一种用于畜禽养殖废水处理的一体化反应塔及其处理方法与流程

本发明属于畜禽养殖废水的处理领域，尤其涉及一种集约化畜禽养殖废水一体化反应塔。
背景技术：
：2017年，全国畜禽养殖规模化率达到58％，我国年产生畜禽粪污约38亿吨，每年生猪养殖产生废水量约1.6亿吨。随着生态文明建设对养殖业发展不断提出新的要求，目前，针对高cod、氨氮、ss的废水，常规工艺采用厌氧反应器和ao联合法处理。经过厌氧消化完全的畜禽养殖污水，可降解有机物浓度降至较低水平，但是氮浓度依然较高。需要较高的曝气量，致使脱氮成本较高。另外，生化处理过程中曝气池往往会出现大量泡沫，使用消泡剂大幅增加运维成本。针对集约化养殖废水实现高效、低成本处理工艺，适合村镇应用的一体化设备亟待开发。技术实现要素：本发明的目的是为了解决现有工艺、设备存在的技术缺陷，所提供的一种用于畜禽养殖废水处理的一体化反应塔式设备，以及对应的处理方法。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于畜禽养殖废水处理的一体化反应塔式，包括主体反应塔，主体反应塔由上至下分别为厌氧氨氧化区、好氧反应区和厌氧脱碳区；主体反应塔还配套有沼气循环单元、加药单元和plc控制单元。所述的厌氧氨氧化区内上端设有第一三相分离器，通过集气管与耐压储气罐相连接；集气管上设有单向气阀；输气管将增压风机和反应塔内曝气器连接；厌氧氨氧化区内装有生物填料，厌氧氨氧化处理后的出水通过主体反应塔的塔顶溢流堰经出水管排出。所述的好氧反应区内设有膜曝气器，膜曝气器上端设有斜板沉淀器，好氧反应区的下端由曝气管将膜曝气器与鼓风机相连。所述的厌氧脱碳区顶部设有第二三相分离器，第二三相分离器的上部通过集气管与耐压储气罐相连接；厌氧脱碳区上端设有回流管与进水管相连接，回流管上安装有回流泵；厌氧脱碳区的底部设有布水管，每个布水管上设有布水器。所述的加药单元包含储药桶和分流式加药泵，通过加药管分别向厌氧脱碳区和厌氧氨氧化区加药。所述的plc控制单元控制增压风机、鼓风机、回流泵以及分流式加药泵。进一步，所述的一体化反应塔主体高径比在3:1～6:1；进一步，所述的一体化反应塔内分为厌氧氨氧化区、好氧反应区以及厌氧脱碳区，停留时间比例为1:1:1～1:1:4。进一步，所述的厌氧氨氧化区中填充有生物填料，生物填料占厌氧氨氧化区的填充比例在30％～50％。进一步，所述的厌氧氨氧化区下端设有曝气器，释放气体为厌氧氨氧化区产生的甲烷混合气。进一步，所述的好氧反应区内核心器件为膜曝气器，曝气模式为无气泡，所采用的形式为中空纤维膜，膜材质为疏水膜；进一步，所述的好氧反应区上端设有斜管，其斜管倾斜角为60°，斜管垂直高为1m。进一步，所述的厌氧脱碳区上端设有回流管，回流管上设有回流泵调节回流量。进一步，所述的厌氧脱碳区底部设有布水管呈现十字排列。进一步，所述的布水管上对称设置布水器，相对于布水管倾斜向下45～60°角。进一步，所述的沼气循环单元，通过集气管将厌氧脱碳区和厌氧氨氧化区产生的气体收集至耐压储气罐，再通过增压风机向厌氧氨氧化区输气。进一步，所述的加药单元，利用分流式加药泵分别向厌氧脱碳区和厌氧氨氧化区中加入碱液。所述的一种用于畜禽养殖废水处理的一体化反应塔处理方法，系统启动期在30d，初始时进水处理负荷为设计负荷40％，随后每10d进水负荷提升20％，直至达到设计处理负荷。进一步，所述的一体化反应塔处理方法控制厌氧脱碳区的进水ph控制在6.5-8.5；进一步，所述的厌氧反应区回流泵的流量控制为进水流量的6～15倍；进一步，所述的好氧反应区内平均溶解氧控制在0.3-0.7mg/l，鼓风机采用间歇曝气的方式进行曝气；进一步，所述的厌氧氨氧化区内生物量控制在8000-15000mg/l；进一步，所述的厌氧氨氧化区内ph控制在6.5-8.5；进一步，所述的厌氧氨氧化区内生物填料流态受厌氧区产生的沼气控制，气水比控制在1:1-10:1。本发明的增益效果为：(1)一体化装备内组合多种工艺，利用各处理区的耦合作用，提升工艺的抗冲击能力。(2)采用膜曝气方式有效降低曝气能耗，增加反应区内的aob菌群，无气泡方式有效控制生化气泡生成。(3)系统除氮采用厌氧氨氧化工艺，相对于传统硝化工艺，可大幅降低能耗。(4)一体化反应塔采用的沼气循环单元，利用厌氧脱碳区产生的沼气保障厌氧氨氧化区内的生物填料流态，降低能耗并有效保障反应区内的厌氧环境。(5)一体化反应塔顶端的三相分离器，可有效截留厌氧氨氧化菌，保障反应的高效进行。附图说明图1为一体化反应塔的整体结构示意图。图中：1、一体化反应塔，2、厌氧氨氧化区，3、好氧反应区，4、厌氧脱碳区，5、沼气循环单元，6、加药单元，7、plc控制单元。2-1、第一三相分离器，2-2、生物填料，2-3、曝气器，2-4、溢流堰，2-5、出水管。3-1、膜曝气器，3-2、斜板沉淀器，3-3、曝气管，3-4、鼓风机。4-1、第二三相分离器，4-2、回流管，4-3、回流泵，4-4、进水管，4-5、布水管4-6、布水器。5-1、集气管，5-2、单向气阀，5-3、耐压储气罐，5-4、增压风机，5-5、输气管。6-1、储药桶，6-2、分流式加药泵，6-3、加药管。具体实施方式以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。实施例一参照图1所示，本实施方式一种用于畜禽养殖废水处理的一体化反应塔，包括厌氧氨氧化区(2)、好氧反应区(3)、厌氧脱碳区(4)，以及配套沼气循环单元(5)，加药单元(6)，plc控制单元(7)；所述的厌氧氨氧化区(2)上端设有三相分离器(2-1)，通过集气管(5-1)与耐压储气罐(5-3)相连接，管上设有单向气阀(5-2)，同时，输气管(5-5)将增压风机(5-4)和反应塔内曝气器(2-3)连接、厌氧氨氧化区内装有生物填料(2-2)，另外，厌氧氨氧化区(2)顶部设有溢流堰(2-4)和出水管(2-5)；所述的好氧区(3)内设有膜曝气器(3-1)、膜曝气器上端设有斜板沉淀器(3-2)，好氧反应区(2)下端由曝气管(3-3)将膜曝气器与鼓风机(3-4)相连；厌氧脱碳区(4)上端设有三相分离器(4-1)，分离器上面由主集气管(5-6)与耐压储气罐(5-3)相连接，集气管上同时设有单向气阀(5-2)，厌氧脱碳区上端设有回流管(4-2)与进水管(4-4)相连接，回流管上安装有回流泵(4-3)，同时，在反应器底部设有布水管(4-5)，每个布水管上设有布水器(4-6)；所述的加药单元(6)包含储药桶(6-1)和分流式加药泵(6-2)，通过加药管(6-3)分别向厌氧反应区和厌氧氨氧化区加药；所述的plc控制柜(7)控制增压风机(2-4)、鼓风机(3-4)、回流泵(4-3)、增压分机(5-4)以及分流加药泵(6-2)。实施例中反应塔总高为12m，直径4m；厌氧氨氧化区(2)、好氧反应区(3)、厌氧脱碳区(4)停留时间比为1:1:2；厌氧氨氧化区中填充生物填料填充比例在50％；好氧反应区(3)内核心器件为中空纤维膜的膜曝气器(3-1)，上端设有斜管，其斜管倾斜角为60°，斜管垂直高为1m；厌氧脱碳区(4)上端设有回流管，管上设有回流泵调节回流量，底部设有布水管呈现十字排列，布水管上对称设置布水器，相对于布水管倾斜向下45°角。实施例中的进水水质如表1所示，处理水量为20m3/d。初始阶段，日处理水量为8m3,随后每10d进水负荷提升20％，直至达到设计处理负荷20m3/d；通过加药单元(6)，控制进入厌氧脱碳区(4)的养殖废水ph控制在6.5-8.5；内循环水泵(4-5)流量控制为进水流量的10倍；间歇开合鼓风机(3-4)，控制好氧反应区(3)内平均溶解氧控制在0.5-0.7mg/l；厌氧氨氧化区(2)内生物量控制在10000-12000mg/l；厌氧氨氧化区(2)内ph控制在7.0-8.0；利用厌氧脱碳区(4)产生的沼气，通过增压风机(2-4)，气水比在4:1进行循环曝气；经过2个月时间的调试，一体化反应塔出水水质达到表1出水水质，满足农业灌溉用水水质要求。表1实施例一进、出水水质项目codcr(mg/l)bod5(mg/l)ss(mg/l)氨氮(mg/l)tp(mg/l)ph进水7000～100003000～40002000～3000600～80060～806～9出水100～1803013～3015～373～57-8实施例二参照图1所示，本实施方式一种用于畜禽养殖废水处理的一体化反应塔结构相同。实施例中反应塔总高为12m，直径2m；厌氧氨氧化区(2)、好氧反应区(3)、厌氧脱碳区(4)停留时间比为1:1:3；厌氧氨氧化区中填充生物填料填充比例在30％；好氧反应区(3)内核心器件为中空纤维膜的膜曝气器(3-1)，上端设有斜管，其斜管倾斜角为60°，斜管垂直高为1m；厌氧脱碳区(4)上端设有回流管，管上设有回流泵调节回流量，底部设有布水管呈现十字排列，布水管上对称设置布水器，相对于布水管倾斜向下45°角。实施例中的进水水质如表1所示，处理水量为30m3/d。初始阶段，日处理水量为12m3,随后每10d进水负荷提升20％，直至达到设计处理负荷30m3/d；通过加药单元(6)，控制进入厌氧脱碳区(4)的养殖废水ph控制在6.5-8.5；内循环水泵(4-5)流量控制为进水流量的10倍；间歇开合鼓风机(3-4)，控制好氧反应区(3)内平均溶解氧控制在0.3-0.6mg/l；厌氧氨氧化区(2)内生物量控制在8000-10000mg/l；厌氧氨氧化区(2)内ph控制在7.0-8.0；利用厌氧脱碳区(4)产生的沼气，通过增压风机(2-4)，气水比在2:1进行循环曝气；经过2个月时间的调试，一体化反应塔出水水质达到表1出水水质，满足农业灌溉用水水质要求。表2实施例一进、出水水质当前第1页12