CN111285557A - 畜禽养殖废水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种畜禽养殖废水处理装置及方法，该装置包括依次设置的厌氧区、好氧区和臭氧区，其中厌氧区入口连接进水管，厌氧区上部连接至好氧区，好氧区上部通过管道连接至臭氧区，臭氧区出口连接至出水管；好氧区内设有曝气装置和膜组件，臭氧区设有臭氧输入通道。本发明提供的装置在厌氧好氧膜工艺处理后增设臭氧氧化工艺，且经臭氧处理后的尾水可回流至厌氧区，该工艺可通过厌氧氨氧化和短程硝化反硝化脱氮，通过臭氧进一步降解废水中的有机污染物，同时提高废水脱色和消毒效果，出水水质满足畜禽行业排放标准或可中水回用实现零排放。

Description

畜禽养殖废水处理装置及方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体为一种畜禽养殖废水处理装置及方法。

背景技术

随着农村标准化、规模化、集约化和产业化养殖的不断发展，畜禽养殖废水和生活污水排放量大幅增长。畜禽养殖废水中含有大量的污染物质，污染负荷很高，主要包括 有机物、氮、磷、微生物、有毒有害物。高浓度的畜禽养殖废水排放到江河湖泊中，会 导致水体富营养化，使水生生物因缺氧逐渐死亡。水中的有机物(包括水生生物尸体) 厌氧分解，水体会发黑、变臭，造成持久性的有机污染，使原有水体极难治理和恢复。 畜禽粪便污水中有毒、有害成分渗人地下水中，将造成地下水污染；养殖场粪污中含有 大量的致病微生物，它们随粪便污水进入水体后，以水为媒介进行传播和扩散，可能造 疫病的传播和扩散，危害人和动物的健康并带来经济损失；养殖场污水中含有饲料中的 抗生素及冲刷猪场用的消毒剂等，这些污染物排入水体会污染水源，危害人和动物的健 康。

养猪废水的特点是排放集中、水力冲击负荷强、有机质浓度高、水解酸化快、沉淀性能好，且大部分养猪场采用干清粪方式收集猪粪，污水中以冲洗水为主。现有养猪废 水处理方法可简单地归纳为物理处理法、物理化学处理法、化学处理法和生物处理法， 其中生物处理法应用最为广泛，即主要通过微生物的生命过程把污水中的有机物转化为 新的微生物细胞以及简单形式的无机物，从而达到去除有机物的目的。

现有养殖废水处理工艺较为简单、落后，经处理后的养殖废水无法稳定达到国家规 定的废水排放标准，严重污染水体。又或者具有一定的处理效果，但结构复杂操作繁琐，如CN 206188598U公开的一种集约化养猪废水处理设备。

发明内容

本发明提供一种畜禽养殖废水处理装置及方法，其占地面积小，处理工艺简单，出水水质稳定，污泥产量少，结构紧凑，能够较好的处理畜禽养殖废水。

本发明的技术方案是，一种畜禽养殖废水处理装置，包括依次设置的厌氧区、好氧区 和臭氧区，其中厌氧区入口连接进水管，厌氧区上部连接至好氧区，好氧区上部通过管道连接至臭氧区，臭氧区出口连接至出水管，臭氧区出口为溢流口设计；好氧区内设有 曝气装置和膜组件，臭氧区设有臭氧输入通道。

进一步地，该装置还包括反冲洗贮液区，其通过液体连接管连接至好氧区的膜组件， 管道上设置阀门。

更进一步地，所述液体连接管一端连接膜组件，另一端穿过好氧区设置支管，支管分 别引入臭氧区和反冲洗贮液区的底部，液体连接管上连接抽吸泵及压力表。

进一步地，所述厌氧区靠进水管处设有过滤器。

进一步地，所述厌氧区还设有搅拌装置，包括搅拌电机及其带动的搅拌器，搅拌器位 于厌氧区内部。

进一步地，所述厌氧区和好氧区下部均设有排泥口，排泥口连接排泥管；好氧区下部 设有第一曝气器，其通过管道连接至鼓风机；臭氧区下部设有第二曝气器，其通过管道连接至臭氧发生器。

进一步地，该装置还包括设备操作区；厌氧区、好氧区、臭氧区、反冲洗贮液区和设备操作区集成为于一个箱体内。

进一步地，所述厌氧区、好氧区、臭氧区的深度相同，且深度范围2.5～10m。容积比优选为2:2:1。保持臭氧区的深度和体积占比，确保水处理效果。臭氧区还可以增设多个 折流挡板，增加臭氧与废水中污染物的接触时间，提高脱色和消毒效果。

另外，臭氧区上部设有溢流口，溢流口与厌氧区之间还设有污水回流管、回流阀门和 回流泵，污水回流管的一端与过滤器连接，另一端与臭氧区溢流口连接，污水回流管上设有阀门和回流泵，经臭氧区处理的废水如果不达标，可回流至装置厌氧区进行二次处 理直至达标排放。

本发明还涉及所述装置的启动运行方法，包括以下步骤：

1)向该装置的内接种活性污泥，然后想装置中注满畜禽养殖废水，对好氧区II进行 充氧曝气，好氧区内控制溶解氧浓度为2.5～3.5mg/L，肉眼观察膜组件表面颜色变黄且有 明显附着物时停止曝气，静置后排出装置内的活性污泥，再次对好氧区进行曝气，曝气方式为停曝比1：1，控制溶解氧浓度为2.5～3.5mg/L；

2)厌氧区进行搅拌，好氧区进行曝气，臭氧区开始臭氧输入，至臭氧区出口有水流出，开始装置的正常运行；

3)运行过程中，监控好氧区内压力及臭氧区出水口产水量，当好氧区内压力下降至0.10MPa以下或者出水管水量减少20％以上时，停止从好氧区向臭氧区输水，随后从反冲洗液贮液区向好氧区输水，进行膜组件的反冲洗；反冲洗液从好氧区下部排出，反冲洗 完成后再按步骤2)进行运行，确保臭氧区出口出水达标排放。

装置运行过程中，通过开启搅拌电机对厌氧区进行搅拌，开启抽吸泵将好氧区的水输 送至臭氧区，并开启臭氧发生器和鼓风机分别向臭氧区输送臭氧，向好氧区曝空气，通 过调节进水速率、曝气方式和强度、水力停留时间、臭氧浓度等工艺参数。废水从进水管进入装置，首先经厌氧区内过滤器初步去除废水中大颗粒物、浮渣及毛发等杂物，然 后废水在厌氧区的搅拌器作用下水解酸化，废水中难降解高分子有机物转化为小分子物 质，随后进入好氧区进行好氧处理，经微生物降解和膜分离后废水进入臭氧区发生臭氧 氧化、脱色及消毒，处理后的尾水从臭氧区溢流口溢出并从出水管达标排放。

进一步地，反冲洗液贮液区储存的为质量浓度0.1％～0.5％的氯水或次氯酸钠溶液。

进一步地，臭氧区出口出水不符合排放标准时，将出水引入厌氧区入口，再次进行处理，直至达标后排放。

所述的畜禽养殖废水先除去大颗粒杂质、浮渣等，进入厌氧区进行厌氧发酵酸化，废 水中的难降解高分子有机物转化为小分子物质，通过厌氧氨氧化和短程硝化反硝化脱氮， 厌氧处理后的废水随后进入好氧区进行好氧处理，经微生物降解和膜分离后废水进入臭 氧区，进行臭氧氧化、脱色及消毒处理，最后通过出水口排出的废水能够达到排放标准。

本发明的有益效果：

1)本发明在厌氧好氧膜工艺处理后增设臭氧氧化工艺，且经臭氧处理后的尾水可回流 至厌氧区，该工艺可通过厌氧氨氧化和短程硝化反硝化脱氮，通过臭氧进一步降解废水 中的有机污染物，同时提高废水脱色和消毒效果，本发明臭氧区深度大，增加了臭氧与废水的接触时间，可以提高处理效果；此外，经臭氧处理不达标的废水仍可回流至装置 厌氧区进行二次处理直至达标排放。出水水质满足畜禽行业排放标准或可中水回用实现 零排放。

2)本发明通过在好氧反应器内设置膜组件，其具有亲水性好、容易挂膜、流动性好、 比表面积大、生物活性高、处理效果好、使用寿命长等优点，非常适合用于农业废水的处理，能够提高畜禽养殖废水的处理能力和处理效率。另外通过设置反冲洗液贮液区， 能够在装置持续运行的情况下对好氧区的膜组件实现实时反冲洗，防止膜污染，膜使用 寿命长达5年。

3)本发明提供的装置初始启动时，在肉眼观察生物填料表面颜色变黄且有明显附着 物时停止曝气，排出污泥，减少运行期间污泥产量，然后再次曝气，曝气时控制一定的停曝比。通过初始曝气的控制，促进污染物的传质效率和利于浓度梯度的形成，从而形 成功能微生物生态结构与梯度分布，实现农业废水同步脱氮除磷功能。在启动过程中改 变曝气方式，即先持续曝气后间断曝气可以延长氧气在废水中的停留时间，氧气利用效 率高，而且可以降低污泥产量，节约污泥处理费用，在农业废水处理领域具有较好的应 用前景。

4)本发明装置的所有结构可以采用一体化箱式结构，结构紧凑，占地面积小、投资成 本低、工艺简单紧凑、抗冲击能力强、污泥产生量少、操作维护方便。

附图说明

图1是本发明的实施例1正视剖面结构示意图。

图2是图1的A-A剖面结构示意图。

图3是本发明实施例2的后视剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理 解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

如图1-3所示，一种畜禽养殖废水处理装置，包括依次设置的厌氧区2、好氧区3和臭氧区4，其中厌氧区入口连接进水管1，厌氧区上部连接至好氧区，好氧区上部通过管 道连接至臭氧区，臭氧区出口连接至出水管6；好氧区内设有曝气装置和膜组件10，臭 氧区设有臭氧输入通道。膜组件为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯或聚丙烯制 成的有机帘式或平板超滤膜组件，膜组件距上部水层高度约为0.5m，膜组件下部离曝气 装置的高度一般为0.5～1.0m。

优选地，该装置还包括反冲洗贮液区5，其通过液体连接管11连接至好氧区的膜组件。 反冲洗液贮液区同时配备有固体和液体加药装置，可通过设计实现自动加药；进一步优 选地，所述的反冲洗液为浓度0.1～0.5wt％的氯水或次氯酸钠溶液。

进一步优选地，所述液体连接管一端连接膜组件，另一端穿过好氧区设置支管，支管 分别引入臭氧区和反冲洗贮液区的底部，液体连接管上连接抽吸泵12及压力表13；支管上分别安装有阀门14。压力表指示抽吸泵工作时膜组件所受的压力大小。

另一优选方案中，所述厌氧区靠进水管处设有过滤器7。过滤器7可以直接采用过滤 网，安装简单，成本低，能够有效去除废水中大颗粒物、浮渣及毛发等杂物。

另一优选方案中，所述厌氧区还设有搅拌装置，包括搅拌电机8及其带动的搅拌器9， 搅拌器位于厌氧区内部。

另一优选方案中，所述厌氧区和好氧区下部均设有排泥口15，排泥口连接排泥管16； 好氧区下部设有第一曝气器17，其通过管道连接至鼓风机18；臭氧区下部设有第二曝气 器19，其通过管道连接至臭氧发生器20。第一曝气器可根据膜组件样式安装管式曝气器或盘式曝气器；第二曝气器优选曝气盘，为采用耐臭氧氧化材质制造的锥形曝气盘。进 一步优选地，所述的曝气器和曝气盘氧利用率不低于35％，阻力损失不大于3000Pa。

另一优选方案中，该装置还包括设备操作区21；厌氧区、好氧区、臭氧区、反冲洗贮液区和设备操作区集成为于一个箱体内。如图所示，臭氧区溢流口位于反冲洗液贮液 区上方。反冲洗液贮液区位于设备操作区上方。设备操作区内设有臭氧发生器和鼓风机。 另外，还可以在设备操作区内设控制柜22(如PLC控制柜)，将过滤器(过滤器可以选 择设有机械及电气双重保护措施的全自动机械格栅)、搅拌电机、抽吸泵、臭氧发生器 及鼓风机通过控制柜进行操控。控制器材可以选择西门子PXC系列通用控制器。

另外，该装置还可以设污水回流管，其从臭氧区的出水口连接至厌氧区的进水口，经 臭氧氧化后的尾水可通过污水回流管回流至厌氧区，实现厌氧氨氧化和短程硝化反硝化 脱氮。

上述装置所处理的畜禽养殖废水优选标准化养猪场粪尿经沼气发酵且固液分离后的废 液、冲栏废水和生活污水扽混合废水。

以下列举具体实施案例进行说明。

实施例1：一体化畜禽养殖废水处理装置，本装置为一体化集装箱结构，包括依次设 置的厌氧区2，好氧区3，臭氧区4，反冲洗液贮液区5和设备操作区21。所述的厌氧区 2包括进水口及进水管1，进水口出还设有过滤器7，过滤网采用机械清渣，置于厌氧区 内部。厌氧区的上方设有搅拌电机8，搅拌电机带动搅拌器9进行搅拌，底部设有排泥口 15和排泥管16。所述的好氧区内设有膜组件10，膜组件通过液体连接管11连接至臭氧 区4及反冲洗液贮液区5的下部，液体连接管上安装压力表13及抽吸泵12，且与臭氧区 4、反冲洗液贮液区5连的管道上均安装阀门14；压力表13指示抽吸泵12工作时膜组件 10所受的压力大小。液体连接管11上与反冲洗液贮液区5之间的阀门14控制反冲洗液 从反冲洗液贮液区5内流入好氧区3。液体连接管11上与臭氧区4之间的阀门14用于控 制废水从好氧区3内流入臭氧区4。臭氧区4的上部设溢流口，溢流口与出水管6连接， 溢流口位于反冲洗液贮液区5上方。反冲洗液贮液区5位于设备操作区21上方。

好氧区下部设有第一曝气器17，底部设有排泥口15，第一曝气器通过气路管连接至 位于设备操作区21的鼓风机18。所述的臭氧区4底部安装第二曝气器19，其通过气路 管连接至位于设备操作区21的臭氧发生器20。所述的设备操作区21包括PLC控制柜22， 臭氧发生器20和鼓风机18。厌氧区和好氧区下部的排泥口15连接至同一排泥管16。

选择曝气器时，利用率不低于35％，阻力损失不大于3000Pa。

采用上述装置进行畜禽养殖废水处理的方法，包括如下步骤：

步骤一启动：分别在装置厌氧区和好氧区内接种活性污泥，所述的活性污泥为城镇污 水处理厂沉淀池活性污泥，接种量分别为装置厌氧区和好氧区有效容积的20％。随后向 装置加满畜禽养殖废水，开启鼓风机并控制溶解氧浓度为3.5mg/L对好氧区进行充氧曝气，肉眼观察膜组件表面颜色变黄且有明显附着物时停止曝气，静置片刻后打开厌氧区 和好氧区的排泥口排空污泥；重新开启鼓风机，曝气方式为停曝比1:1，控制溶解氧浓度 为3.5mg/L。

步骤二运行：关闭液体连接管与反冲洗液贮液区之间的阀门，打开液体连接管与臭氧 区之间的阀门，开启搅拌电机、抽吸泵、臭氧发生器和鼓风机。调节进水速率、曝气方式和强度、水力停留时间、臭氧浓度等工艺参数。废水从进水管进入装置，首先经厌氧 区内过滤器初步去除废水中大颗粒物、浮渣及毛发等杂物，然后废水在厌氧区的搅拌器 作用下水解酸化，废水中难降解高分子有机物转化为小分子物质，随后进入好氧区进行 好氧处理，经微生物降解和膜分离后废水进入臭氧区发生臭氧氧化、脱色及消毒，处理 后的尾水从臭氧区溢流口溢出并从出水管达标排放。

步骤三反洗：观察压力表示数，当示数达到0.10MPa(或产水量减少20％)时关闭液体 连接管与臭氧区之间的阀门并打开液体连接管与反冲洗液贮液区之间的阀门，随后向反 冲洗液贮液区内注入反冲洗液，开启抽吸泵，控制操作压力0.15MPa左右进行反洗。反洗液从下部的排泥口排出，反洗后按步骤二运行。反冲洗液为质量浓度0.3％的氯水或次氯酸钠溶液。

实施例2

如图3所示，与实施例1的结构相同，区别在于臭氧区溢流口与厌氧区的之间还设有 污水回流管23、回流阀门24和回流泵25。污水回流管的一端与过滤器连接，另一端与 臭氧区溢流口连接，污水回流管上设有阀门和回流泵。为了防止一次处理后的出水达不 到排放标准，设置上述结构，若一次处理后能达标则废水无需回流进行二次处理。

采用本发明的实施例1和实施例2提供的装置对农村小规模标准化养猪场废水具有良 好的处理效果，以实施例1的处理装置为例对养猪废水进行为期两周的处理，废水处理 前后水质指标见表1。

湖北农村某养猪场进行养猪废水处理，直接采用实施例1的装置及方法处理一次即可 达标排放。具体见表1，由表1可知，采用该装置及方法对废水化学需氧量的去除率为90.78％，对氨氮的去除率为84.56％，对总氮的去除率为82.52％，出水水质指标满足《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)。

表1

检测项目	单位	处理前	处理后
				色度	倍	1800	120
pH	/	7.93	8.25
				悬浮物	mg/L	175.4	9.1
化学需氧量	mg/L	3720	343
				氨氮	mg/L	377	58.2
总氮	mg/L	652	114

Claims (10)

1.一种畜禽养殖废水处理装置，其特征在于，包括依次设置的厌氧区（2）、好氧区（3）和臭氧区（4），其中厌氧区入口连接进水管（1），厌氧区上部连接至好氧区，好氧区上部通过管道连接至臭氧区，臭氧区出口连接至出水管（6）；臭氧区出口为溢流口设计，好氧区内设有曝气装置和膜组件（10），臭氧区设有臭氧输入通道。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置还包括反冲洗贮液区（5），其通过液体连接管（11）连接至好氧区的膜组件。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述液体连接管一端连接膜组件，另一端穿过好氧区设置支管，支管分别引入臭氧区和反冲洗贮液区的底部，液体连接管上连接抽吸泵（12）及压力表（13）；支管上分别安装有阀门（14）。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述厌氧区靠进水管处设有过滤器（7）。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述厌氧区还设有搅拌装置，包括搅拌电机（8）及其带动的搅拌器（9）。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述厌氧区和好氧区下部均设有排泥口（15），排泥口连接排泥管（16）；好氧区下部设有第一曝气器（17），其通过管道连接至鼓风机（18）；臭氧区下部设有第二曝气器（19），其通过管道连接至臭氧发生器（20）。

7.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于：该装置还包括设备操作区（21）；厌氧区、好氧区、臭氧区、反冲洗贮液区和设备操作区集成为于一个箱体内。

8.权利要求1-7任意一项所述装置的启动运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）向该装置的内接种活性污泥，然后想装置中注满畜禽养殖废水，对好氧区II进行充氧曝气，好氧区内控制溶解氧浓度为2.5~3.5 mg/L，肉眼观察膜组件表面颜色变黄且有明显附着物时停止曝气，静置后排出装置内的活性污泥，再次对好氧区进行曝气，曝气方式为停曝比1：1，控制溶解氧浓度为2.5~3.5 mg/L；

2）厌氧区进行搅拌，好氧区进行曝气，臭氧区开始臭氧输入，至臭氧区出口有水流出，开始装置的正常运行；

3）运行过程中，监控好氧区内压力及臭氧区出水口产水量，当好氧区内压力下降至0.10MPa以下或者出水管水量减少20%以上时，停止从好氧区向臭氧区输水，随后从反冲洗液贮液区向好氧区输水，进行膜组件的反冲洗；反冲洗液从好氧区下部排出，反冲洗完成后再按步骤2）进行运行，确保臭氧区出口出水达标排放。

9.根据权利要求8所的方法，其特征在于：反冲洗液贮液区储存的为质量浓度0.1%~0.5%的氯水或次氯酸钠溶液。

10.根据权利要求8所的方法，其特征在于：臭氧区出口出水不符合排放标准时，将出水引入厌氧区入口，再次进行处理，直至达标后排放。

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