一種養(yǎng)豬場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)豬場高濃度有機物、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] 我國是世界養(yǎng)豬第一大國，世界上1/2的存欄豬在中國飼養(yǎng)。中國人口眾多，豬肉 消耗量大。生豬養(yǎng)殖在我國是一個支柱產(chǎn)業(yè)，生豬的產(chǎn)值達到1萬個億，占了農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的 11.6%。2011年，中國生豬平均存欄量4.68億頭(其中年底母豬存欄量4929萬頭），總出欄量 6.62億頭，出欄率141 %。豬肉產(chǎn)量達5053.1萬t，占肉類總產(chǎn)量的85.9%。養(yǎng)豬場迅速發(fā)展 的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境污染問題。污水中化學(xué)耗氧量（ChemicalOxygenDemand， ⑶D)的排放量可高達20000mg/L或以上，嚴重超出《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染排放標準（0818596_ 2001)》;并存有大量的NH3、H2S、糞臭素、CH4、C02等有害氣體。
[0003] 2014年報道年出欄約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 %為有機物，易分解性有機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，實現(xiàn)豬糞的能源化轉(zhuǎn)變，這不僅能減輕豬糞對環(huán)境帶來的壓力，同時也會 有效緩解中國對于能源的需求。
[0004] 高豬尿中含有高濃度的氨氮，豬對飼料中氮的吸收率很低，大量的氮隨糞便被排 除體外，據(jù)試驗資料分析，每頭豬每年大約排泄9.53kg氮。隨著水體富營養(yǎng)化問題的日益嚴 重以及廢水中氮排放標準的日益嚴格，如何經(jīng)濟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養(yǎng)豬場污水中高濃度有機物的厭氧消化處理，但對污水中的 氨氮得不到很好的去除而給環(huán)境帶來非常大的影響。在我國碳源匱乏，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，額外提供有機物將硝 態(tài)氮轉(zhuǎn)變成氮氣，這也會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)在去除有機物的 同時產(chǎn)生生物質(zhì)能源甲烷，實現(xiàn)有機物去除和生物質(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行組合來去除污水中高濃度的氨氮。本發(fā)明提供的養(yǎng)豬場污水 處理工藝耗氧量降低67%，不需額外提供有機碳源。
[0007] 本發(fā)明提供了一種養(yǎng)豬場污水處理工藝，包括以下步驟：
[0008] 1)厭氧消化工藝，養(yǎng)豬場高有機物、高氨氮含量污水進入?yún)捬醴磻?yīng)器，水力停留時 間20-28小時，溫度維持在31~32攝氏度，進行厭氧消化處理，得到帶有厭氧顆粒污泥的出 水;實現(xiàn)90%或以上的有機負荷(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 進水，水力停留時間20-25小時，充分曝氣，溶解氧控制在7.Omg/L以上，實現(xiàn)有機負荷(C0D) 的進一步去除，并將進水中一半的氨氮轉(zhuǎn)化成亞氮，使出水指標達到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)器的進水，水力停留時 間20-28小時，在厭氧條件下，污水中的氮素得到高效去除。
[0011] 實驗結(jié)果表明：養(yǎng)豬場污水(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，出水指標符合《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染排放標 準（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)豬場污水處理工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 本發(fā)明實施例中，所述養(yǎng)豬場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)豬場污水，所述養(yǎng)豬場生豬年出欄量為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、馴化三個反應(yīng)器，再用養(yǎng)豬場污水進 行馴化。
[0015] 本發(fā)明提供了一種高濃度高氨氮養(yǎng)豬場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)豬場高有機物、高氨氮含量污水進入?yún)捬醴磻?yīng)器，水力停留時 間20-28小時，溫度維持在31~32攝氏度，進行厭氧消化處理，得到帶有厭氧顆粒污泥的出 水;實現(xiàn)90%或以上的有機負荷(C0D)去除率，產(chǎn)生甲烷328.93L/kg·C0D，最高為344.73L/ kg·C0D，分別達到理論值的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)的出水作為進水進入續(xù)批式好氧短程硝化反應(yīng)器中，水力停留時 間20-25小時，充分曝氣，亞硝酸鹽氧化菌在續(xù)批式的運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。實現(xiàn)C0D的進一步 去除和短程硝化，使出水指標達到NH4+-N/N02_-N約為1:1;
[0018] 3)將所述步驟2)的出水進水進入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器中，水力停留時間為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)甲烷菌對含氮有機物的代謝，溶解 氧DO7.Omg/L以上，溶解氧體現(xiàn)在對電能的消耗上，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物。厭氧氨氧化通 過如下反應(yīng)完成:NH4++N〇24N2+2H2O。實現(xiàn)氛氣和亞硝酸氣的同步去除，達到總氣的尚效去 除。
[0019] 為進一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的一種養(yǎng)豬場污水處理工藝 進行詳細的描述，但不能將它理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0020] 實施例
[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，處理水量設(shè)計為Q=12L/d， 所述養(yǎng)豬場生豬年出欄量為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)以下步驟進行污水處理：
[0022]步驟一:用模擬廢水啟動三個反應(yīng)器，逐步提高進水負荷進行馴化；
[0023]步驟二:用養(yǎng)豬場污水對三個反應(yīng)器馴化，實現(xiàn)三個反應(yīng)器的連接；
[0024]步驟三:養(yǎng)豬場污水先在厭氧反應(yīng)器中進行厭氧消化，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，水力停留時間為20-25h，溶解氧D0維持在7.Omg/1以上，運行周期T = 8h，進水130分鐘，曝氣448分鐘，沉降30分鐘，排水90秒，每個周期排水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)器出水進入?yún)捬醢毖趸磻?yīng)器進行厭氧氨氧化 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 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
[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，達到國家環(huán)境保護部制訂的《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準(GB18596-2001 )》的排放 標準，并且可以回收大量的生物質(zhì)能源一一甲烷，實現(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)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種養(yǎng)豬場污水處理工藝，包括以下步驟： (1) 將養(yǎng)豬場污水進行厭氧消化處理； (2) 將所述步驟(1)的出水作為進水進行續(xù)批式好氧短程硝化處理； (3) 所述步驟(2)的出水作為進水進行厭氧氨氧化處理。2. 權(quán)利要求1所述的養(yǎng)豬場污水處理工藝，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，水力停留時間為20-25h，處溫度為常溫，溶解氧為7.Omg/L以上，運行周期T= 8小時。4. 權(quán)利要求1所述的養(yǎng)豬場污水處理工藝，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，三個反應(yīng)器均為上流式運行工藝。工藝包括：1)厭氧消化工藝，養(yǎng)豬場高濃度有機物、高氨氮含量污水先經(jīng)過厭氧消化反應(yīng)，水力停留時間20-28小時，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)的出水作為進水，水力停留時間20-25小時，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)的出水作為進水，水力停留時間20-28小時，在厭氧條件下，實現(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】CN105461169
【申請?zhí)枴緾N201510919964
【發(fā)明人】劉志培, 杜偉麗, 苗莉莉, 劉纓, 黃強
【申請人】中國科學(xué)院微生物研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月11日