一种强化畜禽尾水好氧塘处理效果的装置的制作方法

本实用新型涉及水污染处理的技术领域，特别涉及一种强化畜禽尾水好氧塘处理效果的装置。

背景技术：

氧化塘结构简单、能耗低，在畜禽尾水处理中比较常见。根据氧化塘内优势微生物类型与塘水的溶解氧状况可将氧化塘分为好氧塘、兼性塘和厌氧塘，其中好氧塘一般位于末端以保证出水水质。目前，好氧塘处理畜禽尾水有以下两个难点：一是虽然尾水有机物已大幅缩减，但是可生物降解的有机物浓度同样不高；二是尾水中仍旧会残留一定的硝酸盐，且尾水中可生物降解的碳源不足，反硝化脱氮困难，有造成水体富营养化的风险。此外，好氧塘也存在氧化塘的通病，比如处理效果受气候条件如气温等影响较大等等。为克服以上不足，就需要寻求一种强化好氧塘处理效能的手段，以提升其除碳脱氮的能力。当前，不少方法集中于氧化塘的池型改造(比如设置折流堤、增加曝气装置等等)，但是这些方法多适用于新建好氧塘的情形而不适合原有好氧塘的原位改造，且成本较高。因此，亟需寻找一种简单易行、低成本的好氧塘原位升级改造方法。

从除碳角度分析，增加好氧塘微生物的生物量可以减少好氧塘的污泥负荷进而有助于水质净化。但是，鉴于好氧塘进水可生物降解的有机物浓度较低这一事实，有效碳源不足会限制微生物生物量的增长。此外，可生物降解的有机物浓度较低也会抑制反硝化脱氮过程。为提升好氧塘的处理能力，将甲烷做为外加碳源是一种两全其美的方法，一方面甲烷在畜禽养殖厂就可原位收集，另一方面由于甲烷是气态碳源因此无需担心碳源添加过量导致出水有机物超标的问题。为将甲烷做为碳源运用到水处理中，好氧甲烷氧化反硝化(aerobic methane oxidation coupled to denitrification)是一种富有潜力的技术。好氧甲烷氧化反硝化是好氧甲烷氧化菌与反硝化菌的一种协作过程，即在好氧条件下好氧甲烷氧化菌将甲烷氧化为可溶性有机物并部分分泌给周围的反硝化菌供反硝化菌完成反硝化过程。但是，甲烷传质阻力大、甲烷利用效率低是制约该技术大规模推广应用的瓶颈。

技术实现要素：

基于此，本实用新型为寻找一种简单易行、低成本的畜禽养殖业好氧塘的升级改造方法，提供一种强化畜禽尾水好氧塘处理效果的装置。

本实用新型采用的具体技术方案是：

一种强化畜禽尾水好氧塘处理效果的装置，其包括：纤维膜复合组件和供气系统；纤维膜复合组件整体框架呈长方体状，其两个对向的侧面不设挡板供水流流过，其余四面封闭；纤维膜复合组件的框架顶部与底部之间作为反应区域；所述的反应区域内均匀设置有若干块导流板，导流板交错设置，在两个不设挡板的侧面之间形成蛇形的流动通道；流动通道中设有若干中空纤维膜束与若干纤维状填料，其中若干条中空纤维膜束分布于所述流动通道的不同位置，且一端与设于纤维膜复合组件顶部的布气管相连通，另一端封死并被垂直固定；若干纤维状填料与中空纤维膜束平行放置于所述流动通道的不同位置，且一端垂直固定在顶部隔板上，另一端下垂不做固定；所述供气系统由顺次相连的厌氧发酵装置、脱硫塔、沼气储存罐和鼓风机组成，鼓风机出风口与纤维膜复合组件通过布气管相连，用于向中空纤维膜束中供给甲烷。

作为优选，鼓风机与布气管之间的供气管道上设有用于调节供气量的压力表与压力调节阀。

作为优选，所述的中空纤维膜束与纤维状填料在所述的流动通道中均匀布设。

作为优选，相邻两块导流板之间的每段流动通道中至少设有1条中空纤维膜束，每条中空纤维膜束的两侧对称均布有若干纤维状填料。

作为优选，所述的纤维膜复合组件有多个，以并联或串联的方式相连。

作为优选，所述的纤维膜复合组件长宽比为2～4:1，长度比2～4m，高度比15～40cm。

本实用新型具有以下优点：

1)本装置利用特制的装置强化畜禽养殖场好氧塘的处理效果，仅需将装置主体铺设在氧化塘底部即可运转，简单易行、成本低；同时，复合组件可进行串联、并联以增强其强化效果，搭配灵活。

2)本装置利用孔径小、孔密度高的中空纤维膜供应甲烷，无气泡产生，传质效率高。供应的甲烷经好氧氧化后可产生一些小分子可溶性有机物，一方面可用于改善好氧异养菌的营养状况增加其生物量，另一方面可用于反硝化菌进行反硝化过程的碳源。

3)本装置可以利用畜禽养殖场厌氧发酵产生的沼气作为碳源用于反硝化过程，充分实现了猪场资源的回收利用。

附图说明

图1是一种强化畜禽尾水好氧塘处理效果的装置及其工艺。

图2是纤维膜复合组件示意图，其中左图为纵剖图，右图为俯视图。

图中：纤维膜复合组件1、导流板2、中空纤维膜束3、纤维状填料4、布气管5、好氧塘6、压力表7、压力调节阀8、鼓风机9、沼气储存罐10、脱硫塔11、厌氧发酵装置12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。

如图1和2所示，本实施例中的一种强化畜禽尾水好氧塘处理效果的装置，包括纤维膜复合组件1和供气系统。其中，纤维膜复合组件1整体框架呈长方体状，长宽比可以设置为2～4:1，长度比可以设置为2～4m，高度比可以设置为15～40cm。纤维膜复合组件1的左右两个对向的侧面不设挡板，供水流流过，其余四面封闭。纤维膜复合组件1的框架顶部与底部之间作为对尾水进行好氧处理的反应区域，且反应区域内均匀设置有若干块导流板2。如图2右图所示，导流板2间隔交错设置，相邻的两块导流板2分别固定于两个不同的侧面上，且导流板2的另一端与侧壁之间留有空间，由此在两个不设挡板的侧面之间形成蛇形的流动通道。流动通道中设有若干中空纤维膜束3与若干纤维状填料4，其中中空纤维膜束3均匀分布于流动通道的不同位置。在本实施例中，相邻两块导流板2之间的每段流动通道中均设有1条中空纤维膜束3，流动通道的进口和出口位置也设有1条中空纤维膜束3，每段流动通道中的中空纤维膜束3的两侧均对称分布有2条纤维状填料4。每条中空纤维膜束3的一端与设于纤维膜复合组件1顶部的布气管5相连通，另一端封死并被垂直固定与通道底部框架上。中空纤维膜具有孔径小、孔密度高的特点，向其中供应甲烷时，当供气压强控制在适宜范围100～150kPa时，膜表面无气泡产生，传质效率高。因此，膜表面具有较高的甲烷含量，能够使中空纤维膜束3上生物膜中的好氧甲烷氧化菌成为优势菌。当生物膜具有一定厚度时，也会和纤维状填料4一样，出现菌群的径向分布差异，靠纤维膜内部一侧出现兼性菌，起反硝化脱氮作用，而靠外部主要是好氧菌，能够将完成好氧甲烷氧化过程同时分泌包括小分子可溶性有机物(如甲醇、乙酸、柠檬酸等)。这些小分子有机物除部分被中空纤维膜束(5)生物膜自身利用开展反硝化脱氮过程外，大部分小分子有机物会扩散出去并被附近的纤维状填料(3)上的生物膜截留，供纤维状填料(3)生物膜中的反硝化菌利用以增强好氧甲烷氧化反硝化的脱氮效能。

纤维状填料4有成束的纤维组成，能够以较大的比表面积为生物膜提供附着空间，而且填料的内外部生物膜由于氧含量不同，会富集不同种类的微生物菌群。一般而言，纤维状填料4外部由于氧含量较高，会形成好氧异养菌；而内部氧含量较低，会形成兼性菌，如反硝化菌等。在本实用新型中，纤维状填料上的生物膜则主要用于去除有机物，并截留大部分未被中空纤维膜束生物膜利用的小分子有机物，以增强反硝化脱氮过程。纤维状填料4与中空纤维膜束3平行放置，且一端垂直固定在顶部隔板上，另一端下垂不做固定，能够随水流摆动。供气系统由顺次相连的厌氧发酵装置12、脱硫塔11、沼气储存罐10和鼓风机9组成。鼓风机9与布气管5之间的供气管道上设有用于调节供气量的压力表7与压力调节阀8。厌氧发酵装置12可以直接采用畜禽养殖场厌氧发酵段的发酵设备，其在发酵过程中会产生以甲烷为主要成分的沼气，但由于沼气中含硫，因此需要先利用脱硫塔11进行脱硫处理，再存储于沼气储存罐10中，供后续使用。鼓风机9出风口与纤维膜复合组件1通过布气管5相连，用于将沼气储存罐10中的沼气鼓入中空纤维膜束3中。

在一个好氧塘中，纤维膜复合组件1可以设置多个，多个组件可以以并联或串联的方式相连，共同进行强化处理。

另外，若畜禽养殖场没有配备沼气收集装置，沼气储存罐10可直接由高纯甲烷钢瓶替换，将鼓风机9连接至甲烷钢瓶，以节省基建成本。当然，在具有沼气储存罐10时，也可同步设置甲烷钢瓶作为备用辅助设施。

基于上述装置强化畜禽养殖场好氧塘处理效果的工艺，包括以下步骤：

1)将畜禽养殖场中厌氧发酵装置12产生的沼气进行收集，通入脱硫塔11脱硫后压缩至沼气储存罐10保存。

2)将上述装置的纤维膜复合组件1铺设在用于处理畜禽养殖场尾水的好氧塘6进水口底部，使尾水流经所述的流动通道。

3)利用鼓风机9将沼气储存罐10中的沼气通入中空纤维膜束3中，且沼气供气量由设置于供气管道上的压力表7与压力调节阀8控制，本实施例中沼气的供气压强控制在100～150kPa之间。畜禽尾水可在导流板2的作用下在流动通道中与中空纤维膜束3和纤维状填料4充分接触，改善组件的水力条件。

4)持续运行装置一段时间，使微生物附着在中空纤维膜束3和纤维状填料4上并形成生物膜；且由于在装置运行过程中持续向中空纤维膜束3中通入沼气，使中空纤维膜束3上生物膜中的好氧甲烷氧化菌成为优势菌，完成好氧甲烷氧化过程同时分泌包括小分子可溶性有机物(如甲醇、乙酸、柠檬酸等)，好氧甲烷氧化所需的氧气来源于好氧塘6内藻类的光合作用和复氧过程而不需要人为提供。中空纤维膜束3上好氧甲烷氧化过程产生的小分子可溶性有机物(如甲醇、乙酸、柠檬酸等)一部分会向生物膜内部扩散，至生物膜紧贴中空纤维膜束3一侧的兼氧区，该区域中含氧量较少，因此在该区域中的反硝化菌能够利用小分子可溶性有机物完成反硝化脱氮。由于流动通道中水流不断流动，因此另一部分好氧甲烷氧化过程产生的小分子可溶性有机物沿流动通道流动，经过纤维状填料4，并最终向外侧扩散到好氧塘6水体中。在处理过程中，纤维状填料4上的生物膜主要对尾水进行除碳和强化脱氮。一方面，在阳光充足的时段，藻类光合作用强烈，好氧塘内溶解氧较高，使得纤维状填料4生物膜外层的好氧异养菌的活性增强，水体中的可生物降解有机污染物得以氧化，同时好氧甲烷氧化过程分泌的小分子可溶性有机物(如甲醇、乙酸、柠檬酸等)也会改善好氧异养菌的营养条件，可增加纤维状填料4生物膜的生物量，使得污泥负荷降低，强化处理效果；纤维状填料4生物膜内层的兼性菌如反硝化菌也会利用扩散到内部的小分子可溶性有机物进行反硝化过程；另一方面，在阳光较弱甚至没有的时段，藻类光合作用减弱，好氧塘内溶解氧较较低，使得纤维状填料4生物膜外层的好氧异养菌的活性也相应降低，这样会有更多的有机物尤其是好氧甲烷氧化过程产生的小分子可溶性有机物(如甲醇、乙酸、柠檬酸等)，进一步扩散到纤维状填料4生物膜内层，供反硝化菌利用，实现强化脱氮过程。

5)将处理完毕的畜禽尾水达标排放。

在实际运行过程中，为了保证处理效果，可将多个纤维膜复合组件1进行灵活组合，组合方式可以采用并联或串联方式运行，以进一步提升好氧塘的处理效果。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。