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一種養豬場污水處理工藝.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510919964.0

申請日:

2015.12.11

公開號:

CN105461169A

公開日:

2016.04.06

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):C02F 9/14申請公布日:20160406|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 9/14申請日:20151211|||公開
IPC分類號: C02F9/14 主分類號: C02F9/14
申請人: 中國科學院微生物研究所
發明人: 劉志培; 杜偉麗; 苗莉莉; 劉纓; 黃強
地址: 100101北京市朝陽區北辰西路1號院3號
優先權:
專利代理機構: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙)11446 代理人: 鮑曉芳; 武玉琴
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510919964.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2019.04.05|||2016.05.04|||2016.04.06

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種養豬場污水處理工藝,該工藝為“厭氧消化反應+續批式好氧短程硝化反應+厭氧氨氧化反應”組合工藝,三個反應器均為上流式運行工藝。工藝包括:1)厭氧消化工藝,養豬場高濃度有機物、高氨氮含量污水先經過厭氧消化反應,水力停留時間20-28小時,溫度維持在31~32攝氏度。2)續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,實現厭氧氨氧化反應。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;剩余污泥產量低;具有較高的脫氮能力。

權利要求書

1.一種養豬場污水處理工藝,包括以下步驟:
(1)將養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.權利要求1所述的養豬場污水處理工藝,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℃。
3.權利要求1所述的養豬廠污水處理工藝,其特征在于,所述的續批式好氧短程
硝化處理,水力停留時間為20-25h,處溫度為常溫,溶解氧為7.0mg/L以上,運
行周期T=8小時。
4.權利要求1所述的養豬場污水處理工藝,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℃。

說明書

一種養豬場污水處理工藝

技術領域

本發明屬于養殖污水處理領域,更具體地說涉及養豬場高濃度有機物、高氨
氮污水的安全處置及生物質能源生產的耦合。

背景技術

我國是世界養豬第一大國,世界上1/2的存欄豬在中國飼養。中國人口眾多,
豬肉消耗量大。生豬養殖在我國是一個支柱產業,生豬的產值達到1萬個億,占
了農業總產值的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%。豬肉產量達5053.1萬t,
占肉類總產量的85.9%。養豬場迅速發展的同時,也帶來了嚴重的環境污染問題。
污水中化學耗氧量(ChemicalOxygenDemand,COD)的排放量可高達20000mg/L
或以上,嚴重超出《畜禽養殖業污染排放標準(CB18596-2001)》;并存有大量
的NH3、H2S、糞臭素、CH4、CO2等有害氣體。

2014年報道年出欄約11.6億頭豬,可產生鮮糞尿8.1~8.3億噸。豬糞是優質
的厭氧發酵原料,豬糞COD非常高。豬糞的干物質中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,粗脂肪和木質素的含量較高。
如果能將這些豬糞發酵產生沼氣,變廢為寶,實現豬糞的能源化轉變,這不僅能
減輕豬糞對環境帶來的壓力,同時也會有效緩解中國對于能源的需求。

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
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。

目前養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
內處理。但這些處理都集中在了對養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,而傳統的硝化反硝化脫氮工藝中,氧氣作為氧化劑將氨氮轉
變成硝態氮,額外提供有機物將硝態氮轉變成氮氣,這也會增加高氨氮污水的處
理成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種養豬場污水處理工藝“厭氧消化反應+續批式好
氧短程硝化反應+厭氧氨氧化反應”的組合工藝。本發明提供的工藝通過厭氧
反應在去除有機物的同時產生生物質能源甲烷,實現有機物去除和生物質能源生
產的耦合;本發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。本發明提供的養豬場污水處理工藝耗氧量降低67%,不需額外提供有
機碳源。

本發明提供了一種養豬場污水處理工藝,包括以下步驟:

1)厭氧消化工藝,養豬場高有機物、高氨氮含量污水進入厭氧反應器,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90%或以上的有機負荷(COD)去除率,收集產生的甲烷作
為生物質能源回收;

2)續批式好氧短程硝化工藝,將步驟1)的出水作為續批式好氧短程硝化反應
器的進水,水力停留時間20-25小時,充分曝氣,溶解氧控制在7.0mg/L以上,
實現有機負荷(COD)的進一步去除,并將進水中一半的氨氮轉化成亞氮,使出水指
標達到NH4+-N/NO2--N約為1:1;

3)厭氧氨氧化工藝,將步驟2)的出水作為厭氧氨氧化反應器的進水,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。

實驗結果表明:養豬場污水(COD9000-10000mg/L,NH4+-N500-1500mg/L)
經本發明提供的工藝處理后(總水力停留時間約為80h),出水COD為78.3–153.2
mg/L,氨氮為3.0–20mg/L,亞氮為1.5–4.0mg/L,硝態氮為38–69mg/L,出水
指標符合《畜禽養殖業污染排放標準(CB18596-2001)》,甲烷平均生產量為328.93
L/kg·COD,最高為344.73L/kg·COD,分別達到理論值的94%、98.5%。

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;剩余污泥產量低;具有較高的脫氮能力。

附圖說明

圖1養豬場污水處理工藝流程示意圖。

具體實施方式

本發明實施例中,所述養豬場污水取自北京市昌平區馬坊村農科院畜牧基地
固液分離后的養豬場污水,所述養豬場生豬年出欄量為400頭;所述污水中化學
需氧量(COD)含量為9000~10000mg/L,氨氮含量(NH4+‐N)為500~1500mg/L,
亞氮含量(NO2‐‐N)為0mg/L,硝態氮含量(NO3‐‐N)為0mg/L;本發明先用模擬
廢水啟動、馴化三個反應器,再用養豬場污水進行馴化。

本發明提供了一種高濃度高氨氮養豬場污水的新型資源化處理工藝,包括以
下步驟:

1)厭氧消化工藝,養豬場高有機物、高氨氮含量污水進入厭氧反應器,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90%或以上的有機負荷(COD)去除率,產生甲烷328.93
L/kg·COD,最高為344.73L/kg·COD,分別達到理論值的94%、98.5%;收集產
生的甲烷作為生物質能源回收;

2)將所述步驟1)的出水作為進水進入續批式好氧短程硝化反應器中,水力停
留時間20-25小時,充分曝氣,亞硝酸鹽氧化菌在續批式的運行模式下逐漸被淘汰,
續批式好氧反應器出水中NO3--N含量<5mg/L。通過控制溶解氧DO為7.0mg/L
以上,氨氮在氨氧化細菌的作用下,厭氧消化反應器出水中一半的氨氮轉變成亞
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++3O2→2NO2-+2H2O。實現COD的進一步去除和短程硝化,使出
水指標達到NH4+-N/NO2--N約為1:1;

3)將所述步驟2)的出水進水進入厭氧氨氧化反應器中,水力停留時間為20-28
h,反應溫度為31~32℃。,在厭氧反應器中,產甲烷菌利用污水中有機物產生生物
質能源甲烷,產甲烷菌并沒有去除污水中氨氮的能力,加之所述產甲烷菌對含氮
有機物的代謝,溶解氧DO7.0mg/L以上,溶解氧體現在對電能的消耗上,使出水
中NH4+-N/NO2--N約為1:1;厭氧氨氧化菌以NH4+-N為電子供體,NO2--N為電子
受體進行厭氧氨氧化反應生成N2,氨氧化過程中產生ATP形式的能量以乙酰輔酶
A的形式固定CO2合成自身所需的有機物。厭氧氨氧化通過如下反應完成:NH4++
NO2-→N2+2H2O。實現氨氮和亞硝酸氮的同步去除,達到總氮的高效去除。

為進一步說明本發明,下面結合實施例對本發明提供的一種養豬場污水處理
工藝進行詳細的描述,但不能將它理解為對本發明保護范圍的限定。

實施例

污水取自北京昌平區馬坊村農科院畜牧基地養豬場,處理水量設計為Q=
12L/d,所述養豬場生豬年出欄量為400頭;所述污水中化學需氧量(COD)含量
為9000~10000mg/L,氨氮含量(NH4+-N)為500~1500mg/L,亞氮含量(NO2--N)
為0mg/L,硝態氮含量(NO3--N)為0mg/L,根據以下步驟進行污水處理:

步驟一:用模擬廢水啟動三個反應器,逐步提高進水負荷進行馴化;

步驟二:用養豬場污水對三個反應器馴化,實現三個反應器的連接;

步驟三:養豬場污水先在厭氧反應器中進行厭氧消化,厭氧消化UASB反應
器徑高比為1/12,總容積16L,有效容積13.3L,水力停留時間20-28h,水浴夾套
溫度為31~32℃。

步驟四:收集厭氧消化產生的沼氣,出水的COD<600mg/L,NH4+-N=
500-1500mg/L。

步驟五:出水進入續批式好氧短程硝化反應器,好氧反應器徑高比為3/10,
總容積14.8L,有效容積12.5L,水力停留時間為20-25h,溶解氧DO維持在7.0mg/L
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變成亞氮,發生如下反應:2NH4++3O2
→2NO2-+2H2O,實現出水中NH4+-N=NO2--N=250-750mg/L,出水中殘留COD
<200mg/L,NO3--N<5mg/L。

步驟六:續批式好氧短程硝化反應器出水進入厭氧氨氧化反應器進行厭氧氨
氧化反應,厭氧氨氧化反應器避光處理,徑高比為1/12,總容積16L,有效容積
13.3L,水力停留時間為20-28h,水浴夾套溫度為31~32℃,反應器內發生如下反
應:NH4++NO2-→N2+2H2O。

表1污水原水質和處理后出水水質指標


厭氧消化平均產甲烷量為328.93L/kg·COD,最高為344.73L/kg·COD,分
別達到理論值的94%、98.5%。

由表1可以看出,通過本發明提供的處理工藝,高濃度高氨氮的養豬廠污水
處理后的出水,達到國家環境保護部制訂的《畜禽養殖業污染物排放標準
(GB18596-2001)》的排放標準,并且可以回收大量的生物質能源——甲烷,實現
了污水處理和資源化利用的耦合。

以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普通技
術人員來說,在不脫離本發明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些
改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。

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一種 養豬場 污水處理 工藝
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