CN109879540A

CN109879540A - 一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置及其方法

Info

Publication number: CN109879540A
Application number: CN201910207928.XA
Authority: CN
Inventors: 王德汉; 罗子锋; 曾维深; 杨洁
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2019-06-14

Abstract

本发明属于养猪业废水处理领域，公开了一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置及其方法。本发明以超声碱解联合处理猪粪作为新型猪粪碳源，并应用其提高生物脱氮效果。具体步骤是：将猪粪(TS＝8％)泵入超声碱解处理池内，在声能密度1000W·L^‑1，超声时间40min，pH＝11进行超声碱解处理，SCOD浓度提高了1.86倍；然后将1.78％添加量的猪粪碳源再泵入SBR生化处理池中，反硝化率达到124.16％，TN去除率为72.29％，显著提高了生物脱氮效果。说明添加猪粪碳源能显著提高厌氧消化液生化处理的反硝化作用，脱氮效果明显，实现废物资源化利用，是一种简单有效的生物脱氮新工艺。

Description

一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置及其方法

技术领域

本发明属于养猪业废水处理领域，具体涉及一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置及其方法。

背景技术

猪场废水是一种含有高浓度N、P的有机废水，若直接排放自然水体会导致水体富营养化，危害水环境生态***，同时对人体健康也会造成严重威胁；目前，国内外普遍采用沼气厌氧消化进行处理，以降低有机污染并产生沼气进行发电，但通过厌氧消化处理仍无法去除NH₃-N，反而厌氧消化出水NH₃-N浓度变得更高；由于在中国华南地区土地资源紧缺，无条件建造大量消纳沼液的自然处理***，因此还需进一步采用好氧工艺处理厌氧消化液。传统上好氧工艺处理常采用工艺流程简单、操作方便的序批式活性污泥法(SBR)。但由于大部分可生化降解COD在厌氧消化过程被去除，造成厌氧消化出水COD/TN低，可生化性差；在SBR反硝化过程中，缺乏易降解碳源作为电子供体，最终导致SBR脱氮效率低，出水TN偏高。

针对厌氧消化液缺乏碳源，脱氮效果差的问题，很多研究者都采取直接添加碳源以提高COD/TN，改善反硝化效果。通常碳源来源有两种，一是直接添加商品碳源，如葡萄糖、甲醇、乙酸和乙酸钠等，虽然脱氮效果好，但这些商品碳源价格昂贵，成本高，限制了其应用；二是添加经废物制备的碳源，如污泥水解液、餐厨垃圾水解酸化液及30％未消化的猪场废水等，虽然脱氮性能得到显著提高，但这些碳源来源有限、在运输调度方面对猪场废水处理来说存在诸多不便；同时，添加30％未消化猪场废水，带入NH₃-N量大，曝气量增大及土建投资也会增大，运行成本高。因此，结合猪场实际情况，寻找一种能够就地取材、经济有效且添加量少的碳源对猪场废水生化脱氮具有重要意义。

超声波与碱处理技术都能有效破解污泥絮体结构及微生物细胞壁，释放胞内物质，促进溶解性物质的释放。相关研究表明两种技术联合处理，SCOD溶出效果更佳；但目前，超声及碱解预处理主要集中在废活性污泥处理上，以促进厌氧消化产沼气；但以超声碱解预处理的猪粪作为内部碳源，提高传统猪场废水生物脱氮效果，在国内外研究中未见相关报道；同时，Elbeshbishy et al.(论文：Impact of ultrasonication of hog manure onanaerobic digestability)研究发现猪粪比WAS更适合超声处理，同等能量下，SCOD释放效果更佳；含更多SCOD的碳源对后续生化处理更有利，表明添加超声碱解猪粪作为内部碳源用以提高猪场废水生物脱氮效果更具有可行性。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述装置进行利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的方法；该方法利用超声波碱解处理猪粪以制备高浓度SCOD的猪粪碳源，并通过添加猪粪碳源作为新型内部碳源以提高厌氧消化液的脱氮效果，降低猪场废水处理工艺成本、为猪场废水生物脱氮工艺应用提供一种经济可行的低成本创新工艺。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置，该装置包括超声碱解处理池、渗滤池和SBR生化处理池；

所述超声碱解处理池包括超声碱解处理池体和超声装置，所述超声装置设置在超声碱解处理池体的上方；所述超声碱解处理池体的底部设置有第一搅拌器；所述超声碱解处理池体侧面的上方设置有第一进水管，超声碱解处理池体侧面的下方设置有第一排水管；

所述渗滤池包括渗滤池体，所述渗滤池体的中部设置有过滤器；所述渗滤池体侧面的上方设置有第二进水管，渗滤池体侧面的下方设置有第二排水管；

所述SBR生化处理池包括SBR生化池体；所述SBR生化池体内设置有第二搅拌器和滗水器，第二搅拌器下方设置有微孔曝气管道；所述SBR生化池体的顶部设置有第三进水管，SBR生化池体侧面的上方设置有第四进水管和出水管道，SBR生化池体侧面的下方设置有排泥管，排泥管连接有排泥泵；

超声碱解处理池的第一排水管和渗滤池的第二进水管以管道相连，管道上设置第一排水泵；渗滤池的第二排水管和SBR生化处理池的第三进水管以管道相连，管道上设置第二排水泵。

所述微孔曝气管道连有鼓风机。

一种使用上述的装置进行利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的方法，包括超声碱解处理制备猪粪碳源及后续SBR生化处理脱氮效果，具体包括以下操作步骤：

(1)将物料浓度为8％的猪粪从第一进水管泵入超声碱解处理池中，在搅拌状态下通过超声装置及人工投加碱液对猪粪进行超声碱解联合处理；

(2)将步骤(1)所得的超声碱解处理后的混合液从第二进水管泵入渗滤池中，通过过滤器进行过滤，滤液作为猪粪碳源，滤渣则干化后人工铲出；

(3)将步骤(2)所得的猪粪碳源从第三进水管泵入SBR生化处理池中作为内部碳源，厌氧消化液从第四进水管泵入SBR生化处理池中，通过微孔曝气管道进行曝气，利用第二搅拌器进行搅拌，出水由出水管道排出，污泥由排泥管排出。

步骤(1)所述碱液为NaOH和水以1:5混合而成的氢氧化钠溶液。

步骤(1)所述超声碱解联合处理采用以下条件：超声声能密度为1000W·L^-1，超声时间为40min，pH＝11。

步骤(3)所述SBR生化处理池中，运行周期为曝气16h，搅拌6h，然后通过静置、排水及进水共2h，24h一个周期，水力停留时间为3d；所述猪粪碳源的添加量为SBR生化处理池总进水体积的1.78％，添加时段是在曝气阶段停止后。

步骤(3)所述SBR生化处理池运行41d后，达标即可排放。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)通过超声碱解处理猪粪，超声波与碱联合处理加快了猪粪絮体结构及细胞壁破解进程，SCOD释放效果明显，制成的猪粪碳源是一种含有高浓度SCOD的内部碳源。

(2)实际工程中制备猪粪碳源时，猪粪可就地取材，且沼气发电能为超声等设备提供电力，运行成本低，能够达到废物资源化循环再利用。

(3)通过添加制备的新型内部碳源，猪场废水的生化处理脱氮效率高，与纯化学碳源效果相当，降低成本的同时又达到了解决猪场废水脱氮难题的效果。

附图说明

图1为添加碳源前后SBR中的氮素变化，其中，a为NH₃-N，b为NO₂-N，c为NO₃-N，d为TN。

图2为一种新型猪场废水内部碳源的制备工艺及其应用流程图，其中A为超声碱解处理池，B为渗滤池，C为SBR生化处理池。

图3为超声碱解处理池示意图，其中1为超声碱解处理池体，2为超声装置，3为第一排水泵，4为第一排水管，5为第一搅拌器，6为第一进水管。

图4为渗滤池示意图，其中7为渗滤池体，8为过滤器，9为第二排水泵，10为第二排水管，11为第二进水管。

图5为SBR生化处理池示意图，其中12为SBR生化处理池体，13为第四进水管，14为微孔曝气管道，15为鼓风机，16为第二搅拌器，17为滗水器，18为出水管道，19为排泥泵，20为排泥管，21-第三进水管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置，该装置包括超声碱解处理池A、渗滤池B和SBR生化处理池C；

所述超声碱解处理池A包括超声碱解处理池体1和超声装置2，所述超声装置2设置在超声碱解处理池体1的上方；所述超声碱解处理池体1的底部设置有第一搅拌器5；所述超声碱解处理池体1侧面的上方设置有第一进水管6，超声碱解处理池体侧面的下方设置有第一排水管4；

所述渗滤池B包括渗滤池体7，所述渗滤池体7的中部设置有过滤器8；所述渗滤池体7侧面的上方设置有第二进水管11，渗滤池体侧面的下方设置有第二排水管10；

所述SBR生化处理池C包括SBR生化池体12；所述SBR生化池体12内设置有第二搅拌器16和滗水器17，第二搅拌器16下方设置有微孔曝气管道14；所述SBR生化池体23的顶部设置有第三进水管21，SBR生化池体12侧面的上方设置有第四进水管13和出水管道18，SBR生化池体12侧面的下方设置有排泥管20，排泥管20连接有排泥泵19；

超声碱解处理池A的第一排水管4和渗滤池的第二进水管11以管道相连，管道上设置第一排水泵3；渗滤池的第二排水管10和SBR生化处理池的第三进水管21以管道相连，管道上设置第二排水泵9。

所述微孔曝气管道14连有鼓风机15。

实施例2：

本实验室采用实施例1所述的装置，对养猪场废水处理的新型猪粪碳源制备及其应用进行模拟。

1、将TS＝8％(即为物料浓度为8％)的猪粪从第一进水管泵入超声碱解处理池中，使用第一搅拌器将猪粪混合均匀，再开启超声装置，超声装置采用LW92-III型超声波细胞粉碎仪(中国，上海)，频率为20～25KHz，最大功率为1000W，变幅杆直径为12mm，超声波脉冲设置为3秒开，3秒关闭。为了控制超声过程中猪粪温度升高，使用冷却水浴，实验期间污泥的温度不超过30℃。超声时应将变幅杆放至液下10mm～20mm，并通过滴加20％NaOH以调节反应体系中的pH。设置声能密度为1000W·L^-1，超声时间为40min，pH＝11。将所得的超声碱解处理后的混合液从第二进水管泵入渗滤池中，通过过滤器进行过滤，滤液作为猪粪碳源，滤渣则干化后人工铲出；

2、将4.5L的厌氧消化出水通入SBR生化处理池中，厌氧消化液的理化性质见表1。将上述所得猪粪碳源从第三进水管泵入SBR生化处理池中作为内部碳源。SBR的运行方式为：前期22d为不添加碳源模式，后期19d为添加碳源模式；运行周期为曝气16h，搅拌6h，静置/排水/进水2h，24h一个周期，水力停留时间为3d，利用蠕动泵控制进水，曝气阶段控制水体DO在1-2mg·L^-1，3天排泥一次。猪粪碳源的添加量为1.78％，在曝气阶段停止后利用蠕动泵加入SBR反应器中。

3、SBR在连续运行41d后，反应器中NH₃-N、NO₂-N、NO₃-N及TN在添加猪粪碳源前后的变化情况如图1所示。在添加猪粪碳源后，反应器的出水TN为40.11mg·L^-1，TN去除率从未添加碳源的不足10％提高到了72.29％；反硝化率达到124.16％，而未添加碳源时平均只有37.09％，添加猪粪碳源要未添加高出87.07个点；反硝化作用很充分，脱氮效果明显，且相对减少了基建及运行成本。同时，添加猪粪碳源的最终出水COD为297.35mg·L^-1，出水NH₃-N为34.74mg·L^-1，出水TP为1.14mg·L^-1，均达到了《禽畜养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)排放标准要求(COD 400mg·L^-1、NH₃-N 80mg·L^-1、TP 8mg·L^-1)。

表1厌氧消化液水质参数

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置，其特征在于：该装置包括超声碱解处理池、渗滤池和SBR生化处理池；

2.根据权利要求1所述的一种利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的装置，其特征在于：所述微孔曝气管道连有鼓风机。

3.一种使用权利要求1所述的装置进行利用猪场废水内部碳源提高生物脱氮效果的方法，其特征在于包括超声碱解处理制备猪粪碳源及后续SBR生化处理脱氮效果，具体包括以下操作步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述碱液为NaOH和水以1:5混合而成的氢氧化钠溶液。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述超声碱解联合处理采用以下条件：超声声能密度为1000W·L^-1，超声时间为40min，pH＝11。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(3)所述SBR生化处理池中，运行周期为曝气16h，搅拌6h，然后通过静置、排水及进水共2h，24h一个周期，水力停留时间为3d；所述猪粪碳源的添加量为SBR生化处理池总进水体积的1.78％，添加时段是在曝气阶段停止后。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(3)所述SBR生化处理池运行41d后，达标即可排放。