧反应器(5)中曝气时间35min～45min，臭氧投加总量与牛粪发酵沼液中COD的质量比为为(0.3～0.4):1，得到的氧化后牛粪发酵沼液通过出水管(8)经絮凝反应池进水口进入絮凝反应池(11)内，在除泡器(6)内消除气泡后的液体通过管道经过除泡器出口和絮凝反应池进水口进入絮凝反应池(11)内，以结晶氯化铝作为絮凝剂，将絮凝剂通过絮凝投药装置(10)投入絮凝反应池(11)内，且絮凝剂的投药量与氧化后牛粪发酵沼液中总固体质量的比为(1.8～2.2):1，先以搅拌速率为300r/min搅拌1.8min～2.2min，再以搅拌速率为100r/min搅拌8min～12min，得到的絮凝后牛粪发酵沼液通过管道经絮凝反应池出水口和沉淀池进水口进入沉淀池(13)中，在沉淀池(13)沉淀时间为1.8h～2.2h，得到处理后牛粪发酵沼液，通过沉淀池出水口(14)将处理后牛粪发酵沼液排出。
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