CN116216989A - 一种粪污废水处理方法及处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种粪污废水处理方法及处理系统，其处理方法包括固液分离、生产碳源和硫化氢、去除COD污染物、厌氧氨氧化脱氮、短程硝化反硝化脱氮等步骤。所述处理系统包括：固液分离单元；CS生产单元，主要用于利用产酸优势菌和硫细菌获得碳源和硫化氢，包括产酸厌氧池、调酸吹脱池、吸收塔、中和池；产沼气厌氧单元；厌氧氨氧化单元；短程硝化反硝化单元；还包括清水池、循环泵。本发明首先通过固液分离降低污水中的COD浓度和氨氮浓度，并能通过自身创造经济碳源和硫化氢脱除总氮，能高效低成本实现养殖粪污废水COD和氨氮的达标排放，同时能减少化学药剂絮凝剂的使用，降低二次污染风险。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种粪污废水处理方法及处理系统。
背景技术
养殖粪污废水主要包括动物的粪便以及冲洗水，其内含大量有机污染物、病原体以及氨氮、磷等污染物，其中有机污染物指标COD和氨氮(NH3-N)是生活污水浓度的上百倍，处理难度极大，较难实现达标排放。
目前粪污废水处理的主要困难有以下四点：
1、原水高浓度的有机污染物COD可达到30000mg/L以上，农田灌溉的标准只有300mg/L以下，需要去除99％的有机污染物，由于水中含大量腐殖酸、木质素等难以降解的污染物，需要大量的工艺处理单元串联组合才有可能实现COD的达标排放，工程投资巨大；
2、原水的氨氮浓度可达2000-3000mg/L，畜禽养殖业污染物排放标准中氨氮排放限值为80mg/L，氨氮的处理难度不仅比有机物大，而且在处理过程中，还需要大量的增氧动力消耗以及大量的有机物碳源消耗，鼓风曝气的使用会使得废水处理费用大大增加；
3、去除COD(厌氧法)和去除氨氮(消耗氧气)的工艺路线是矛盾的，甚至相互影响制约。现有技术一般采用如下四种工艺路线处理粪污废水：
1)采用厌氧微生物产生沼气脱除高浓度废水的COD，是比较成熟的技术，可以节约处理成本和动力消耗，且产生沼气收益。但是厌氧产沼气过程对氨氮的去除没有作用，不能同时高效低成本去除粪污废水中的氨氮，实现同时达标排放。
2)原污水先用好氧法去除氨氮，在脱氮时大量的有机污染物COD会在氧化氨氮的好氧环境下同步被氧化从而消耗大量的动力曝气增氧，一吨水处理增氧的电费一项可达近二十元，这需要极大的好氧系统投资及高额运行费用。
3)在路线1)的基础上，先进行厌氧产沼气去除COD，再购买商品化的碳源药品脱除氨氮污染物。可购买工业碳源有甲醇、乙酸钠等，此路线的碳源成本使得每吨水脱氨氮会高达数十元。
4)保留一部分粪污原水做脱氮的碳源，不进入厌氧单元；其他的原水做厌氧处理去除COD，厌氧后含有氨氮的废水和前面做为碳源的部分原水混合，进行脱氮处理。此方法兼顾了前端低成本的COD处理，也兼顾了后段脱除氨氮的碳源需求。如公开号为CN1762852A的中国专利文献公开的高氮高浓度有机废水处理工艺。但是该技术路线也存在不足之处，因为原水中难降解的COD浓度较高，用作碳源的部分原水直接超越到脱氮的好氧段，这部分原水经过的处理工艺单元和流程大大减少，因此处理出水COD指标超标的风险大大增加，有极大可能不能实现排放标准(如农田灌溉的标准要求低于300mg/L)，无法实现达标排放。
4、工业经济可靠的脱氮碳源少之又少，需要寻求经济廉价的碳源。如公开号为CN106967759A的中国专利文献，公开一种短时低温热预处理秸秆调质污泥共发酵产挥发酸的方法，该方法在碱性条件下将秸秆(主要是纤维素碱解)和污泥共发酵转化成挥发酸，可以把挥发酸碳源用于污水处理。但是在此方法中也存在如下不足之处：首先，该方法得到的是一种混有挥发酸的高浓度废水，挥发酸和废水在碱性条件难以分离，难以直接被其他脱氮过程利用；其次，畜禽动物需要补钙，废水的硬度较大，粪污水在碱性条件下的结垢风险大大增加，会造成管线设备堵塞；第三，投加的秸秆中所含的难降解污染物会提高污水处理COD达标的难度，无法实现达标排放；第四，原料秸秆不易得到，对于普通的粪污处理站，还需要外购、储存、粉碎等一系列过程。
基于以上，亟待研发一种能高效低成本实现养殖粪污废水COD和氨氮达标排放的粪污废水处理方法及处理系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种粪污废水处理方法及处理系统，能高效低成本实现养殖粪污废水COD和氨氮的达标排放，同时能减少化学药剂絮凝剂的使用，降低二次污染风险。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种粪污废水处理方法，具体包括如下步骤：
S1、固液分离：粪污废水进入固液分离单元，去除原水中固体悬浮物，过滤后的污水进入下一处理单元；
S2、生产碳源和硫化氢：
S201、经步骤S1过滤后的污水进入产酸厌氧池，按1-10ppm投加产酸优势菌和硫酸盐还原菌(SRB)，利用产酸优势菌裂解污水中的大分子污染物，将其转化成小分子有机酸碳源，并利用硫酸盐还原菌将水中硫元素转化为硫化氢；
优选地，所述产酸优势菌包括：产甲酸草杆菌、食丙酸盐产氢产乙酸菌、产丁酸梭状芽孢杆菌、食丁酸盐产氢产乙酸菌中的至少两种；利用这些产酸优势菌将水中的大分子有机物转化成甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等小分子酸；
S202、从步骤S201产酸厌氧池出来的污水一部分进入调酸吹脱池，调节pH＝1.0-4.0，在弱酸性条件下，利用空气将这部分污水中的碳源和硫化氢吹出进入吸收塔；
S203、吸收塔利用清水洗脱空气中的碳源和硫化氢，将碳源和硫化氢从气相转移到液相中，得到含有碳源和硫化氢的清水溶液；洗脱后的空气循环利用进入步骤S202的调酸吹脱池；
S204、步骤S202吹脱碳源和硫化氢后的污水进入中和池调节至弱碱性(保证后续生物单元的碱度要求)，处理条件为：pH＝7-8，HRT＝1-5分钟；
S3、去除COD污染物：步骤S204中和池流出的弱碱污水与步骤S201产酸厌氧池流出的剩余部分产酸污水均进入产沼气厌氧单元，经厌氧反应处理，将污水中的75％以上COD污染物转化成生物质能源沼气，沼气为自身中温厌氧条件供能；处理条件为：pH＝7-8.5，T＝35-40℃，HRT＝1-5天，出水SS<1000mg/L；
S4、厌氧氨氧化脱氮：经步骤S3处理后的污水进入曝气亚硝化与脱氮分体式厌氧氨氧化单元，利用化能自养型细菌厌氧氨氧化菌脱除大部分总氮，水中剩余的COD分解后为厌氧氨氧化菌提供自养合成所需二氧化碳；处理条件为：pH＝7-8.5，T＝25-35℃，BOD<1.5TN；在该处理条件下，先将部分氨氮形成亚硝酸盐，然后将剩余的氨和亚硝酸盐反应生成氮气脱除总氮；
S5、短程硝化反硝化脱氮：经步骤S4脱氮后的污水进入短程硝化反硝化单元进一步脱氮，通入步骤S203的含有碳源和硫化氢的水溶液，以碳源和硫化氢作为氢供体为单元内的反硝化过程进一步脱除总氮；
S6、步骤S5处理后的水进入清水池，通过循环泵为步骤S203吸收塔提供洗脱用清水，剩余水排放或回用。
本发明上述方案涉及的反应原理：
1、步骤S4采用厌氧氨氧化工艺脱氮，本发明中该工艺的脱氮原理如下：
2NH4 ++3O2→2HNO2+2H2O+2H+
NH4 ++1.32NO2 -+0.066HCO3 -+0.13H+→1.02N2+0.26NO3 -+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O
该工艺过程中采用的厌氧氨氧化污泥呈红色，也称红菌。其正常运行的温度和悬浮物浓度比较严格，但是由于本工艺中S3的产沼气厌氧单元的产水正好可满足S4厌氧氨氧化单元的运行条件，因此本发明方法中该工艺可以去除约85％的氨氮。但一般出水还有100-300总氮，需要进一步脱氮。
2、步骤S5采用短程硝化反硝化工艺脱氮，本发明中该工艺的脱氮原理如下：
2NH4 ++3O2→2HNO2+2H2O+2H+，2NO2 -+6e-+8H+→N2+4H2O
S5短程硝化反硝化单元内的溶解氧控制为1PPM以内，内回流比控制在10倍以上，碳源和硫化氢利用率高，曝气动力小。该工艺可以培养将氨氧化成亚硝酸盐的长污泥龄自养菌，利用S2产生的碳源和硫化氢为其提供氢供体进行脱氮。
步骤S4的厌氧氨氧化脱氮工艺适合脱除高浓度总氮，且适合低COD浓度下脱氮；步骤S5的短程硝化反硝化脱氮工艺适合脱除浓度较低的总氮。步骤S4利用化能自养型细菌厌氧氨氧化菌脱除大部分总氮，大约85％的总氮。S5反应过程溶氧比较高，在硝化时会优先消耗碳源，因此步骤S5不适于高浓度脱氮，且时间不宜过长，最优的条件是S5自硝化后补充新的碳源和S5产生的硝氮直接反应脱除总氮，能进一步脱除总氮。
进一步地，
步骤S1中，控制固液分离单元的过滤精度在0.05mm以内，去除原水中固体悬浮物，产生的固体用作堆肥无害化处理。
进一步地，
步骤S201产酸厌氧池出来的5-25％的污水进入调酸吹脱池，用于分离碳源和硫化氢；剩余的污水进入步骤S3的产沼气厌氧单元，与分离碳源和硫化氢后的污水混合进一步处理。
优选地，
步骤S201的处理条件为：pH＝4.0-5.5，T＝10-35℃，HRT＝6-48小时。
优选地，
步骤S203的处理条件为：pH＝8-10，HRT＝1-5秒。
进一步地，
步骤S5短程硝化反硝化单元的溶解氧控制为1PPM以内，内回流比大于10；处理条件为：pH＝6.0-8.5，T＝20-35℃。
进一步地，小分子有机酸为分子量小于100的有机酸，包括甲酸、乙酸、丙酸和丁酸。
第二方面，本发明还提供一种能实现上述粪污废水处理方法的处理系统，包括：
固液分离单元，用于去除原水中的固体悬浮物；
CS【碳源(Carbon)&硫化氢(HydrogenSulfide)，用简称CS表示】生产单元，主要用于利用产酸优势菌和硫酸盐还原菌获得碳源和硫化氢，包括产酸厌氧池、调酸吹脱池、吸收塔、中和池；
产沼气厌氧单元，用于利用厌氧反应将水中的COD污染物转化成沼气，所述沼气燃烧热能用于满足自身厌氧温度条件；
厌氧氨氧化单元，用于脱除废水中高浓度总氮；
短程硝化反硝化单元，用于对厌氧氨氧化单元的出水进一步脱氮；
还包括清水池、循环泵，所述清水池用于储存短程硝化反硝化单元的出水，所述循环泵用于循环清水池中的水用于吸收塔的洗脱用水；
固液分离单元的液体出口与产酸厌氧池的入水口连接，产酸厌氧池的出水口分别与调酸吹脱池、产沼气厌氧单元的入水口连接，调酸吹脱池的出水口与中和池连接，其空气出口与吸收塔的气体入口连接，吸收塔的气体出口循环连接至调酸吹脱池的空气入口，吸收塔的入水口通过循环泵与清水池连接，吸收塔的出水口与短程硝化反硝化单元连接；产沼气厌氧单元、厌氧氨氧化单元、短程硝化反硝化单元、清水池依次连接。
具体地，所述固液分离单元为叠片过滤器或板框压滤机。
具体地，所述产沼气厌氧单元为含气液固三相分离功能的厌氧反应器，池内培养颗粒污泥。所述厌氧反应器为EGSB、UASB、IC、ICX等。
具体地，所述厌氧氨氧化单元为曝气亚硝化与脱氮分体式厌氧氨氧化单元，具体为厌氧氨氧化组合池，池内培养浮霉状菌目的厌氧氨氧化红菌污泥。本发明方面的厌氧氨氧化工艺主要包括两个过程：氨氧化为亚硝酸阶段；氨和亚硝酸反应生成氮气阶段。两个池体串联组成厌氧氨氧化组合池，将上述两个过程分为两个池体串联依次进行，有利于在氨氧化的第一个过程中降解厌氧出水的过量有机物，防止大量有机物在第二个阶段时和自养型氨氧化菌竞争，使得红菌纯度降低而造成脱氮能力下降，脱氮污泥可以在两池体间循环。
具体地，所述短程硝化反硝化单元为短程硝化反硝化池。
HRT，一般指水力停留时间，Hydraulic Retention Time的缩写，水处理工艺名词，是指待处理污水在反应器内的平均停留时间。
VFA，一般指挥发性脂肪酸，Volatile Fatty Acid，简称VFA，一般是指具有1～6个碳原子碳链的有机酸，包括甲酸、乙酸、丙酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、正丁酸等，它们的共同特点是具有很强的挥发性，故称挥发性脂肪酸。
SS，一般是指固体悬浮物浓度，Suspended solid的缩写。
COD，一般指化学需氧量，Chemical Oxygen Demand的缩写，是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。
BOD，一般指生化需氧量，Biochemical Oxygen Demand的简写，是指在一定条件下，微生物分解存在于水中的可生化降解有机物所进行的生物化学反应过程中所消耗的溶解氧的数量。
异养反硝化：在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，利用氢供体将亚硝氮和硝氮还原成氮气的过程。异养反硝化过程中需要氢供体(电子供体)和硝酸盐氮反应，常见的氢供体包括碳源(如有机酸、乙酸钠、甲醇)和硫化氢等物质，本发明中采用简写CS表示碳源和硫化氢。
本发明的有益效果：
1、能尽量减少废水中的污染物浓度：本发明方法中S1固液分离单元可将废水中90％以上的悬浮物取出分离至固相，这其中包括水中1/3以上的COD，能大大减少废水的浓度和处理难度，并且能够保证后续单元中三相分离器的正常工作。
由于养殖场粪污原水含大量未消化的饲料残渣，在进入污水处理系统之前进行固液分离，产生的固体进行堆肥无害化处理，既可以增加固体回收率和固体堆肥的肥效，也可以减少固体中的蛋白等组分释放到污水中，降低污水处理系统的COD浓度和氨氮浓度。
2、能提高COD的去除率：本发明方法中S201工艺采用酸性条件下进行预发酵，利用水中的嗜酸菌将原水中的大分子污染物分解为有机酸小分子，能降低大分子污染物的分解难度，提高后续生物单元对于水中COD的去除率。
本发明中由于步骤S1的有效固液分离，使得水中悬浮物浓度较低，可降到500mg/L以下，能满足《畜禽养殖业污染治理工程技术规范HJ497-2009》7.2.3进水经固液分离的厌氧生物处理，可选择7.2.3.1厌氧反应器宜采用升流式厌氧污泥床(UASB)。
本发明中的S3产沼气厌氧单元采用含有气液固三相分离功能的厌氧反应器(如EGSB、UASB、IC、ICX等)，能增加污泥浓度和反应效率；池内培养颗粒污泥，容积负荷高，COD的去除能力是絮凝污泥的3-5倍以上。并且，S3产沼气厌氧单元生产的沼气，燃烧热回收能满足自身中温(35-37℃)厌氧条件。其出水含有极少量的悬浮物和少量的BOD，保证后续S4厌氧氨氧化单元的顺利运转，可以降低好氧单元的氧气用量，降低处理费用。因为红泥成长速度很慢，如果大量的BOD和SS量大会影响红泥的纯度和脱氮效果。
3、能自身创造经济碳源和硫化氢脱除总氮：本发明步骤S201利用产酸优势菌和硫酸盐还原菌将原水中的大分子污染物转化分子量小于100的优质碳源(有机酸)和硫化氢；S202通过调酸吹脱将碳源和硫化氢转移到空气相中；S203通过吸收塔在pH＝8-10的条件下利用清水洗脱，将碳源和硫化氢从空气相转移到清水相中得到含有碳源和硫化氢的水溶液；并采用循环泵为清水的循环提升动力。并设置中和池，将脱除碳源和硫化氢的废水调到弱碱性，保证后续生物单元的碱度要求。
本发明能自身创造碳源和硫化氢，不用投加额外的碳源，能极大降低成本。并且创造的碳源和硫化氢为分子量小于100的小分子酸，用于末端深度脱氮效果好，微生物分解利用率高，对出水COD无不利影响；并且还能减少沼气中硫化氢的含量，降低沼气脱硫的难度。而且调酸洗脱过程在酸性条件下进行，由于氨在酸性溶液中不易挥发，因此本发明生产的碳源和硫化氢不会掺混氨气污染物。
4、能实现低成本的脱氮
本发明方法采用厌氧氨氧化工艺和短程硝化反硝化工艺两种工艺脱氮，其中先采用步骤S4厌氧氨氧化工艺脱氮，厌氧氨氧化工艺脱氮正常运行的温度和悬浮物浓度比较严格，但是本工艺中由于步骤S3产沼气厌氧单元的产水正好可满足步骤S4的运行条件，该工艺可以去除约85％的氨氮。厌氧氨氧化过程中，只需要氧化50％左右的氨氮，且氧化产物为亚硝盐，比常规AO脱氮技术节约62.5％的氧和一半以上碳源。此单元充分利用了厌氧单元出水的水温和余热，不需要对污水进行升温。
接着采用步骤S5短程硝化反硝化工艺进一步脱氮，曝气动力小；且该工艺可以培养将氨氧化成亚硝酸盐的长污泥龄自养菌，利用S2产生的碳源和硫化氢进行脱氮。将氨氮氧化成亚硝氮，因此和传统脱氮工艺相比可节约1/4的曝气量和2/5的碳源用量；能去除剩余15％总氮。
5、整个处理过程没有投加化学絮凝剂，也没有化学污泥的产出。整个过程有少量酸、碱的消耗，最终产物溶于废水中形成少许盐分随出水带出。并且，本发明方法中的吹脱用空气、吸收塔的洗脱清水都可以循环利用，无污染物外排，绿色环保。
综上，本发明能高效低成本实现养殖粪污废水COD和氨氮的达标排放，同时能减少化学药剂絮凝剂的使用，降低二次污染风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的粪污废水处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
本实施例提供一种粪污废水处理系统，包括：
固液分离单元，用于去除原水中的固体悬浮物；作为优选实施例，所述固液分离单元采用叠片过滤器或板框压滤机，能控过滤精度在0.05mm以内。
CS生产单元，主要用于利用产酸优势菌和硫酸盐还原菌获得碳源和硫化氢，包括产酸厌氧池、调酸吹脱池、吸收塔、中和池；
产沼气厌氧单元，用于利用厌氧反应将水中的COD污染物转化成沼气，所述沼气用于满足自身厌氧温度条件；作为优选实施例，所述产沼气厌氧单元为含气液固三相分离功能的厌氧反应器，池内培养颗粒污泥；更优选地，所述厌氧反应器为升流式厌氧污泥床(UASB)、EGSB、IC、ICX等。
厌氧氨氧化单元，用于脱除废水中高浓度总氮；作为优选实施例，所述厌氧氨氧化单元为曝气亚硝化与脱氮分体式厌氧氨氧化单元，具体为厌氧氨氧化组合池，池内培养浮霉状菌目的厌氧氨氧化红菌污泥。
短程硝化反硝化单元，用于利用CS生产单元吸收塔洗脱得到的含碳源和硫化氢的水溶液对厌氧氨氧化单元的出水进一步脱氮；作为优选实施例，所述短程硝化反硝化单元为短程硝化反硝化池。
还包括清水池、循环泵，所述清水池用于储存短程硝化反硝化单元的出水，所述循环泵用于循环清水池中的水用于吸收塔的洗脱用水；
固液分离单元的液体出口与产酸厌氧池的入水口连接，产酸厌氧池的出水口分别与调酸吹脱池、产沼气厌氧单元的入水口连接，调酸吹脱池的出水口与中和池连接，其空气出口与吸收塔的气体入口连接，吸收塔的气体出口循环连接至调酸吹脱池的空气入口，吸收塔的入水口通过循环泵与清水池连接，吸收塔的出水口与短程硝化反硝化单元连接；产沼气厌氧单元、厌氧氨氧化单元、短程硝化反硝化单元、清水池依次连接。
实施例2
如附图1所示，本实施例提供实施例1的粪污废水处理系统的粪污废水处理方法，具体包括如下步骤：
S1、固液分离：粪污废水进入固液分离单元，控制固液分离单元的过滤精度在0.05mm以内，去除原水中固体悬浮物，过滤后的污水进入下一处理单元；产生的固体用作堆肥无害化处理。
本方法中固液分离单元可将废水中90％以上的悬浮物取出分离至固相，这其中包括水中1/3以上的COD，能大大减少废水的浓度和处理难度，并且能够保证后续单元中三相分离的正常工作。由于养殖场粪污原水含大量未消化的饲料残渣，在进入污水处理系统之前进行固液分离，产生的固体进行堆肥无害化处理，既可以增加固体回收率和固体堆肥的肥效，也可以减少固体中的蛋白等组分释放到污水中，降低污水处理系统的COD浓度和氨氮浓度。
S2、生产碳源和硫化氢，具体包括：
S201、经步骤S1过滤后的污水进入产酸厌氧池，按1-10ppm投加产酸优势菌和硫酸盐还原菌SRB菌，利用产酸优势菌裂解污水中的大分子污染物，将其转化成小分子有机酸碳源，并利用硫酸盐还原菌将水中硫元素转化为硫化氢；以转化后的碳源及硫化氢作为后续脱氮反应所需的氢供体；作为优选实施例，处理条件为：pH＝4.0-5.5，T＝10-35℃，HRT＝6-48小时；所述碳源为小分子有机酸，具体为分子量小于100的有机酸。所述产酸优势菌包括：产甲酸草杆菌、食丙酸盐产氢产乙酸菌、产丁酸梭状芽孢杆菌、食丁酸盐产氢产乙酸菌中的至少两种。利用这些产酸优势菌将水中的大分子有机物转化成甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等小分子酸。
步骤S201的工艺采用酸性条件下进行预发酵，利用水中的嗜酸菌将原水中的大分子污染物分解为有机酸小分子，能降低大分子污染物的分解难度，提高后续生物单元对于水中COD的去除率。
S202、从步骤S201产酸厌氧池出来的污水一部分，具体为5-25％的污水，进入调酸吹脱池，调节pH＝1.0-4.0，在酸性条件下，利用空气将这部分污水中的碳源和硫化氢吹出进入吸收塔；
S203、吸收塔利用清水洗脱空气中的碳源和硫化氢，将碳源和硫化氢从气相转移到液相中，得到含有碳源和硫化氢的水溶液；作为优选实施例，处理条件为：pH＝8-10，HRT＝1-5秒；洗脱后的空气循环利用进入步骤S202的调酸吹脱池；
S204、步骤S202吹脱碳源和硫化氢后的污水进入中和池调节至弱碱性，能保证后续生物单元的碱度要求，处理条件为：pH＝7-8，HRT＝1-5分钟；
本发明通过步骤S2能自身创造碳源和硫化氢，不用投加额外的碳源，能极大降低成本。所产碳源为分子量小于100的优质碳源，主要包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等，脱氮效果好，微生物分解利用率高，对出水COD无不利影响；并且还能减少沼气中硫化氢的含量，降低沼气脱硫的难度。而且调酸洗脱过程在酸性条件下进行，由于氨在酸性溶液中不易挥发，因此本发明生产的碳源和硫化氢不会掺混氨气污染物。
S3、去除COD污染物：步骤S204中和池流出的弱碱污水与步骤S201产酸厌氧池流出的剩余部分75-95％的产酸污水均进入产沼气厌氧单元，经厌氧反应处理，将污水中75％以上的COD污染物转化成生物质能源沼气，沼气燃烧热能为自身中温厌氧条件供能；处理条件为：pH＝7-8.5，T＝35-40℃，HRT＝1-5天，出水SS<1000mg/L；
本发明中由于步骤S1的有效固液分离，使得水中悬浮物浓度较低，可降到500mg/L以下，能满足《畜禽养殖业污染治理工程技术规范HJ497-2009》7.2.3进水经固液分离的厌氧生物处理，可选择7.2.3.1厌氧反应器宜采用升流式厌氧污泥床(UASB)。
本发明优选采用产沼气厌氧单元采用含有三相分离功能的厌氧反应器，能增加污泥浓度和反应效率；池内培养颗粒污泥，容积负荷高，COD的去除能力是絮凝污泥的3-5倍以上。并且，S3产沼气厌氧单元生产的沼气，燃烧热回收能满足自身中温(35-37℃)厌氧条件。其出水含有极少量的悬浮物和少量BOD，保证后续S4厌氧氨氧化单元的顺利运转，可以降低好氧单元的氧气用量，降低处理费用。
S4、厌氧氨氧化脱氮：经步骤S3处理去除COD污染物后的污水进入曝气亚硝化与脱氮分体式厌氧氨氧化单元，利用化能自养型细菌厌氧氨氧化菌脱除大部分总氮，水中剩余的COD分解后为厌氧氨氧化菌提供自养合成所需二氧化碳；处理条件为：pH＝7-8.5，T＝25-35℃，BOD<1.5TN；在该处理条件下，先将部分氨氮形成亚硝酸盐，然后将剩余的氨和亚硝酸盐反应生成氮气脱除总氮；
S5、短程硝化反硝化脱氮：经步骤S4脱氮后的污水进入短程硝化反硝化单元进一步脱氮，通入步骤S203的含有碳源和硫化氢的水溶液，以碳源和硫化氢作为氢供体为单元内的反硝化过程进一步脱除总氮；作为优选实施例，处理条件为：pH＝6.0-8.5，T＝20-35℃；短程硝化反硝化单元的溶解氧控制为1PPM以内，内回流比大于10。
S6、步骤S5处理后的水进入清水池，通过循环泵为步骤S203吸收塔提供洗脱用清水，剩余水排放或回用。
本发明方法采用厌氧氨氧化工艺和短程硝化反硝化工艺两种工艺脱氮，能实现低成本脱氮。其中先采用步骤S4厌氧氨氧化工艺脱氮，厌氧氨氧化工艺脱氮正常运行的温度和悬浮物浓度比较严格，但是本工艺中由于步骤S3产沼气厌氧单元的产水正好可满足步骤S4的运行条件，并利用水中剩余的COD分解后为厌氧氨氧化菌提供自养合成所需二氧化碳，可以去除约85％的氨氮。厌氧氨氧化过程中，只需要氧化50％左右的氨氮，且氧化产物为亚硝盐，比常规AO脱氮技术节约62.5％的氧和一半以上碳源。此单元充分利用了厌氧单元出水的水温和余热，不需要对污水进行二次升温。
接着采用步骤S5短程硝化反硝化工艺进一步脱氮，曝气动力小；且该工艺可以培养将氨氧化成亚硝酸盐的长污泥龄自养菌，利用S2产生的碳源和硫化氢进行脱氮。将氨氮氧化成亚硝氮，因此和传统脱氮工艺相比可节约1/4的曝气量和2/5的碳源用量，能去除剩余15％总氮。
本发明的整个处理过程没有投加化学絮凝剂，也没有化学污泥的产出。整个过程有少量酸、碱的消耗，最终产物溶于废水中形成少许盐分随出水带出。并且，本发明方法中的吹脱用空气、吸收塔的洗脱清水都可以循环利用，无污染物外排，绿色环保。
综上，本发明能高效低成本实现养殖粪污废水COD和氨氮的达标排放，同时能减少化学药剂絮凝剂的使用，降低二次污染风险。
以上所述仅为本发明的部分较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种粪污废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、固液分离：粪污废水进入固液分离单元，去除原水中固体悬浮物，过滤后的污水进入下一处理单元；
S2、生产碳源和硫化氢：
S201、经步骤S1过滤后的污水进入产酸厌氧池，按1-10ppm投加产酸优势菌和硫酸盐还原菌，利用产酸优势菌裂解污水中的大分子污染物，将其转化成小分子有机酸碳源，并利用硫酸盐还原菌将水中硫元素转化为硫化氢；
S202、从步骤S201产酸厌氧池出来的污水一部分进入调酸吹脱池，调节pH＝1.0-4.0，在弱酸性条件下，利用空气将这部分污水中的碳源和硫化氢吹出进入吸收塔；
S203、吸收塔利用清水洗脱空气中的碳源和硫化氢，将碳源和硫化氢从气相转移到液相中，得到含有碳源和硫化氢的水溶液；洗脱后的空气循环利用进入步骤S202的调酸吹脱池；
S204、步骤S202吹脱碳源和硫化氢后的污水进入中和池调节至弱碱性，处理条件为：pH＝7-8，HRT＝1-5分钟；
S3、去除COD污染物：步骤S204中和池流出的弱碱污水与步骤S201产酸厌氧池流出的剩余部分产酸污水均进入产沼气厌氧单元，经厌氧反应处理，将污水中75％以上的COD污染物转化成生物质能源沼气，沼气为自身中温厌氧条件供能；处理条件为：pH＝7-8.5，T＝35-40℃，HRT＝1-5天，出水SS<1000mg/L；
S4、厌氧氨氧化脱氮：经步骤S3处理后的污水进入曝气亚硝化与脱氮分体式厌氧氨氧化单元，利用化能自养型细菌厌氧氨氧化菌脱除大部分总氮，水中剩余的COD分解后为厌氧氨氧化菌提供自养合成所需二氧化碳；处理条件为：pH＝7-8.5，T＝25-35℃，BOD<1.5TN；在该处理条件下，先将部分氨氮形成亚硝酸盐，然后将剩余的氨和亚硝酸盐反应生成氮气脱除总氮；
S5、短程硝化反硝化脱氮：经步骤S4脱氮后的污水进入短程硝化反硝化单元进一步脱氮，通入步骤S203的含有碳源和硫化氢的清水溶液，以碳源和硫化氢作为氢供体为单元内反硝化过程脱除总氮；
S6、步骤S5处理后的水进入清水池，通过循环泵为步骤S203吸收塔提供洗脱用清水，剩余水排放或回用。
2.根据权利要求1所述的粪污废水处理方法，其特征在于，
步骤S1中，控制固液分离单元的过滤精度在0.05mm以内，去除原水中固体悬浮物，产生的固体用作堆肥无害化处理。
3.根据权利要求1或2所述的粪污废水处理方法，其特征在于，
步骤S201产酸厌氧池出来的5-25％的污水进入调酸吹脱池，用于分离碳源和硫化氢；剩余的污水进入步骤S3的产沼气厌氧单元，与分离碳源和硫化氢后的污水混合进一步处理。
4.根据权利要求1或2所述的粪污废水处理方法，其特征在于，
步骤S201的处理条件为：pH＝4.0-5.5，T＝10-35℃，HRT＝6-48小时。
5.根据权利要求1或2所述的粪污废水处理方法，其特征在于，
步骤S203的处理条件为：pH＝8-10，HRT＝1-5秒。
6.根据权利要求1或2所述的粪污废水处理方法，其特征在于，
步骤S5短程硝化反硝化单元的溶解氧控制为1PPM以内，内回流比大于10；处理条件为：pH＝6.0-8.5，T＝20-35℃。
7.根据权利要求1或2所述的粪污废水处理方法，其特征在于，
所述小分子有机酸碳源为分子量小于100的有机酸，包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸。
8.一种能实现权利要求1-7任一所述粪污废水处理方法的粪污废水处理系统，其特征在于，包括：
固液分离单元，用于去除原水中的固体悬浮物；
CS生产单元，主要用于利用产酸优势菌和硫酸盐还原菌获得碳源和硫化氢，包括产酸厌氧池、调酸吹脱池、吸收塔、中和池；
产沼气厌氧单元，用于利用厌氧反应将水中的COD污染物转化成沼气，所述沼气燃烧热能用于满足自身厌氧温度条件；
厌氧氨氧化单元，用于脱除废水中高浓度总氮；
短程硝化反硝化单元，用于对厌氧氨氧化单元的出水进一步脱氮；
还包括清水池、循环泵，所述清水池用于储存短程硝化反硝化单元的出水，所述循环泵用于循环清水池中的水用于吸收塔的洗脱用水；
固液分离单元的液体出口与产酸厌氧池的入水口连接，产酸厌氧池的出水口分别与调酸吹脱池、产沼气厌氧单元的入水口连接，调酸吹脱池的出水口与中和池连接，其空气出口与吸收塔的气体入口连接，吸收塔的气体出口循环连接至调酸吹脱池的空气入口，吸收塔的入水口通过循环泵与清水池连接，吸收塔的出水口与短程硝化反硝化单元连接；产沼气厌氧单元、厌氧氨氧化单元、短程硝化反硝化单元、清水池依次连接。
9.根据权利要求8所述的粪污废水处理系统，其特征在于，
所述固液分离单元为叠片过滤器或板框压滤机。
10.根据权利要求8或9所述的粪污废水处理系统，其特征在于，
所述产沼气厌氧单元为含气液固三相分离功能的厌氧反应器，池内培养颗粒污泥；
所述厌氧氨氧化单元为曝气亚硝化与脱氮分体式厌氧氨氧化单元，具体为厌氧氨氧化组合池，池内培养浮霉状菌目的厌氧氨氧化红菌污泥；
所述短程硝化反硝化单元为短程硝化反硝化池。
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