本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)資源利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，涉及一種畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液膜濃縮預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
畜禽養(yǎng)殖業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的作用，它提供的產(chǎn)品，在國(guó)計(jì)民生中不可或缺，但它在發(fā)展過程也伴隨著大量污染物排放，減少養(yǎng)殖污染對(duì)于養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展十分重要。
厭氧發(fā)酵技術(shù)，因其在處理畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物中可產(chǎn)生清潔能源，而倍受重視，然而養(yǎng)殖廢棄物經(jīng)厭氧發(fā)酵處理，僅能使廢棄物中碳素減量，廢棄物中氮、磷等礦質(zhì)元素仍然存在于發(fā)酵產(chǎn)物-沼渣、沼液中，雖然通過沼液還田技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)沼渣液中氮磷資源利用，但因養(yǎng)殖業(yè)大型化、區(qū)域約集中化，使得種養(yǎng)分離，沼渣液農(nóng)田消納方式實(shí)際應(yīng)用時(shí)困難重重，因此亟待開發(fā)一種沼液養(yǎng)分濃縮技術(shù)，因而膜濃縮技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
王旦一等（2012）采用傳統(tǒng)板、卷式超濾膜預(yù)處理沼液以獲取濃縮液體有機(jī)肥。清華大學(xué)王凱軍等發(fā)明了一種污水同步混凝-吸附-膜濃縮資源化預(yù)處理裝置及其方法（cn104118952a），該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高效碳氮源濃縮。北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院魏泉源，也公開了一種基于膜濃縮技術(shù)的畜禽糞污處理系統(tǒng)及方法（cn102249507a），該系統(tǒng)包括：一級(jí)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器、固液分離裝置、膜濃縮裝置和二級(jí)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器，以膜技術(shù)為核心，以實(shí)現(xiàn)沼液養(yǎng)分濃縮，資源高效多級(jí)利用。
但是，膜濃縮養(yǎng)殖廢水也存在技術(shù)瓶頸，即：一般養(yǎng)殖廢水中銨氮濃度很高，膜濃縮后，一方面銨氮會(huì)以氣態(tài)形式揮發(fā)損失，造成后續(xù)肥效不穩(wěn)定；另一方面，較高ph值使?jié)饪s結(jié)垢嚴(yán)重，膜通量快速下降。解決這一技術(shù)難題的有效途徑是加酸調(diào)節(jié)ph值到酸性。梁康強(qiáng)（2012）在基于反滲透技術(shù)的沼液濃縮研究表明，調(diào)節(jié)污水的ph值，不僅使氮素?fù)]發(fā)減小而且可以阻止結(jié)垢以減小膜堵塞提高膜通量。但是，這帶來兩大負(fù)面因素，一方面由于加酸造成廢水離子濃度上升，增加了后續(xù)膜濃縮的負(fù)荷，進(jìn)而影響膜濃縮效率；另一方面外加化學(xué)酸，改變了廢水的化學(xué)構(gòu)成不利于后續(xù)濃縮液的后續(xù)開發(fā)。
對(duì)此，專利“一種沼液的工程化膜濃縮系統(tǒng)（cn203999406u）”與“一種沼液資源化濃縮回收利用處理方法和系統(tǒng)（cn105967414a）”，提出了在沼液膜濃縮前進(jìn)行水解酸化預(yù)處理，以降低沼液ph值，但在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，因廢水經(jīng)厭氧發(fā)酵后，其中所含供酸化水解有機(jī)物濃度已很低，難以酸化或時(shí)間很長(zhǎng)，加之沼液中高濃度銨氮形成的堿度，很難使廢水ph降低。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)發(fā)所朱志平等，又提出了沉淀與硝化預(yù)處理方法（一種沼液濃縮和清液達(dá)標(biāo)排放的方法和設(shè)備cn102050553a），即通過硝化處理實(shí)現(xiàn)沼液中的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，以降低沼液ph值。
一般畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液中銨氮濃度高達(dá)2000-3000mg/l，高濃度氨氮對(duì)硝化反應(yīng)有嚴(yán)重抑制作用，加上沼液中受利用碳源限制，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，硝化反應(yīng)過程很慢，難以達(dá)到工程實(shí)際應(yīng)用效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明提出一種畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液膜濃縮預(yù)處理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，降低沼液中銨氮濃度，減少對(duì)后續(xù)硝化反應(yīng)的抑制作用，利用微生物硝化作用產(chǎn)生內(nèi)源酸，實(shí)現(xiàn)降低ph值，達(dá)到氨氮廢水膜濃縮預(yù)處理的目的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于：提供利用上述系統(tǒng)進(jìn)行沼液處理的方法。
本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液膜濃縮預(yù)處理系統(tǒng)，設(shè)置在沼液膜濃縮系統(tǒng)前端，包括膜硝化反應(yīng)器，它由氨吹脫柱與氨吸收塔、膜硝化反應(yīng)器組成，所述的氨吹脫柱分別連接沼液池、氨吸收塔和膜硝化反應(yīng)器，經(jīng)固液分離的沼液進(jìn)入氨吹脫柱，吹脫柱后端連接氨吸收塔，經(jīng)氨吹脫后的沼液進(jìn)入膜硝化反應(yīng)器、接種活性污泥、添加的外源有機(jī)碳源，通過安裝在膜硝化反應(yīng)器底部的微孔曝氣裝置，以維持反應(yīng)器中一定溶解氧濃度，沼液中銨氮在硝化作用下轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，確保出水水質(zhì)ph值呈微酸性與一定的銨硝態(tài)氮比，出水至沼液膜濃縮系統(tǒng)。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述固液分離后沼液通過水泵從氨吹脫柱的頂部進(jìn)入，該氨吹脫柱中充滿空心球填料，沼液經(jīng)填料自上往下流動(dòng)，同時(shí)在氨吹脫柱的底端通過風(fēng)機(jī)一鼓風(fēng)，在氨吹脫柱內(nèi)進(jìn)行氣液交換，氣體從氨吹脫柱的頂部排出經(jīng)風(fēng)機(jī)二鼓風(fēng)自底部進(jìn)入氨吸收塔進(jìn)行氨氮的去除，氨吸收塔的頂部排出去除了氨氮的氣體，由風(fēng)機(jī)一再次鼓風(fēng)進(jìn)入氨吹脫柱。以減少尾氣產(chǎn)生。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述的氨吹脫柱與沼氣發(fā)電機(jī)排風(fēng)管經(jīng)風(fēng)機(jī)三連接，為所述的氨吹脫柱提供熱能。以減少熱損失。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述的膜硝化反應(yīng)器是在一定體積容積的容器內(nèi)安裝膜組件，膜組件采用中空纖維膜，膜絲外徑2.4㎜，內(nèi)徑1.0㎜，其截留孔徑為0.2μm，膜材質(zhì)為聚乙烯，作為微生物載體和防止接種活性污泥流失。提高硝化細(xì)菌活性。其中：
發(fā)明中，所述的膜硝化反應(yīng)器中接種來自污水處理的活性污泥，以接種硝化細(xì)菌得到所述的接種活性污泥。
所述的膜硝化反應(yīng)器中添加外源有機(jī)碳源是指：添加葡萄糖、二糖、淀粉、廢糖蜜等易氧化有機(jī)碳，添加量在馴化階段為沼液中銨氮量的8～10倍（w/w），運(yùn)行階段外源有機(jī)碳添加量為銨氮量的1-2倍(w/w)。
發(fā)明中，在所述的膜硝化反應(yīng)器底部設(shè)置微孔曝氣裝置，以維持反應(yīng)器中溶解氧濃度在2～4mg/l之間。
本發(fā)明提供一種利用上述畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液膜濃縮預(yù)處理系統(tǒng)的處理方法，按下述步驟：
第一，沼池內(nèi)液、固分離的沼液被泵入氨吹脫柱，柱中填料高徑比為5～10：1，同時(shí)，氨吹脫柱被加熱并自底部鼓風(fēng)，吹脫柱加溫?zé)嵩从烧託獍l(fā)電機(jī)余熱提供，至吹脫運(yùn)行溫度為40～500c，氣水比為2000～4000：1，從氨吹脫柱排出含氨氣體，使沼液中氨氮降為1000mg/l以內(nèi)，較優(yōu)的為使沼液中氨氮降為800mg/l以內(nèi)；
第二，氨氮降為1000mg/l以內(nèi)的沼液進(jìn)入膜硝化反應(yīng)器中，沼液中銨氮在硝化作用下轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，確保出水水質(zhì)ph為5.5～6.5之間，銨硝態(tài)氮比nh4-n：nox-n為1～10:1之間；
第三，含氨氣體自氨吸收塔底部進(jìn)入，塔中充滿稀硫酸液溶液，并填充有形狀不規(guī)則的填料，經(jīng)氨吸收塔排出的氣體再次進(jìn)入氨吹脫柱，氣體被循環(huán)利用，以減少熱損失與尾氣產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)資源高效轉(zhuǎn)化與再利用。
采用這種預(yù)處理方法，可顯著提高沼液膜濃縮效率與顯著降低濃縮液中銨態(tài)氮的氣態(tài)損失。
本發(fā)明的技術(shù)總體性能指標(biāo)與同類技術(shù)比較的優(yōu)勢(shì)在于：
第一，在沼液膜濃縮硝化預(yù)處理前端，增加了氨吹脫與吸收工藝，減少了沼液中高濃度銨氮對(duì)硝化預(yù)處理的抑制作用，以確保硝化預(yù)處理得以進(jìn)行；
第二，采用膜硝化反應(yīng)器，利用膜的固液分離作用，截留硝化微生物，較常規(guī)活性污泥法，可維持反應(yīng)器中較高的硝化微生物活性；
第三，通過添加外源有機(jī)碳源，可加速硝化細(xì)菌的增殖，縮短硝化預(yù)處理水力滯留時(shí)間，提高工程實(shí)際運(yùn)行效率。
附圖說明
附圖1本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；
圖中標(biāo)號(hào)說明：
10——畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液膜濃縮預(yù)處理系統(tǒng)；
1——氨吹脫柱；2——氨吸收塔；
3——膜硝化反應(yīng)器；4——沼液池；
5——沼液膜濃縮系統(tǒng)；
6、7——風(fēng)機(jī)一、二；
8——沼氣風(fēng)電機(jī)組；9——余熱送風(fēng)機(jī)。
具體實(shí)施方式
某豬場(chǎng)沼氣工程，日產(chǎn)沼液10噸，沼液池4中沼液經(jīng)絮凝沉淀-固液分離后，出水cod3000mg/l、nh4-n2300mg/l。
如圖1所示：畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液膜濃縮預(yù)處理系統(tǒng)10，設(shè)置在沼液膜濃縮系統(tǒng)5前端，由氨吹脫柱1、氨吸收塔2和膜硝化反應(yīng)器3組成，所述的氨吹脫柱1分別連接沼液池4、氨吸收塔2和膜硝化反應(yīng)器3，經(jīng)固液分離的沼液進(jìn)入氨吹脫柱1，氨吹脫柱1后端連接氨吸收塔2，經(jīng)氨吹脫后的沼液進(jìn)入膜硝化反應(yīng)器3，經(jīng)接種活性污泥、外源有機(jī)碳源，和安裝在膜硝化反應(yīng)器3底部的微孔曝氣裝置，以維持反應(yīng)器中一定溶氧濃度，沼液中銨氮在硝化作用下轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，確保出水水質(zhì)ph值呈微酸性與一定的銨硝態(tài)氮比，并出水至沼液膜濃縮系統(tǒng)。
所述固液分離后沼液泵入氨吹脫柱1的頂部進(jìn)口，該氨吹脫柱1中充滿空心球填料，沼液經(jīng)填料自上往下流動(dòng)，同時(shí)在氨吹脫柱1的底端通過風(fēng)機(jī)一6鼓風(fēng)，在氨吹脫柱1內(nèi)進(jìn)行氣液交換，氣體從氨吹脫柱1的頂部排出經(jīng)風(fēng)機(jī)二7鼓風(fēng)自底部進(jìn)入氨吸收塔2進(jìn)行氨氮的去除，氨吸收塔2的頂部排出去除了氨氮的氣體，由風(fēng)機(jī)一6再次鼓風(fēng)進(jìn)入氨吹脫柱1中。
本實(shí)施例中，所述的氨吹脫柱1與沼氣發(fā)電機(jī)組8余熱送風(fēng)機(jī)9連接，為所述的氨吹脫柱1提供熱能，以減少熱損失與尾氣產(chǎn)生。
所述的膜硝化反應(yīng)器3是在一定體積容積的容器內(nèi)安裝膜組件，膜組件采用中空纖維膜，膜絲外徑2.4㎜，內(nèi)徑1.0㎜，其截留孔徑為0.2μm，膜材質(zhì)為聚乙烯，作為微生物載體和防止接種活性污泥流失，提高硝化細(xì)菌活性。
所述的膜硝化反應(yīng)器3中接種來自污水處理的活性污泥，以接種硝化細(xì)菌得到所述的接種活性污泥。
所述的膜硝化反應(yīng)器中添加外源有機(jī)碳源是指：添加葡萄糖、二糖、淀粉、廢糖蜜類易氧化有機(jī)碳，添加量在馴化階段為沼液中銨氮量的8～10倍，運(yùn)行階段外源有機(jī)碳添加量為銨氮量的1～2倍。
在所述的膜硝化反應(yīng)器底部設(shè)置微孔曝氣裝置，以維持反應(yīng)器中溶解氧濃度在2～4mg/l之間。
利用上述畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼液膜濃縮預(yù)處理系統(tǒng)10進(jìn)行沼液處理，按下述步驟：
第一，沼液池4內(nèi)液、固分離的沼液被泵入氨吹脫柱1，柱中填料高徑比為5～10：1，同時(shí)，氨吹脫柱1被加熱并自底部鼓風(fēng)，且保證吹脫運(yùn)行溫度為40～500c，氣水比為2000～4000：1，從吹脫柱排出含氨氣體，經(jīng)氨吹脫，出水cod與nh4-n分別降至2650mg/l、940mg/l；
第二，將出水泵入膜硝化反應(yīng)器3中，在10m3/min的曝氣量下（溶解氧濃度維持在3mg/l左右），溫度在28℃和水力停留時(shí)間（hrt）為24h的情況下，添加廢糖蜜量為12kg/d，連續(xù)運(yùn)行100天，出水ph值一直維持在5.3～6.4之間，且nh4-n：nox-n維持1.5～3：1之間波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明預(yù)處理所要求達(dá)到的效果。
第三，含氨氣體自氨吸收塔底部進(jìn)入，塔中充滿稀硫酸液溶液，并填充有形狀不規(guī)則填料，經(jīng)氨吸收塔排出的氣體再次進(jìn)入氨吹脫柱，氣體可被循環(huán)利用。