規模化畜禽養殖場糞汙及廢水的資源化處理工藝的製作方法
2023-05-14 19:19:46 1
本發明涉及廢水處理領域，特別是涉及一種畜禽養殖場糞汙及廢水的資源化處理工藝。
背景技術：
據統計，我國規模化畜禽養殖場已達14000餘個，畜禽養殖存欄量123.6億頭(只)，畜禽養殖業產值超過1.4萬億元，佔農業產值的34%，是關係國計民生的重要產業。然而，近年來我國畜禽養殖汙染防治問題日益突出，據2010年「第一次全國汙染源普查公報」結果顯示，畜禽養殖業汙染已經成為我國農業面源汙染之首，排放的化學需氧量(COD)、總氮(TN)和總磷(TP)分別佔農業面源汙染的95.78%、37.89%和56.30%。
養殖廢水主要指養殖場範圍內產生的廢水，即衝洗畜/禽舍時的養殖場糞汙、殘餘飼料藥劑混合水以及養殖場內職工所產生的生活汙水等。養殖廢水具有懸浮物多、有機物和氨氮濃度高、臭味大而且富含某些重金屬等汙染特性，同時具有水質複雜、排放點分散、難收集處理等特點。據研究資料顯示，養殖廢水的汙染物濃度較高，其中BOD濃度高達2000-8000mg/L，COD濃度則高達5000-20000mg/L。養殖場廢水若未得到有效處理而直接排放到外界環境中，將會對環境產生嚴重汙染。
傳統的汙水處理過程「以能消能、汙染轉嫁」加劇了溫室氣體的排放，造成大量能源浪費，而能源價格的日趨攀升態勢也抬升了汙水處理成本。面對汙水這一潛在能源、資源的「聚寶盆」，亟需開發一種能夠實現「能源自給」的規模化養殖場糞汙及廢水處理工藝，最大限度的回收能源的同時，無需任何有機物質去除TN，保護現代養殖場周圍的水環境。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種規模化畜禽養殖場糞汙及廢水的減量化、穩定化、無害化處理工藝系統，通過科學合理的設計及優化，使其具備能源自給型的高效處理能力：可最大限度回收能源氣體——沼氣、可實現自養脫氮，減少廢水自有COD的浪費、可實現磷的回收，作為緩釋肥料添加劑，加入糞汙鎖上產的有機肥料中，達到創建環境友好型現代養殖業的目標。
本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的：
本發明提供一種規模化畜禽養殖場糞汙及廢水的處理工藝，包括：預處理單元、能源回收單元、脫氮除磷單元和深度處理單元順序連接而成，包括以下步驟：
（1）規模化畜禽養殖場糞汙及廢水在與處理單元進行預處理；
（2）預處理後的漿液進入能源回收單元首先在固態厭氧反應器中進行固態厭氧消化，產生能源氣體——沼氣；消化漿液則經固液分離，產生的廢水進入UASB反應器進行厭氧發酵，去除廢水中的有機物汙染物，產生的沼渣可進行有機肥的生產加工；
（3）經UASB處理的廢水進入脫氮除磷單元進行廢水的脫氮除磷處理；除磷單元產生的沉澱物以磷酸銨鎂為主，經分離純化後可作為有機肥添加劑使用；脫氮過程為自養脫氮，可節約62.5%的曝氣量，且無需任何碳源的投加，節省大量運行成本；
（4）處理後的廢水進入深度處理單元，去除其中的難以生物降解物質並進行消毒處理，最終可達到汙水的達標排放及回用標準。
所述規模化養殖場糞汙及廢水的預處理單元包括：畜禽廢水的預處理系統和畜禽糞便預處理系統及均質預處理系統三部分。
進一步的，所述畜禽廢水預處理系統可去除來水中大的沙礫及懸浮物質，分離水作為部分物料稀釋水進入勻質處理系統。
進一步的，所述畜禽糞便預處理系統主要包括物料接收及預處理系統，將物料進行封閉接受的同時將其初步稀釋。
進一步的，所述均質處理系統由多功能均質池及攪拌系統構成，保證池內漿料濃度、均勻度、溫度等滿足後續處理要求。
所述能源回收單元包括：固態厭氧反應裝置、脫水裝置、液態厭氧反應裝置及沼氣淨化系統四部分：
進一步的，所述固態厭氧反應裝置採用完全混合的中溫厭氧發酵反應器，將糞汙進行穩定化處理，同時回收能源氣體沼氣。
進一步的，所述脫水裝置採用板框脫水，完成對沼渣的固液分離，沼渣進行有機肥加工，沼液則進行進一步處理。
進一步的，所述液態厭氧反應裝置採用UASB反應器，去除廢水中可生物降解的有機汙染物。
進一步的，所述UASB反應器所產生的剩餘汙泥，可回流至固態厭氧反應器，與物料漿液進行厭氧共消化反應。進一步的，所述沼氣淨化系統主要包括沼氣的氣水分離裝置及脫硫處理裝置，淨化後的沼氣可接入供氣管網或場內鍋爐房自用。
所述脫氮除磷單元主要由除磷池和自養脫氮池順序連接而成。
進一步的，所述除磷池採用MAP化學除磷，通過向廢水中投加Mg2+去除廢水中90%的磷酸鹽和相應的NH4+，並以鳥糞的型式回收不可再生資源——磷。
進一步的，所述自養脫氮池由好養區和厭氧區順序連接而成，分別進行短程硝化和厭氧氨氧化反應，在不投任何碳源的情況下脫除總氮80%以上。
進一步的，所述自養脫氮池所產生的剩餘汙泥應作為接種汙泥源適當儲存，提高啟動後續類似工藝的速度。
所述深度處理單元由高級氧化池、混凝沉澱池、曝氣生物濾池和消毒池四部分順序連接而成。
進一步的，所述高級氧化池採用臭氧接觸氧化，一方面提高廢水的可生化性，進一步講解廢水中難降解有機物，另一方面達到脫色和除臭的目的。
進一步的，所述混凝沉澱池通過絮凝劑和助凝劑的投加去除水中微小懸浮物和膠體雜質。
進一步的，所述曝氣生物濾池是出水達標排放的保障步驟。
由上述技術方案可以看出，本發明實施方式提供的規模化養殖場畜禽糞汙及養殖廢水的處理工藝，由於採用了自養脫氮技術，氨氮及總氮的去除無需任何有機物的參與，可最大限度的回收能源氣體——沼氣，可使整個處理過程達到能源自給，大量節約了運行成本；經厭氧發酵穩定化處理的糞汙脫水後可進行有機肥加工，將糞汙變廢為寶，產生較高的經濟價值；特殊設計的MAP除磷單元可以鳥糞石型式回收不可再生資源——磷，並作為上述有機肥的添加劑加以再利用；特殊設計的深度處理單元可去除汙水中難以生物降解的部分COD，保證出水達到排放或回用標準；本發明實現了最大限度的回收能源及保護水資源的目的，真正實現了規模化養殖場糞汙及廢水的減量化、無害化和資源化。工藝性能領先於世界上先進國家同類工藝技術水平，填補了國內相關領域空白。
本發明與現有技術相比具有顯著的優點和有益效果：
本發明提供的規模化養殖場糞汙及廢水處理工藝與方法，與現有的工藝相比，具有以下有益效果：
（1）資源化效果明顯–本發明可最大程度回收能源氣體——沼氣，實現真正意義上養殖糞汙及廢水「能源自給」的環境友好型養殖業；
（2）運行成本低–氨氮的脫除教傳統硝化反硝化工藝節約62.5%的曝氣量、TN的去除無需有機物參與，是真正的節能性脫氮技術；
（3）可回收磷 – 採用了MAP除磷，可以磷酸銨鎂（鳥糞石）型式回收磷，並作為緩釋肥料添加劑添加至所生產的有機肥中；
（4）糞汙和廢水同時處理，經過厭氧消化處理的糞汙得到了穩定化的處理，減少後續處理的臭氣產生。
附圖說明
圖1為本發明養殖場糞汙及廢水處理系統工藝示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提供的具體實施方式、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。
本發明提供一種規模化養殖場分糞汙及廢水處理工藝，包括：
包括：預處理單元、能源回收單元、脫氮除磷單元和深度處理單元順序連接而成，包括以下步驟：
（1）規模化畜禽養殖場糞汙及廢水在與處理單元進行預處理；
（2）預處理後的漿液進入能源回收單元首先在固態厭氧反應器中進行固態厭氧消化，產生能源氣體——沼氣；消化漿液則經固液分離，產生的廢水進入UASB反應器進行厭氧發酵，去除廢水中的有機物汙染物，產生的沼渣可進行有機肥的生產加工；
（3）經UASB處理的廢水進入脫氮除磷單元進行廢水的脫氮除磷處理；除磷單元產生的沉澱物以磷酸銨鎂為主，經分離純化後可作為有機肥添加劑使用；脫氮過程為自養脫氮，可節約62.5%的曝氣量，且無需任何碳源的投加，節省大量運行成本；
（4）處理後的廢水進入深度處理單元，去除其中的難以生物降解物質並進行消毒處理，最終可達到汙水的達標排放及回用標準。
所述規模化養殖場糞汙及廢水的預處理單元包括：畜禽廢水的預處理系統和畜禽糞便預處理系統及均質預處理系統三部分：
進一步的，所述畜禽廢水預處理系統主要由粗/細格柵和擠壓分離裝置組成，去除來水中大的沙礫及懸浮物質，並將其進行擠壓分離，分離水可作為部分稀釋水進入勻質處理系統；
進一步的，所述畜禽糞便預處理系統主要為物料接收及預處理系統：物料接受充分考慮設備的密閉性和現場衛生條件，將接收鬥設為密閉設備；預處理系統設備設有單獨抽真空設備，負壓吸風，保證預處理車間的衛生條件；接收鬥內設有物位計，用以顯示鬥中物料的容積；接收鬥處可加入部分稀釋水進行衝洗及對物料的初步稀釋；
進一步的，所述勻質處理系統由多功能均質池及攪拌系統構成：多功能均質池同時承擔除砂、水解酸化及均質功能，物料的停留時間為36-72h之間，經均質處理後的混合漿液含固率在8%-10%之間；多功能均質池內設有機械攪拌裝置，保證池內漿料均勻度；此外，多功能均質池內裝有液位計和溫度計，在控制室內實時顯示，方便操作人員及時掌握生產狀況；
所述能源回收單元包括：固態厭氧反應器、板框脫水裝置、UASB反應器及沼氣淨化系統三部分：
進一步的，所述固態厭氧反應器可採用完全混合的中溫厭氧發酵反應器，反應溫度控制在35±3℃，停留時間控制在15-25d之間；同時設有機械攪拌、加熱保溫、液位保護、壓力保護、pH計及外置循環等裝置，以保證反應器的高效穩定運行；
進一步的，所述脫水裝置採用板框脫水，通過機械擠壓對消化漿液進行固液分離：產生的廢水進入UASB反應器進行進一步厭氧發酵，去除廢水中的有機物汙染物；脫水後的沼渣可進行有機肥的生產加工；
進一步的，所述UASB反應器設有布水、產氣及三相分離裝置，去除廢水中可生物降解的有機汙染物，水力停留時間約為72- 120h之間，反應溫度控制在33℃ 左右；
進一步的，所述UASB反應器所產生的剩餘汙泥，可回流至固態厭氧反應器，與物料漿液進行厭氧共消化反應；進一步的，所述沼氣淨化系統主要包括沼氣的氣水分離裝置及脫硫處理裝置，淨化後的沼氣可接入供氣管網或場內鍋爐房自用。
所述脫氮除磷單元主要由MAP除磷池和自養脫氮池順序連接而成：
進一步的，所述除磷池採用MAP化學除磷，池內設有NaOH及Mg2+投加裝置，廢水中的NH4+及磷酸鹽在本單元進行化學反應，生成以磷酸銨鎂為主的沉澱物，去除廢水中絕大多數的磷酸鹽和部分NH4+，其反應時間控制在0.5h以內，沉澱時間控制在0.5h-1h左右，反應pH控制在8-10之間；
進一步的，自養脫氮池由好養區和厭氧區順序連接而成，廢水首先進入好氧區進進行部分短程硝化反應：將原水中50%左右的氨氮氧化為亞硝酸氮，隨後進入厭氧區與另外50%的氨氮在厭氧氨氧化菌的作用下生成氮氣完成脫氮過程；
進一步的，所述自養脫氮池好養區反應溫度控制在20-35℃之間，水力停留時間控制在24-48h之間，DO控制在1.0-2mg/L之間，MLSS控制在4000-6000mg/L之間；
進一步的，所述自養脫氮池厭氧區應設置遮光裝置，反應溫度控制在31℃左右，水力停留時間控制在48-96h之間， MLSS控制在6000-8000mg/L之間；
進一步的，所述自養脫氮池所產生的剩餘汙泥應作為接種汙泥源適當儲存，提高啟動後續相同工藝的速度；
所述深度處理單元由臭氧接觸氧化池、混凝沉澱池、曝氣生物濾池和消毒池四部分順序連接而成：
進一步的，所述臭氧接觸氧化池的目的是利用臭氧將水中的難降解的長鏈物質進行斷鏈處理，臭氧投加量控制在10-100mg/L之間，具體投加量可根據實際情況結合小試試驗確定。經過臭氧接觸氧化處理的廢水提高了廢水的可生化性，同時完成除臭和脫色處理；臭氧發生器採用純氧臭氧發生裝置，並設有尾氣破壞裝置，保證設備的安全性；
進一步的，所述混凝沉澱池，由反應區和澄清區順序連接而成，完成對水中微小懸浮物和膠體雜質的去除；混凝劑為聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯醯胺（PAM），投加量分別控制在10-100mg/L之間和0.1-10mg/L之間，具體數值可根據實際情況結合小試試驗結果確定並加以優化調整；反應時間控制在15-20min，沉澱時間控制在1-2h；反應區設有機械攪拌裝置及藥物投加混勻裝置；
進一步的，所述曝氣生物濾池水力停留時間控制在12-24h，被斷鏈的難降解有機物在此步驟被氧化為二氧化碳和水，保證出水達標排放；同時設有配水系統和反衝洗系統，保證設備的高效運行；
進一步的，所述消毒池採用二氧化氯消毒，設有二氧化氯發生裝置，二氧化氯投加量控制在有效率10-30mg/L之間。
此外，上述實例描述的比較詳細，但不應理解為對本發明的限制，本發明的保護範圍應以說服權利要求為準，本領域技術人員受本發明的啟示進行簡單的替換、組合或變形都應落入本發明的保護範圍內。
下面結合具體實施例對上述裝置作進一步說明。
以某糞汙及廢水產量分別為200t/d和300t/d的規模化養雞場糞汙及廢水處理項目為例：
一種規模化養殖場糞汙及廢水處理方法，由預處理單元、能源回收單元、脫氮除磷單元及深度處理單元順序連接而成。本方案中預處理及能源回收單元不考慮秸稈作，只採用雞糞為原料，採用中溫固體厭氧消化反應器，採用兩座STR固態厭氧反應器，總有效容積為24,000m3，控制反應器pH值6.5-7.5之間，反應溫度35±3℃，保持反應器內的均勻攪拌。經實例檢測證明，處置規模為200t/d時，日產沼氣量約為30,000m3/d，其中甲烷含量約佔60%左右。沼渣經脫水處理後進入有機肥加工程序；沼液主要參數如下：COD 5000-6000mg/L，NH4+2000-4000mg/L，TN 4000-4500mg/L，TP 30-100mg/L。經實例檢測證明，沼液廢水經過後續的脫氮除磷及深度處理後，出水平均COD濃度可達到120mg/L以下，平均NH4+濃度可達30mg/L以下，TN濃度可達150mg/L以下，TP可達8mg/L以下。
以上對本發明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用於限定本發明的實施範圍。凡依本發明申請範圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬於本發明的專利涵蓋範圍之內。