一种处理养猪废水的方法及设备与流程

文档序号:11169765阅读:623来源:国知局
一种处理养猪废水的方法及设备与制造工艺

本发明涉及农牧和环保领域,尤其是用化学法处理养猪废水的方法和设备。



背景技术:

随着我国畜禽养殖业的快速发展,传统的分散经营逐步被集约化、规模化的养殖方式所替代。大量畜禽粪尿等富含高浓度有机污染物的废水集中排放,对周边水域、土壤的环境安全构成了极大的潜在威胁,规模化养殖企业急需一种快速、高效的处理技术,以满足国家对畜禽养殖废水排放的限制标准。调查表明,在畜禽养殖废水的污染超标因子中以养猪废水的污染指数最大,一个养猪场养一万头猪的话,每天产生的废水水量就能达到200-250m3,并且废水中的有机物浓度含量极高,cod(化学需氧量)浓度高达25000mg/l左右,bod5(五日生化需氧量)高达8000mg/l左右,氨氮浓度可达7000mg/l左右,含有如此高污染物的废水如果处理不当,直接排入自然水系,极易造成水体富营养化现象。此外,未经处理的猪尿中含有nh3、h2s、胺等有害气体,这些刺激性气体在无氧条件下会产生臭味,一旦被人体吸入,会对人体呼吸系统造成损伤,导致各种病害的产生。

目前,养猪废水主要采用生物化学法进行处理,形式上主要有:厌氧发酵处理法、厌氧-缺氧-好氧即a2/o法等。利用生物化学法进行养猪废水处理时处理周期长,通常水力停留时间从1周到20天不等;进而导致系统内废水存量高、系统内设备相对庞杂、占地面积大、自动化困难;同时,大型设备难以密封,运行时,大量恶臭气扩散到周边环境,造成周边区域空气严重污染,影响居民身体健康和正常生活;而且出水水质较难达到国家标准。

为此,规模化养猪场急需一种可以在短时间内迅速、高效处理猪尿废水的新技术。



技术实现要素:

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题,本发明提供一种周期短、出水水质优良、配套设备可以紧凑布置、密闭工作的处理养猪废水的方法。

本发明还提供了一种实现此方法的设备。

(二)技术方案

为了达到上述目的,本发明提供一种处理养猪废水的方法,其包括如下步骤:

s1,原料处理:通过过滤,筛除所述养猪废水中的固体颗粒;

s2,芬顿氧化处理:注入h2so4将废水ph值调整到2.0-6.0,依据容器内废水的量,按5-50mmol/l添加fe2+、按体积比1/20-1/3投入30%质量浓度的h2o2溶液,反应时间10-24h,之后将上清液与沉淀分离;

s3,fe3+脱除处理:前道反应的上清液中,按fe元素的量提升oh-和/或co32-的量,慢速搅拌1-10分钟,静置1-5h,之后将上清液与沉淀分离;

s4,nh3-h+化学沉淀处理:前道反应的上清液中,依据n含量,向溶液中添加po43-和mg2+至n:p:mg的摩尔比1:1:(1-1.3),调节ph值为9-10,慢速搅拌1-10分钟,静置1-5h,之后将上清液与沉淀分离。

进一步的技术方案是,其还包括:s5,压滤处理:将所述s2、s3和s4产生的沉淀进行压滤处理,处理后所得滤液返回养猪废水原液,得到的滤饼按固体废弃物进行安全处理。

进一步的技术方案是,所述养猪废水包括猪尿、养猪场生产废水。

进一步的技术方案是,步骤s1所述的过滤采用的手段为砂滤、滤床过滤、静置沉降分离或混凝沉降中的一种。

进一步的技术方案是,所述添加的fe2+由feso4携带。

进一步的技术方案是,步骤s3中所述oh-和/或co32-的量的提升方法是:cao、caco3、na2co3、nahco3、mgo或naoh通过溶解或与废水溶液进行反应。

进一步的技术方案是,所述mg2+由mgcl2携带。

再进一步的技术方案是,所述po43-由na3po4引入。

本发明还提供一种处理养猪废水的设备,其包括过滤装置,芬顿氧化罐,脱铁处理罐和脱氮处理罐;

所述过滤装置有至少一个进水口和一个出水口,所述芬顿氧化罐、脱铁处理罐和脱氮处理罐,各自具有入水口、出水口和沉淀出口;

所述过滤装置的进水口连接养猪废水源,出水口连接所述芬顿氧化罐的进水口,所述芬顿氧化罐的出水口连接脱铁处理罐的入水口,所述脱铁处理罐的出水口连接所述脱氮处理罐的入水口,所述脱氮处理罐的出水口连接废水排出装置。

进一步的技术方案是,其还有一个压滤机,所述压滤机的入口连接所述芬顿氧化罐、脱铁处理罐及脱氮处理罐的沉淀出口,所述压力机的出水口连接废水源或直接连接过滤装置的进水口。

(三)有益效果

本发明的处理养猪废水的方法有益效果是:原料处理时过滤了固体颗粒,这些固体颗粒很大一部分是因为废水饱和而没有溶解的物质,用过滤的方式去除掉,可以大大减轻之后工序的处理压力;同时,也可以使后序的设备管路等更清洁。

芬顿氧化处理是利用了芬顿反应的产物ho·(羟基自由基)的强氧化性,ho·对有机物的氧化破坏很彻底、codcr去除率达到96%,产物为co2和h2o。

fe3+脱除处理主要是去除前道工序引入的大量fe元素,用提升oh-和/或co32-的量的方式可以使fe离子沉淀,这样废水中fe的含量可降低到0.06mg/l,废水色度可降低到10pcu。同时,由于芬顿反应是在强酸环境下反应的,为了脱铁处理而投入的碱性金属化合物,使废水转变为弱酸性甚至中性。这样相当于为后道工序做了准备。

nh3-h+化学沉淀处理主要是利用磷酸铵镁沉淀去除废水中的大量nh3-h+,而本道工序引入的磷元素,其残余浓度也只有1mg/l这样的低浓度。

本发明出水水质优良、处理周期短、配套设备可以紧凑布置、密闭工作。

本发明的处理养猪废水的设备有益效果是:设备可以紧凑布置,占地面积小,设备工作时可以密闭起来,本设备处理的养猪废水水质优良。

附图说明

图1为处理养猪废水的工艺流程图;

图2为处理养猪废水的工艺流程图;

图3为ph值对养猪废水芬顿氧化处理效果影响图;

图4为feso4投加量对芬顿氧化效果的影响图;

图5为h2o2投加量对芬顿氧化效果的影响图;

图6为芬顿氧化处理时间对处理效果影响图;

图7为一种实现处理养猪废水工艺的设备。

【附图标记说明】

1:过滤装置;2:芬顿氧化罐;3:脱铁处理罐;4:脱氮处理罐;5:压滤机。

具体实施方式

为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示的处理流程,采用砂滤方式对养猪废水进行处理,过滤所述养猪废水的固体颗粒。

过滤后养猪废水水质如表所示:

表1-1养猪废水水质分析

用硫酸调节所述废水ph值为5,随后按50mmol/l的量投入feso4,按待处理废水体积的1/3.5投入30%质量浓度的h2o2溶液,反应时间24h。按所述条件处理后与处理前废水水质对比如下表:

表1-2适宜条件下芬顿氧化处理前后水样水质对比

此条件下的芬顿氧化处理codcr去除率为96%,氨氮去除率为22%,总磷含量下降至23mg/l,色度下降到270pcu,随着色度的下降,会产生沉淀。

所述芬顿氧化处理后的上清液中,按2x10-4mol/l的量加入cao,所述上清液在加入cao的同时立即产生沉淀。一边加入cao一边搅拌,时间为5min,随后静置5h。5h后反应进行完全,fe离子以沉淀的方式从所述上清液中脱除(fe3+直接沉淀,fe2+以沉淀+氧化的复合方式)。此步骤处理前后水样水质对比如下:

表1-3适宜条件下脱铁处理前后水样水质对比

由表可见,此条件下fe3+脱除处理,可以进一步提高codcr去除率至99%,氨氮去除率至29%,对总磷含量影响不大,色度降低至18pcu。此条件下,前道反应残留的562mg/l的fe离子可以降低到0.06mg/l。

所述fe3+脱除处理后的上清液中,按摩尔比n:p:mg=1:1:1.3投加na3po4及mgcl2,加入火碱调整ph值为9.5,搅拌所述添加了na3po4及mgcl2的上清液5分钟,随后静置5h。5h后本道nh3-h+化学沉淀处理工序反应进行完全,测得反应后废水氨氮浓度为3mg/l,总磷浓度1mg/l,codcr、色度和fe离子量与前序相同。

用本发明方法处理养猪废水时间较短,水质优良,需要的配套设施可以密闭使用,紧布排列。

实施例2

如图2所示的处理流程,用滤床过滤的方式对养猪废水进行原料处理,过滤所述养猪废水的固体颗粒。

过滤后养猪废水水质如表所示:

表2-1养猪废水水质分析

注入硫酸调节废水ph值为5,随后按50mmol/l的量投入feso4,按废水体积的1/10投入30%质量浓度的h2o2溶液,反应时间10h。按所述条件处理后与处理前废水水质对比如下表:

表2-2适宜条件下芬顿氧化处理前后水样水质对比

按此条件的芬顿氧化处理,codcr去除率达到90%,氨氮去除率为10%,总磷含量下降到25mg/l,色度下降到250pcu,随着反应的进行不断产生沉淀。

所述芬顿氧化处理后的上清液中,按2x10-4mol/l加入naoh,所述上清液在加入naoh的同时立即产生沉淀。一边加入naoh一边搅拌5min,随后静置5h。5h后反应进行完全,fe离子以沉淀的方式从所述上清液中脱除(fe3+直接沉淀,fe2+以沉淀+氧化的复合方式)。此步骤处理前后水样水质对比如下:

表2-3适宜条件下脱铁处理前后水样水质对比

按此条件的fe3+脱除处理后,codcr去除率达到96%,氨氮去除率可达47%,对总磷含量影响不大,色度降低至20pcu。此条件下,前道反应残留的546mg/l的fe离子可以降低到0.06mg/l。

所述fe3+脱除处理后的上清液中,按摩尔比n:p:mg=1:1:1投加na2hpo4及mgcl2,加入火碱调整ph值为9.5,搅拌所述添加了na2hpo4及mgcl2的上清液5分钟,随后静置5h。5h后本道nh3-h+化学沉淀处理工序反应进行完全,测得反应后废水氨氮浓度为13mg/l,总磷浓度9mg/l,codcr、色度和fe离子量与前序相同。

用本发明方法处理养猪废水时间很短,成本较低,水质优良,需要的配套设施可以密闭使用,紧布排列。

实施例3

如图2所示的处理流程,采用砂滤方式对养猪废水进行原料处理,过滤所述养猪废水的固体颗粒。

过滤后养猪废水水质如表所示:

表3-1养猪废水水质分析

注入硫酸调节废水ph值为2,随后按50mmol/l的量投入feso4,按废水体积的1/3.5投入30%质量浓度的h2o2溶液,反应时间24h。按所述条件处理后与处理前废水水质对比如下表:

表3-2适宜条件下芬顿氧化处理前后水样水质对比

此条件下的芬顿氧化处理codcr去除率为90%,氨氮去除率为20%,总磷含量下降至36mg/l,色度下降到310pcu,随着色度的下降,会产生沉淀。

所述芬顿氧化处理后的上清液中,按2x10-4mol/l的量加入cao,所述上清液在加入cao的同时立即产生沉淀。一边加入cao一边搅拌,时间为5min,随后静置5h。5h后反应进行完全,fe离子以沉淀的方式从所述上清液中脱除(fe3+直接沉淀,fe2+以沉淀+氧化的复合方式)。此步骤处理前后水样水质对比如下:

表3-3适宜条件下脱铁处理前后水样水质对比

由表可见,此条件下fe3+脱除处理,可以进一步提高codcr去除率至99%,氨氮去除率至29%,对总磷含量影响不大,色度降低至18pcu。此条件下,前道反应残留的516mg/l的fe离子可以降低到0.05mg/l。

所述fe3+脱除处理后的上清液中,按摩尔比n:p:mg=1:1:1.3投加na3po4及mgcl2,加入火碱调整ph值为9.5,搅拌所述添加了na3po4及mgcl2的上清液5分钟,随后静置5h。5h后本道nh3-h+化学沉淀处理工序反应进行完全,测得反应后废水氨氮浓度为3mg/l,总磷浓度小于1mg/l,codcr、色度和fe离子量与前序相同。

芬顿氧化处理、fe3+脱除处理、nh3-h+化学沉淀处理都会产生一些含水的沉淀物,这些沉淀物利用压滤机压滤,废液返回养猪废水原液,压出的滤饼按固体废弃物安全处理

用本发明方法处理养猪废水时间较短,水质优良,需要的配套设施可以密闭使用,紧布排列。

芬顿氧化对比实验

经多次实验,获得ph值对本发明实施方式中codcr去除率和氨氮去除率的影响曲线,如图3所示。所示影响曲线可以看出,当初始ph值在4.5-5.5之间时,codcr去除率可达到90%以上,其中初始ph=5时去除率最高。当初始ph<1.5时,此时酸性过强,codcr去除率明显下降,ph=1时codcr去除率不足50%。当ph<5时,随着酸性增强,codcr去除率呈现出波动下降的趋势。初始ph值对nh3-n去除率的影响相对较小,且nh3-n去除率相对较低,均低于35%。因此,有必要通过设置后续处理流程进行进一步处理。因此,本发明认为芬顿氧化ph值设定在2-6之间较为合理。

图4为feso4使用量对养猪废水中有机污染物及氨氮分解率的影响曲线图。由曲线结果可以看出,芬顿试剂feso4的用量对废水处理效

果、成本影响极大。由图所示测试结果可以看出,在feso4浓度由0增加至25mmol/l的过程中,codcr去除率以较快的速度增长。当feso4浓度增加至25mmol/l时,codcr去除率达到90%以上。当feso4浓度继续增加时,codcr去除率基本维持恒定。feso4投加量对nh3-n去除率的影响相对较小。当feso4浓度达到30mmol/l时,nh3-n去除率可以达到25%。

图5为h2o2使用量对养猪废水中有机污染物及氨氮分解率的影响曲线图。由曲线结果可见,芬顿试剂工业用30%质量浓度的h2o2的用量对废水处理效果、成本影响极大。在h2o2投加量由0增加至2ml的过程中,codcr去除率以很快的速度增长。当h2o2投加量增加至6ml时,

codcr去除率达到90%以上。当h2o2投加量继续增加至14ml时,codcr去除率达到最大值96%。之后,当h2o2投加量继续增大时,codcr去除率出现小幅度下降。

如图6所示,芬顿氧化初期,随着处理时间的延长,codcr去除率迅速提高,当反应进行到12h时,codcr去除率为94%,已经达到一个较高水平。当反应继续进行到24h时,codcr去除率达到最大值96%。其后,随着反应时间的延长,codcr去除率不再增加。

经以上对比实验,确定芬顿氧化处理适宜条件为:ph值调整为2-6,芬顿试剂fe2so4按5—50mmole/l投加;芬顿试剂中的30%质量浓度的工业用h2o2按待处理废水的1/20—1/3体积比投加;氧化时间10—24小时。

fe3+去除对比实验

以芬顿氧化处理后养猪废水的上清液为处理对象,分别投加适量的cao、或caco3、或na2co3、或nahco3或mgo、或naoh等,投加量为2×10-4mol/l,经慢速搅拌1-10分钟后,静置1-5小时。结果发现,碱性药剂投加后,水样中均立即生成沉淀,约5小时后,所有反应均进行完全。表4为采用各种药剂进行芬顿后处理的效果对比表。

表4除铁后处理效果对比

上述对比实验结果表明,投加cao、na2co3、mgo、naoh时对色度的去除效果较好,投加caco3、nahco3时对色度的去除效果较差。

cao、caco3对cod有进一步的去除效果,投加其他四种药剂时则不明显;投加naoh时,对氨氮有进一步的去除。

除氮对比实验

对所述脱除fe3+处理后上清液输送至磷酸铵镁沉淀法脱除nh3-n处理装置,按比例投加na2po4、nahpo4、mgcl2,脱除废液中残留

nh3-n,并调整ph值在9-10,按n:p:mg摩尔比为=1:1:(1-1.3)投加na2po4及mgcl2,并轻轻搅拌1-10分钟,静置1-5个小时;通过分别改变沉淀剂类型、氮镁磷比、ph值,在选定的因素水平下共进行12组实验,结果如下表5。

表5磷酸铵镁沉淀法脱除氨氮实验结果对比

12组实验中,在选用na3po4和mgcl2做沉淀剂,并以废水中n的含量控制添加量n:mg:p=1:1.3:1,同时调节废水的ph=9.5,则氨氮浓度和总磷浓度均可降至最低,处理效果最好。

实施例4

如图7所示的一种处理养猪废水的设备,包括过滤装置1,芬顿氧化罐2,脱铁处理罐3和脱氮处理罐4。所述过滤装置1具有至少一个进水口和一个出水口,所述芬顿氧化罐2、脱铁处理罐3和脱氮处理罐4各具有一个入水口、一个出水口和一个沉淀出口;所述过滤装置1的一个进水口连接养猪废水源,出水口连接所述芬顿氧化罐2的进水口,所述芬顿氧化罐2的出水口连接脱铁处理罐3的入水口,所述脱铁处理罐3的出水口连接所述脱氮处理罐4的入水口,所述脱氮处理罐4的出水口连接废水排出装置。

该处理养猪废水的设备还包括一个压滤机5,所述压滤机的入口连接所述芬顿氧化罐2、脱铁处理罐3及脱氮处理罐4的沉淀出口,所述压力机的出水口连接废水源或直接连接所述过滤装置1的进水口。

所述过滤装置1可以将养猪废水中的固体颗粒筛除出来,得到过滤后的养猪废水。过滤后的养猪废水进入所述芬顿氧化罐2。向芬顿氧化罐中注入强酸,调节所述养猪废水ph值为2-6,按5—50mmole/l的比例投入feso4,按所述养猪废水体积的1/20—1/3体积比投入30%质量浓度的h2o2溶液,芬顿反应时间10-24h。芬顿反应可以将所述养猪废水中的有机物氧化成以co2和h2o为主的无机物。之后将反应后的上清液排入脱铁处理罐3,沉淀排放到到压滤机5。

在所述脱铁处理罐3内,按2x10-4mol/l的量,一边搅拌一边添加cao,搅拌时间10min。随着co22-浓度的提升(oh-也伴随着有所提升),前道反应残留的大量fe离子以沉淀的方式析出。fe3+脱除处理在5h后完全完成。之后将反应后的上清液排入脱氮处理罐4,沉淀排放到压滤机5。

所述脱氮处理罐4内,根据废水中氮含量,按摩尔比n:p:mg=1:1:1.3投加na2po4及mgcl2,随后加入火碱调整废水ph值。采用脱氮处理罐中带有的或单独设置的搅拌装置搅拌废水5min,随后静置5h。废水中的nh3-h+会以化学沉淀的方式从废水中脱除,所述化学沉淀主要为磷酸铵镁。

此时,所述脱氮处理罐4排出的上清液满足国家排水1级标准,可以排出。所述芬顿氧化罐2、脱铁处理罐3和脱氮处理罐4内生成的沉淀,都可以排放到所述压滤机5。压滤出的液体返回养猪废水原液,继续处理;压滤得到的滤饼可以按固体废弃物妥善处理。

本设备处理养猪废水所需时间短,出水水质好,各反应罐工作时可以密闭,设备整体布置比较紧凑,节省空间。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书不应理解为对本发明的限制。

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