专利名称：一种两级厌氧-塔式滤池畜禽废水处理系统及处理方法
技术领域：
本发明涉及畜禽废水的处理系统及处理方法，更具体的说是一种两级厌氧-塔式 滤池畜禽废水处理系统及处理方法。
背景技术：
随着我国集约化养殖业的发展，养殖场产生的大量畜禽粪便废水对环境的污染越 来越被人们所关注。养殖场废水不仅侵蚀大量农田，而且严重污染了人类赖以生存的空气、 水体。养殖场废水的污染以规模化养猪场最为严重，1头猪约产污水2. 5t/a，一座万头猪场 可排出污水近30万t/a，折合氨300 400t，磷320 570t。随着养猪场规模的不断扩大、 数量的不断增加，养殖场污水已无法被土地消化，粪污产生的大量臭气释放在空气中，未加 处理而被排放的污水对自然水体造成了大面积的污染，如何高效处理养殖场污水已成为科 研工作者面临的一项重要课题。畜禽废水具备有机物、悬浮物和氨氮浓度高的显著特点，畜禽粪便和废水中含有 大量的有机物(C0D&)、N、P、K、SS及致病菌等污染物并有恶臭。表1给出了某畜禽养殖场 废水水质情况表1 某畜禽养殖场废水水质 未经处理的高浓度有机废水的集中排放，大量消耗水体中的溶解氧，使水体变黑 发臭，水中N、P等营养物促使水体富营养化，或使地下水中的硝态氮或亚硝氮浓度增高。目 前，对集约化养殖场污水的处理主要采用好氧、厌氧以及好氧+厌氧工艺，可以有效的去除 CODcr以及总悬浮物，但对氮、磷去除的效果还有待进一步的研究。水处理中填料是生物膜技术的核心之一，其性能对废水处理过程的效率、能耗、稳 定性及可靠性均有直接影响。生物膜法就是微生物附着在固体填料的表面繁殖，填料是微 生物的载体，微生物在填料上形成生物膜，生物膜在新陈代谢过程中吸收污水中的物质，实 现污水的降解。因此，填料性能是污水的生物膜法处理废水工艺的核心，利用污泥制备陶粒 填料挂膜可以高效去除污水C0D&。矿物填料用于氮磷去除的现状鉴于农村经济基础和管理水平现状，应因地制宜 的采用投资省、能耗低、管理简便的废水处理技术。水体中氮磷传统的去除途径主要依靠生 物法，而粉煤灰、粘土、沸石和矿化垃圾等矿物材料通过物理吸附、化学沉淀等作用同样可 高效去除水体中的氮磷。(1)无机矿物填料对水体中磷的吸附能力强，粉煤灰和天然沸石及硅酸钙为介质用于处理含氮磷的污水处理已有研究。(2)矿化垃圾填料，除粉煤灰以为，矿化垃圾填料也被广泛报道被用于水处理脱氮 除磷。利用矿化垃圾填料制备的矿化垃圾生物反应床可高效吸附污水中的磷，同时硝化能 力强。矿化垃圾是指填埋场内填埋年龄超过10年的生活垃圾，将填埋场单元内填埋10年 以上的垃圾挖出后经晾干、破碎、过筛后，剔除其中的碎石、碎玻璃以及橡胶塑料碎片而得。 矿化垃圾填料具有较大的吸附比表面积，当粒径小于0. 25mm时，其阳离子交换容量、细菌 总数和饱和水力渗透系数分别达68. 7meq/(100g ·干垃圾),8.6X106个/(g ·干垃圾)和 1. 23cm/min0与常规土壤相比，矿化垃圾细料在物理结构和水力学性能上具有砂土特征，而 在化学性质和微生物特性上又表现出肥沃土壤的特点，是极为优良的污水生物处理介质， 可作为生物反应床的填料(王罗春，赵由才，丁桓如，等.矿化垃圾生物反应床在废水处理 中的应用及其存在的问题.城市环境与城市生态.2003，16 (增刊)4-7.)。将粒径小于16mm的200kg矿化垃圾填料装入高度和内径分别为120cm和38. 5cm 的圆柱状反应器内，采用间歇进水方式对一猪场废水进行了处理其中C0D&，BOD5,氨氮和 TP的去除能力均在90%以上，TN的去除能力差仅为15. 7%，出水中硝酸盐氮累积浓度为进 水浓度高出1个数量级，超过300mg/L (邵芳，张鼎国.矿化垃圾生物反应床处理畜禽废水 的试验研究.环境污染治理技术与设备.2002，3 (2) :32-36.)。出水中累积的硝酸盐氮主 要来源于氨氮的硝化，而硝酸盐氮的去除主要通过反硝化来实现。但矿化垃圾填料填充堆 积高于1. 5m后运行1-2年后，会发生填料堵塞的现象。现有工艺主要有(1) SBR法，但其短时间的水解(HRT = 2. 0 6. Oh)对猪场粪污 中TP有较好的去除效果。去除率达55.3%，对氮的去除效果较差，去除率22. 3% (邓良 伟.水解-SBR 丁艺处理规模化猪场粪污研究.中国给水排水，2001，17(3) :8_11)。(2)上 流式厌氧污泥床_活性污泥工艺，研究发现，采用水解酸化-USR-活性污泥工艺处理奶牛养 殖废水，取得较好的处理效果。USR即上流式厌氧污泥池.废水经过USR池后.在好氧曝气 生化系统中，通过控制曝气时间，提高了脱氮除磷效率，对氨氮和总磷去除率分别为89% 和60% (陈亮，杨斌，李欢，等.奶牛养殖场废水处理工程的设计与调试运行.中国给水排 水，2007，33 (10) 71-73)。我国对养殖废水的处理主要采用厌氧-好氧的组合工艺，经试验研究及工程应用 证实对CODtt及SS非常有效，但对脱氮除磷方面效果不明显。在实际应用中畜禽废水氮磷 浓度高.不易去除，且存在资金少、行业效益低等问题，因而氮磷处理效果不佳，污水不能 实现达标排放。因此，低运行成本、高效率的脱氮除磷的去除方法上是现在的技术难题。
发明内容
1、发明目的针对现有养殖废水的处理中所存在的问题，本发明提供了一种两级厌氧-塔式滤 池畜禽废水处理系统及处理方法，充分利用二级厌氧池的处理机制与塔式滤池相结合，有 效地处理畜禽废水。本发明锦衣步改进在于利用污泥改性填料、矿化垃圾和粉煤灰的特性， 通过优化组合形成两级厌氧-塔式滤池-人工湿地的处理系统来来去除畜禽废水中的污染 物。2、技术方案
本发明的目的是通过以下技术方案实现发明目的本发明原理对畜禽废水首先进行厌氧发酵处理，去除其中的有机污染物；然后 通过泵提升到塔式滤池，利用滴滤途径对磷进行吸附和氨氮的硝化作用。其改进的方案是 进一步将出水部分回流至厌氧处理池，利用原水中的碳源、污泥填料上富集的微生物进行 反硝化脱氮。塔式滤池另一部分出水，通过构建的人工湿地处理后出水。一种两级厌氧_塔式滤池废水处理系统，包括一级厌氧池和二级厌氧池，废水入 口连接一级厌氧池，一级厌氧池通过出水管连接二级厌氧池，二级厌氧池的出水管与塔式 滤池相连接。所述的塔式滤池出水管连接砾石床人工湿地。塔式滤池底部有回流管道直接连接 一级厌氧池。一级厌氧池同时兼初级沉淀池，滤池内填充由城市生活污水厂脱水污泥烧结 改性的球形填料，其烧结工艺为污泥使用量重量百分比为60% 80%、粉煤灰和粘土重 量百分比为各10 20%，烧成温度为900 1200°C、保温时间为20min 2h，填料在厌氧 池内填充的体积比例设置为1/3 1/2。二级厌氧池同时兼调节池，控制水力停留时间3 8天，池内同样填充由城市生 活污水厂脱水污泥烧结改性的球形填料，制作方法同上所述，填料填充体积比例设置为 1/5 1/3。式滤池中填充的矿化垃圾为主(体积比大于60% )、沸石和粉煤灰为辅助(体积 比各小于20% )的混合填料层，混合填料层对磷进行吸附，填料层设置高度为30 60cm。。 同时滤池填料层间距设置20 50cm，利用空气复氧对滤池填料层间污水水滴进行复氧，利 于下一层在矿化垃圾填料颗粒上硝化脱氮。一种两级厌氧_塔式滤池废水处理方法，其步骤为(1)废水由入口进入一级厌氧池，水力停留时间均为1 5天；(2) 一级厌氧池的出水进入二级厌氧池，水力停留时间均为3 8天；(3) 二级厌氧池的废水由泵提升进入塔式滤池中，水力负荷为0. 8 1. OOmV2Cl-1, 经处理后流出。经塔式滤池处理的废水有1/4 1/2经回流管回流进入一级厌氧池中塔式滤池底 部设置集水盘，下设2条管道分别用于回流和出水。回流主要是畜禽废水通过塔式滤池处 理后，会出现硝酸盐氮的累积，而后续反硝化脱氮处理水体中将出现碳源不足的现象，回流 至前面的两级厌氧池，利用池体中进水水体的碳源、厌氧池内厌氧的环境和污泥改性填料 的微生物群落进行反硝化；塔式滤池出水回流同时具备能够降低进水的污染负荷的优点。塔式滤池出水除回流部分水体外，剩余出水将通过砾石床人工湿地进行处理。砾 石床人工湿地填料有砾石和表层营养土层组成，混种旱伞草、高羊茅、美人蕉和芦苇等耐污 性强或根系发达的植物，对塔式滤池出水中进一步净化处理，水力停留时间一般设置5-10 天。3、有益效果本发明提出了一种两级厌氧-塔式滤池畜禽废水处理系统及处理方法，通过构造 厌氧处理池_滤池(好氧)，实施畜禽养殖废水的厌氧_好氧交替运行，从而实现水体的净 化。本发明进一步效果在于对污水厂污泥和矿化垃圾的再生利用，选择的污泥改性填料挂 膜对畜禽废水中高浓度的CODtt去除能力强，选择的塔式滤池填料矿化垃圾、沸石、粉煤灰对磷的吸附能力强，同时滤池的构造利于硝化；通过构造厌氧处理池_滤池(好氧)_潜流 人工湿地(缺氧)，加上回流利用进水中的碳源进行反硝化，使得畜禽养殖废水得到更加充 分的处理。本发明所选材料均可就地取材、成本低廉、效果显著，适合畜禽废水处理的现状， 从而具有较大的推广应用价值。
图1为本发明系统的结构示意图；图2为本发明系统的进一步改进的结构示意图；图3为本发明系统实施的工艺流程图。
具体实施例方式现结合附图和实施例进一步说明本发明实施例1两级厌氧-塔式滤池废水处理系统，废水入口连接一级厌氧池1，一级厌氧池1通 过出水管连接二级厌氧池2，二级厌氧池的出水管与塔式滤池3相连接(图1)。某养猪场废水进水CODtt = 986 1534mg/L，NH4+_N = 130 409mg/L，TP = 11. 3 27. 4mg/L, pH 值 8· 04 8. 61，SS 为 100 300mg/L。养猪废水首先经过两级厌氧处理，设计容积分别为5m3和5m3，设置水力停留时间 (HRT)均为3天，池内填充直径介于2-5cm的人工烧结的污水厂污泥填料5，填料各填充 2m3。污泥填料烧结工艺为污泥使用量重量百分比为为80%、粉煤灰和粘土重量百分比为 各10%，烧成温度为1000°C、保温时间为2h。经过两级厌氧处理后，对水体中C0D&，SS和 TP的去处效果显著，去除效率处于40% -65%之间。利用泵力提升第二级厌氧处理出水至塔式滤池3，水力负荷为1. OOmV2Cl-1左右。 通过塔式滤池过滤。塔式滤池填料6层由上而下采用矿化垃圾、沸石、粉煤灰和矿化垃圾设 置的次序，层间间距30cm，填料层高30cm，每层填料与布水水量固液比约为15 1。塔式滤 池剩余出水流出，最终出水CODcr为200 450mg/L, NH4+_N为40 70mg/L, pH = 7. 2 7. 5，TP = 3. 8 7. 2mg/L, SS 为 8 25mg/L，NOfN 为 8. 21 25. 55mg/L。实施例2两级厌氧-塔式滤池废水处理系统，废水入口连接一级厌氧池1，一级厌氧池1通 过出水管连接二级厌氧池2，二级厌氧池的出水管与塔式滤池3相连接，塔式滤池3的出水 口与砾石床人工湿地4相连(图2)。某养牛场废水进水CODtt = 890 2100mg/L，NH4+_N = 230 550mg/L，TP = 21. 2 48. Omg/L, pH 值 7· 04 7. 81，SS 为 120_300mg/L。养猪废水首先经过两级厌氧处理，设计容积分别为5m3和8m3，设置水力停留时间 (HRT)均为4天，池内填充直径介于3-5cm的人工烧结的污水厂污泥球形填料，填料分别填 充2m3和4m3。污泥填料烧结工艺为污泥使用量为重量百分比为70%、粉煤灰和粘土重量百 分比为各15%，烧成温度为1100°C、保温时间为lh。经过两级厌氧处理后，对水体中C0D&， SS和TP的去处效果显著，去除效率处于30% -55%之间。利用泵力提升第二级厌氧处理出水至矿化垃圾塔式滤池，水力负荷为0.8 LOOm3nT2CT1左右。通过塔式滤池过滤，回流水量为进水水量的1/3。塔式滤池填料层由 上而下采用矿化垃圾(体积百分比70%)、沸石(体积百分比15%)和矿化垃圾(体积 百分比15% )设置的次序，层间间距40cm，填料层高50cm，每层填料与布水水量固液比为 10 1。塔式滤池剩余出水流向砾石床人工湿地，湿地填料需要砾石、矿物垃圾覆盖层作为 表层营养层，混种旱伞草和高羊茅对来水进一步净化，水力停留时间3-5天后出水。最终出 水 CODcr 为 180 350mg/L, ΝΗ4+_Ν 为 46 57mg/L, ρΗ = 7. 2 7. 5，TP = 3. 5 5. 5mg/ L，SS 为 7 21mg/L，NOfN 为 5. 04 21. 05mg/L。实施例3两级厌氧_塔式滤池废水处理系统，基本结构同实施例2.某养猪场废水进水CODcr = 986 1534mg/L，NH4+_N = 130 409mg/L, TP = 11. 3 27. 4mg/L, ρΗ 值 8· 04 8. 61，SS 为 100 300mg/L。养猪废水首先经过两级厌氧处理，设计容积分别为5m3和5m3，设置水力停留时 间(HRT)均为5天，池内填充直径介于2-5cm的人工烧结的污水厂污泥填料，填料各填充 2m3。污泥填料烧结工艺为污泥使用量重量百分比为80%、粉煤灰和粘土重量百分比为各 10%，烧成温度为1000°C、保温时间为2h。经过两级厌氧处理后，对水体中C0D&，SS和TP 的去处效果显著，去除效率处于40% -65%之间。利用泵力提升第二级厌氧处理出水至矿化垃圾塔式滤池，水力负荷为1. OOmV2Cl-1 左右。通过塔式滤池过滤，回流水量为进水水量的1/2。塔式滤池填料层由上而下采用矿化 垃圾、沸石、粉煤灰和矿化垃圾设置的次序，层间间距30cm，填料层高30cm，每层填料与布 水水量固液比约为15 1。塔式滤池剩余出水流向砾石床人工湿地，湿地填料需要砾石、矿 物垃圾覆盖层作为表层营养层，混种旱伞草和高羊茅对来水进一步净化，人工湿地中水力 停留时间5-10天后出水排放。最终出水CODcr为100 250mg/L，NH4+_N为20 50mg/L, ρΗ = 7. 2 7. 5，TP = 2. 3 6. 4mg/L, SS 为 5 15mg/L，NOfN 为 2. 91 16. 55mg/L。
权利要求
一种两级厌氧 塔式滤池废水处理系统，包括一级厌氧池和二级厌氧池，其特征在于废水入口连接一级厌氧池，一级厌氧池通过出水管连接二级厌氧池，二级厌氧池的出水管与塔式滤池相连接。
2.根据权利要求1所述的两级厌氧-塔式滤池废水处理系统，其特征在于塔式滤池出 水管连接砾石床人工湿地。
3.根据权利要求1或2所述的两级厌氧_塔式滤池废水处理系统，其特征在于一级厌 氧池同时兼初级沉淀池，滤池内填充由城市生活污水厂脱水污泥烧结改性的球形填料，填 料在厌氧池内填充的体积比例设置为1/3 1/2。
4.根据权利要求1或2所述的两级厌氧_塔式滤池废水处理系统，其特征在于二级厌 氧池同时兼调节池，池内填充由城市生活污水厂脱水污泥烧结改性的球形填料，填料填充 体积比例设置为1/5 1/3。
5.根据权利要求1或2所述的两级厌氧_塔式滤池废水处理系统，其特征在于塔式滤 池中填充有矿化垃圾、沸石和粉煤灰组成的混合填料层，填料层高度为30 60cm，填料层 间距20 50cm。
6.根据权利要求1或2所述的两级厌氧_塔式滤池废水处理系统，其特征在于塔式滤 池底部有回流管道直接连接一级厌氧池。
7.一种两级厌氧-塔式滤池废水方法，其步骤为(1)废水由入口进入一级厌氧池，水力停留时间均为1 5天；(2)一级厌氧池的出水进入二级厌氧池，水力停留时间均为3 8天；(3)二级厌氧池的废水由泵提升进入塔式滤池中，水力负荷为0. 8 1. OOm3nT2Cf1,经处 理后流出。
8.根据权利要求7所述的两级厌氧_塔式滤池废水处理方法，其特征在于经塔式滤池 处理的废水有1/4 1/2经回流管回流进入一级厌氧池中。
9.根据权利要求7或8所述的两级厌氧_塔式滤池废水处理方法，其特征在于经塔式 滤池处理的废水进入人工湿地进行处理。
全文摘要
本发明公开了一种两级厌氧-塔式滤池畜禽废水处理系统及处理方法，属于畜禽废水处理领域。该处理系统包括一级厌氧池和二级厌氧池，废水入口连接一级厌氧池，一级厌氧池通过出水管连接二级厌氧池，二级厌氧池的出水管与塔式滤池相连接。塔式滤池出水管还可连接砾石床人工湿地进一步处理。处理方法步骤为废水由入口进入一级厌氧池，一级厌氧池的出水进入二级厌氧池，二级厌氧池的废水由泵提升进入塔式滤池中，经处理后流出。本发明构造厌氧处理池-滤池，实施畜禽养殖废水的厌氧-好氧交替运行，从而实现水体的净化。所选材料均可就地取材、成本低廉、效果显著，适合畜禽废水处理的现状，从而具有较大的推广应用价值。
文档编号C02F9/14GK101921044SQ20101025026
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者张后虎, 张毅, 张洪玲, 金龙 申请人:环境保护部南京环境科学研究所