申请日2017.09.18
公开(公告)日2017.11.24
IPC分类号C02F9/14; C02F11/12; C02F11/14; C02F103/20
摘要
本发明为一种养殖废水处理系统及其处理方法，其特征在于：所述的养殖废水处理系统包括顺序连接的固液分离机构、离子气浮装置、厌氧反应器、气浮沉淀池、兼氧池、MBR膜生物反应器池、人工湿地、UF超滤系统和UF产水箱，所述的离子气浮装置、气浮沉淀池、兼氧池和MBR膜生物反应器池还分别与污泥储池连接，污泥储池顺序连接污泥处理系统和储渣池，所述的厌氧反应器还连接沼气收集池，所述的离子气浮装置还与UF超滤系统连接，所述的固液分离机构与所述的储渣池连接;所述的处理方法包括1)预处理;2)一次气浮沉淀分离;3)厌氧处理;4)二次气浮沉淀分离;5)生物滤池生化处理;6)人工湿地处理;7)超滤处理和8)污泥处理。
权利要求书
1.一种养殖废水处理系统，包括固液分离机构、厌氧反应器、气浮沉淀池、兼氧池、MBR膜生物反应器池、人工湿地系统、UF超滤系统、UF产水箱、沼气收集池、污泥储池和污泥处理系统，其特征在于：所述的养殖废水处理系统还设有离子气浮装置，所述的固液分离机构顺序连接离子气浮装置、厌氧反应器、气浮沉淀池、兼氧池、MBR膜生物反应器池、人工湿地、UF超滤系统和UF产水箱，所述的离子气浮装置、气浮沉淀池、兼氧池和MBR膜生物反应器池还分别与污泥储池连接，所述的污泥储池顺序连接污泥处理系统和储渣池，所述的厌氧反应器还连接沼气收集池，所述的离子气浮装置还与UF超滤系统连接，所述的固液分离机构与所述的储渣池连接;所述的离子气浮装置包括气浮壳体，所述的气浮壳体内依次分为混凝反应区、气浮接触区、气浮分离区和清水区，所述的混凝反应区设有两个混凝池，分别为快混凝池和慢混凝池，所述的快混凝池内设有快搅拌机，所述的慢混凝池内设有慢搅拌机，并相应设有两处药剂投加管路，一处与快混凝池连通，另一处与慢混凝池连通，所述的气浮分离区设置有管道混合器，所述的管道混合器的前段为收集管路，在所述的收集管路上设有二次加药口。
2.根据权利要求 1 所述的养殖废水处理系统，其特征在于：所述的厌氧反应器包括厌氧反应器的壳体、设于所述壳体底部的布水管、设于所述壳体底部或下部的排空管、设于所述壳体顶部的沼气出口、设于所述壳体上段与出水管连通的出水口和伸入壳体内部的搅拌机，所述的壳体内部在所述出水口的下方设有斜板沉淀器，所述的壳体顶壁上设有上检查口，所述壳体的下段设有下检查口，所述的伸入壳体内部的搅拌机连接有密闭式旋转轴承系统，在所述密闭式旋转轴承系统的搅拌轴上设有上、下两层结构的搅拌叶片，在搅拌叶片的上方、所述斜板沉淀器的下面还设有能量消除板，所述的能量消除板采用长方形结构的碳钢防腐板，厚度为5mm±1mm，宽度为450mm±5mm，长度与所述厌氧反应器的壳体大小相配合，所述的沼气出口通过管路连接所述的沼气收集池。
3.根据权利要求 1 所述的养殖废水处理系统，其特征在于：所述的气浮沉淀池进水端设有高效管道混合器，所述的高效管道混合器包括管道混合器本体、药剂投加管和设于管道混合器内部的折流板，所述的管道混合器本体顺序分为进口、加药区、水药混合区和出口，所述的药剂投加管连通管道混合器的加药区，所述管道混合器的加药区设有高速发生器，用于将管道混合器的进口进入的待处理水通过高速发生器形成高速水流进入所述水药混合区的流道，所述的水药混合区还顺序设有一次扩充管和二次扩充管，所述的一次扩充管和二次扩充管均顺序由一段渐扩管和一段直管组成，所述一次扩充管的渐扩管端的小端连通所述的流道、直管端连通所述二次扩充管的渐扩管端的小端，所述的折流板设于二次扩充管的直管段内部，所述的折流板设有若干块，均布设于二次扩充管的直管段内部，并呈上下交错排布。
4.根据权利要求 1 所述的养殖废水处理系统，其特征在于：所述的MBR膜反应器池设有曝气盘，并设有时间继电器控制的自吸泵，用于将处理后的水输送至人工湿地系统，所述的人工湿地系统由表流湿地、垂直潜流湿地和/或水平潜流湿地组成，所述的人工湿地系统出水处设有储水池，所述的储水池中设有潜水泵，用于通过潜水泵的提升作用将水提升到UF超滤系统继续处理，所述的UF产水箱中设有紫外线消毒装置，所述UF产水箱的出口设有变频泵，用于回用水的稳压输送，所述的污泥处理系统设有叠螺压滤机。
5.一种权利要求 1 ～4中任意一项所述养殖废水处理系统的处理方法，其特征在于：所述的养殖废水处理系统包括顺序连接的固液分离机构、离子气浮装置、厌氧反应器、气浮沉淀池、兼氧池、MBR膜生物反应器池、人工湿地、UF超滤系统和UF产水箱，所述的离子气浮装置、气浮沉淀池、兼氧池和MBR膜生物反应器池还分别与污泥储池连接，所述的污泥储池顺序连接污泥处理系统和储渣池，所述的厌氧反应器还连接沼气收集池，所述的离子气浮装置还与UF超滤系统连接，所述的固液分离机构与所述的储渣池连接;所述的处理方法包括如下步骤：
1)预处理;养殖废水输送到固液分离机构进行初步固液分离，去除大的粪便等物质，固体残渣排放至储渣池，等待泥饼外运作有机肥;
2)一次气浮沉淀分离：经预处理后的废水进入到离子气浮装置，在所述离子气浮装置的混凝反应区投加絮凝剂聚合氯化铝PAC药剂和助凝剂聚丙烯酰胺PAM药剂、在气浮分离区通过二次加药口投加聚丙烯酰胺PAM药剂进行进一步凝絮沉淀，浮渣进入污泥储池;
3)厌氧处理：经一次气浮沉淀分离的水进入厌氧反应器继续处理，在厌氧反应器的搅拌系统高速搅拌下，污泥呈悬浮状态，污水被作用后上流，经过上部设置的能量消除板，将搅拌能量消除掉，使得上来的水成稳定状态，经厌氧反应产生的沼气和水经过斜板沉淀器后，沼气通过沼气口外排至沼气收集池、水经过出水管排放;
4)二次气浮沉淀分离：经厌氧处理后的水排放至气浮沉淀池，将出水中残留的污泥、沼渣、氨氮有机物去除，气浮沉淀池的进水端设有高效管道混合器，并通过高效管道混合器的药剂投加管投入PAM药剂进行气浮沉淀分离，分离出的浮渣排放至污泥储池;
5)生物滤池生化处理：经二次气浮沉淀分离后的水先进入兼氧池、通过生物氧化降解作用对养殖废水进行净化，进一步除去 COD、SS、氨氮和磷，处理后再进入MBR膜生物反应器池进一步处理，经兼氧池和MBR膜生物反应器池处理后的污泥分别排放至污泥储池;
6)人工湿地处理：经生物滤池生化处理后的水通过MBR膜生物反应器池的自吸泵进入人工湿地系统，通过人工湿地系统吸附水中氮磷和盐分;
7)超滤处理：通过人工湿地系统出水设置的储水池中的潜水泵将水提升到UF超滤系统， UF超滤系统的产水进到UF产水箱，在UF产水箱中通过紫外线消毒装置消毒，同时采用次氯酸钠消毒，彻底杀灭水中的细菌、病毒;
8)污泥处理：污泥储池中的浮渣和污泥进入污泥处理系统，污泥处理系统采用叠螺压滤机，并配备PAM加药系统，处理后的污泥排至储渣池，等待泥饼外运作有机肥。
6.根据权利要求 5所述的养殖废水处理系统的处理方法，其特征在于：在所述第2)步的一次气浮沉淀分离中，离子气浮装置的混凝反应区投加絮凝剂聚合氯化铝PAC药剂为铝含量30%，投加量120PPM、投加的助凝剂聚丙烯酰胺PAM药剂为阴离子，分子量900w，投加量4PPM，所述离子气浮装置的混凝反应区的快搅拌机的转速为70～80R/min，所述的慢搅拌机的转速为50～65R/min，在所述离子气浮装置的气浮分离区通过二次加药口投加的聚丙烯酰胺PAM药剂为阴离子，分子量>800w，投加量0.5PPM。
7.根据权利要求 5所述的养殖废水处理系统的处理方法，其特征在于：所述第3)步中厌氧反应器容积负荷为9～12kgcod/m³·D，沼气收集池收集的沼气，一部分用于厨房做饭类生活用，另一部分通过沼气发电机发电，用于厂区照明;所述第4)步中的气浮沉淀池材质为SS304，投加的PAM药剂为中性，分子量1000w，投加量3PPM;所述第5)步中MBR膜反应器池的MBR膜采用中空纤维材质，同时还设有曝气盘;所述第6)步中MBR膜生物反应器池的自吸泵由时间继电器控制，遵循10/1/10/1/2/10的运行方式，所述人工湿地系统的出水达到GB3838-2002四类水标准;所述第7)步中UF超滤系统的UF膜选择PVDF材质，所述UF产水箱中设有的紫外线杀菌装置为每吨水设置一根15W紫外灯管，次氯酸钠消毒的投加量为2～3PPM;所述第8)步中污泥处理系统配备的PAM加药系统投加的PAM药剂为阳离子，分子量>800w，1～3PPM。
8.根据权利要求 7 所述的养殖废水处理系统的处理方法，其特征在于：所述MBR膜的膜通量小于15L/㎡·hr，污泥浓度小于0.15kgBOD5/kgMLSS·d，所述UF膜的膜通量小于50L/㎡·hr。
说明书
养殖废水处理系统及其处理方法
技术领域
技术领域
本发明涉及一种污水处理系统，特别是公开一种养殖废水处理系统及其处理方法，处理后水质可达IV类排放标准。
背景技术
现在养殖废水具有典型的“三高”特征，即有机物浓度高COD、高氨氮、高悬浮物等，这些特点使得养殖废水很难达标排放。
目前对养殖废水的处理大致有两种处理流程：第一种处理流程是以产沼气为主，这种处理工艺路线忽视出水水质，追求沼气产量，沼气发生装置多以CSTR(全混型厌氧反应器)为主;第二种处理工艺路线是产沼气和出水并重的处理方式，沼气部分工艺多以CSTR(全混型厌氧反应器)为主，有的以UASB替代CATR进行厌氧处理，而后出水为了去除氨氮及部分COD，所以采用两级AO工艺，最后增加沉淀池进行除磷。
附图1是现有技术以产沼气为主的养殖废水的处理工艺流程。由于是以产沼气为主，所以需要将在CSTR中投加大量的固体粪便，这样才能有更多的有机物产生沼气，但是于此同时固体及水中的有机氮转化为氨氮，导致出水氨氮严重超标，这种情况下水中碳氮比失调，后续工艺无法有效脱氮，同时有机物也无法进一步去除，从而导致出水严重不达标，此外CSTR有机物去除率很难像宣传的那样有机物去除率80%以上。
附图2是现有技术以产沼气和出水并重的养殖废水的处理工艺流程。由于是产沼气和出水并重的方式，所以CSTR运行与上述方式类似，出水也是严重的碳氮比失调，这种情况下，通过两级AO工艺，虽然具有侧重脱氮和去除有机物，但是这种经过CSTR后的水氨氮浓度太高，两个AO工艺负荷会很大，氨氮去除率低，整个AO工艺碳氮比处于失调状态，不利于有机物去除，从而导致出水难达标，这种工艺中的厌氧段无论是使用CSTR或者UASB，有机物去除率都无法达到设计的80%以上，达不到这么高的去除率，后续工艺就会超负荷，出水就无法达标。
此外，以上两种现有养殖废水处理工艺的出水会被用来回用，现有的回用工艺，基本是采用超滤、反渗透等工艺，而仅仅采用现有处理工艺及类似微调工艺后的出水还是很难达标，导致后续回用工艺效率低，容易发生回用工艺设备堵塞的情况，同时降低超滤、反渗透系统的正常使用寿命，更换频率高，运行费用高。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种养殖废水处理系统及其处理方法，增加离子气浮装置进行气浮沉淀分离，并改进了厌氧反应器和现有气浮沉淀池中管道混合器的结构，配合人工湿地、MBR膜生物反应器和超滤系统，实现对养殖废水的有效处理，处理后的水质可达到IV类排放标准。
本发明是这样实现的：一种养殖废水处理系统及其处理方法，所述的养殖废水处理系统包括固液分离机构、厌氧反应器、气浮沉淀池、兼氧池、MBR膜生物反应器池、人工湿地系统、UF超滤系统、UF产水箱、沼气收集池、污泥储池和污泥处理系统，其特征在于：所述的养殖废水处理系统还设有离子气浮装置，所述的固液分离机构顺序连接离子气浮装置、厌氧反应器、气浮沉淀池、兼氧池、MBR膜生物反应器池、人工湿地、UF超滤系统和UF产水箱，所述的离子气浮装置、气浮沉淀池、兼氧池和MBR膜生物反应器池还分别与污泥储池连接，所述的污泥储池顺序连接污泥处理系统和储渣池，所述的厌氧反应器还连接沼气收集池，所述的离子气浮装置还与UF超滤系统连接，所述的固液分离机构与所述的储渣池连接。
所述的离子气浮装置包括气浮壳体，所述的气浮壳体内依次分为混凝反应区、气浮接触区、气浮分离区和清水区，所述的混凝反应区设有两个混凝池，分别为快混凝池和慢混凝池，所述的快混凝池内设有快搅拌机，所述的慢混凝池内设有慢搅拌机，所述的快搅拌机的转速为70～80R/min，所述的慢搅拌机的转速为50～65R/min，相应的，药剂投加管路也设有两处，一处与快混凝池连通，另一处与慢混凝池连通。所述的气浮分离区设置有管道混合器，所述的管道混合器的前段为收集管路，在所述的收集管路上设有二次加药口。二次加药口用于投加二次投加聚丙烯酰胺PAM药剂。
所述的厌氧反应器包括厌氧反应器的壳体、设于所述壳体底部的布水管、设于所述壳体底部或下部的排空管、设于所述壳体顶部的沼气出口、设于所述壳体上段与出水管连通的出水口和伸入壳体内部的搅拌机，所述的壳体内部在所述出水口的下方设有斜板沉淀器，所述的壳体顶壁上设有上检查口，所述的伸入壳体内部的搅拌机连接有密闭式旋转轴承系统，在所述密闭式旋转轴承系统的搅拌轴上设有上、下两层结构的搅拌叶片，每层搅拌叶片均为双叶设计。在搅拌叶片的上方、所述斜板沉淀器的下面还设有能量消除板，所述的能量消除板采用长方形结构的碳钢防腐板，厚度为5mm±1mm，宽度为450mm±5mm，长度与所述厌氧反应器的壳体大小相配合，所述的沼气出口通过管路连接所述的沼气收集池。
所述的气浮沉淀池进水端设有高效管道混合器，所述的高效管道混合器包括管道混合器本体、药剂投加管和设于管道混合器内部的折流板，所述的管道混合器本体顺序分为进口、加药区、水药混合区和出口，所述的药剂投加管连通管道混合器的加药区，所述管道混合器的加药区设有高速发生器，用于将管道混合器的进口进入的待处理水通过高速发生器形成高速水流进入所述水药混合区的流道，所述的水药混合区还顺序设有一次扩充管和二次扩充管，所述的一次扩充管和二次扩充管均顺序由一段渐扩管和一段直管组成，所述一次扩充管的渐扩管端的小端连通所述的流道、直管端连通所述二次扩充管的渐扩管端的小端，所述的折流板设于二次扩充管的直管段内部，所述的折流板设有若干块，均布设于二次扩充管的直管段内部，并呈上下交错排布。
所述的MBR膜反应器池设有曝气盘，并设有时间继电器控制的自吸泵，用于将处理后的水输送至人工湿地系统，所述的人工湿地系统由表流湿地、垂直潜流湿地和/或水平潜流湿地组成，所述的人工湿地系统出水处设有储水池，所述的储水池中设有潜水泵，用于通过潜水泵的提升作用将水提升到UF超滤系统继续处理，所述的UF产水箱中设有紫外线消毒装置，所述UF产水箱的出口设有变频泵，用于回用水的稳压输送，所述的污泥处理系统设有叠螺压滤机。
所述养殖废水处理系统的处理方法，其特征在于：所述的养殖废水处理系统包括顺序连接的固液分离机构、离子气浮装置、厌氧反应器、气浮沉淀池、兼氧池、MBR膜生物反应器池、人工湿地、UF超滤系统和UF产水箱，所述的离子气浮装置、气浮沉淀池、兼氧池和MBR膜生物反应器池还分别与污泥储池连接，所述的污泥储池顺序连接污泥处理系统和储渣池，所述的厌氧反应器还连接沼气收集池，所述的离子气浮装置还与UF超滤系统连接，所述的固液分离机构与所述的储渣池连接;所述的处理方法包括如下步骤：
1)预处理;养殖废水输送到固液分离机构进行初步固液分离，去除大的粪便等物质，固体残渣排放至储渣池，等待泥饼外运作有机肥。
2)一次气浮沉淀分离：经预处理后的废水进入到离子气浮装置，在所述离子气浮装置的混凝反应区投加絮凝剂聚合氯化铝PAC和助凝剂聚丙烯酰胺PAM、在气浮分离区通过二次加药口投加聚丙烯酰胺PAM进行进一步凝絮沉淀，浮渣进入污泥储池。
3)厌氧处理：经一次气浮沉淀分离的水进入厌氧反应器继续处理，在厌氧反应器的搅拌系统高速搅拌下，污泥呈悬浮状态，污水被作用后上流，经过上部设置的能量消除板，将搅拌能量消除掉，使得上来的水成稳定状态，经厌氧反应产生的沼气和水经过斜板沉淀器后，沼气通过沼气口外排至沼气收集池、水经过出水管排放。
4)二次气浮沉淀分离：经厌氧处理后的水排放至气浮沉淀池，将出水中残留的污泥、沼渣、氨氮有机物去除，气浮沉淀池的进水端设有高效管道混合器，并通过高效管道混合器的药剂投加管投入PAM药剂进行气浮沉淀分离，分离出的浮渣排放至污泥储池。
5)生物滤池生化处理：经二次气浮沉淀分离后的水先进入兼氧池、通过生物氧化降解作用对养殖废水进行净化，进一步除去 COD、SS、氨氮和磷，处理后再进入MBR膜生物反应器池进一步处理，经兼氧池和MBR膜生物反应器池处理后的污泥分别排放至污泥储池。
6)人工湿地处理：经生物滤池生化处理后的水通过MBR膜生物反应器池的自吸泵进入人工湿地系统，通过人工湿地系统吸附水中氮磷和盐分;人工湿地系统由表流湿地、垂直潜流湿地、水平潜流湿地等形式组成，湿地种植植物要根据当地气候特点进行选择，要选择生长周期长、抗寒性及一定经济作用的植物，比如菖蒲类和芦苇等。
7)超滤处理：通过人工湿地系统出水设置的储水池中的潜水泵将水提升到UF超滤系统， UF超滤系统的产水进到UF产水箱，在UF产水箱中通过紫外线消毒装置消毒，同时采用次氯酸钠消毒，彻底杀灭水中的细菌、病毒。
8)污泥处理：污泥储池中的浮渣和污泥进入污泥处理系统，污泥处理系统采用叠螺压滤机，并配备PAM加药系统，处理后的污泥排至储渣池，等待泥饼外运作有机肥。
在所述第2)步的一次气浮沉淀分离中，离子气浮装置的混凝反应区投加絮凝剂聚合氯化铝PAC药剂为铝含量30%，投加量120PPM、投加的助凝剂聚丙烯酰胺PAM药剂为阴离子，分子量900w，投加量4PPM，所述离子气浮装置的混凝反应区的快搅拌机的转速为70～80R/min，所述的慢搅拌机的转速为50～65R/min，在所述离子气浮装置的气浮分离区通过二次加药口投加的聚丙烯酰胺PAM药剂为阴离子，分子量>800w，投加量0.5PPM。
所述第3)步中厌氧反应器容积负荷为9～12kgcod/m³·D，沼气收集池收集的沼气，一部分用于厨房做饭类生活用，另一部分通过沼气发电机发电，用于厂区照明;所述第4)步中的气浮沉淀池材质为SS304，投加的PAM药剂为中性，分子量1000w，投加量3PPM;所述第5)步中MBR膜反应器池的MBR膜采用中空纤维材质，同时还设有曝气盘;所述第6)步中MBR膜生物反应器池的自吸泵由时间继电器控制，遵循10/1/10/1/2/10的运行方式，所述人工湿地系统的出水达到GB3838-2002四类水标准;所述第7)步中UF超滤系统的UF膜选择PVDF材质，所述UF产水箱中设有的紫外线杀菌装置为每吨水设置一根15W紫外灯管，次氯酸钠消毒的投加量为2～3PPM;所述第8)步中污泥处理系统配备的PAM加药系统投加的PAM药剂为阳离子，分子量>800w，1～3PPM。
所述MBR膜的膜通量小于15L/㎡·hr，污泥浓度小于0.15kgBOD5/kgMLSS·d，所述UF膜的膜通量小于50L/㎡·hr。
本发明的有益效果是：本发明针对现有的养殖废水特点及现有处理工艺出水不达标、厌氧段有机物去除率低、厌氧后碳氮比失调导致后续工艺负荷增大、回用工艺效率低及更换频率高等问题，设计了离子气浮装置，改进了厌氧反应器和现有气浮沉淀池中管道混合器的结构，并结合MBR膜生物反应器池、人工湿地系统、高速UF超滤系统等的改进和运用，实现对养殖废水的有效处理，能够实现水、药剂功效、水质负荷等最优化，出水稳定、运行可靠，处理后的水质可达到IV类排放标准。
本发明设计的处理设备有机结合，同时工艺流程简单，设备集成化高，自动化程度高，可推广性强，具有处理效果稳定、效率高、匹配性强等特点，只要在处理工艺步骤中控制好每个工艺段的设计参数，本发明工艺即可满足对多种形式和水质的养殖废水处理，能够真正解决现有养殖废水处理的诸多弊端。此外人工湿地系统多采用当地花期长的植物，此外，植物也考虑后续经济价值，比如芦苇，能够创造一定的收益。