CN111875171B

CN111875171B - 一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法

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Publication number: CN111875171B
Application number: CN202010765285.3A
Authority: CN
Inventors: 李相昆; 张芳芳
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2040-08-03
Also published as: CN111875171A

Abstract

本发明为一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，该方法包括如下步骤：混凝沉淀处理，去除养鸭废水中细小的悬浮物和胶体物质；吹脱预处理去除并回收氨氮，可避免后期高氨氮对厌氧反应产生抑制作用；厌氧生物处理，采用厌氧装置进行厌氧生物处理，厌氧生物处理利用兼性或专性厌氧菌实现对养鸭废水中有机物的降解；鸟粪石沉淀处理，鸟粪石沉淀法对厌氧出水进行深度处理；好氧生物处理，采用好氧装置进行好氧生物处理，好氧生物处理利用好氧微生物的代谢活动，实现养鸭废水的达标排放。本发明在处理养鸭废水的同时可实现对氨气、甲烷和鸟粪石等资源物质的回收，同时实现了养鸭废水处理的稳定化、无害化以及资源化。

Description

一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法。

背景技术

目前常用的畜禽养殖废水处理方法包括物化处理法、生物处理法以及自然生态处理法。然而单独应用某一种工艺很难去除所有相关的污染物，因此组合处理工艺将是处理养鸭废水的最佳解决方案。养鸭废水主要由尿液、残余的粪便、饲料残渣和冲洗水等组成，属高浓度畜禽养殖废水，被称作是第三严重污染源。养鸭废水具有高悬浮物以及高氮磷等特点，并且含有大量的污染物，如重金属、残留的兽药和大量的致病菌等，在未处理或者处理不当的情况下进行排放，会对水资源、土壤、大气等生态环境以及人体健康产生不利的影响。养鸭废水属畜禽养殖废水，但又不同于养猪废水或养牛废水等，养鸭废水难沉降、高悬浮物的特点使它的有机物浓度极高，给它的处理带来了一定的难度。因此，实现养鸭废水的达标排放这一问题亟待解决。

养鸭废水既是污染源，同时也是较有价值的资源。养鸭废水中含有大量的有机物质和氮磷等元素，氮磷作为自然界中不可再生的资源物质对养鸭废水中的氮磷进行回收利用意义十分重大，有机物质通过厌氧微生物的作用可转化为甲烷，甲烷是一种理想的气体燃料。因此，在处理养鸭废水的同时应将其变废为宝，实现养鸭废水的资源化利用和能源回收。

综上，本发明提出混凝沉淀-吹脱-厌氧-鸟粪石沉淀-好氧的组合方法来处理养鸭废水，一方面实现了养鸭废水中污染物的高效去除，另一方面实现了对氨气、甲烷以及鸟粪石的回收，最终将养鸭废水达标排放，符合环境友好型社会发展的需要。

发明内容

本发明针对养鸭废水处理效果差以及资源回收利用率低的问题，提出了一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，在实现养鸭废水达标排放的同时进行资源的高效回收利用。

为实现上述目的，本发明提供了一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(a)混凝沉淀处理

首先向养鸭废水中投加混凝剂，先快速搅拌，再慢速搅拌，以促进絮凝，然后沉淀，去除养鸭废水中细小的悬浮物和胶体物质，降低后期生物处理的难度；

(b)吹脱处理

将养鸭废水调节至碱性环境(pH＝11左右)，通过塔式双向流吹脱，使废水中的氨氮转变为氨气，并通过稀硫酸对产生的氨气进行回收，缓解高浓度的氨氮对后期厌氧处理的抑制作用；

(c)厌氧处理

采用UASB厌氧反应器，并对其设置内循环，可显著提高反应器的抗负荷能力，同时集有机物去除以及泥、水、气三相分离为一体；利用厌氧微生物的代谢特性，在不需提供外源能量的条件下，以还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体；

(d)鸟粪石沉淀处理

向厌氧处理后的养鸭废水中投加镁盐，通过加入氢氧化钠溶液来控制pH值(pH＝8-10)，经反应后，沉淀物沉淀在反应器底部，经固液分离可分离出鸟粪石，同时去除了废水中的氨氮和磷；在厌氧后好氧前将氮磷回收，可充分利用资源；

(e)好氧处理

采用A/O工艺，在好氧段耦合MBR，可实现对养鸭废水中难降解有机物、病原细菌以及病毒的高效去除；MBR采用平板管式陶瓷膜，陶瓷膜更易于清理回用，同时取代常规A/O工艺中的沉淀池，大大节省占地面积；好氧段耦合MBR对悬浮固体、病原细菌和病毒的去除效果尤为显著，使出水达到灌溉标准。

所述的一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，所述的步骤a进行混凝沉淀处理，混凝处理固体悬浮物浓度SS去除率在50～60％之间，同时COD的去除效率为10-15％，氨氮去除率为9-12％，磷酸盐去除率为6.5-7.5％；混凝剂选用三氯化铁，助凝剂选择聚丙烯酰胺，促进絮凝体增大，加快沉淀。具体过程：首先向养鸭废水中投加混凝剂三氯化铁，先快速搅拌1分钟，随后投加助凝剂聚丙烯酰胺，慢速搅拌20分钟，以促进絮凝，然后沉淀，可去除养鸭废水中细小的悬浮物和胶体物质。当混凝沉淀处理固体悬浮物浓度SS去除率在50～60％之间，同时COD的去除效率为10-15％时，养鸭废水中的细小的悬浮物质和胶体物质已被有效去除，即可达到降低后期生物处理难度的目的。

所述的一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，所述的步骤b进行吹脱处理时，首先用40％的氢氧化钠溶液将养鸭废水调节至pH＝11，利用吹脱塔通过塔式双向流吹脱将产生的氨气吹脱出废水系统，在吹脱塔上部设有氨气回收口，与外部的氨气回收装置通过管进行连接，氨气回收装置中装有20％的稀硫酸，对吹脱出的氨气进行回收处理。养鸭废水经过吹脱处理后，应满足氨氮浓度<550mg/l的要求，才能够避免高浓度氨氮对厌氧微生物的抑制作用。

所述的一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，所述的步骤c进行厌氧生物处理时，UASB反应器内三相分离器安装在反应器的上部，将反应器分为下部的反应器和上部的沉淀区；设置出水内循环，起到出水稀释进水的作用，提高反应器的抗负荷能力；顶部设有出气管，用于收集集气室产生的甲烷；反应器密封良好，保证严格的厌氧环境。UASB反应器的内循环比在30％左右，采用连续运行方式启动，低负荷启动，初始负荷在1.5kgCOD/(m³.d)，在COD去除率达到80％时增加进液流量，相应地反应器有机负荷逐渐增加，水力停留时间逐渐降低，该过程大致分为三个阶段：活性污泥恢复阶段、提升负荷阶段、承载负荷稳定运行阶段。稳定运行阶段，该UASB反应器能够达到对养鸭废水中有机物的去除率在60-70％。

所述的一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，所述的步骤d进行鸟粪石沉淀处理时，将养鸭废水调节至弱碱性条件pH＝9，需向其中投加镁盐，投加比例按照比例计算为镁盐：铵根离子：磷酸根离子＝1:1:1，先搅拌10分钟，再静置20分钟，对产生的鸟粪石沉淀进行回收。

所述的一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，步骤e进行好氧生物处理时，接种污泥选用污水厂二沉池的回流污泥，经过三天的闷曝后装入好氧池和缺氧池的各系统单元，污泥约占相应反应池的30％，并对硝化液进行内回流，回流比为50％，开始时反应池内进低浓度养鸭废水，通过对前期处理出水稀释来使进水COD浓度大约在500mg/L，直至进水不需要稀释，完全为前期处理出水，出水能够满足《农田水质灌溉标准GB5084-92》。

本发明的技术效果是毋容置疑的，本发明具有如下优点：

1.本发明采用混凝沉淀-吹脱对养鸭废水进行预处理，养鸭废水中有机物和氨氮含量极高，且其中含有大量的病原细菌和病毒，针对养鸭废水这种特殊的水质，对其在处理前期采用混凝沉淀-吹脱预处理，可避免后期氨氮抑制和酸化问题的产生。

2.本发明选择三氯化铁作为混凝剂，其适用的pH范围广，养鸭废水呈弱酸性，微调即可达到最佳pH条件；聚丙烯酰胺中含有吸附基团，能在絮体之间起到架桥的作用，使得形成的絮体大且紧密，沉淀速度更快，30分钟基本沉降完全；混凝沉淀操作简单，成本低，效果明显好于简单的沉淀处理，在去除养鸭废水中细小悬浮物和胶体污染物质的同时，可降低废水的色度，降低后期生物处理的难度。

3.本发明采用吹脱塔去除养鸭废水中的氨氮，养鸭废水中氨氮极高，不经处理直接进行厌氧阶段，会对厌氧微生物产生严重的抑制作用；经过吹脱后的养鸭废水可达到后期生物处理对氨氮浓度<550mg/l的要求，且操作简单，并能够产生氨气，氨气与硫酸可生成硫酸铵，硫酸铵作为肥料，可提高土壤的肥力，具有一定经济价值。

4.本发明采用UASB反应器对预处理后的养鸭废水进行厌氧生物处理，厌氧生物处理有机负荷高，处理效果好，且污泥产量少，所以成为养鸭废水处理不可或缺的一步；针对养鸭废水有机物含量远高于普通畜禽养殖废水这一问题，对UASB反应器设置内循环，内循环可显著提高反应器的抗负荷能力，使得处理效果更好，对于养鸭废水可去除60-70％的有机污染物，且能够产生甲烷，甲烷是一种清洁能源，作为燃料广泛应用于民用和工业中，具有一定的应用前景。

5.本发明采用鸟粪石沉淀处理来回收养鸭废水中的氮磷，养鸭废水经过厌氧生物处理，由于厌氧环境下聚磷菌的释磷作用，使得养鸭废水中磷酸根含量有所增加，厌氧后对氮磷进行回收可达到最好的回收效果；鸟粪石沉淀处理反应迅速且效果好，能够回收养鸭废水中80-90％的氮磷，所产生的鸟粪石沉淀是一种优质氮磷肥料，实现了对养鸭废水中氮磷的高效利用。

6.本发明采用A/O工艺对养鸭废水进行好氧处理，进一步去除有机污染物的同时实现脱氮除磷；养鸭废水中含有大量的病原微生物以及病毒，在A/O反应器的好氧池中耦合MBR，可明显提高对病原微生物和病毒的去除效果，MBR置于好氧池内，与A/O-SBR工艺相比，即节省了空间，同时缩短了水力停留时间，MBR采用平板管式陶瓷膜，陶瓷膜更易于清理回用，同时以高效膜分离作用取代传统活性污泥法中的沉淀池，大大节省了占地面积，同时实现了泥水分离和污泥浓缩，出水达到了灌溉标准。

综上，本发明方法实现了养鸭废水中有机污染物的高效去除，五步工艺的有机结合使其能很好地实现对养鸭废水的处理及资源回收，处理效果好、稳定性高，在处理养鸭废水的同时可实现对氨气、甲烷和鸟粪石等资源物质的回收，实现了养鸭废水处理的稳定化、无害化以及资源化，具有巨大的经济价值及环保效益。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明厌氧处理装置的结构示意图，厌氧处理装置为改良的UASB厌氧反应器，UASB厌氧反应器本体内上部安装有三相分离器，三相分离器出口引出UASB厌氧反应器本体形成集气口，在三相分离器上部设置溢流堰，与溢流堰同高度位置附近的UASB厌氧反应器本体上设置有三通阀，三通阀的一端为出口，第二端连接UASB厌氧反应器本体的进水口，形成内循环。

图3是本发明好氧处理装置的结构示意图，好氧处理装置为改良的A/O好氧反应器，A/O好氧反应器主体包括缺氧池和好氧池，缺氧池中设置搅拌器，好氧池中设置曝气系统；该系统省去了沉淀池，并在好氧池中布置无机陶瓷膜，形成耦合MBR(膜生物反应器)系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题内容仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

本发明中提到的养鸭废水中COD平均浓度50000-60000mg/L，氨氮平均浓度380-420mg/L，磷酸盐平均浓度650-720mg/L，SS平均浓度5900-6200mg/L。

实施例

收集华北地区某养鸭厂的废水进行处理，该废水有机物以及氮、磷等含量很高：COD平均浓度60000mg/L，氨氮平均浓度4000mg/L，磷酸盐平均浓度700mg/L，SS平均浓度6000mg/L。

如图1所示，一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，包括以下步骤：

(a)混凝沉淀处理：首先向养鸭废水中投加混凝剂三氯化铁，先快速搅拌1分钟，随后投加助凝剂聚丙烯酰胺，慢速搅拌20分钟，以促进絮凝，然后沉淀，可去除养鸭废水中细小的悬浮物和胶体物质。在pH＝8、三氯化铁投加量80mg/L、聚丙烯酰胺投加量6mg/L的条件下，混凝处理SS(固体悬浮物浓度)和COD的去除效率最高，可去除50％的SS(约3000mg/L)，12％的COD(约7000mg/L)，同时去除了10％的氨氮(约400mg/L)，7％的磷酸盐(约50mg/L)。

(b)吹脱处理：将养鸭废水调节至碱性环境，通过塔式双向流吹脱，使废水中的氨氮转变为氨气，并通过稀硫酸对产生的氨气进行回收，同时缓解了高浓度的氨氮对后期厌氧处理的抑制作用；具体过程是：首先用40％的氢氧化钠溶液将养鸭废水调节至pH＝11，利用吹脱塔将产生的氨气吹脱出废水系统，吹脱后的氨气进入回收装置，回收装置中装有20％的稀硫酸，对吹脱出的氨气进行回收处理。在气体流量2min/L、吹脱时间120min的条件下，吹脱后养鸭废水氨氮浓度在500mg/L左右，满足后期厌氧段氨氮浓度<550mg/L的要求。

(c)厌氧处理：采用UASB厌氧反应器，并对其设置内回流，回流比在30％左右，可显著提高抗负荷能力，同时集有机物去除以及泥、水、气三相分离为一体，防止酸化；利用厌氧微生物的代谢特性，在不需提供外源能量的条件下，以还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。承载负荷稳定运行阶段，UASB反应器对COD的去除率在60％-70％左右(约40000mg/L)，氨氮的去除率在10％左右(约50mg/L)，而磷酸盐由于厌氧环境下释磷菌的作用而有所增长。

(d)鸟粪石沉淀：向养鸭废水中投加镁盐，加入碱液来控制pH值，经反应后，沉淀物沉淀在反应器底部，经固液分离可分离出鸟粪石，同时去除了废水中的氨氮和磷；将养鸭废水调节至弱碱性条件pH＝9，需向其中投加镁盐，投加比例为镁盐：铵根离子：磷酸根离子＝1:1:1，先搅拌10分钟，再静置20分钟，对产生的鸟粪石沉淀进行回收，氨氮的去除在90％左右(约400mg/L左右)，磷酸盐的去除率在60％左右(约400mg/L左右)，实现了氮磷的高效回收。

(e)好氧处理：采用A/O工艺，在好氧段耦合MBR，可实现对养鸭废水中难降解有机物、病原细菌以及病毒的高效去除；MBR采用平板管式陶瓷膜，陶瓷膜更易于清理回用，同时取代常规A/O工艺中的二沉池，大大节省占地面积；好氧段耦合MBR对悬浮固体、病原细菌和病毒的去除效果尤为显著，MBR负载微生物及活性污泥，同时对出水起到过滤作用；MBR置于好氧池内，与A/O-SBR工艺相比，即节省了空间，同时缩短了水力停留时间。接种污泥选用污水厂二沉池的回流污泥，经过三天的闷曝后装入反应器的各系统单元，污泥约占相应的反应池的30％，并对硝化液进行内回流，回流比为50％，水力停留时间8h，出水COD在150mg/L左右，氨氮和磷酸盐在10mg/L左右，达到了灌溉标准。

本实施例中的方法，养鸭废水处理效果有了很大的提高，处理工艺简单，操作方便，占地面积小，投资成本低，可对产生的氨气、鸟粪石、甲烷等资源物质进行回收，具有极大的推广价值。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种养鸭废水处理工艺及资源回收的方法，废水水质为：COD平均浓度60000 mg/L，氨氮平均浓度4000 mg/L，磷酸盐平均浓度700 mg/L，SS平均浓度6000 mg/L；养鸭废水处理工艺及资源回收的方法包括以下步骤：

(a)混凝沉淀处理：首先向养鸭废水中投加混凝剂三氯化铁，先快速搅拌1分钟，随后投加助凝剂聚丙烯酰胺，慢速搅拌20分钟，以促进絮凝，然后沉淀，去除养鸭废水中细小的悬浮物和胶体物质；在pH＝8、三氯化铁投加量80 mg/L、聚丙烯酰胺投加量6 mg/L的条件下，混凝处理去除50％SS，12％COD，同时去除10％氨氮，7％磷酸盐；

(b)吹脱处理：将养鸭废水调节至碱性环境，通过塔式双向流吹脱，使废水中的氨氮转变为氨气，并通过稀硫酸对产生的氨气进行回收，同时缓解高浓度的氨氮对后期厌氧处理的抑制作用；具体过程是：首先用40％的氢氧化钠溶液将养鸭废水调节至pH＝11，利用吹脱塔将产生的氨气吹脱出废水系统，吹脱后的氨气进入回收装置，回收装置中装有20％的稀硫酸，对吹脱出的氨气进行回收处理；在气体流量2 min/L、吹脱时间120 min的条件下，脱后养鸭废水氨氮浓度为500 mg/L，满足后期厌氧段氨氮浓度<550 mg/L的要求；

(c)厌氧处理：采用UASB厌氧反应器，并对其设置内回流，回流比为30％，显著提高抗负荷能力，同时集有机物去除以及泥、水、气三相分离为一体，防止酸化；利用厌氧微生物的代谢特性，在不需提供外源能量的条件下，以还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体；承载负荷稳定运行阶段，UASB反应器对COD的去除率为60％-70％，氨氮的去除率为10％，而磷酸盐由于厌氧环境下释磷菌的作用而增长；其中，UASB厌氧反应器本体内上部安装有三相分离器，三相分离器出口引出UASB厌氧反应器本体形成集气口，在三相分离器上部设置溢流堰，与溢流堰同高度位置的UASB厌氧反应器本体上设置有三通阀，三通阀的一端为出口，第二端连接UASB厌氧反应器本体的进水口，形成内循环；

(d)鸟粪石沉淀：向养鸭废水中投加镁盐，加入碱液来控制pH值，经反应后，沉淀物沉淀在反应器底部，经固液分离可分离出鸟粪石，同时去除废水中的氨氮和磷；将养鸭废水调节至弱碱性条件pH＝9，需向其中投加镁盐，投加比例为镁盐：铵根离子：磷酸根离子＝1:1:1，先搅拌10分钟，再静置20分钟，对产生的鸟粪石沉淀进行回收，氨氮的去除为90％，磷酸盐的去除率为60％，实现氮磷的高效回收；

(e)好氧处理：采用A/O工艺，在好氧段耦合MBR，实现对养鸭废水中难降解有机物、病原细菌以及病毒的高效去除；MBR采用平板管式陶瓷膜，陶瓷膜更易于清理回用，同时取代A/O工艺中的二沉池，节省占地面积；好氧段耦合MBR对悬浮固体、病原细菌和病毒进行去除，MBR负载微生物及活性污泥，同时对出水起到过滤作用；MBR置于好氧池内，节省空间，缩短水力停留时间；A/O好氧反应器主体包括缺氧池和好氧池，缺氧池中设置搅拌器，好氧池中设置曝气系统；接种污泥选用污水厂二沉池的回流污泥，经过三天的闷曝后装入反应器的各系统单元，污泥占相应反应池的30％，并对硝化液进行内回流，回流比为50％，水力停留时间8h，出水COD为150 mg/L，氨氮和磷酸盐为10 mg/L，达到灌溉标准。