申请日2015.05.08
公开(公告)日2015.09.09
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明属于废水治理技术领域，公开了一种处理疫病动物尸骸废水的系统与方法。所述处理疫病动物尸骸废水的系统与方法采用ABR-SBR-气升环流组合工艺对疫病动物尸骸废水进行处理，先在ABR反应器中对疫病动物尸骸废水进行厌氧反应，然后将出水通入SBR反应器中进行短程硝化处理，并将短程硝化液回流至ABR反应器中，同时反硝化产甲烷过程，实现对有机物和含氮化合物的高效去除;SBR反应器出水进入混合性能及传质性能俱佳的气升环流反应器，进一步去除废水中有机物和氨氮，成功实现废水的达标排放。
权利要求书
1.一种处理疫病动物尸骸废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将疫病动物尸骸废水通入ABR反应器，在厌氧条件下进行同时反硝化 产甲烷作用;
(2)将所述ABR反应器的出水流入SBR反应器中，控制SBR反应器内边界 条件实现短程硝化，将SBR反应器的部分出水回流至ABR反应器中，其余的出 水进入气升环流反应器;
(3)SBR反应器的其余出水进入气升环流反应器进行反应，进一步进行 脱氮和降解有机物，反应后的出水向外管网排放。
2.根据权利要求1所述的一种处理疫病动物尸骸废水的方法，其特征在 于：步骤(1)所述疫病动物尸骸废水的COD为70000～100000mg/L，氨氮为 4500～9800mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种处理疫病动物尸骸废水的方法，其特征在 于：步骤(1)所述ABR反应器内pH控制为6.5～8.5，HRT设为5～10d。
4.根据权利要求1所述的一种处理疫病动物尸骸废水的方法，其特征在 于：步骤(2)所述SBR反应器的控制参数为：溶解氧浓度为0.5～2mg/L，pH 为7.5～8.5，HRT=2～3d。
5.根据权利要求1所述的一种处理疫病动物尸骸废水的方法，其特征在 于：步骤(2)中所述SBR反应器的出水回流至ABR反应器的回流比为 50%～100%，HRT=1d。
6.根据权利要求1所述的一种处理疫病动物尸骸废水的方法，其特征在 于：所述ABR反应器、SBR反应器以及气升环流反应器的处理温度为20～40℃。
7.根据权利要求1所述的一种处理疫病动物尸骸废水的方法，其特征在 于：所述SBR反应器内部设有内筒和分离器;所述气升环流反应器内部设有内 筒和分离器。
8.一种处理疫病动物尸骸废水的系统，包括依次相连的ABR厌氧反应器、 SBR反应器以及气升环流反应器。
9.根据权利要求8所述的一种处理疫病动物尸骸废水的系统，其特征在 于：所述ABR厌氧反应器前端设置集水调节池。
10.根据权利要求8或9所述的一种处理疫病动物尸骸废水的系统，其特 征在于：所述SBR反应器出水端设有连接至ABR厌氧反应器的回流管;所述 SBR反应器内部设置有内筒;所述气升环流反应器内部设置有内筒，底部设有 曝气头;所述气升环流反应器设置有回流口和回流装置。
说明书
一种处理疫病动物尸骸废水的系统与方法
技术领域
本发明属于废水治理技术领域，涉及一种处理疫病动物尸骸废水的系统与 方法，具体涉及一种基于ABR厌氧处理技术、SBR好氧处理技术和气升环流废 水生物处理技术的处理疫病动物尸骸废水的系统与方法。
背景技术
随着我国养殖业和畜牧业的快速发展，疫病和非正常死亡的动物尸体越来 越多。统计资料表明2014年我国能繁衍母猪存栏量约为5000万头，生猪存栏 量约为4.65亿头，年出栏量为约7.45亿头，而每年的非屠宰死亡猪的数目却为 1亿多头，约占总量的15-20%，因此，疫病动物尸骸的无害化处理已成为一个 亟待解决的重要问题。高温与高压法处理疫病动物尸骸可使油脂溶化和蛋白质 疑固，杀灭病原体，是在我国应用比较广泛的方法。但该工艺产生大量的高有 机物、高氨氮疫病动物尸骸废水，现有研究中缺乏对此种废水处理技术的报道， 该种废水的高效处理亟待解决。
在与疫病动物尸骸废水水质相似的屠宰废水的处理中，较为有效的处理工 艺有UASB+SBR工艺、水解酸化+SBR工艺、CAF+SBR工艺、UASB+CASS工 艺、UASBR+SBR工艺、ABR+CASS工艺等等。但疫病动物尸骸废水较屠宰废 水有更高浓度的氨氮和有机物、具有更低的碳氮比，通过前期的研究工作表明， 简单地采用一级厌氧和一级好氧工艺，其出水效果不能达标，必须进行深度处 理，其可能原因是进水有机物和氨氮浓度较高，且有一部分难降解物质。采用 上述常规工艺处理，经过厌氧过程后出水碳氮比介于0.3-2之间，对于后续工艺 的脱氮过程存在碳源严重不足的问题，故本发明采用ABR-SBR-气升环流组合 工艺对疫病动物废水进行处理，采用短程硝化处理厌氧出水，并将硝化液回流 至厌氧反应器中，既可大量减少曝气且无需外加有机碳源，有效地防止过曝气 和过搅拌带来的能耗，又能适时调节控制高浓度原水进入反应器系统的进水水 质，在厌氧反应器中进行同时反硝化产甲烷过程，实现对有机物和含氮化合物 的高效去除。SBR出水进入传质性能和混合性能俱佳的气升环流反应器，可进 一步去除废水中有机物和氨氮，实现废水的达标排放。
ABR(Anaerobic Baffled Reactor，厌氧折流板反应器)是在厌氧生物转盘反应 器的基础上改进而成的废水厌氧生物处理反应器。ABR反应器兼具UASB和分 阶段多相厌氧反应器(SMPA)的优点，ABR设置上下折流板，按水流方向串 联各单个反应器，实现不同格室产酸、产甲烷过程的分离，提高了反应器的容 积负荷和处理效果。ABR的多阶段分相特点，使不同隔室间的微生物生长在适 宜的环境条件;另外，ABR反应器较长的污泥龄有利于世代周期较长的细菌生 长繁殖，促进系统微生物群落的稳定。使反应器针对疫病动物尸骸废水的厌氧 处理具有良好的适应性及优越的处理性能。
SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，序批式活性污泥 法)是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，它的主要特征是 在运行上的有序和间歇操作，在同一反应器中，按时间顺序由进水、曝气、沉 淀、排水和待机五个基本工序组成。
气升环流反应器(ALR，Airlift Loop Reactor)是一种以气源作为动力使液 体混合与循环流动的反应器，是在鼓泡塔的基础上发展起来的，综合了鼓泡床 和搅拌釜的性能。气升式环流反应器具有结构简单、操作方便、流型规整、特 别是不需要机械搅拌就兼具混合效果良好和传质系数较高的优点，而广泛地应 用于生物、化工及水处理等行业。
厌氧ABR工艺处理此废水具有高效、运行费用低和产生清洁能源的优点， 然而，厌氧出水具有高氨氮、低碳氮比的特性。采用好氧SBR短程硝化处理厌 氧出水，具有硝化反应时间短、节省能源(碳源和耗氧量)、减少基建投资等优 势，但是仅能实现NH4+-N的高效率去除，由于缺乏有机碳源，反硝化效率低， 对总氮去除效果较差。故采用硝化液回流至ABR中的方式，利用厌氧反应器中 的碳源作为反硝化的碳源，可有效解决处理流程中C/N比低的问题，大大提高 反硝化的效率。ABR-SBR-气升环流组合工艺的采用，是基于现有废水生物处理 反应器技术的基础上针对疫病动物废水的水质特征所做的优化选择。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种处理疫 病动物尸骸废水的方法。
所述处理疫病动物尸骸废水的方法采用ABR-SBR-气升环流组合工艺对疫 病动物尸骸废水进行处理，先在ABR反应器中对疫病动物尸骸废水进行厌氧处 理，然后将出水通入SBR反应器中进行短程硝化处理，并将硝化液回流至ABR 反应器中，既可大量减少曝气且无需外加有机碳源，有效地防止过曝气和过搅 拌带来的高能耗，又能适时调节控制高浓度原水进入反应器系统的进水负荷， 在厌氧ABR反应器中进行同时反硝化产甲烷过程，实现对有机物和含氮化合物 的高效去除;SBR反应器出水进入传质性能和混合性能俱佳的气升环流反应器， 可进一步去除废水中有机物和氨氮，实现废水的达标排放。
本发明的另一目的在于提供一种处理疫病动物尸骸废水的系统。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种处理疫病动物尸骸废水的方法，包括如下步骤：
(1)将疫病动物尸骸废水通入ABR反应器，在厌氧条件下进行同时反硝化 产甲烷作用;
(2)将所述ABR反应器的出水流入SBR反应器中，控制SBR反应器内边界 条件实现短程硝化，将SBR反应器的部分出水回流至ABR反应器中，其余的出 水进入气升环流反应器;
在该步骤(2)中，实现短程硝化的SBR反应器的出水含有亚硝态氮(NO2-N)， 其中一部分出水回流至ABR反应器中，在厌氧条件下同时进行反硝化和产甲烷 过程，使反应流程减少、降低能耗、提高反应器碱度防止酸化，解决好氧总氮 去除效果差的问题;另一部分出水流入气升环流反应器进行后续处理;
(3)SBR反应器的其余出水进入气升环流反应器进行反应，进一步进行脱 氮和降解有机物，反应后的出水向外管网排放。
优选的，步骤(1)所述疫病动物尸骸废水的COD为70000～100000mg/L， 氨氮为4500～9800mg/L;
优选的，步骤(1)所述ABR反应器内pH控制为6.5～8.5，HRT设为5～10d;
HRT，即水力停留时间(Hydraulic Retention Time)。
优选的，步骤(2)所述SBR反应器的控制参数为：溶解氧浓度为0.5～2mg/L， pH为7.5～8.5，HRT=2～3d;
优选的，步骤(2)中所述SBR反应器的出水回流至ABR反应器的回流比为 50%～100%，HRT=1d;
优选的，所述ABR反应器、SBR反应器以及气升环流反应器的处理温度为 20～40℃;
优选的，所述SBR反应器内部设有内筒和分离器;所述SBR反应器内部设有 内筒和分离器可构成内循环并实现气水分离，实现高效传质;
优选的，所述气升环流反应器内部设有内筒和分离器;所述气升环流反应 器内部设有内筒和分离器可构成内循环并实现气水分离，实现高效传质。
一种处理疫病动物尸骸废水的系统，包括依次相连的ABR厌氧反应器、SBR 反应器以及气升环流反应器。
优选的，所述SBR反应器出水端设有连接至ABR厌氧反应器的回流管;
优选的，所述ABR厌氧反应器前端设置集水调节池;
优选的，所述SBR反应器内部设置有内筒;
优选的，所述气升环流反应器内部设置有内筒，底部设有曝气头;
优选的，所述气升环流反应器设置有回流口和回流装置。
采用上述处理疫病动物尸骸废水的系统对疫病动物尸骸废水进行处理的工 艺流程为：将疫病动物尸骸废水通入ABR厌氧反应器进行厌氧降解，如果疫病 动物尸骸废水的进水量及水质有波动，则先将疫病动物尸骸废水通入集水调节 池进行均质均量后再通入ABR厌氧反应器;然后将ABR厌氧反应器的出水通入 SBR反应器进行短程硝化，SBR反应器的出水一部分可回流至ABR厌氧反应器实 现反硝化，另一部分通入气升环流反应器中;在气升环流反应器中进一步脱氮 处理及降解有机物，使出水符合《城市管网排放标准》(CJ3082-1999)，可直接 排入建有城市污水处理厂的城市下水道系统。
本发明的原理：
本发明所述处理疫病动物尸骸废水的方法是采用ABR-SBR-气升环流反应 器组合进行处理，其机理为：
采用厌氧条件的ABR反应器通过水解酸化/产甲烷作用和反硝化作用实现 有机物和氮的去除，水解酸化/产甲烷作用是微生物在厌氧条件下，通过水解酸 化作用将大分子有机物水解成能透过细胞膜的小分子有机物，经过乙酸化作用 后，被产甲烷菌逐步氧化生成CH4、H2O和CO2，从而实现对有机物的去除。SBR 反应器产生的短程硝化液部分回流至ABR反应器，在ABR反应器内进行同时反 硝化脱氮，其原理是在厌氧条件下，反硝化菌将NO2--N作为电子受体，利用有 机物作为电子供体，将NO2--N还原成N2的同时，实现对有机物的去除。SBR反 应器采用好氧短程硝化处理厌氧出水，通过控制好氧环境的ORP、pH、溶解氧 等边界条件，淘洗出亚硝酸盐氧化菌(NOB)，富集氨氧化菌(AOB)，将硝化 过程控制在NO2--N阶段，阻止NO2--N氧化为NO3--N的反应，实现短程硝化，以 达到低碳氮比废水低能耗处理的目的;再将含NO2--N的SBR反应器出水回流至 厌氧ABR反应器，在ABR反应器中同时进行反硝化产甲烷。短程硝化-同时反硝 化产甲烷工艺具有流程短、减少曝气量、无需添加有机碳源、提高厌氧反应器 碱度防止酸化的优势。经过ABR+SBR组合工艺的运行后，进入气升环流反应器 的废水含有较低浓度的有机物和氨氮，在低有机负荷条件下，通过气升环流反 应器对废水进行深度处理，进一步脱氮除碳，实现疫病动物尸骸废水的达标处 理。
ABR反应器降解有机物的原理是：利用ABR反应器中厌氧微生物的代谢过 程，在无需提供氧气的条件下把有机物转化为水、甲烷和二氧化碳及细胞组成 物质的过程，主要由三个阶段组成：
(1)水解阶段
主要是废水中的复杂有机物(碳水化合物、蛋白质及脂肪等)在细菌胞外 酶的作用下水解为单糖、氨基酸和甘油等形式的小分子化合物和可溶性有机物 的过程，为下一步反应做准备。水解过程较缓慢，是厌氧过程的限速步骤。水 解阶段反应速度与胞外酶能否有效接触到底物、水解温度、有机质颗粒大小等 有关。
(2)酸化阶段
这一阶段是利用上阶段水解的小分子化合物在酸化菌的细胞内转化为挥发 性脂肪酸(VFA)、乳酸、二氧化碳、氢气、硫化氢和氨等更为简单的化合物， 并分泌到细胞外。产氢产乙酸菌将长链VFA转化为乙酸、氢气、二氧化碳和新 的细胞物质。
(3)产甲烷阶段
产甲烷菌将上述阶段产生的乙酸等转化为甲烷和二氧化碳等，完成厌氧过 程有机物的去除过程。
废水生物脱氮的原理是：通过异养菌的氨化作用，将蛋白质、氨基酸等含 氮有机物转化为NH4+-N，在好氧条件下将NH3和NH4+-N转化为NOx--N，然后在 厌氧条件下将NOx--N还原为N2，具体过程如下：
(1)氨化作用
溶解性有机氮化合物(蛋白质、氨基酸等)经微生物降解释放出氨的过程 称为氨化作用。氨化作用速度较快，不同污泥龄反应器均能完成。
(2)硝化作用
硝化作用是废水中NH4+-N被氨氧化菌(AOB)氧化为NO2--N的过程，然后 NO2--N被亚硝酸盐氧化菌氧化为NO3--N的过程。硝化过程中，氨氧化菌和亚硝 酸盐氧化菌的理论产率系数分别为0.29mgVSS/mgNH4+-N和0.084mgVSS/mg NO2--N，且氨氧化过程是硝化反应的限速步骤。硝化作用效果受到反应器温度、 pH、溶解氧和有毒物质等因素的影响。
(3)反硝化作用
反硝化作用是NOx--N被反硝化菌还原为N2的过程。由于反硝化菌是兼性异 养菌，当反应器中有机碳源不足时需补充碳源有机物才能使反硝化反应正常进 行。另外，当反应器内溶解氧和NOx--N同时存在时，微生物优先选择溶解氧作 为还原反应的电子受体。反硝化过程受到温度、pH、溶解氧、C/N、碳源类型 和有毒物质等因素的影响。
本发明工艺采用SBR反应器和气升环流反应器作为后续处理，严格控制好氧 SBR中的pH和溶解氧，富集氨氧化菌(AOB)并淘洗亚硝酸盐氧化菌(NOB)， 实现短程硝化。短程硝化工艺是在将硝化过程控制在NO2--N阶段，阻止NO2--N 氧化为NO3--N的工艺，在低能耗，低碳源消耗量的情况下实现氨氮的高效去除。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明所述方法及处理系统以疫病动物尸骸废水为处理对象，采用 SBR反应器短程硝化液出水回流的方式，提高污水中有机物和氮的去除效率， 在保证出水水质的前提下，实现了低能耗，解决了疫病动物尸骸废水氨氮和有 机物的深度去除问题。
(2)本发明所述方法及处理系统采用ABR反应器处理高浓度的疫病动物尸 骸废水，具有低水力停留时间(HRT)、高生物量和多阶段分相反应等优点，可 回收利用降解有机物产生的高产量甲烷，实现甲烷资源化利用。
(3)本发明所述方法采用将SBR反应器的硝化液回流至ABR反应器中，实 现同时反硝化产甲烷作用，实现高效脱氮除碳。
(4)本发明所述方法及处理系统采用SBR反应器作为脱氮的主要构筑物， 充分利用了SBR法具有工艺简单、操作灵活、生化推动力大等优点。
(5)本发明所述方法及处理系统采用的气升环流反应器可进一步去除有机 物，其通过内筒和曝气等装置，使废水在反应器内构成内循环，具有传质效率 高、结构简单、操作方便及流型规整等特点。