CN117417097A - 一种高效处理畜禽养殖污水的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效处理畜禽养殖污水的系统，包括依次连接的集水池、固液分离机、调节池、厌氧处理池、预曝气池、厌氧氨氮化池、沉淀池、中间水池、鸟粪石设备、臭氧氧化塔和清水池等，经过该系统处理后，出水的COD低于380mg/L、氨氮小于70mg/L、总磷小于7mg/L、SS小于160mg/L、总氮小于300mg/L，总氮去除率大于80％，若与采用除磷滤料的生物滤池相结合，则可使出水达到COD低于100mg/L、氨氮浓度低于5mg/L、总氮浓度低于20mg/L、总磷浓度低于0.5mg/L，从而实现了对畜禽养殖污水的深度处理，具有较好的运用前景。
Description
技术领域
本发明涉及畜禽养殖污水的处理技术，尤其是一种高效处理畜禽养殖污水的系统。
背景技术
畜禽养殖污水主要是来源于畜禽养殖场产生的尿液、粪便、饲料残渣、冲洗水及工人生活、生产过程中产生的废水。随着养殖技术的不断改进，规模化养殖厂的用水量越来越少，造成粪污特别是污水中的污染物浓度不断变高。目前，根据环境保护的要求，畜禽养殖污水排放需满足《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)和相关环境保护的要求。而畜禽养殖污水的化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、总磷含量高，处理难度非常大，养殖企业的环保压力大，养殖污水的处理已成为限制养殖企业发展的沉重包袱。
现有畜禽养殖污水处理工艺大多以“厌氧+AO+化学除磷”的工艺组成，因COD、氨氮和总氮污染物浓度非常高，所需的水力停留时间长，单单A/O工艺的水力停留时间最长可达到10-20天，造成处理设施的占地面积很大，甚至形成与猪圈争地的局面。同时还因为COD和氨氮污染物浓度高，传统生化工艺去除COD和氨氮所需的曝气量(供氧量)大，处理能耗非常高，对养殖企业而言在无形中增加很大的资金压力。因此，亟需研发一种占地紧凑和污染物去除效率高但成本相对经济的养殖污水治理技术。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的畜禽养殖污水处理存在的成本高、效率低的问题，提供一种高效处理畜禽养殖污水的技术。采用组合工艺，在固液分离和厌氧处理(UASB)的基础上，由预曝气、厌氧氨氧化、沉淀、磷回收、臭氧氧化和生物滤池等组成，其中生物滤池不是必选项(根据需要配置)，进而实现对畜禽养殖污水的深度和高效达标处理，减轻畜禽养殖企业的环保压力，提高畜禽养殖的综合效益。
具体方案如下：
一种高效处理畜禽养殖污水的系统，包括依次连接的集水池、固液分离机、调节池、厌氧处理池、预曝气池、厌氧氨氧化池、沉淀池、中间水池、鸟粪石设备、臭氧氧化塔和清水池，其中，
所述集水池用于收集畜禽养殖污水，并输送到所述固液分离机中进行固液分离，分离得到的固体粪渣外运处置，剩余的液相进入所述调节池，经过流量、成分调整后进入所述厌氧处理池，进行厌氧处理后产生的剩余污泥输送到污泥池，气相收集后作为沼气使用，液相进入所述预曝气池，进行曝气处理后，进入所述厌氧氨氧化池，通过厌氧氨氧化处理处理后进入所述沉淀池，进行固液分离，沉淀产生的固相污泥根据需要回流到厌氧氨氧化池或输送到所述污泥池，所述污泥池收集的污泥通过脱水机脱水后外运处置；
所述沉淀池固液分离得到的液相送入所述中间水池，进行水量调整后送入所述鸟粪石设备，结晶得到固态鸟粪石产品，剩余液相送入所述臭氧氧化塔，所述臭氧氧化塔连接有用于臭氧供应的臭氧发生器，经过臭氧氧化后的液相送入清水池回用或达标排放。
为进一步降低出水中COD、氨氮、总氮，将清水池中的出水提升到生物滤池进行深度处理，生物滤池可为硝化滤池或反硝化滤池或者硝化-反硝化滤池。为进一步去除出水中的总磷，可将富含铝、铁和镧等磷吸附材料作为生物滤池的滤料使用，用于出水总磷的深度处理。
进一步地，所述预曝气池内安装辫帘式填料和膜片式曝气盘，用于去除所述厌氧反应池出水中的溶解性CO2和部分易降解有机物，所述预曝气池的水力停留时间为30-180min，BOD污泥负荷不低于6kgBOD/kgMLSS·d。
进一步地，所述畜禽养殖污水在预曝气池中的水力停留时间为30-180min，按24-60m3(空气)/【1000mg/LCOD·m3(污水)】的气量进行曝气；在厌氧氨氧化池中的水力停留时间为1-10天，按58.4-303.8m3(空气)/【1000mg/L氨氮·m3(污水)】的气量进行曝气，以使厌氧氨氧化池内的溶解氧浓度在0.1-1.5mg/L，并且控制pH在7.0-8.5和保持充足的碱度，促使污水中40-60％的氨氮被亚硝化成亚硝酸氮，使厌氧氨氧化池中氨氮浓度与亚硝酸氮浓度的比例为0.8-1.2。
进一步地，所述厌氧氨氧化池内安装辫帘式填料和悬浮填料用于微生物的附着生长，所述厌氧氨氧化池底部安装膜片式曝气盘，所述厌氧氨氧化池下部设置水下搅拌机，自下而上由所述膜片式曝气盘、所述填料和所述水下搅拌机组成一个反应单元，所述厌氧氨氧化池包含3-5个串联连接的所述反应单元，最后一个单元的混合液通过水泵回流到第一个单元。
进一步地，所述臭氧氧化塔的水力停留时间为1-60min，臭氧投加量为送入所述臭氧氧化塔剩余液相COD的1.1-1.5倍。
进一步地，经过臭氧氧化后的液相进入生物滤池，进行处理后送入清水池，检测达标后排放。生物滤池在具体的实例中可以采用硝化滤池或反硝化滤池。
进一步地，所述生物滤池BOD容积负荷不低于1.5kg/m3·d，HRT最高为6h，采用曝气生物滤池或不曝气生物滤池；
进一步地，所述生物滤池采用磷吸附材料作为滤池填料以进一步去除COD、氨氮、总氮和总磷，优选地，采用碱性溶液定期再生的形式对吸附饱和的填料进行再生，再生后的富磷碱性再生液作为碱药剂再回到鸟粪石设备中，与污水混合后进行进一步的除磷处理。
进一步地，所述清水池中的水质包括：COD低于380mg/L、氨氮小于70mg/L、总磷小于7mg/L、SS小于160mg/L、总氮小于300mg/L。
有益效果：畜禽养殖污水经过本发明所述高效处理畜禽养殖污水的系统处理后，出水水质指标中COD小于380mg/L、氨氮小于70mg/L、总磷小于7mg/L、SS小于160mg/L、总氮小于300mg/L(总氮去除率大于80％)，完全满足排放要求。
进一步地，本发明所述高效处理畜禽养殖污水的系统中清水池中的水，可作为滤池冲洗和配药的水源，实现资源循环利用。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未明确说明，“％”均指重量百分比。
实施例1
一种高效处理畜禽养殖污水的系统，该系统包括依次连接的集水池、固液分离机、调节池、厌氧处理池、预曝气池、厌氧氨氮化池、沉淀池、中间水池、鸟粪石除磷设备、臭氧氧化塔和清水池，其中，
所述集水池用于收集畜禽养殖污水，并输送到所述固液分离机中进行固液分离，分离得到的固体粪渣外运处置，剩余的液相进入所述调节池，经过水质和水量的综合调节后进入所述厌氧处理池，进行厌氧处理后的剩余污泥定期输送到污泥池，气相收集后作为沼气使用，液相进入所述预曝气池。
在预曝气池进行曝气处理后，液相中的溶解性二氧化碳会被有效去除，污水的碱度将得到提升，为后续的厌氧氨氧化菌提供适宜的生长环境；预曝气还能去除部分有机物，有效降低后续厌氧氨氧化池中异养型微生物同厌氧氨氧化菌(自养型微生物)的竞争力；最后，预曝气池因负荷较大，能使部分氨氮被短程硝化为亚硝氮并实现亚硝氮的积累，为后续的厌氧氨氧化提供亚硝酸盐底物，促进厌氧氨氧化反应的快速进行。上述3个功能能使预曝气池出水进入所述厌氧氨氮化池后，为厌氧氨氧化菌的快速和稳定生长创造良好基础环境，快速实现短程硝化耦合厌氧氨氮化的联合处理，高效和低成本地去除污水中的氨氮、总氮和有机物，同时将污水中非溶解态的磷(如存在于有机物或SS中的磷)水解成正磷酸盐，为后续除磷和磷资源回收创造良好的基础条件。
污水经厌氧氨氧化处理后进入所述沉淀池，进行固液分离，沉淀得到的固相污泥可根据需要回流到厌氧氨氧化池或输送到所述污泥池，所述污泥池收集的污泥通过脱水机脱水后外运处置。
所述沉淀池固液分离得到的液相送入所述中间水池，此时水中的污染物主要是总磷(主要以磷酸盐的形态存在)、少量难降解COD(一般为大分子有机物，余同)、少量的氨氮和微量的硝氮，在中间水池经过水量调节后送入所述鸟粪石除磷设备，通过投加相应镁盐和碱并创造流化等反应条件后，污水中的磷酸盐会在碱性环境中与Mg2+和NH4 +形成结晶得到固态鸟粪石产品，经过鸟粪石除磷设备处理后的剩余液相的主要污染物只剩下少量难降解COD，同时可能还会存在微量的氨氮，通过鸟粪石高位自流进入所述臭氧氧化塔，所述臭氧氧化塔连接有供应臭氧的臭氧发生器，在臭氧强氧化性的作用下，少量难降解的COD和可能存在的微量氨氮会被彻底氧化而去除。对于部分难降解COD含量较高的项目，为降低臭氧氧化的处理费用，可通过控制臭氧投加量和反应时间，将难降解COD的臭氧氧化过程控制在不完全氧化阶段(反应时间1-30min)，使大分子断裂为小分子，从而提高污水的BOD/COD比值，使其转成BOD并作为后续反硝化滤池的反硝化碳源而被进一步去除。
在具体的实施例中，厌氧氨氧化池可以采用以下结构：
在厌氧氨氧化池内安装辫帘式填料和悬浮填料用于固定微生物生长和繁殖，所述厌氧氨氧化池底部安装膜片式曝气盘，所述厌氧氨氧化池下部设置水下搅拌机，自下而上由所述膜片式曝气盘、所述填料和所述水下搅拌机组成一个反应单元，所述厌氧氨氧化池包含3-5个串联连接的所述反应单元，最后一个单元的混合液通过水泵回流到第一个单元。
在具体的实施例中，预曝气池内安装辫帘式填料和膜片式曝气盘，用于去除所述厌氧反应池出水中的溶解性CO2、部分易降解有机物和少量氨氮。
在具体的实施例中，鸟粪石设备按照“一种鸟粪石流化结晶装置”(ZL201621141403.9)和“利用木质活性炭生产废水回收鸟粪石的方法和系统”(ZL201910277088.4)的技术参数运行。
在具体的实施例中，还可以在液相进入清水池前设置生物滤池，根据需要配置。生物滤池可进一步降低出水中COD、氨氮、总氮，将进入清水池之前的水提升到生物滤池进行深度处理，生物滤池可为硝化滤池或反硝化滤池或者硝化-反硝化滤池。为进一步去除出水中的总磷，可将富含铝、铁和镧等磷吸附材料作为生物滤池的滤料使用，用于出水总磷的深度处理。
实施例2
利用实施例1中的系统进行畜禽养殖污水的处理，其中畜禽养殖污水为干清粪模式的集约化养猪污水，经固液分离后的COD浓度为10000-15000mg/L(平均约12000mg/L)、氨氮浓度为800-1500mg/L(平均约1300mg/L)、总氮浓度为1000-1800mg/L(平均约1500mg/L)、总磷浓度约150-250mg/L(平均约200mg/L)。
将经过固液分离后暂存在调节池的畜禽养殖污水按5m3/h的流量送入厌氧池(UASB)中，经过厌氧消化和固液气三相分离处理后厌氧活性污泥被拦截在厌氧池中，沼气被收集后可利用或高空排放，出水自流进入预曝气池，此时进入预曝气池的污水中，COD浓度为2000-3000mg/L、氨氮浓度为800-1500mg/L、总氮浓度为1000-1800mg/L、总磷浓度约150-250mg/L。
污水在预曝气池中的水力停留时间为30-180min，按6-10m3/min的气量进行曝气，出水自流进入厌氧氨氧化池，此时进入厌氧氨氧化池的污水中，COD浓度为1000-1500mg/L、氨氮浓度为700-1500mg/L、亚硝氮浓度约为100-200mg/L、总氮浓度为1000-1800mg/L、总磷浓度约150-250mg/L。
污水在厌氧氨氧化池中的水力停留时间为1-10天(系统启动之初按10天的水力停留时间进水，后续根据氨氮和总氮去除情况缓慢有序地缩短水力停留时间到1天)，控制曝气量使厌氧氨氧化池内的溶解氧浓度在0.1-1.5mg/L，并且控制pH在7.0-8.5和保持充足的碱度，促使污水中约40-60％的氨氮被亚硝化成亚硝酸氮(较佳的曝气量是7.3-20.3m3/min，较低的曝气量<7.3m3/min>对应较低的氨氮浓度<800mg/L>，同理20.3m3/min对应1500mg/L)，在此条件下，厌氧氨氧化池中氨氮浓度与亚硝酸氮浓度的比例大约为1：1，在厌氧氨氧化微生物的作用下，会按照NH4 ++NO2 -＝N2+2H2O的化学反应被同步去除。在厌氧氨氧化池中接种厌氧氨氧化菌可以缩短系统启动后的调试时间，接种厌氧氨氧化菌的同时接种普通好氧活性污泥能促进和保障氨氮亚硝化进程。也可以通过氨氮与亚硝酸氮比例1：1的方式，定量投加亚硝酸盐(通常为亚硝酸钠)，用于代替接种普通好氧活性污泥。因反应池中有曝气、有COD，部分氨氮会直接被硝化成亚硝酸氮和硝酸氮，因此会有部分氨氮和COD会通过硝化-反硝化或短程硝化-反硝化的途径被去除。厌氧氨氧化池宜设置3-5个反应单元，每个单元配独立的进水管、独立的曝气和水下搅拌系统，曝气与水下搅拌互相配合，确保任何时间均有1个系统在工作，每个单元配独立的进水管可以为工艺调试和调度提供便利，最后一个单元的混合液通过水泵按50％-300％的体积比例回流到第一个单元。经过厌氧氨氧化池处理后的混合液自流进入沉淀池，经泥水分离后自流进入中间水池，此时进入中间水池的污水中，COD浓度为400-600mg/L、氨氮浓度为80-150mg/L、总氮浓度为100-180mg/L、总磷浓度约150-250mg/L。沉淀池污泥按50-300％的比例回流到厌氧氨氧化池。
中间水池的污水按5m3/h的恒定流量提升到鸟粪石设备，鸟粪石设备按照“一种鸟粪石流化结晶装置”(ZL201621141403.9)和“利用木质活性炭生产废水回收鸟粪石的方法和系统”(ZL201910277088.4)的技术参数运行。鸟粪石设备的出水重力自流进入臭氧氧化塔，此时进入臭氧氧化塔的污水中，COD浓度为400-600mg/L、氨氮浓度为15-40mg/L、总氮浓度为35-70mg/L、总磷浓度约3-5mg/L(鸟粪石设备对总磷的去除达到98％，并按总磷：氨氮＝2.2的比例同步去除氨氮和总氮)。
污水在臭氧氧化塔的水力停留时间为1-60min，臭氧投加量为COD的1.1-1.5倍。在后续不跟深度处理时，水力停留时间和臭氧投加量均取高值，可以达到去除COD、氨氮和色度的效果。为降低处理成本，可以选择低HRT和低臭氧投加量，以提高污水的B/C值，提高污水的可生化性，并在后续增加生物滤池，在硝化和反硝化的同时进一步去除氨氮、总氮、有机物和SS。经过臭氧氧化处理后的出水，COD浓度低于或介于240-360mg/L、氨氮浓度低于或介于9-24mg/L、总氮浓度介于35-70mg/L、总磷浓度介于3-5mg/L，已全部达到或优于《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)。对于进水COD浓度大于15000mg/L、或氨氮浓度大于1500mg/L，或对出水COD、氨氮和总氮有更加严格要求的项目，可以将臭氧氧化后的出水再引入生物滤池进行深度净化处理。
生物滤池BOD容积负荷不低于1.5kg/m3·d，HRT最高为6h，根据具体水质条件和出水要求决定是否配套曝气单元(如主要去除COD和氨氮，则优选配套曝气)。经过生物滤池的深度净化处理后，出水水质可稳定达到COD低于100mg/L、氨氮浓度低于5mg/L、总氮浓度低于20mg/L、总磷浓度低于5mg/L，若将滤池滤料换成磷吸附材料，则出水总磷浓度可稳定低于0.5mg/L。磷吸附材料需要定期更换或再生，再生时可用强酸或强碱再生，优选强碱再生，再生液作为高磷碱液，可以作为碱药剂再回到鸟粪石设备中，与污水进行进一步的除磷处理。
臭氧氧化出水或生物滤池出水自流进入清水池，作为厌氧氨氧化池和鸟粪石设备配药的水源或滤池反冲洗水源，加以利用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (8)
1.一种高效处理畜禽养殖污水的系统，其特征在于：包括依次连接的集水池、固液分离机、调节池、厌氧处理池、预曝气池、厌氧氨氧化池、沉淀池、中间水池、鸟粪石设备、臭氧氧化塔和清水池，其中，
所述集水池用于收集畜禽养殖污水，并输送到所述固液分离机中进行固液分离，分离得到的固体粪渣外运处置，剩余的液相进入所述调节池，经过流量、成分调整后进入所述厌氧处理池，进行厌氧处理后的固相污泥输送到污泥池，气相收集后作为沼气使用，液相进入所述预曝气池，进行曝气处理后，进入所述厌氧氨氧化池进行脱氮处理，经处理后进入所述沉淀池，进行固液分离，沉淀得到的固相污泥根据需要回流到厌氧氨氧化池或输送到所述污泥池，所述污泥池收集的污泥通过脱水机脱水后外运处置；
所述沉淀池固液分离得到的液相送入所述中间水池，进行水量调整后送入所述鸟粪石设备，结晶得到固态鸟粪石产品，剩余液相进入所述臭氧氧化塔，所述臭氧氧化塔连接有用于臭氧供应的臭氧发生器，经过臭氧氧化后的液相送入清水池或达标排放。
2.根据权利要求1所述高效处理畜禽养殖污水的系统，其特征在于：所述预曝气池内安装辫帘式填料和膜片式曝气盘，用于去除所述厌氧反应池出水中的溶解性CO2和部分易降解有机物，所述预曝气池的水力停留时间为30-180min，BOD污泥负荷不低于6kgBOD/kgMLSS·d。
3.根据权利要求1所述高效处理畜禽养殖污水的系统，其特征在于：所述畜禽养殖污水在预曝气池按24-60m3(空气)/【1000mg/LCOD·m3(污水)】的气量进行曝气；在厌氧氨氧化池中的水力停留时间为1-10天，按58.4-303.8m3(空气)/【1000mg/L氨氮·m3(污水)】的气量进行曝气，以使厌氧氨氧化池内的溶解氧浓度在0.1-1.5mg/L，并且控制pH在7.0-8.5和保持充足的碱度，促使污水中40-60％的氨氮被亚硝化成亚硝酸氮，使厌氧氨氧化池中氨氮浓度与亚硝酸氮浓度的比例为0.8-1.2。
4.根据权利要求1所述高效处理畜禽养殖污水的系统，其特征在于：所述厌氧氨氧化池内安装辫帘式填料和悬浮填料为微生物提供附着生长场所，所述厌氧氨氧化池底部安装膜片式曝气盘，所述厌氧氨氧化池下部设置水下搅拌机，自下而上由所述膜片式曝气盘、所述填料和所述水下搅拌机组成一个反应单元，所述厌氧氨氧化池包含3-5个串联连接的所述反应单元，最后一个单元的混合液通过水泵回流到第一个单元。
5.根据权利要求1所述高效处理畜禽养殖污水的系统，其特征在于：所述臭氧氧化塔的水力停留时间为1-60min，臭氧投加量为送入所述臭氧氧化塔剩余液相COD的1.1-1.5倍。
6.根据权利要求1所述高效处理畜禽养殖污水的系统，其特征在于：经过臭氧氧化后的液相进入生物滤池，进行处理后送入清水池或排放。
7.根据权利要求6所述高效处理畜禽养殖污水的系统，其特征在于：所述生物滤池BOD容积负荷不低于1.5kg/m3·d，HRT最高为6h，采用曝气生物滤池或不曝气生物滤池。
8.根据权利要求6所述高效处理畜禽养殖污水的系统，其特征在于：所述生物滤池采用磷吸附材料作为滤池填料以进一步去除COD、氨氮、总氮和总磷，优选地，采用碱性溶液定期再生的形式对吸附饱和的填料进行再生，再生后的富磷碱性再生液作为碱药剂再回到鸟粪石设备中，与污水混合后进行进一步的除磷处理。
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