CN105110567A

CN105110567A - 一种南方规模化养猪废水深度处理的工艺

Info

Publication number: CN105110567A
Application number: CN201510588006.XA
Authority: CN
Inventors: 杜诚; 柯日华
Original assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Current assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2015-12-02

Abstract

本发明涉及一种适宜南方规模化养猪废水深度处理的工艺，属于废水处理技术领域；该工艺为：养殖废水先进入调节池Ⅰ，预处理废水经固液分离机分离(废渣可农业利用)，分离液进入沼气池经7天以上厌氧发酵，沼液进入调节池Ⅱ，经1天沉淀（上浮）与复氧后进入生物填料氧化池，停留时间2天后进入生态氧化塘，氧化塘内设置人工水草，处理20天后，经水泵提升进入垂直流人工湿地，湿地采用PVC管框架式布水，表面种植美人蕉。该工艺的优点在于处理废水高效，运行费用低，维护简单。

Description

一种南方规模化养猪废水深度处理的工艺

技术领域

本发明涉及一种废水处理工艺，具体涉及一种适宜南方规模化养猪废水深度处理的工艺，属于废水处理技术领域。

背景技术

我国南方尤其是两广地区规模化养猪场集约化水平不断提高，养猪废水对环境的影响也日趋严重。以广东省粤西地区为例，按照环保部的减排要求，全国推广干清粪模式减排，但由于我国南北地区气候差异，南方年均气温高、湿度大，而北方气温低、气候干燥，北方广泛采用的干清粪（垫料）模式，在南方地区却很难实现。当前粤西地区养猪业基本仍然采用传统的水冲粪养殖方式，加之集约化养殖水平较高、养殖量大，导致养殖废水产生量惊人。另外，由于我国目前养殖废水标排放标准较高（COD和氨氮排放标准分别是400mg/L和80mg/L，《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）），即使各养殖企业都能达标排放，尾水排放对受纳水体水质影响依然较大。

目前，我国养猪废水处理规模化养猪废水处理模式主要有两种：综合利用模式和工业化处理模式。综合利用模式又可分为还田模式与自然处理模式：还田模式粪便废水还田作肥料是一种传统的、经济有效的处置方法，可以实现养分循环利用，但需大量土地与养殖场配套、存在传播畜禽疾病和人畜共患病的危险、面源污染及重金属、抗生素沉积对土壤的危害等问题；自然处理模式以单纯氧化塘和人工湿地为主，存在占地量大、处理效率低等问题，小型养殖企业多采用综合利用模式。工业化处理模式以处理高效、出水稳定，已成为大型养殖场主要的废水处理方式：N.Bernet等利用ASBR(anaerobic-SBR)工艺(2000)处理养猪废水发现NO_x-N去除率与回流比成反比，进水时反硝化、曝气时氨氮吹脱会提高其去除率，总有机碳和总凯氏氮去除率分别为81%～91%，85%～91%；夏威夷大学开发的固液分离+厌氧+好氧+石滤工艺处理养猪废水时发现曝气方式对处理效果影响较大(P.Y.Yangetal.1999)；氨结晶+厌氧+好氧+石灰石处理工艺(P.Y.Yangetal.2003)在HRT=30h,曝气/非曝气时间比为1时处理养猪废水，结果表明:TP，COD，TN去处分别为98%，93.5%，95.1%。大型养殖企业一般采用工业化处理模式，但由于工业化废水处理设施建设成本较高，且需专业人员维护与管理，所以一些企业为减少费用支出，废水处理工程常常达不到设计要求或干脆闲置。

人工湿地——即利用基质、植物和微生物三者之间的物理、化学和生物三重协同作用——通过过滤、吸附、离子交换、植物吸收和微生物降解等作用实现对污水的净化（王世和，2007）。通过构建人工湿地来进行水质净化开始于20世纪中，1996年9月在奥地利维也纳召开的第4届国际研讨会标志着人工湿地***作为一种独特新型废水处理技术正式进入水污染控制领域（Brix，1986；U.S.EPA，2000）。自此，人工湿地的运用越发广泛，其中欧洲及美国较多采用人工湿地处理畜禽养殖废水，美国自然资源保护服务组织编制了养殖废水处理指南，建议人工湿地B0D₅负荷为73kg/hm².d，HRT至少12d。在新西兰，日本，澳大利亚以及一些非洲国家，人工湿地处理技术也得到了广泛的应用（杨琼等，2002）。

发明内容

本发明的目的是提供一种适宜南方规模化养猪废水深度处理的工艺，该废水深度处理工艺投资少、运行费用低、处理高效、自动化程度高。

为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案如下：

一种南方规模化养猪废水深度处理的工艺，包括如下步骤：

（1）废水预处理：猪***物及冲洗水养殖废水经收集管网集中于调节池Ⅰ形成料液，在池边设置固液分离机，料液经分离机处理后分为固态的粪便残渣料及分离液；

（2）沼液沉淀：分离液进入沼气池，经过7天以上厌氧发酵，形成沼气和沼液，沼液进入调节池Ⅱ，经1-3天沉淀后，形成浮渣与污泥，浮渣上浮污泥下沉，沼液进入生物填料氧化池；

（3）沼液处理：生物填料氧化池中的沼液，利用活性污泥法进行2-4天的处理，底部曝气；

（4）净化水质：生物填料氧化池出来的水进入仿生态氧化塘，塘内设置人工水草-藻-菌所构成的生态***进一步转化吸收，处理时间20-30天；

（5）深度净化：仿生态氧化塘出来的水经泵提升至垂直潜流人工湿地，湿地采用PVC管框架式布水模式，湿地植物采用适宜南方种植的美人蕉，湿地出水可直接排放，水力停留时间HRT2-10天。

步骤（2）所产生的沼气可用于发电、保育、自用或供周边农户家庭日用。

步骤（3）所述生物填料氧化池的生物填料为黑色聚乙烯遮光网，按照悬挂、下沉等形式布设于池中；曝气装置设于底部，曝气量根据实际需要进行调节，一般维持溶解氧浓度为2~4mg/L。

步骤（4）所述人工水草为聚乙烯遮光网，按照悬挂、下沉等形式悬浮于塘内，用于藻-菌共生的附着基。

本发明的工作原理为：

本发明的养殖废水经收集后，由管道自流输送到步骤（1）所述的调节池Ⅰ，预处理料液经固液分离机进行分离处理后，残渣含水率不高于50%，TSS、COD、BOD去除率分别不低于80%、60%、60%；同时使分离后的料液更加匀质，利于后续处理，从***整体上提高处理效率。

在沼气池中，料液在厌氧微生物的分解作用下，将大分子有机质分解转化为小分子，厌氧细菌分解有机物，产生沼气。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为分解菌和甲烷菌：分解菌将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO₂）；甲烷菌则把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。有机氮被转化为NH₄ ⁺-N；绝大部分有机磷则被聚磷菌吸收并以磷酸根形式释放到料液中，磷酸根再与Ca²⁺、Mg²⁺离子结合最终形成磷酸盐沉淀于污泥中；有机质中的硫则被微生物转化为H₂S气体随着沼气排出。

沼液排出后进入调节池Ⅱ，在池中可形成浮渣与污泥，可减少进入生物填料氧化池的TSS，同时可自然复氧。调节池Ⅱ出水进入生物填料氧化池后，经活性污泥处理可将NH₄ ⁺-N氧化为NO₃ ^—-N和NO₂ ^—-N，而NH₄ ⁺-N与NH₄ ⁺-N可直接发生短程硝化反应，将N以N₂或N₂O形式释放。生物填料氧化池出水进入仿生态氧化塘，污水中污染物质在塘内的人工水草-藻-菌所构成的生态***所进一步转化吸收，从而达到净化水质的目的。

仿生态氧化塘出水经提升泵抽到人工湿地，并经框架式布水管均匀布水，污水由湿地表面垂直向下流动，形成表层好氧、中层兼性、底层缺氧的处理体系。人工湿地利用人工介质、植物、微生物所组成的生态***，进行物理、化学、生物三重协同净化，物理沉淀（过滤）通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用，使可沉降及可絮凝固体被阻截而去除；化学微生物代谢则利用寄生于植物上的细菌代谢作用将悬浮物、胶体、可溶性固体分解成无机物，同时通过生物硝化-反硝化作用去除氮，将N以N₂或N₂O形式释放。部分微量元素被微生物、植物利用氧化并经阻截或结合而被去除，细菌和病毒处于不适宜环境中会引起自然衰败及死亡，植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有灭活作用。相当数量的氮和磷能被植物吸收而去除，多年生植物，每年收割一次，可将氮、磷移出人工湿地***。

本发明的有益效果是：

1.本发明工艺简单、适用性好，可完全满足南方地区规划化养猪场的废水处理要求；

2.处理效率高，经工艺***处理后出水水质远低于排放标准，达到深度处理要求；

3.投资成本较低，工艺***以土工建设费用为主，匆需大型、昂贵设备；

4.运营与管理费用低，运行过程中仅固液分离机、曝气泵及湿地布水泵需耗电外，无其它运营费用；管理简单，匆需专人管理，如增高自动控制***，可实现定时对固液分离机与水泵的控制，管理成本更低；

5.工艺技术可靠性高，***稳定且使用寿命长。

附图说明

图1养殖废水处理工艺示意图；

图2养殖废水处理工艺流程示意图；

其中1、集污管，2、调节池Ⅰ，3、固液分离机，4、废渣，5、沼气池，6、调节池Ⅱ，7、曝气管，8、气泵，9、生物填料，10、生物填料氧化池，13、湿地布水管，14、湿地植物，16、出水溢流口；

图3养殖废水处理工艺剖面图；

其中1、集污管，2、调节池Ⅰ，3、固液分离机，4、废渣，5、沼气池，6、调节池Ⅱ，7、曝气管，9、生物填料，10、生物填料氧化池，11、仿生态氧化塘，12、人工水草，13、湿地布水管，14、湿地植物，15、湿地基质，16、出水溢流口，17、湿地集水管。

具体实施方式

下面通过实例对本发明做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

（1）废水预处理：猪***物及冲洗水等养殖废水经收集管网集中于调节池Ⅰ，在池边设置固液分离机，料液经分离机处理后分为固态的粪便残渣料及料液；

（2）沼液沉淀：料液进入沼气池，经过7天厌氧发酵，形成沼气和沼液，沼液进入调节池Ⅱ，经1天沉淀后，形成浮渣与污泥，浮渣上浮污泥下沉，沼液进入生物填料氧化池；

（3）沼液处理：生物填料氧化池中的沼液，利用活性污泥法进行2天的处理，底部曝气，维持溶解氧浓度为2mg/L；

（4）净化水质：生物填料氧化池出水进入仿生态氧化塘，塘内设置人工水草-藻-菌所构成的生态***进一步转化吸收，处理时间20天；

（5）深度净化：仿生态氧化塘出水经泵提升至垂直潜流人工湿地，湿地采用PVC管框架式布水模式，湿地植物采用适宜南方种植的美人蕉，按30×30mm间距种植，湿地出水可直接排放，HRT2天。

实施例2

（2）沼液沉淀：料液进入沼气池，经过12天厌氧发酵，形成沼气和沼液，沼液进入调节池Ⅱ，经5天沉淀后，形成浮渣与污泥，浮渣上浮污泥下沉，沼液进入生物填料氧化池；

（3）沼液处理：生物填料氧化池中的沼液，利用活性污泥法进行10天的处理，底部曝气，维持溶解氧浓度为4mg/L；

（4）净化水质：生物填料氧化池出水进入仿生态氧化塘，塘内设置人工水草-藻-菌所构成的生态***进一步转化吸收，处理时间不少于30天；

（5）深度净化：仿生态氧化塘出水经泵提升至垂直潜流人工湿地，湿地采用PVC管框架式布水模式，湿地植物采用适宜南方种植的美人蕉，按30×30mm间距种植，湿地出水可直接排放，HRT8天。

实施例3

（2）沼液沉淀：料液进入沼气池，经过10天厌氧发酵，形成沼气和沼液，沼液进入调节池Ⅱ，经3天沉淀后，形成浮渣与污泥，浮渣上浮污泥下沉，沼液进入生物填料氧化池；

（3）沼液处理：生物填料氧化池中的沼液，利用活性污泥法进行5天的处理，底部曝气，维持溶解氧浓度为3mg/L；

（4）净化水质：生物填料氧化池出水进入仿生态氧化塘，塘内设置人工水草-藻-菌所构成的生态***进一步转化吸收，处理时间不少于25天；

（5）深度净化：仿生态氧化塘出水经泵提升至垂直潜流人工湿地，湿地采用PVC管框架式布水模式，湿地植物采用适宜南方种植的美人蕉，按30×30mm间距种植，湿地出水可直接排放，HRT5天。

实施例4

广东某集约化养猪场总占地面积100亩，猪场年存栏量5000头，日废水产生量不超过300吨。

工程建设内容包括:

1.调节池Ⅰ，圆柱形，直径5m，深6m；

2.购置商用固液分离机，残渣生产能力约1吨/小时；

3.构建沼气池6个，每个400m3；

4.调节池Ⅱ，L×B×H＝40.0m×3.0m×3.2m，有效水深3.0m，HRT1d。

5.生物填料氧化池，4个L×B×H＝20.0m×2.5m×3.2m的小池曝气氧化池相互串联，内设生物填料；

6.仿生态氧化塘：总面积4000m2的仿生态氧化塘处理***，平均水深不小于2m，内设人工水草；

7.人工湿地，L×B×H＝53.0m×30m×1m，选用粒径10-25mm砾石为基质，湿地以底部增设防渗处理，基质深度不大于80mm，底部设PVC集水管，湿地表面以PVC管布设框架式布水管，按30×30mm间距种植美人蕉。

表1工艺***各处理单元进、出水水质一览表（单位：mg/L，PH除外）

项目

COD_cr

BOD₅

SS

NH₄ ⁺-N

TP

PH

预处理池进水

≥20000

≥8000

≥10000

≥800

-

6-9

预处理池出水（沼气池进水）

≤8000

≤4000

≤2000

≤800

-

6-9

沼气池出水（沉淀池进水）

≤1500

≤800

≤1200

≤600

≤80

6-9

沉淀池出水（曝气池进水）

≤1000

≤600

≤1000

≤500

≤70

6-9

曝气池出水（氧化塘进水）

≤300

≤100

≤300

≤100

≤40

6-9

氧化塘出水（湿地进水）

≤150

≤100

≤50

≤40

≤20

6-9

湿地出水

≤80

≤50

≤20

≤8

6-9

Claims

1.一种南方规模化养猪废水深度处理的工艺，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述一种南方规模化养猪废水深度处理的工艺，其特征在于：步骤（2）所产生的沼气可用于发电、保育、自用或供周边农户家庭日用。

3.根据权利要求1所述一种南方规模化养猪废水深度处理的工艺，其特征在于：步骤（3）所述生物填料氧化池的生物填料为黑色聚乙烯遮光网，按照悬挂、下沉形式布设于池中；曝气装置设于底部，曝气量根据实际需要进行调节，维持溶解氧浓度为2~4mg/L。

4.根据权利要求1所述一种南方规模化养猪废水深度处理的工艺，其特征在于：步骤（4）所述人工水草为聚乙烯遮光网，按照悬挂、下沉形式悬浮于塘内，用于藻-菌共生的附着基。