一種養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于養(yǎng)殖污水處理領(lǐng)域,更具體地說涉及養(yǎng)豬場(chǎng)高濃度有機(jī)物、高氨氮污 水的安全處置及生物質(zhì)能源生產(chǎn)的耦合。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是世界養(yǎng)豬第一大國(guó),世界上1/2的存欄豬在中國(guó)飼養(yǎng)。中國(guó)人口眾多,豬肉 消耗量大。生豬養(yǎng)殖在我國(guó)是一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè),生豬的產(chǎn)值達(dá)到1萬(wàn)個(gè)億,占了農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的 11.6%。2011年,中國(guó)生豬平均存欄量4.68億頭(其中年底母豬存欄量4929萬(wàn)頭),總出欄量 6.62億頭,出欄率141 %。豬肉產(chǎn)量達(dá)5053.1萬(wàn)t,占肉類總產(chǎn)量的85.9%。養(yǎng)豬場(chǎng)迅速發(fā)展 的同時(shí),也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。污水中化學(xué)耗氧量(ChemicalOxygenDemand, ⑶D)的排放量可高達(dá)20000mg/L或以上,嚴(yán)重超出《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染排放標(biāo)準(zhǔn)(0818596_ 2001)》;并存有大量的NH3、H2S、糞臭素、CH4、C02等有害氣體。
[0003] 2014年報(bào)道年出欄約11.6億頭豬,可產(chǎn)生鮮糞尿8.1~8.3億噸。豬糞是優(yōu)質(zhì)的厭 氧發(fā)酵原料,豬糞C0D非常高。豬糞的干物質(zhì)中80.1 %為有機(jī)物,易分解性有機(jī)C為27.3 %, 半纖維素及纖維素的含量較低,粗脂肪和木質(zhì)素的含量較高。如果能將這些豬糞發(fā)酵產(chǎn)生 沼氣,變廢為寶,實(shí)現(xiàn)豬糞的能源化轉(zhuǎn)變,這不僅能減輕豬糞對(duì)環(huán)境帶來(lái)的壓力,同時(shí)也會(huì) 有效緩解中國(guó)對(duì)于能源的需求。
[0004] 高豬尿中含有高濃度的氨氮,豬對(duì)飼料中氮的吸收率很低,大量的氮隨糞便被排 除體外,據(jù)試驗(yàn)資料分析,每頭豬每年大約排泄9.53kg氮。隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化問題的日益嚴(yán) 重以及廢水中氮排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格,如何經(jīng)濟(jì)有效地去除廢水中的氨氮,成為高濃度氨 氮廢水處理中亟待解決的問題之一。
[0005] 目前養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝分成兩大類:一類是集中收集舍外處理,一類是舍內(nèi)處 理。但這些處理都集中在了對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)污水中高濃度有機(jī)物的厭氧消化處理,但對(duì)污水中的 氨氮得不到很好的去除而給環(huán)境帶來(lái)非常大的影響。在我國(guó)碳源匱乏,電能資源緊缺,而傳 統(tǒng)的硝化反硝化脫氮工藝中,氧氣作為氧化劑將氨氮轉(zhuǎn)變成硝態(tài)氮,額外提供有機(jī)物將硝 態(tài)氮轉(zhuǎn)變成氮?dú)?,這也會(huì)增加高氨氮污水的處理成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝"厭氧消化反應(yīng)+續(xù)批式好氧短程 硝化反應(yīng)+厭氧氨氧化反應(yīng)"的組合工藝。本發(fā)明提供的工藝通過厭氧反應(yīng)在去除有機(jī)物的 同時(shí)產(chǎn)生生物質(zhì)能源甲烷,實(shí)現(xiàn)有機(jī)物去除和生物質(zhì)能源生產(chǎn)的耦合;本發(fā)明提供的工藝 將短程硝化和厭氧氨氧化進(jìn)行組合來(lái)去除污水中高濃度的氨氮。本發(fā)明提供的養(yǎng)豬場(chǎng)污水 處理工藝耗氧量降低67%,不需額外提供有機(jī)碳源。
[0007] 本發(fā)明提供了一種養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝,包括以下步驟:
[0008] 1)厭氧消化工藝,養(yǎng)豬場(chǎng)高有機(jī)物、高氨氮含量污水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器,水力停留時(shí) 間20-28小時(shí),溫度維持在31~32攝氏度,進(jìn)行厭氧消化處理,得到帶有厭氧顆粒污泥的出 水;實(shí)現(xiàn)90%或以上的有機(jī)負(fù)荷(COD)去除率,收集產(chǎn)生的甲烷作為生物質(zhì)能源回收;
[0009] 2)續(xù)批式好氧短程硝化工藝,將步驟1)的出水作為續(xù)批式好氧短程硝化反應(yīng)器的 進(jìn)水,水力停留時(shí)間20-25小時(shí),充分曝氣,溶解氧控制在7.Omg/L以上,實(shí)現(xiàn)有機(jī)負(fù)荷(C0D) 的進(jìn)一步去除,并將進(jìn)水中一半的氨氮轉(zhuǎn)化成亞氮,使出水指標(biāo)達(dá)到ΝΗΖ-Ν/ΝΟ^Γ-Ν約為1: 1;
[0010] 3)厭氧氨氧化工藝,將步驟2)的出水作為厭氧氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)水,水力停留時(shí) 間20-28小時(shí),在厭氧條件下,污水中的氮素得到高效去除。
[0011] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:養(yǎng)豬場(chǎng)污水(COD9000-10000mg/L,NH4+-N500-1500mg/L)經(jīng)本發(fā) 明提供的工藝處理后(總水力停留時(shí)間約為80h),出水COD為78.3-153.2mg/L,氨氮為3.0-20mg/L,亞氮為1.5-4.〇1^/1,硝態(tài)氮為38-6911^/1,出水指標(biāo)符合《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染排放標(biāo) 準(zhǔn)(CB18596-2001)》,甲烷平均生產(chǎn)量為328.93L/kg·⑶D,最高為344.73L/kg·C0D,分別 達(dá)到理論值的94%、98.5%。
[0012] 該工藝將廢水處理與資源化利用相耦合,無(wú)需外加碳源,具有較高的脫氮能力。所 需能耗低;資源回收率高;剩余污泥產(chǎn)量低;具有較高的脫氮能力。
【附圖說明】
[0013] 圖1養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例中,所述養(yǎng)豬場(chǎng)污水取自北京市昌平區(qū)馬坊村農(nóng)科院畜牧基地固液 分離后的養(yǎng)豬場(chǎng)污水,所述養(yǎng)豬場(chǎng)生豬年出欄量為400頭;所述污水中化學(xué)需氧量(C0D)含 量為 9000 ~10000mg/L,氨氮含量(NH4+-N)為 500 ~1500mg/L,亞氮含量(N〇2_-N)為 0mg/L,硝 態(tài)氮含量(N〇3_-N)為0mg/L;本發(fā)明先用模擬廢水啟動(dòng)、馴化三個(gè)反應(yīng)器,再用養(yǎng)豬場(chǎng)污水進(jìn) 行馴化。
[0015] 本發(fā)明提供了一種高濃度高氨氮養(yǎng)豬場(chǎng)污水的新型資源化處理工藝,包括以下步 驟:
[0016] 1)厭氧消化工藝,養(yǎng)豬場(chǎng)高有機(jī)物、高氨氮含量污水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器,水力停留時(shí) 間20-28小時(shí),溫度維持在31~32攝氏度,進(jìn)行厭氧消化處理,得到帶有厭氧顆粒污泥的出 水;實(shí)現(xiàn)90%或以上的有機(jī)負(fù)荷(C0D)去除率,產(chǎn)生甲烷328.93L/kg·C0D,最高為344.73L/ kg·C0D,分別達(dá)到理論值的94%、98.5% ;收集產(chǎn)生的甲烷作為生物質(zhì)能源回收;
[0017] 2)將所述步驟1)的出水作為進(jìn)水進(jìn)入續(xù)批式好氧短程硝化反應(yīng)器中,水力停留時(shí) 間20-25小時(shí),充分曝氣,亞硝酸鹽氧化菌在續(xù)批式的運(yùn)行模式下逐漸被淘汰,續(xù)批式好氧 反應(yīng)器出水中N(V-N含量<5mg/L。通過控制溶解氧D0為7.Omg/1以上,氨氮在氨氧化細(xì)菌的 作用下,厭氧消化反應(yīng)器出水中一半的氨氮轉(zhuǎn)變成亞氮,即完成半短程硝化,使出水氨氮和 亞氮比例為1:1。氨氧化過程通過如下步驟完成:2NH4++302-2N02_+2H20。實(shí)現(xiàn)C0D的進(jìn)一步 去除和短程硝化,使出水指標(biāo)達(dá)到NH4+-N/N02_-N約為1:1;
[0018] 3)將所述步驟2)的出水進(jìn)水進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器中,水力停留時(shí)間為20-28h, 反應(yīng)溫度為31~32°C。,在厭氧反應(yīng)器中,產(chǎn)甲烷菌利用污水中有機(jī)物產(chǎn)生生物質(zhì)能源甲 烷,產(chǎn)甲烷菌并沒有去除污水中氨氮的能力,加之所述產(chǎn)甲烷菌對(duì)含氮有機(jī)物的代謝,溶解 氧DO7.Omg/L以上,溶解氧體現(xiàn)在對(duì)電能的消耗上,使出水中ΝΗ4+-Ν/Ν0:Γ-Ν約為1:1;厭氧 氨氧化菌以ΝΗ/-Ν為電子供體,N(V_N為電子受體進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)生成Ν2,氨氧化過程 中產(chǎn)生ATP形式的能量以乙酰輔酶A的形式固定C02合成自身所需的有機(jī)物。厭氧氨氧化通 過如下反應(yīng)完成:NH4++N〇24N2+2H2O。實(shí)現(xiàn)氛氣和亞硝酸氣的同步去除,達(dá)到總氣的尚效去 除。
[0019] 為進(jìn)一步說明本發(fā)明,下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝 進(jìn)行詳細(xì)的描述,但不能將它理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0020] 實(shí)施例
[0021] 污水取自北京昌平區(qū)馬坊村農(nóng)科院畜牧基地養(yǎng)豬場(chǎng),處理水量設(shè)計(jì)為Q=12L/d, 所述養(yǎng)豬場(chǎng)生豬年出欄量為400頭;所述污水中化學(xué)需氧量(COD)含量為9000~10000mg/L, 氨氮含量(NH4+-N)為500~1500mg/L,亞氮含量(N〇2--N)為0mg/L,硝態(tài)氮含量(N〇3--N)為 〇mg/L,根據(jù)以下步驟進(jìn)行污水處理:
[0022]步驟一:用模擬廢水啟動(dòng)三個(gè)反應(yīng)器,逐步提高進(jìn)水負(fù)荷進(jìn)行馴化;
[0023]步驟二:用養(yǎng)豬場(chǎng)污水對(duì)三個(gè)反應(yīng)器馴化,實(shí)現(xiàn)三個(gè)反應(yīng)器的連接;
[0024]步驟三:養(yǎng)豬場(chǎng)污水先在厭氧反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧消化,厭氧消化UASB反應(yīng)器徑高 比為1 /12,總?cè)莘e16L,有效容積13.3L,水力停留時(shí)間20-28h,水浴夾套溫度為31~32°C。 [0025] 步驟四:收集厭氧消化產(chǎn)生的沼氣,出水的C0D〈600mg/L,NH4+-N=500-1500mg/L。
[0026] 步驟五:出水進(jìn)入續(xù)批式好氧短程硝化反應(yīng)器,好氧反應(yīng)器徑高比為3/10,總?cè)莘e 14.8L,有效容積12.5L,水力停留時(shí)間為20-25h,溶解氧D0維持在7.Omg/1以上,運(yùn)行周期T = 8h,進(jìn)水130分鐘,曝氣448分鐘,沉降30分鐘,排水90秒,每個(gè)周期排水4L;將出水中氨氮 的一半轉(zhuǎn)變成亞氮,發(fā)生如下反應(yīng):2NH4++302-2N02-+2H20,實(shí)現(xiàn)出水中NH4+-N=N02--N= 250-750mg/L,出水中殘留C0D〈200mg/L,NO3-_N〈5mg/L。
[0027] 步驟六:續(xù)批式好氧短程硝化反應(yīng)器出水進(jìn)入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器進(jìn)行厭氧氨氧化 反應(yīng),厭氧氨氧化反應(yīng)器避光處理,徑高比為1/12,總?cè)莘e16L,有效容積13.3L,水力停留時(shí) 間為20-28h,水浴夾套溫度為31~32°C,反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng):NH4++N02_-N2+2H20。
[0028] 表1污水原水質(zhì)和處理后出水水質(zhì)指標(biāo)
[0029]
[0030] 厭氧消化平均產(chǎn)甲烷量為328.93L/kg·⑶D,最高為344.73L/kg·C0D,分別達(dá)到 理論值的94%、98.5%。
[0031]由表1可以看出,通過本發(fā)明提供的處理工藝,高濃度高氨氮的養(yǎng)豬廠污水處理后 的出水,達(dá)到國(guó)家環(huán)境保護(hù)部制訂的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18596-2001 )》的排放 標(biāo)準(zhǔn),并且可以回收大量的生物質(zhì)能源一一甲烷,實(shí)現(xiàn)了污水處理和資源化利用的耦合。
[0032]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝,包括以下步驟: (1) 將養(yǎng)豬場(chǎng)污水進(jìn)行厭氧消化處理; (2) 將所述步驟(1)的出水作為進(jìn)水進(jìn)行續(xù)批式好氧短程硝化處理; (3) 所述步驟(2)的出水作為進(jìn)水進(jìn)行厭氧氨氧化處理。2. 權(quán)利要求1所述的養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝,其特征在于,所述的厭氧消化處理,水力停 留時(shí)間為20_28h,溫度為31~32°C。3. 權(quán)利要求1所述的養(yǎng)豬廠污水處理工藝,其特征在于,所述的續(xù)批式好氧短程硝化處 理,水力停留時(shí)間為20-25h,處溫度為常溫,溶解氧為7.Omg/L以上,運(yùn)行周期T= 8小時(shí)。4. 權(quán)利要求1所述的養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝,其特征在于,所述的厭氧氨氧化處理,水力 停留時(shí)間為20-28h,溫度為31~32°C。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝,該工藝為“厭氧消化反應(yīng)+續(xù)批式好氧短程硝化反應(yīng)+厭氧氨氧化反應(yīng)”組合工藝,三個(gè)反應(yīng)器均為上流式運(yùn)行工藝。工藝包括:1)厭氧消化工藝,養(yǎng)豬場(chǎng)高濃度有機(jī)物、高氨氮含量污水先經(jīng)過厭氧消化反應(yīng),水力停留時(shí)間20-28小時(shí),溫度維持在31~32攝氏度。2)續(xù)批式好氧短程硝化工藝,以工藝1)的出水作為進(jìn)水,水力停留時(shí)間20-25小時(shí),充分曝氣,溶解氧控制在7.0mg/L以上。3)厭氧氨氧化工藝,以工藝2)的出水作為進(jìn)水,水力停留時(shí)間20-28小時(shí),在厭氧條件下,實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)。該工藝將廢水處理與資源化利用相耦合,無(wú)需外加碳源;所需能耗低;資源回收率高;剩余污泥產(chǎn)量低;具有較高的脫氮能力。
【IPC分類】C02F9/14
【公開號(hào)】CN105461169
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510919964
【發(fā)明人】劉志培, 杜偉麗, 苗莉莉, 劉纓, 黃強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院微生物研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日