申请日2015.02.06
公开(公告)日2015.05.06
IPC分类号C02F103/20; C02F3/30
摘要
一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置及其处理养猪废水的方法，涉及养殖废水处理技术领域。本发明解决现有技术对于C/N比仅为1左右的养猪废水，存在着工艺复杂、脱氮效果差、需要补充碳源和碱度，能耗高、运行费用高的问题。装置由进水箱，进水泵，出水溢流池，出水水箱，排泥口，腐木填料层，溶解氧检测探头，硝化液回流泵，溶解氧在线检测显示屏，空气曝气泵，流量计，曝气头及高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池组成。方法：将废水送入第一缺氧反应区导流渠道，控制硝化液回流比、水力停留时间、温度、溶解氧控即可。本发明涉及高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置及其处理养猪废水的方法。
权利要求书
1.一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置，其特征在于：高氨氮低 碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置由进水箱(1)，进水泵(2)，出水溢流池(7)， 出水水箱(8)，排泥口(10)，腐木填料层(11)，溶解氧检测探头(13)，硝化液回流泵(14)， 溶解氧在线检测显示屏(15)，空气曝气泵(16)，流量计(17)，曝气头(18)，第一缺氧 反应区承托板(19)，第二缺氧反应区承托板(20)，第三缺氧反应区承托板(21)，好氧反 应区承托板(22)，第一缺氧反应区挡板(23)，第二缺氧反应区挡板(24)，第三缺氧反应 区挡板(25)、好氧反应区挡板(26)及高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池 (29)组成;
所述的高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池(29)从左至右被三个上端 带溢流口的隔板(28)依次分隔成第一缺氧反应区(3)、第二缺氧反应区(4)、第三缺氧 反应区(5)及好氧反应区(6)，且第一缺氧反应区(3)、第二缺氧反应区(4)、第三缺氧 反应区(5)及好氧反应区(6)的底部均设有排泥口(10);
所述的第一缺氧反应区(3)被下端带泄流口的隔板(27)分隔成第一缺氧反应区主反 应区(3-1)及第一缺氧反应区导流渠道(3-2);所述的第二缺氧反应区(4)被下端带泄流 口的隔板(27)分隔成第二缺氧反应区主反应区(4-1)及第二缺氧反应区导流渠道(4-2); 所述的第三缺氧反应区(5)被下端带泄流口的隔板(27)分隔成第三缺氧反应区主反应区 (5-1)及第三缺氧反应区导流渠道(5-2);所述的好氧反应区(6)被下端带泄流口的隔板 (27)分隔成好氧反应区主反应区(6-1)及好氧反应区导流渠道(6-2);
进水箱(1)通过管路与进水泵(2)的进水端连通，进水泵(2)的出水端通过管路与 高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池(29)的第一缺氧反应区导流渠道(3-2) 连通，好氧反应区主反应区(6-1)上部与出水溢流池(7)相连通;出水溢流池(7)上部 设有出水口(7-1)及消化液出口(7-2)，出水口(7-1)通过管路与出水水箱(8)相连通， 消化液出口(7-2)通过管路与硝化液回流泵(14)的入口端相连通，硝化液回流泵(14) 的出口端通过管路与高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池(29)的第一缺氧 反应区导流渠道(3-2)连通;
所述的第一缺氧反应区主反应区(3-1)下部设有第一缺氧反应区承托板(19)，第二 缺氧反应区主反应区(4-1)下部设有第二缺氧反应区承托板(20)，第三缺氧反应区主反 应区(5-1)下部设有第三缺氧反应区承托板(21)，好氧反应区主反应区(6-1)下部设有 好氧反应区承托板(22)，且第一缺氧反应区承托板(19)、第二缺氧反应区承托板(20)、 第三缺氧反应区承托板(21)及好氧反应区承托板(22)上均设有腐木填料层(11);第一 缺氧反应区主反应区(3-1)内的腐木填料层(11)上部设有第一缺氧反应区挡板(23)， 第二缺氧反应区主反应区(4-1)内的腐木填料层(11)上部设有第二缺氧反应区挡板(24)， 第三缺氧反应区主反应区(5-1)内的腐木填料层(11)上部设有第三缺氧反应区挡板(25)， 好氧反应区主反应区(6-1)内的腐木填料层(11)上部设有好氧反应区挡板(26);
所述的好氧反应区主反应区(6-1)底部设有曝气头(18)，曝气头(18)与好氧反应 区(6)外部设置的流量计(17)相连接，流量计(17)与空气曝气泵(16)相连接;好氧 反应区主反应区(6-1)顶部设有溶解氧检测探头(13)，溶解氧检测探头(13)与溶解氧 在线检测显示屏(15)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置， 其特征在于：所述的好氧反应区承托板(22)与腐木填料层(11)之间设有5cm厚鹅卵石 层(12)。
3.根据权利要求2所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置， 其特征在于：所述的鹅卵石层(12)的粒径为0.5cm～1.5cm。
4.根据权利要求1所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置， 其特征在于：所述的腐木填料层(11)由长2cm～3cm，宽1cm～2cm，厚度1cm～2cm的腐 木组成。
5.根据权利要求1所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置， 其特征在于：所述的第一缺氧反应区主反应区(3-1)内的腐木填料层(11)高度为第一缺 氧反应区主反应区(3-1)高度的2/5;所述的第二缺氧反应区主反应区(4-1)内的腐木填 料层(11)高度为第二缺氧反应区主反应区(4-1)高度的2/5;所述的第三缺氧反应区主 反应区(5-1)内的腐木填料层(11)高度为第三缺氧反应区主反应区(5-1)高度的2/5; 所述的好氧反应区主反应区(6-1)内的腐木填料层(11)高度为好氧反应区主反应区(6-1) 高度的3/5。
6.根据权利要求1所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置， 其特征在于：所述的第一缺氧反应区主反应区(3-1)内的腐木填料层(11)孔隙率为 48%～52%;所述的第二缺氧反应区主反应区(4-1)内的腐木填料层(11)孔隙率为48%～52%; 所述的第三缺氧反应区主反应区(5-1)内的腐木填料层(11)孔隙率为48%～52%;所述 的好氧反应区主反应区(6-1)内的腐木填料层(11)孔隙率为60%～65%。
7.根据权利要求1所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置， 其特征在于：所述的第一缺氧反应区主反应区(3-1)与第一缺氧反应区导流渠道(3-2)的 体积比为4:1;所述的第二缺氧反应区主反应区(4-1)与第二缺氧反应区导流渠道(4-2) 的体积比为4:1;所述的第三缺氧反应区主反应区(5-1)与第三缺氧反应区导流渠道(5-2) 的体积比为4:1;所述的好氧反应区主反应区(6-1)与好氧反应区导流渠道(6-2)的体积 比为4:1。
8.如权利要求1所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置处理 养猪废水的方法，其特征在于一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置处 理养猪废水的方法步骤如下：
将进水箱(1)中干清粪式的养猪废水通过进水泵(2)送入高氨氮低碳氮比养猪废水 缓释碳源生化脱氮处理池(29)的第一缺氧反应区导流渠道(3-2)，干清粪式的养猪废水 在高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池(29)内反应，控制出水溢流池(7) 的硝化液回流比为100%～300%，最后处理后的水通过出水溢流池(7)的出水口(7-1)排 放;
所述的高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池(29)的水力停留时间为 16h～36h;所述的高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池(29)的温度为15℃ ～32℃;所述的好氧反应区(6)的溶解氧控制在1mg/L～2mg/L;所述的干清粪式的养猪废 水的pH=8.1～8.6。
9.根据权利要求8所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置处 理养猪废水的方法，其特征在于：所述的第一缺氧反应区(3)、第二缺氧反应区(4)及第 三缺氧反应区(5)内均富集反硝化细菌和能降解有机物的异养菌。
10.根据权利要求8所述的一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置 处理养猪废水的方法，其特征在于：所述的好氧反应区(6)富集亚硝酸细菌和硝酸细菌。
说明书
一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置及其处理养猪废水的方法
技术领域
本发明涉及养殖废水处理技术领域。
背景技术
养猪场废水主要包括猪的粪尿和猪舍冲洗废水，是一种高氨氮有机废水，养猪场目前 存在三种主要清粪方式：干清粪、水冲粪和水泡粪(自流式)。我国的规模化养猪场主要采 用干清粪。干清粪养殖模式中，猪粪由机械或人工收集、清扫、集中并运走，尿及污水则 从下水道流出，集中后处理。干清粪式的养猪废水是一种典型的低C/N比(1左右)有机 废水，其废水组成主要是猪尿，NH4+-N和TN含量高。
在生化处理中，一般认为只有C/N比大于4-6时，才能满足反硝化细菌对碳源的需求， 达到有效脱氮的目的。
短程硝化反硝化工艺原理：短程硝化反硝化是指把硝化过程控制在NO2--N阶段，抑 制NO2--N进一步氧化成为NO3--N，并把NO2--N作为最终电子受氢体直接被反硝化细菌 转化为N2。与传统的硝化反硝化脱氮技术相比，短程硝化反硝化脱氮工艺具有如下优点： (1)反应时间短，减少了反应器的容积;(2)能耗低，较传统方法可节省约25%左右的 供氧量;(3)可减少50%的剩余污泥产量;(4)减少投碱量;(5)节省了反硝化所需碳 源，在C/N比一定的情况下提高了TN的去除率。
生物过滤法：生物过滤法包括厌氧生物滤池和曝气生物滤池工艺。厌氧生物滤池是 20世纪60年代末发展并确立的高效厌氧反应器，有利于微生物的储留，既可缩短启动时 间，又可保证厌氧反应器在较短的停留时间及较高的水力负荷条件下稳定运行。曝气生物 滤池是借鉴污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，将生物降解与吸附过滤两种处 理过程合并在同一反应单元中，于20世纪80年代末90代初开发成功的。尽管厌氧生物 滤池和曝气生物滤池这两种工艺具有多方面的优点，但都不能实现对低碳氮比废水的高效 脱氮与处理。
A/O工艺原理：A/O工艺是基于传统硝化反硝化原理开发的一种生物脱氮工艺，其运 行方式是将工艺后端的好氧硝化液回流至工艺前端的缺氧段，利用新鲜废水中易降解有机 物作为反硝化的碳源，达到反硝化脱氮的目的。
但对于C/N比仅为1左右的养猪废水，现有脱氮处理技术均不够完善，存在着工艺 复杂、基建投资大，脱氮效果差、需要补充碳源和碱度，能耗高、运行费用高的问题。因 此需要开发一种低成本高效处理干清粪式养猪废水的工艺。
发明内容
本发明是要解决现有技术对于C/N比仅为1左右的养猪废水，现有脱氮处理技术均 不够完善，存在着工艺复杂、基建投资大，脱氮效果差、需要补充碳源和碱度，能耗高、 运行费用高的问题，而提供了一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置及 其处理养猪废水的方法。
一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置由进水箱、进水泵、出水溢 流池、出水水箱、排泥口、腐木填料层、溶解氧检测探头、硝化液回流泵、溶解氧在线检 测显示屏、空气曝气泵、流量计、曝气头、第一缺氧反应区承托板、第二缺氧反应区承托 板、第三缺氧反应区承托板、好氧反应区承托板、第一缺氧反应区挡板、第二缺氧反应区 挡板、第三缺氧反应区挡板、好氧反应区挡板及高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱 氮处理池组成;
所述的高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池从左至右被三个上端带溢 流口的隔板依次分隔成第一缺氧反应区、第二缺氧反应区、第三缺氧反应区及好氧反应区， 且第一缺氧反应区、第二缺氧反应区、第三缺氧反应区及好氧反应区的底部均设有排泥口;
所述的第一缺氧反应区被下端带泄流口的隔板分隔成第一缺氧反应区主反应区及第 一缺氧反应区导流渠道;所述的第二缺氧反应区被下端带泄流口的隔板分隔成第二缺氧反 应区主反应区及第二缺氧反应区导流渠道;所述的第三缺氧反应区被下端带泄流口的隔板 分隔成第三缺氧反应区主反应区及第三缺氧反应区导流渠道;所述的好氧反应区被下端带 泄流口的隔板分隔成好氧反应区主反应区及好氧反应区导流渠道;
进水箱通过管路与进水泵的进水端连通，进水泵的出水端通过管路与高氨氮低碳氮比 养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池的第一缺氧反应区导流渠道连通，好氧反应区主反应区 上部与出水溢流池相连通;出水溢流池上部设有出水口及消化液出口，出水口通过管路与 出水水箱相连通，消化液出口通过管路与硝化液回流泵的入口端相连通，硝化液回流泵的 出口端通过管路与高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池的第一缺氧反应区 导流渠道连通;
所述的第一缺氧反应区主反应区下部设有第一缺氧反应区承托板，第二缺氧反应区主 反应区下部设有第二缺氧反应区承托板，第三缺氧反应区主反应区下部设有第三缺氧反应 区承托板，好氧反应区主反应区下部设有好氧反应区承托板，且第一缺氧反应区承托板、 第二缺氧反应区承托板、第三缺氧反应区承托板及好氧反应区承托板上均设有腐木填料 层;第一缺氧反应区主反应区内的腐木填料层上部设有第一缺氧反应区挡板，第二缺氧反 应区主反应区内的腐木填料层上部设有第二缺氧反应区挡板，第三缺氧反应区主反应区内 的腐木填料层上部设有第三缺氧反应区挡板，好氧反应区主反应区内的腐木填料层上部设 有好氧反应区挡板;
所述的好氧反应区主反应区底部设有曝气头，曝气头与好氧反应区外部设置的流量计 相连接，流量计与空气曝气泵相连接;好氧反应区主反应区顶部设有溶解氧检测探头，溶 解氧检测探头与溶解氧在线检测显示屏相连接。
一种高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理装置处理养猪废水的方法步骤 如下：
将进水箱中干清粪式的养猪废水通过进水泵送入高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源 生化脱氮处理池的第一缺氧反应区导流渠道，干清粪式的养猪废水在高氨氮低碳氮比养猪 废水缓释碳源生化脱氮处理池内反应，控制出水溢流池的硝化液回流比为100%～300%， 最后处理后的水通过出水溢流池的出水口排放;
所述的高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池的水力停留时间为 16h～36h;所述的高氨氮低碳氮比养猪废水缓释碳源生化脱氮处理池的温度为15℃～32℃; 所述的好氧反应区的溶解氧控制在1mg/L～2mg/L;所述的干清粪式的养猪废水的pH= 8.1～8.6。
本发明的优点：发明将厌氧滤池理论和曝气生物滤池理论结合，创造出一种新的低碳 氮比养猪废水处理方法。腐木不仅作为微生物附着生长的填料，为微生物提供了挂膜所需 的界面，增大反应系统中的生物量，同时腐木作为一种廉价的易获得的可生物降解材料其 主要成分为木质素和纤维素，腐木中带有的大量的纤维素和木质素分解菌，可分解腐木并 释放出二糖和单糖类等简单有机物，是反硝化细菌进行反硝化反应的良好碳源。作为填料 的腐木，同时也是一种缓释碳源，避免了外加碳源的使用，在工程应用中无需复杂的外加 碳源投配装置，节省了工程投资和运行费用。
本发明在处理这种低C/N比(1左右)的干清粪式养猪废水中，有其突出的优点：通 过控制好氧段的溶解氧、温度等条件，使得好氧反应区主要发生短程硝化反应，从而节省 了反硝化所需的碳源。
缺氧反应区和好氧反应区都分别由下向流的导流渠和上向流的主反应区组成，这样保 证了废水在流经每个缺氧反应区和好氧反应区时水流均呈升流式，可有效提高废水污染物 与微生物的接触几率，提高反应器的处理效能。
好氧反应区中腐木填料床的布设，可创造丰富且多变的微环境，使厌氧区、缺氧区和 好氧区共存于填料层中，为同步硝化反硝化提供了可能。同步硝化反硝化的存在可在一定 程度上补充了硝化作用所消耗的碱度，从而使得好氧反应区能够维持较高的pH，而较高 的pH又会维持较高的游离氨浓度以抑制硝化菌的生长，强化短程硝化作用。本发明装置 及工艺，可使短程硝化反硝化和同步硝化反硝化共存于处理系统中，能够显著提高总氮去 除率，节约碳源，降低处理成本。
缺氧反应区和好氧区的组合以及腐木填料固定床的引入，产生了显著的生物相分离效 应，使各反应区在功能上呈现出显著差别，利于脱氮。前三格缺氧反应区富集的主要是分 解有机物的异养菌和反硝化细菌，负责有机物的去除和反硝化作用。好氧反应区的微生物 则以转化氨氮的亚硝酸细菌和硝酸细菌占优势，主要负责硝化作用。好氧反应区的亚硝酸 细菌和硝酸细菌，生长缓慢，剩余污泥产量少，填料床也无须进行反冲洗，从而节约了运 行成本。
好氧反应区腐木的自然堆积形成了大量的空隙，使得腐木上的微生物和污水能够更充 分地进行接触反应，同时增加了气水接触面积，使得氧气、填料上的微生物、底物能够充 分的接触反应。
本套工艺属于缺氧好氧的一体式工艺，不需要污泥回流，不需设置二沉池，从而在工 程应用中节省了大量的基建费以及运行费用，同时整套工艺具有很强的抗冲击负荷能力。
本发明涉及的处理工艺是以A/O模式运行的升流式生物滤池工艺，结合了缺氧生物 处理和好氧生物处理、生物过滤法和活性污泥法的优点，是一种处理高氨氮低碳氮比养猪 废水的复合型工艺。将短程硝化反硝化和同步硝化反硝化技术引入到高氨氮低碳氮比养猪 废水生化处理中，通过控制运行，无需外加碳源，以腐木作为填料和缓释碳源，可实现养 猪废水中COD、NH4+-N和TN的高效同步去除。
