本发明涉及养猪废水处理及资源化技术领域，更具体地，涉及一种能源自给的养猪废水生化生态处理系统及方法。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，肉制品的需求在逐年增大，规模化养猪场的存栏量也在逐年的增加。所产生的养猪废水不仅水量大，还含有高浓度有机物和氮磷，已经成为水环境的重要污染源。传统的处理方式不仅运行成本高，而且也很难达到《畜禽养殖业污染物排放标准》。传统的常温厌氧产甲烷工艺，不仅停留时间长，产生的甲烷不经收集利用，会造成大量温室气体排放。而高温厌氧消化可以缩短停留时间，采用甲烷发电的能源回收系统不仅可以避免温室气体的排放，还能有效地降低污水处理的运行成本。同时传统的生化处理工艺也很难因为缺乏有机碳源，很难将养猪沼液中的氮和磷处理达标。新型的反硝化除磷工艺将反硝化脱氮和除磷这两个过程合为一体，可以降低脱氮除磷过程中有机碳源的需求。人工湿地作为尾端的生态处理工艺，可以进一步提高出水的水质。但是传统人工湿地一般处理效率较低，水力停留时间较长。饱和渗滤湿地可以提高人工湿地的处理效率，缩短水力停留时间。因此，能源自给的养猪废水生化生态处理系统不仅可以有效地处理养猪废水，还降低了处理成本，具有环境和经济的双重效益。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对现有养猪废水的处理及资源化技术不足，提供一种能源自给的养猪废水生化生态处理系统。
本发明要解决的另一技术问题是基于所述装置提供一种能源自给的养猪废水生化生态处理方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
提供一种能源自给的养猪废水生化生态处理系统，包括能源回收子系统、养猪沼液生化处理子系统和深度生态处理子系统；
所述的能源回收子系统包括高温消化沼气池、沼气脱水罐、沼气脱硫罐、沼气储存罐和沼气发电机，并用密闭的沼气管线依次连接；
所述的能源回收子系统采用高温厌氧消化产沼气，并将沼气净化发电。
所述的养猪沼液生化处理子系统由通过沼液输送管道依次连通的前置好氧池、反硝化除磷池、二级硝化工艺池、化学除磷工艺池和超滤膜反应器（uf膜反应器）构成；
所述能源回收子系统的高温消化沼气池与养猪沼液生化处理子系统的前置好氧池通过沼液输送管道连接；所述养猪沼液生化处理子系统的超滤膜反应器连通深度生态处理子系统。
本发明所述高温消化沼气池采用下埋式池体衔接密闭顶膜的方式，所产生的热量积累不易逸散，使得整个池体的温度能维持在较高水平。
优选地，所述下埋式池体衔接密闭顶膜的方式是顶膜铺满整个池壁，包裹挡土墙，埋入池底土中。
进一步优选地，所述高温消化池下埋的深度为5.4米。
优选地，所述高温消化沼气池的顶膜采用高密度聚乙烯。
所述沼气脱水罐采用吸附脱水干燥剂，降低沼气的含水率，提高单位气体的燃烧热值。
所述的沼气脱硫罐采用常温再生脱硫剂，去除沼气中的硫化物，避免燃烧后产生硫氧化物污染。
优选地，所述脱水剂采用硅胶。
优选地，所述脱硫剂采用氧化铁。
所述的沼气储存罐配有压力调节阀，不仅可以储存多余沼气，还可以保证进入沼气发电机的沼气在较为稳定的压力范围内。
所述的沼气发电机可以将生物质能转化为电能。
进一步地，所述化学除磷工艺池由初沉池和二沉池/斜板沉淀池构成。所述初沉池连通所述二级硝化工艺池；所述二沉池/斜板沉淀池连通超滤膜反应器。所述二沉池/斜板沉淀池设置混凝药剂投加口。
进一步地，所述二级硝化工艺池设置有硝化液回流输送管连通前置好氧池，将硝化液回流输送至前置好氧池。
进一步地，所述初沉池设置有污泥输送管，将初沉池的污泥输送至前置好氧池。
所述的深度生态处理子系统，采用饱和渗滤湿地。所述饱和渗透湿地可以参照现有技术中垂直流人工湿地进行设置。
本发明同时提供一种能源自给的养猪废水生化生态处理方法，包括如下步骤：
s1.养猪废水进入所述能源回收子系统，经过高温消化沼气池，部分有机物厌氧发酵产生沼气；所产生的沼气经过沼气脱水罐、沼气脱硫罐分别脱水脱硫后，进入带压力阀门的沼气储存罐，最后进入沼气发电机，将沼气生物能转化为电能；
s2.经过高温消化沼气池处理得到的养猪沼液，进入养猪沼液生化处理子系统，分别经过前置好氧池，将剩余的有机物进一步氧化降解，同时将部分的氨氮氧化成硝酸盐氮；前置好氧池的出水，进入缺氧反硝化除磷池，去除废水中的部分硝酸盐氮和磷；反硝化除磷池出水，进入二级硝化池，进一步去除废水中的有机物和氨氮；
s3.经步骤s2处理的废水，进入化学除磷工艺池的初沉池和二沉池/斜板沉淀池，向二沉池/斜板沉淀池投加混凝药剂，去除废水中的磷；经过化学除磷的废水进行泥水分离后，上清液进入超滤膜反应器，去除上清液中的混凝颗粒物；然后在饱和渗滤湿地中进一步去除废水中的有机物、氨氮和磷。
优选地，步骤s1能源回收子系统，猪废水经过所述高温消化沼气池，有机物厌氧发酵产生沼气，高温厌氧发酵停留时间控制为25～35天，温度控制在50～70℃，沼气产生率为0.3～0.4m3/kgcod。所产生的沼气进入沼气脱水罐，吸附脱去所含水分。沼气进入沼气脱硫罐，利用常温再生脱硫剂，去除沼气中的h2s气体，干净沼气进入沼气储存罐，进行压缩储存；通过沼气储存罐的可控压力阀门，调节进入沼气发电机的沼气压力，维持发电机的稳态运行。将生物质能转化为向外输出稳定的电能，维持养猪场废水处理系统日常运行的所需的电能消耗。
优选地，步骤s2整个养猪沼液生化处理子系统的水力停留时间控制为24～48h。
优选地，步骤s3深度生态处理子系统的水力停留时间控制为12～24h。
优选地，步骤s2前置好氧池和二级消化池的溶解氧控制在1.5～2.0mg/l以上；反硝化除磷池溶解氧控制在0.2～0.5mg/l。
所述混凝药剂采用ca（oh）2和聚合氧化铝（pac）。ca（oh）2主要用于控制ph值，聚合氧化铝（pac）的加入量根据前段的剩余磷浓度确定。
经过本发明方法处理后，经饱和渗滤湿地的出水满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（db44613-2009）的要求。
本发明的有益效果：
本发明根据养猪废水的特点和资源化利用的原则，在确保达标排放的基础上，创造性的对养猪废水的厌氧发酵系统，生化处理系统，以及生态处理系统进行了改造和优化。
（1）在厌氧发酵阶段，采用高温消化厌氧消化，缩短水力停留时间。同时将沼气收集发电，将生物能转化为电能。产生的电能用来维持厂区的日常用电需求。
（2）在生化处理系统中，引入反硝化除磷菌，降低脱氮除磷对有机碳源的需求，提高处理的效果。
（3）在深度处理阶段，采用尾端化学除磷，可以有效的保证出水的磷达标；超滤膜的加入提高了生化系统出水的水质；采用饱和渗滤湿地不仅缩短了人工湿地处理系统的停留时间，还使出水满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（db44613-2009）的要求。
本发明系统在实际的运行中，该系统利用沼气发电不仅实现了能源自给，生化和生态的组合工艺使得最终出水还满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（db44613-2009）的要求。本发明对传统养猪废水处理工艺的创造性改进，具有环境效益和经济效益的双重效应。
附图说明
图1为能源自给的养猪废水生化生态处理系统的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图进一步说明本发明方法。下述实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。除非特别说明，下述实施例中使用的生物材料、试剂原料为常规市购或商业途径获得的生物材料和试剂原料，除非特别说明，下述实施例中使用的方法和设备为本领域常规使用的方法和设备。
实施例1
养猪场废水取自惠州某规模化养猪场，其水质为：cod为5875.96mg/l、nh４+-n为429.62mg/l、tp为148.01mg/l、ph为7.79（均为平均值）。
提供一种能源自给的养猪废水生化生态处理系统，包括能源回收子系统、养猪沼液生化处理子系统和深度生态处理子系统；
所述的能源回收子系统包括高温消化沼气池、沼气脱水罐、沼气脱硫罐、沼气储存罐和沼气发电机，并用密闭的沼气管线依次连接；
所述的能源回收子系统采用高温厌氧消化产沼气，并将沼气净化发电。
所述的养猪沼液生化处理子系统由通过沼液输送管道依次连通的前置好氧池、反硝化除磷池、二级硝化工艺池、化学除磷工艺池和超滤膜反应器（uf膜反应器）构成；
所述能源回收子系统的高温消化沼气池与养猪沼液生化处理子系统的前置好氧池通过沼液输送管道连接；所述养猪沼液生化处理子系统的超滤膜反应器连通深度生态处理子系统。
所述化学除磷工艺池由初沉池和二沉池/斜板沉淀池构成。所述初沉池连通所述二级硝化工艺池；所述二沉池/斜板沉淀池连通超滤膜反应器。所述二沉池/斜板沉淀池设置混凝药剂投加口。
所述二级硝化工艺池设置有硝化液回流输送管连通前置好氧池，将硝化液回流输送至前置好氧池。
所述初沉池设置有污泥输送管，将初沉池的污泥输送至前置好氧池。
所述的深度生态处理子系统，采用饱和渗滤湿地。所述饱和渗透湿地可以参照现有技术中垂直流人工湿地进行设置。
如附图1所示，本发明的能源回收子系统的高温消化池是产生沼气的主要装置，养猪废水进入高温消化池，所产生的沼气经过密闭的沼气管线依次进入脱水罐，脱硫罐和储存罐，最后进入沼气发电机，将沼气生物能转化为电能。本实例中高温消化池采用下埋式池体衔接密闭顶膜的方式控制反应池温度在50～70℃，平均水力停留时间控制在30天。反应器运行3个月，能源回收子系统的cod的去除率都在90%以上，发电转化率为0.51～0.57度/kgcod。
本发明中经过高温消化池后得到的养猪沼液，进入养猪沼液生化处理子系统。首先经过前置好氧池，将溶解氧控制在1.5～2.0mg/l之间，沼液中剩余的有机物进一步氧化降解，同时将部分的氨氮氧化成硝酸盐氮。前置好氧池的出水，进入缺氧反硝化除磷池，将溶解氧控制在0.2～0.5mg/l，利用反硝化除磷去除废水中的部分硝酸盐氮和磷。反硝化除磷池出水，进入二级硝化池，将溶解氧控制在1.5～2.0mg/l之间，进一步去除废水中的有机物和氨氮。整个养猪沼液生化处理子系统的平均水力停留时间控制为35h。生化系统出水cod、氨氮和总磷的平均浓度分别为615.09mg/l，165.29mg/l和64.85mg/l。
二级硝化池的出水，进入强化化学除磷池，投加ca(oh)2/pac混凝药剂，去除废水中的磷。经过化学除磷的废水进行泥水分离后，上清液进入超滤膜反应器，去除上清液中的混凝颗粒物。然后在饱和渗滤湿地中进一步去除废水中的有机物、氨氮和磷。本实例中深度生态处理子系统的水力停留时间控制为16h，饱和渗滤湿地出水cod、氨氮和总磷的平均浓度分别为247.57mg/l，55.19mg/l和2.21mg/l。整个系统的出水满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（db44613-2009）的要求。
本发明提出了一种能源自给的养猪废水生化生态处理系统及方法，在实际的运行中，该系统利用沼气发电不仅实现了能源自给，生化和生态的组合工艺使得最终出水还满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（db44613-2009）的要求。本发明提及的系统中包含了高温消化，反硝化除磷和饱和渗透湿地等核心组成部分，是对传统养猪废水处理工艺的创造性改进。因此，本发明的装置和方法具有环境效益和经济效益的双重效应。
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。