CN114262126A - 猪舍粪污综合治理方法及改性悬浮填料 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及粪污治理领域，具体公开了猪舍粪污综合治理方法及改性悬浮填料。方法包括：格栅池过滤；集污池搅拌混合；固液分离；酸化处理；初沉池沉淀；厌氧发酵；沉砂池沉淀；设置美人蕉浮床的一级反硝化；设置美人蕉浮床的一级硝化；设置美人蕉浮床的二级反硝化；设置美人蕉浮床的二级硝化；回流池沉淀；混凝反应；设置美人蕉浮床的平流式湿地；絮凝反应；消毒。其中，还可在一级反硝化、一级硝化、二级反硝化、二级硝化中添加在包含淀粉、阿拉伯胶、缓释颗粒、水性聚氨酯溶液的改性液中浸泡后干燥得到的改性悬浮填料。本申请可使猪舍粪污中的CODCr以及氨氮的去除率均提升至99.0%～100%，具备较强的缓冲能力。

Description

猪舍粪污综合治理方法及改性悬浮填料
技术领域
本申请涉及粪污治理的领域，更具体地说，它涉及猪舍粪污综合治理方法及改性悬浮填料。
背景技术
伴随畜禽集约化养殖的发展和进步，规模化养猪的发展非常迅速。然而，随之而来的，是粪污治理的压力。猪舍粪污主要包括猪的粪便、尿液，以及猪饲料的残渣，以及猪舍冲洗用水等，这其中包含高浓度的有机物以及各种病原微生物，一旦处理不当，进入天然水体，将会造成严重的生态环境污染，并严重威胁周围居民的身体健康。
目前，粪污治理方法包括物理法、化学法以及生物法，其中，生物法最为经济有效。而生物法中的厌氧处理法因具备能耗低、可产出沼气、污泥产量低等优势成为目前最常用的方法。
然而，厌氧处理法对于粪污中有机物的去除效果有限。从猪舍粪污的COD、氨氮去除指标来看，猪舍粪污中CODCr的含量在15000～30000mg/L之间，氨氮含量在450～600mg/L之间。而目前报导的粪污治理方法中，CODCr的去除率基本在80～90%之间，氨氮的去除率基本在90～98%之间，尤其是在CODCr方面，还存在进一步改进优化的空间。
发明内容
为了提升猪舍粪污治理效果，本申请提供猪舍粪污综合治理方法及改性悬浮填料。
第一方面，本申请提供一种猪舍粪污综合治理方法，采用如下的技术方案：
猪舍粪污综合治理方法，包括有以下步骤：
步骤1：猪舍粪污进入格栅池进行过滤；
步骤2：过滤后的废水进入集污池搅拌混合；
步骤3：搅拌混合后的废水进行固液分离；
步骤4：固液分离后的废水进入物化反应池进行酸化处理；
步骤5：酸化处理后的液体进入初沉池进行沉淀；
步骤6：沉淀后的液体进入沼气池进行厌氧发酵；
步骤7：发酵后的沼液进入沉砂池进行沉淀；
步骤8：沉淀后的液体进入一级反硝化池进行一级反硝化反应，其中，一级反硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤9：一级反硝化反应后的液体进入一级硝化池，边搅拌边进行一级硝化反应，其中，一级硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤10：一级硝化反应后的液体进入二级反硝化池进行二级反硝化反应，其中，二级反硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤11：二级反硝化反应后的液体进入二级硝化池，边搅拌边进行二级硝化反应，其中，二级硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤12：二级硝化反应后的液体进入回流池进行沉淀，沉淀后的污泥回流至一级反硝化池；
步骤13：沉淀后的液体进入混凝反应沉淀池进行反应；
步骤14：反应后的液体进入平流式湿地，其中，平流式湿地的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤15：由平流式湿地流出的液体进入絮凝反应池进行反应；
步骤16：反应后的液体进入消毒池消毒，得到中水。
上述猪舍粪污综合治理方法中，步骤1～步骤5可看做前序步骤，这些前序步骤对于步骤6中的厌氧发酵的正常运行具有重要的作用。格栅过滤能够将粪污中较大的污物滤除，除了能够减轻后续管道堵塞现象以外，更重要的，能够保持粪污来源的一致性，从而减轻系统波动。而固液分离能够极大地去除粪污中的固粪，从而有效减轻后续废水处理压力。酸化处理能够预先对部分有机物进行分解，之后再进行沉淀，从而进一步减少废水中的固体物。经过前序处理的废水再进行厌氧发酵时，发酵更加完全，发酵稳定性更佳。
厌氧发酵后的步骤7～步骤16可看做后续步骤。本申请背景中指出，目前，厌氧发酵对于废水中的CODCr以及氨氮的去除率有限，本申请通过上述步骤7～步骤16，可使CODCr以及氨氮的去除率均提升至99.0%～99.5%，最终治理得到的清水可达中水指标。步骤7～步骤16中的手段包括：设置独立的一级反硝化、一级硝化、二级反硝化、二级硝化工序，通过反硝化菌、硝化菌的生物作用降低水中的CODCr和氨氮；之后，通过沉淀以及混凝沉淀，进一步去除废水中的污物；之后，经过平流式湿地中的植物作用，进一步降低水中的CODCr和氨氮；之后，再次通过絮凝作用降低水中的污物；最后，对水进行杀菌处理，得到清水。再者，本申请在一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池和二级硝化池中均种植有美人蕉，实践证明，该种植物与本申请所针对的猪舍粪污治理具有非常高的适应性和契合性，不仅自身生长茂盛，对治理厂区起到重要的绿化效果，而且能够有效帮助降低废水中的CODCr和氨氮，而且，作为一种具有较高附加值的经济作物，美人蕉的种植也可获得额外的经济收益。经过本申请发明人的实践，发现，香蒲、水芹等其他作物均不适宜在本申请的处理方法中生长。
可选的，所述步骤9中的一级反硝化池、步骤10中的一级硝化池、步骤11中的二级反硝化池和步骤12中的二级硝化池中均添加改性悬浮填料；
所述改性悬浮填料的制备方法包括有以下步骤：
制备缓释颗粒：将浓度为300g/L～350g/L的环糊精水溶液和浓度为20～100g/L的碳酸氢盐水溶液按重量比1:（0.05～0.2）混合均匀，然后，经过干燥、研磨，得到缓释颗粒；
制备改性液：按重量份数，将淀粉10～20份、阿拉伯胶15～25份、缓释颗粒30～50份、水性聚氨酯溶液20～40份混合均匀，得到改性液；
浸泡以及干燥：将聚氨酯填料浸泡于改性液中，之后，取出干燥，得到改性悬浮填料。
实践发现，当向步骤9中的一级反硝化池、步骤10中的一级硝化池、步骤11中的二级反硝化池和步骤12中的二级硝化池中添加上述改性悬浮填料后，可使CODCr以及氨氮的去除率由添加之前的99.0%～99.5%进一步提升至99.9%～100%。
分析其原因，缓释颗粒中的碳酸氢盐水溶液可穿过环糊精形成的壁材缓慢释放，释放出来的碳酸氢盐能够与阿拉伯胶发生反应生成二氧化碳气体，这些气体的释放能够起到疏松改性悬浮填料表面通透性的作用，减轻改性悬浮填料表面的堵塞结团现象，有利于提高改性悬浮填料表面布气布水的均匀性，从而促进反硝化菌或硝化菌在其上的附着，促进生物膜的形成，促进反硝化菌和硝化菌的活性。再者，上述疏松也可使得淀粉暴露，从而为反硝化菌或硝化菌提供营养物质。阿拉伯胶在干燥过程中存在收缩现象，可提高改性悬浮填料表面的比表面积，为反硝化菌或硝化菌的附着提供更多的位点，可进一步促进生物膜的形成。
可选的，所述碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾。
碳酸氢钠和碳酸氢钾均为常见的碳酸氢盐，溶解性大，易随水从环糊精形成的壁材中缓慢释放。
可选的，还包括有以下步骤：步骤3中固液分离的固粪进行高温发酵用于制作有机肥；步骤5中沉淀后的沉渣以及浮渣经脱水、高温发酵后用于制作有机肥；步骤6中发酵后的沼渣经脱水、高温发酵后用于制作有机肥；步骤14和步骤15中沉积的污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后的污泥经脱水、高温发酵后用于制作有机肥。
通过将固粪、沉渣、浮渣、沼渣、污泥等进一步加工成有机肥，可进一步提高粪污综合治理的资源利用度。
可选的，步骤7和步骤8中，出现应急事故时，经沉淀池沉淀后的液体先进入事故应急池，然后再由事故应急池进入一级反硝化池。
通过加设事故应急池，能够极大地提高整个治理系统应对突发事件的能力，从而提高治理系统整体的稳定性。
可选的，所述猪舍粪污包括肉猪区猪舍粪污和母猪区猪舍粪污。
肉猪区猪舍粪污与母猪区猪舍粪污在组分组成方面存在一定的差别，一般而言，粪污来源对整个治理系统存在较大的影响。实践证明，本申请的方法能够同时应对肉猪区猪舍粪污、母猪区猪舍粪污以及两者的结合，这证明了本申请的方法具备一定的缓冲能力，这对于保持整个治理系统的稳定性具有非常重要的意义。
可选的，所述步骤16得到的中水用于林地作物灌溉或者回用至猪舍。
由于本申请的方法可直接获得达标的中水，可直接用于林地作物灌溉或者回用至猪舍，真正实现零排放，具有重要的实践意义。
可选的，所述步骤6得到的沼气经沼气发电用于猪舍场内生产用电，可进一步提高这个治理系统的循环利用性。
第二方面，本申请还提供一种上述猪舍粪污综合治理方法中采用的改性悬浮填料。由于该种改性悬浮填料的作用机理在于提高反硝化细菌、硝化细菌的活性，促进其生长繁殖，故，该种改性悬浮填料不仅可以用于猪舍粪污治理，而且还可以用于其他有反硝化菌、硝化菌参与的污水治理活动中。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请的猪舍综合粪污治理方法日可处理粪污600m3，可使CODCr以及氨氮的去除率均提升至99.0%～100%，最终治理得到的清水可达中水指标；
2、本申请的猪舍综合粪污治理方法使得粪污处理系统具备较强的缓冲能力，在粪污来源出现组分波动的情况下不会影响系统正常稳定运行；
3、本申请的猪舍综合粪污治理方法具有良好的经济效益、生态效益和社会效益；
4、本申请提供了一种能够促进生物膜形成的改性悬浮填料。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
实施例1
猪舍粪污综合治理方法，包括有以下步骤：
步骤1：猪舍粪污进入格栅池进行过滤，所述猪舍粪污包括肉猪区猪舍粪污和母猪区猪舍粪污；
步骤2：过滤后的废水进入集污池搅拌混合；
步骤3：搅拌混合后的废水进行固液分离，固液分离的固粪进行高温发酵用于制作有机肥；
步骤4：固液分离后的废水进入物化反应池进行酸化处理；
步骤5：酸化处理后的液体进入初沉池进行沉淀，沉淀后的沉渣以及浮渣经脱水、高温发酵后用于制作有机肥；
步骤6：沉淀后的液体进入沼气池进行厌氧发酵，得到的沼气经沼气发电用于猪舍场内生产用电，发酵后的沼渣经脱水、高温发酵后用于制作有机肥；
步骤7：发酵后的沼液进入沉砂池进行沉淀；
步骤8：沉淀后的液体进入一级反硝化池进行一级反硝化反应（出现应急事故时，步骤7经沉淀池沉淀后的液体先进入事故应急池，然后再由事故应急池进入一级反硝化池），其中，一级反硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床，一级反硝化池内添加普通的聚氨酯填料，聚氨酯填料的添加总体积为池容积的5%；
步骤9：一级反硝化反应后的液体进入一级硝化池，边搅拌边进行一级硝化反应，其中，一级硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床，一级硝化池内采用普通的聚氨酯填料，聚氨酯填料的添加总体积为池容积的5%；
步骤10：一级硝化反应后的液体进入二级反硝化池进行二级反硝化反应，其中，二级反硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床，二级反硝化池内采用普通的聚氨酯填料，聚氨酯填料的添加总体积为池容积的5%；
步骤11：二级反硝化反应后的液体进入二级硝化池，边搅拌边进行二级硝化反应，其中，二级硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床，二级硝化池内采用普通的聚氨酯填料，聚氨酯填料的添加总体积为池容积的5%；
步骤12：二级硝化反应后的液体进入回流池进行沉淀，沉淀后的污泥回流至一级反硝化池；
步骤13：沉淀后的液体进入混凝反应沉淀池进行反应；
步骤14：反应后的液体进入平流式湿地，其中，平流式湿地的液面上设置种植有美人蕉的浮床，沉积的污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后的污泥经脱水、高温发酵后用于制作有机肥；
步骤15：由平流式湿地流出的液体进入絮凝反应池进行反应，沉积的污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后的污泥经脱水、高温发酵后用于制作有机肥；
步骤16：反应后的液体进入消毒池消毒，得到中水，中水用于林地作物灌溉或者回用至猪舍。
本实施例的上述治理方法日可处理粪污600m3，通过对猪舍粪污以及最终得到的中水进行检测，得出，上述治理方法对CODCr的去除率可维持在99.3%～99.5%之间，对氨氮的去除率可维持在99.0%～99.5%之间。与现有相关技术中CODCr的去除率基本在80～90%之间，氨氮的去除率基本在90～98%之间相比，本申请的方法具有较大较大的进步，尤其在CODCr的去除率方面，进步明显。
实施例2
一种改性悬浮填料，制备方法包括有以下步骤：
制备缓释颗粒：将浓度为300g/L的环糊精水溶液和浓度为100g/L的碳酸氢钠水溶液按重量比1:0.05混合均匀，然后，经过干燥、研磨，得到缓释颗粒；
制备改性液：按重量份数，将淀粉10kg、阿拉伯胶25kg、缓释颗粒30kg、水性聚氨酯溶液（固含量30%）40kg混合均匀，得到改性液；
浸泡以及干燥：将聚氨酯填料浸泡于改性液中，1h之后，取出干燥，得到改性悬浮填料。
实施例3
一种改性悬浮填料，制备方法包括有以下步骤：
制备缓释颗粒：将浓度为320g/L的环糊精水溶液和浓度为50g/L的碳酸氢钠水溶液按重量比1:0.1混合均匀，然后，经过干燥、研磨，得到缓释颗粒；
制备改性液：按重量份数，将淀粉15kg、阿拉伯胶20kg、缓释颗粒40kg、水性聚氨酯溶液（固含量30%）30kg混合均匀，得到改性液；
浸泡以及干燥：将聚氨酯填料浸泡于改性液中，1h之后，取出干燥，得到改性悬浮填料。
实施例4
一种改性悬浮填料，制备方法包括有以下步骤：
制备缓释颗粒：将浓度为350g/L的环糊精水溶液和浓度为20g/L的碳酸氢钾水溶液按重量比1:0.2混合均匀，然后，经过干燥、研磨，得到缓释颗粒；
制备改性液：按重量份数，将淀粉20kg、阿拉伯胶15kg、缓释颗粒50kg、水性聚氨酯溶液（固含量30%）20kg混合均匀，得到改性液；
浸泡以及干燥：将聚氨酯填料浸泡于改性液中，1h之后，取出干燥，得到改性悬浮填料。
对比例1
与实施例3的区别在于，缓释颗粒的制备过程中，将碳酸氢钠溶液替换为等质量的水。
对比例2
实施例1中采用的普通的聚氨酯填料。
改性悬浮填料的性能检测
以实施例2～4获得的改性悬浮填料以及对比例1～2的聚氨酯填料作为检测样品，采取小型实验方法对5种检测样品进行性能检测。检测方法为：取实施例1中经过步骤7的沉淀池沉淀后的液体作为实验原液，将实验原液、检测样品以及活性污泥置于塑料桶中，封口，于30℃的恒温摇床中运行7天。检测结果显示：
实施例2对应检测样品的CODCr和氨氮的去除率分别为38.5%、90.6%；
实施例3对应检测样品的CODCr和氨氮的去除率分别为45.2%、95.4%；
实施例4对应检测样品的CODCr和氨氮的去除率分别为43.9%、92.1%；
对比例1对应检测样品的CODCr和氨氮的去除率分别为17.3%、75.1%；
对比例2对应检测样品的CODCr和氨氮的去除率分别为15.4%、73.5%。
由上述检测结果可以看出，与对比例2中的普通的聚氨酯填料相比，本申请的改性悬浮填料能够提升CODCr和氨氮的去除率。这与本申请的改性悬浮填料能够促进活性污泥中菌类在其上的附着、促进生物膜的形成、促进菌类活性有关。具体地，缓释颗粒中的碳酸氢盐水溶液可穿过环糊精形成的壁材缓慢释放，释放出来的碳酸氢盐能够与阿拉伯胶发生反应生成二氧化碳气体，这些气体的释放能够起到疏松改性悬浮填料表面通透性的作用，减轻改性悬浮填料表面的堵塞结团现象，有利于提高改性悬浮填料表面布气布水的均匀性，从而促进活性污泥上的菌类在其上的附着，促进生物膜的形成，促进菌类活性（这可从实施例3和对比例1的结果中对比看出）。再者，上述疏松也可使得淀粉暴露，从而为反硝化菌或硝化菌提供营养物质。阿拉伯胶在干燥过程中存在收缩现象，可提高改性悬浮填料表面的比表面积，为菌类的附着提供更多的位点，可进一步促进生物膜的形成。
实施例5
为了进一步验证本申请的改性悬浮填料在本申请的治理方法中的功效，设置本实施例。
本实施例与实施例1的区别在于：一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池、二级硝化池中不再采用普通的聚氨酯填料，而是采用实施例3中的改性悬浮填料，系统运行30天后，测得CODCr的去除率为99.9%～100%，氨氮的去除率为99.9%～100%。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.猪舍粪污综合治理方法，其特征在于，包括有以下步骤：
步骤1：猪舍粪污进入格栅池进行过滤；
步骤2：过滤后的废水进入集污池搅拌混合；
步骤3：搅拌混合后的废水进行固液分离；
步骤4：固液分离后的废水进入物化反应池进行酸化处理；
步骤5：酸化处理后的液体进入初沉池进行沉淀；
步骤6：沉淀后的液体进入沼气池进行厌氧发酵；
步骤7：发酵后的沼液进入沉砂池进行沉淀；
步骤8：沉淀后的液体进入一级反硝化池进行一级反硝化反应，其中，一级反硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤9：一级反硝化反应后的液体进入一级硝化池，边搅拌边进行一级硝化反应，其中，一级硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤10：一级硝化反应后的液体进入二级反硝化池进行二级反硝化反应，其中，二级反硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤11：二级反硝化反应后的液体进入二级硝化池，边搅拌边进行二级硝化反应，其中，二级硝化池的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤12：二级硝化反应后的液体进入回流池进行沉淀，沉淀后的污泥回流至一级反硝化池；
步骤13：沉淀后的液体进入混凝反应沉淀池进行反应；
步骤14：反应后的液体进入平流式湿地，其中，平流式湿地的液面上设置种植有美人蕉的浮床；
步骤15：由平流式湿地流出的液体进入絮凝反应池进行反应；
步骤16：反应后的液体进入消毒池消毒，得到中水。
2.根据权利要求1所述的猪舍粪污综合治理方法，其特征在于：所述步骤9中的一级反硝化池、步骤10中的一级硝化池、步骤11中的二级反硝化池和步骤12中的二级硝化池中均添加改性悬浮填料；
所述改性悬浮填料的制备方法包括有以下步骤：
制备缓释颗粒：将浓度为300g/L～350g/L的环糊精水溶液和浓度为20～100g/L的碳酸氢盐水溶液按重量比1:（0.05～0.2）混合均匀，然后，经过干燥、研磨，得到缓释颗粒；
制备改性液：按重量份数，将淀粉10～20份、阿拉伯胶15～25份、缓释颗粒30～50份、水性聚氨酯溶液20～40份混合均匀，得到改性液；
浸泡以及干燥：将聚氨酯填料浸泡于改性液中，之后，取出干燥，得到改性悬浮填料。
3.根据权利要求2所述的猪舍粪污综合治理方法，其特征在于：所述碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的猪舍粪污综合治理方法，其特征在于，还包括有以下步骤：步骤3中固液分离的固粪进行高温发酵用于制作有机肥；步骤5中沉淀后的沉渣以及浮渣经脱水、高温发酵后用于制作有机肥；步骤6中发酵后的沼渣经脱水、高温发酵后用于制作有机肥；步骤14和步骤15中沉积的污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后的污泥经脱水、高温发酵后用于制作有机肥。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的猪舍粪污综合治理方法，其特征在于：步骤7和步骤8中，出现应急事故时，经沉淀池沉淀后的液体先进入事故应急池，然后再由事故应急池进入一级反硝化池。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的猪舍粪污综合治理方法，其特征在于：所述猪舍粪污包括肉猪区猪舍粪污和母猪区猪舍粪污。
7.根据权利要求1～3任意一项所述的猪舍粪污综合治理方法，其特征在于：所述步骤16得到的中水用于林地作物灌溉或者回用至猪舍。
8.根据权利要求1～3任意一项所述的猪舍粪污综合治理方法，其特征在于：所述步骤6得到的沼气经沼气发电用于猪舍场内生产用电。
9.权利要求2或3所述的猪舍粪污综合治理方法中采用的改性悬浮填料。
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