一种沼液的处理方法与流程

本发明涉及畜禽养殖沼液处理技术领域，尤其涉及一种沼液的处理方法。

背景技术：

畜禽养殖场多采用养-沼-灌的生态模式：养殖产生的废水经厌氧发酵处理，产出含大量氨氮、磷和有机物等物质的沼液，得到的沼液用于养殖场附近农田的施肥。

近年来，随着养殖规模的不断扩大，产出的沼液量日益增多。然而，大多数养殖场处在偏远山区，农户数少，加之沼液中肥效物质浓度稀，运输困难，导致大量沼液未综合利用，未经处理即外排到养殖场附近水域，对当地水体造成严重污染。据国家环保部披露的调查数据显示，90％的规模化畜禽养殖场未进行环境影响评价，60％的养殖场缺乏必要的沼液污染防治措施。

目前，市场上对沼液的处理方法主要分为两种：一种是对沼液进行浓缩，提高其肥效：采用反渗透膜浓缩方法，但是需要复杂的前处理，处理成本过高；另一种是利用生物处理的方法将氨氮全部转变为氮气排放，这种工艺未对氨氮加以利用，同时存在由于氨氮浓度过高，处理后氨氮浓度不符合相关排放标准。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种沼液的处理方法，该方法能够有效的去除沼液中的氨氮，将其转化为铵盐进行回收利用，并且处理过程简单、成本低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种沼液的处理方法，包含如下步骤：

调节沼液的ph值为10～11，得到碱性沼液；

将所述碱性沼液通过中空纤维膜组件的壳程，酸性吸收液通过中空纤维膜组件的管程，使得碱性沼液和酸性吸收液在中空纤维膜壁处进行接触吸收；

使所述接触吸收后的沼液顺次通过醛化纤维填料进行厌氧反应、通过兼氧区活性污泥进行兼氧反应、通过好氧区活性污泥进行好氧反应。

优选的，所述中空纤维膜组件为聚四氟乙烯中空纤维膜组件或聚丙烯中空纤维膜组件。

优选的，所述聚四氟乙烯中空纤维膜组件的纤维内径为1～1.5mm，纤维外径为2～2.5mm，孔隙率为60～80％。

优选的，所述聚丙烯中空纤维膜组件的纤维内径为0.6～0.8mm，纤维外径为1～1.2mm，孔隙率为65～75％。

优选的，所述碱性沼液和酸性吸收液为相对流向；

所述碱性沼液在壳程中的流速为5～8cm/s；

所述酸性吸收液在管程中的流速为5～10cm/s。

优选的，所述接触吸收的时间为2～10小时。

优选的，所述厌氧反应的过程中溶解氧浓度≤0.2mg/l，沼液流速为40～60l/h，水力停留时间为1～2小时。

优选的，所述兼氧反应的过程中溶解氧浓度≤0.5mg/l，沼液流速为40～60l/h，水力停留时间为1～2小时，活性污泥的接种量为2500～3500mg/l。

优选的，所述好氧反应的过程中溶解氧浓度为1.5～2.5mg/l，沼液流速为40～60l/h，水力停留时间为1～2小时，活性污泥的接种量为4500～5500mg/l。

本发明提供了一种沼液的处理方法。本发明对原始沼液的ph值进行调整之后，采用酸性吸收液、通过中空纤维膜组件吸收的方式对沼液中的氨氮进行初步的回收；然后对接触吸收得到的沼液顺次进行厌氧反应、兼氧反应和好氧反应。在本发明中，所述接触吸收过程能够初步降低氨氮的浓度；所述厌氧反应过程中主要释放p，使得沼液中的p浓度升高；此外，在厌氧反应过程中，溶解性有机物被沼液中自带的微生物细胞吸收，使得bod浓度下降；所述兼氧反应过程中，反硝化细菌利用沼液中的有机物作为碳源，将沼液中带入的氨氮还原成氮气释放；所述好氧反应过程中，有机物被微生物降解，有机氮被氨化，然后进一步被硝化，使得氨氮浓度显著下降；在好氧反应过程中，溶解性磷被微生物大量吸收，转变为不溶性的聚正磷酸盐，大量磷会随着污泥一起排出。因此，本发明提供的方法能够降低沼液中氨氮的浓度，而且能够将剩余的氨氮转化为铵盐进行回收利用，处理过程简单、成本低。实验结果表明，本发明提供的方法中所述接触吸收后的沼液中氨氮浓度下降为20～50mg/l，全程处理后的沼液中，tp指标为6～8mg/l，氨氮浓度为10～30mg/l，cod为50～220mg/l，ph值为7～9，达到国家《畜禽养殖业污染物排放标准》(gb18596-2001)。

附图说明

图1为本发明接触吸收过程用装置的结构示意图；

图2为本发明生物反应过程用装置的结构示意图；

图1中：1-碱液储槽；2-计量泵；3-搅拌器；4-沼液储槽；5-循环泵；6-中空纤维膜组件；7-循环泵；8-酸性吸收液储槽；

图2中：9-厌氧反应器、10-兼氧反应器、11-好氧反应器、12-醛化纤维填料、13-曝气盘、14-污泥回流泵、15-帘式mbr膜组件、16-抽吸泵、17-反冲洗泵和18-鼓风机。

具体实施方式

本发明提供了一种沼液的处理方法，包含如下步骤：

调节沼液的ph值为10～11，得到碱性沼液；

将所述碱性沼液通过中空纤维膜组件的壳程，酸性吸收液通过中空纤维膜组件的管程，使得碱性沼液和酸性吸收液在中空纤维膜壁处进行接触吸收；

使所述接触吸收后的沼液顺次通过醛化纤维填料进行厌氧反应、通过兼氧区活性污泥进行兼氧反应、通过好氧区活性污泥进行好氧反应。

本发明调节沼液的ph值为10～11，得到碱性沼液。在本发明中，所述沼液优选为畜禽养殖沼液，更优选为畜禽养殖废水依次经厌氧处理和固液分离后得到的液体物质。本发明对所述沼液的来源没有特殊的要求，采用本领域技术人员所熟知的沼液来源即可。在本发明中具体实施例中，所述原始沼液具体为养牛场和养猪场的产生的沼液，原始沼液的ph值为6～8。

本发明调节沼液的ph值为10～11，优选为10.2～10.8，更优选为10.5；本发明优选采用碱液调节所述沼液的ph值，具体的向沼液中逐渐滴加碱液，直至沼液的ph值为10～11。在本发明中，所述碱液优选为碱金属氢氧化物水溶液，更优选为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；所述碱液的浓度优选为0.1～1mol/l，更优选为0.3～0.5mol/l。

得到所述碱性沼液后，本发明将碱性沼液通过中空纤维膜组件的壳程，酸性吸收液通过中空纤维膜组件的管程，使得碱性沼液和酸性吸收液在中空纤维膜壁处进行接触吸收。在本发明中，所述中空纤维膜组件优选为聚四氟乙烯中空纤维膜组件或聚丙烯中空纤维膜组件。在本发明中，所述中空纤维膜组件优选包括圆柱形的膜壳和包封在所述膜壳内的中空纤维膜，膜壳两端优选为环氧树脂管板，所述膜壳的侧壁的下端和上端分别设置有进口和出口。在本发明中，所述中空纤维膜组件有两个流道，一个是从膜壳一个断面流进，从中空纤维膜的圆形内腔流过，再从膜壳另一个断面流出的流道，称为管程；另一个是从膜壳侧面的进口流入，流经中空纤维膜丝之间的流道，从膜壳另一端的侧面出口流出的流道，称为壳程。在本发明中，所述中空纤维膜组件的总膜面积优选为1～5m²，更优选为3m²。

在本发明中，所述碱性沼液和酸性吸收液为相对流向；所述碱性沼液在中空纤维膜组件的壳程中的流速优选为5～8cm/s，更优选为6～7cm/s；所述酸性吸收液在中空纤维膜组件的管程中的流速优选为5～10cm/s，更优选为7～8cm/s；所述接触吸收的时间优选为2～10小时，更优选为5小时。

在本发明中，所述聚四氟乙烯中空纤维膜组件的纤维内径优选为1～1.5mm，更优选为1.2～1.3mm；纤维外径优选为2～2.5mm，更优选为2.2～2.3mm；孔隙率优选为60～80％，更优选为65～75％，最优选为70％。

在本发明中，所述聚丙烯中空纤维膜组件的纤维内径优选为0.6～0.8mm，更优选为0.65～0.75mm；纤维外径优选为1～1.2mm，更优选为1.1mm；孔隙率优选为65～75％，更优选为68～70％。

在本发明中，所述酸性吸收液优选无机酸，更优选为硫酸、硝酸或盐酸；所述酸性吸收液的浓度优选为0.1～1mol/l，更优选为0.3～0.5mol/l。

在本发明的实施例中，上述接触吸收过程优选在接触吸收装置中进行，所述接触吸收装置的结构如图1所示。如图1所示，所述接触吸收装置包含碱液储槽1、沼液储槽4、中空纤维膜组6和酸性吸收液储槽8，其中所述碱液储槽1和沼液储槽4通过计量泵2连通，所述沼液储槽4中设置有搅拌器3；沼液储槽4和中空纤维膜组6通过循环泵5连通，沼液储槽4中的沼液在循环泵5的作用下进入中空纤维膜组6下端的进水口；所述中空纤维膜组6和酸性吸收液储槽8通过循环泵7连通，酸性吸收液储槽8中的沼液在循环泵7的作用下进入中空纤维膜组6上端的进水口。

在本发明具体实施例中，本发明将沼液储存在沼液储槽4中，在碱液储槽中加入碱液，通过计量泵将碱液储槽中的碱液泵入沼液储槽中，调节沼液ph值为10～11；沼液储槽连接一台循环泵5，将沼液从中空纤维膜组件6侧壁下进水口泵入，进入中空纤维膜组件壳程，从膜组件侧壁上出水口流出，返回沼液储槽4内；酸性吸收液储槽8连接一台循环泵7，储槽内加入酸性吸收液，将酸性吸收液从中空纤维膜组件顶端进水口的环氧树脂管板进入管程，从膜组件的底端出口的环氧管板流出，返回酸性吸收液储槽8中；调节沼液循环泵5和酸液循环泵7，使得沼液在碱性条件下和酸性吸收液接触，沼液中释放出nh3被酸性吸收液吸收产生铵盐。在本发明中，原始沼液中氨氮浓度为300～1000mg/l，所述接触吸收后的沼液中氨氮浓度为20～50mg/l，优选为30～40mg/l，更优选为35mg/l。

得到所述接触吸收后的沼液后，本发明将沼液从沼液储槽4中引出，使接触吸收后的沼液顺次通过醛化纤维填料进行厌氧反应、通过兼氧区活性污泥进行兼氧反应、通过好氧区活性污泥进行好氧反应。

在本发明中，所述厌氧反应优选在厌氧反应器中进行；在本发明具体实施例中，所述厌氧反应器密封设置，底部无曝气装置，规格为φ0.7×0.25m。在本发明中，所述厌氧反应器中充满醛化纤维填料，所述醛化纤维填料具体的为将醛化纤维缠绕在双圈塑料环上，所述双圈塑料环的直径为5cm。

在本发明中，所述厌氧反应过程中溶解氧浓度优选的≤0.2mg/l，更优选的≤0.1mg/l；沼液流速优选为40～60l/h，更优选为45～55l/h；水力停留时间优选为1～2小时，更优选为1.5小时。在本发明中，所述厌氧反应的主要作用为释放p，使得沼液中的p浓度升高；此外，在厌氧反应过程中，溶解性有机物被沼液中自带的微生物细胞吸收，使得bod浓度下降。

在本发明中，所述兼氧反应优选在兼氧反应器中进行；在本发明具体实施例中，所述兼氧反应器底部设置有曝气装置，接种有活性污泥，规格为φ0.7×0.25m。在本发明中，所述兼氧反应过程中溶解氧浓度优选的≤0.5mg/l，更优选的≤0.3mg/l；沼液流速优选为40～60l/h，更优选为45～55l/h；水力停留时间优选为1～2小时，更优选为1.5小时；活性污泥的接种量优选为2500～3500mg/l，更优选为3000mg/l。在本发明具体实施例中，所述兼氧区活性污泥购自南昌市青山湖污水处理厂。在本发明所述兼氧反应过程中，反硝化细菌利用沼液中的有机物作为碳源，将沼液中带入的氨氮还原成氮气释放。

在本发明中，所述好氧反应优选在好氧反应器中进行；在本发明具体实施例中，所述好氧反应器底部设置有曝气装置，接种有活性污泥，规格为φ0.7×0.8m；所述好氧反应器内部设置有帘式mbr膜组件，所述帘式mbr膜组件由环氧树脂将若干根中空纤维膜丝的两端粘结在长条形的集水槽中封装而成；所述帘式mbr膜组件无外壳，直接置于好氧反应器内，集水槽上的出水口与抽吸泵相连，在中空纤维膜丝内部形成负压，在负压情况下将处理后的水过滤，活性污泥截留在反应区内。在本发明中，所述中空纤维膜丝的材质为聚偏氟乙烯，中空纤维膜丝的外径优选为1.8～2.5mm，更优选为2～2.2mm；内径优选为0.8～1.5mm，更优选为1～1.2mm；膜孔径大小优选为0.02～0.1μm，更优选为0.05～0.06μm；膜组件外形尺寸为534*46*450mm。

在本发明中，所述好氧反应过程中溶解氧浓度优选为1.5～2.5mg/l，更优选为2mg/l；沼液流速优选为40～60l/h，更优选为45～55l/h；水力停留时间优选为1～2小时，更优选为1.5小时；活性污泥的接种量优选为4500～5500mg/l，更优选为5000mg/l。在本发明具体实施例中，所述好氧区活性污泥购自南昌市青山湖污水处理厂。在本发明所述好氧反应过程中，有机物被微生物降解，有机氮被氨化，进一步被硝化，使得氨氮浓度显著下降；在好氧反应过程中，溶解性磷被微生物大量吸收，转变为不溶性的聚正磷酸盐，大量磷会随着污泥一起排出。

在本发明中，上述厌氧反应、兼氧反应和好氧反应优选在生物反应装置中进行，所述生物反应装置的结构如图2所示。如图2所示，所述生物反应装置包含厌氧反应器9、兼氧反应器10和好氧反应器11；其中所述厌氧反应器9中均匀分散有醛化纤维填料12，所述兼氧反应器10底部设置有曝气盘13，所述好氧反应器11底部设置有曝气盘13和污泥回流泵14，好氧反应器11中部设置有帘式mbr膜组件15，鼓风机18与曝气盘13连接，抽吸泵16和反冲洗泵17均与帘式mbr膜组件15连接。

在本发明中具体实施例中，本发明当接触吸收后的沼液中氨氮浓度为20～50mg/l时，将沼液输送到厌氧反应器9，此区密闭，内部装满醛化纤维填料12，底部没有曝气装置；经过厌氧处理的沼液从厌氧区顶端的溢流口流入兼氧反应器10，此区底部装有曝气盘13，区内添加活性污泥，通过鼓风机18控制曝气量大小，此区的溶解氧介于厌氧和好氧之间；经过兼氧处理的沼液从兼氧区顶端的溢流口流入好氧反应器11，此区底部装有曝气盘13，中间装有帘式mbr膜组件15，区内添加活性污泥，由外置的鼓风机18通过曝气盘曝气，溶解氧处于好氧状态，经过活性污泥处理后的废水在抽吸泵16的抽吸作用下，透过mbr膜的微孔抽出后外排，活性污泥被mbr膜截留，好氧反应器11底部装有污泥回流泵14，当膜生物反应区污泥浓度超过20000mg/l时，启动污泥回流泵14，将多余污泥返回；当mbr膜组件的跨膜压差超过0.05mpa时，反冲洗泵17启动，把清水从mbr膜组件的出水端反向冲过膜组件，将膜孔中的污泥冲掉。

下面结合实施例对本发明提供的沼液的处理方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

在某奶牛养殖场的沼液储槽中上安装碱液加药泵和搅拌器，沼液中污染物浓度为：tp10mg/l，氨氮300mg/l，cod900mg/l，ph6～8。用0.2mol/l的氢氧化钠溶液调节沼液的ph值为10，用沼液循环泵使沼液以6cm/s速度在中空纤维膜组件(膜面积3m²)的壳程流动；用0.1mol/l的硫酸溶液以7cm/s速度在中空纤维膜组件的管程流动，沼液和硫酸溶液同时循环2小时，沼液经循环泵通过中空纤维膜组件的壳程，然后返回沼液储槽，只是当沼液中氨氮浓度下降到50mg/l时，停止接触吸收循环，开启废水处理进水泵，把沼液输送至厌氧反应器中。

用50l/h的提升泵将经接触吸收处理后的沼液输送到膜生物反应器内，先到厌氧区(9，规格φ0.7×0.25m)，再流到兼氧区(10，规格φ0.7×0.25m)，最后流到好氧区(11，规格φ0.7×0.8)。膜生物反应器内膜的抽吸量为1t/d，处理完的水经抽吸泵排出，排水指标为tp6mg/l，氨氮15mg/l，cod220mg/l，ph7～9，达到国家《畜禽养殖业污染物排放标准》(gb18596-2001)。

实施例2

在某猪养殖场的沼液储槽中上安装碱液加药泵和搅拌器，沼液中污染物浓度为：tp35mg/l，氨氮700mg/l，cod550mg/l，ph6-8。用0.3mol/l的氢氧化钠溶液调节沼液的ph值为11，用沼液循环泵使沼液以5.5cm/s速度在中空纤维膜组件(膜面积3m²)的壳程流动；用0.2mol/l的硫酸溶液以6.5cm/s速度在中空纤维膜组件的管程流动，循环5小时。

用50l/h的提升泵将经接触吸收处理后的沼液输送到膜生物反应器内，先到厌氧区(9，规格φ0.7×0.25m)，再流到兼氧区(10，规格φ0.7×0.25m)，最后流到好氧区(11，规格φ0.7×0.8m)。膜生物反应器内膜的抽吸量为1t/d，处理完的水经抽吸泵排出外排，排水中各污染物指标为tp7mg/l，氨氮10mg/l，cod50mg/l，ph7～9，达到国家《畜禽养殖业污染物排放标准》(gb18596-2001)。

实施例3

在某猪养殖场的沼液储槽中上安装碱液加药泵和搅拌器，沼液中污染物浓度为：tp70mg/l，氨氮1000mg/l，cod1500mg/lph6～8。用0.3mol/l的氢氧化钠溶液调节沼液的ph值为11，用沼液循环泵使沼液以8cm/s速度在中空纤维膜组件(膜面积3m²)的壳程流动；用0.3mol/l的硫酸溶液以10cm/s速度在中空纤维膜组件的管程流动，循环10小时。

用50l/h的提升泵将经接触吸收处理后的沼液输送到膜生物反应器内，先到厌氧区(9，规格φ0.7×0.25m)，再流到兼氧区(10，规格φ0.7×0.25m)，最后流到mbr区(11，规格φ0.7×0.8)。膜生物反应器内膜的抽吸量为1t/d，处理完的水经抽吸泵排出外排，排水中各污染物指标为tp8mg/l，氨氮30mg/l，cod150mg/l，ph7～9，达到国家《畜禽养殖业污染物排放标准》(gb18596-2001)。

由以上实施例可知，本发明提供了一种沼液的处理方法。本发明对原始沼液的ph值进行调整之后，采用酸性吸收液、通过中空纤维膜组件吸收的方式对沼液中的氨氮进行初步的回收；然后对接触吸收得到的沼液顺次进行厌氧反应、兼氧反应和好氧反应。在本发明中，所述接触吸收过程能够初步降低氨氮的浓度；所述厌氧反应过程中主要释放p，使得沼液中的p浓度升高；此外，在厌氧反应过程中，溶解性有机物被沼液中自带的微生物细胞吸收，使得bod浓度下降；所述兼氧反应过程中，反硝化细菌利用沼液中的有机物作为碳源，将沼液中带入的氨氮还原成氮气释放；所述好氧反应过程中，有机物被微生物降解，有机氮被氨化，然后进一步被硝化，使得氨氮浓度显著下降；在好氧反应过程中，溶解性磷被微生物大量吸收，转变为不溶性的聚正磷酸盐，大量磷会随着污泥一起排出。因此，本发明提供的方法能够降低沼液中氨氮的浓度，而且能够将剩余的氨氮转化为铵盐进行回收利用，处理过程简单、成本低。实验结果表明，本发明提供的方法中所述接触吸收后的沼液中氨氮浓度下降为20～50mg/l，全程处理后的沼液中，tp指标为6～8mg/l，氨氮浓度为10～30mg/l，cod为50～220mg/l，ph值为7～9，达到国家《畜禽养殖业污染物排放标准》(gb18596-2001)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。