申请日2014.01.09
公开(公告)日2014.04.16
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种畜禽废水处理系统及其处理方法，属于畜禽养殖废水的处理领域。它包括依次串联的水量调节池、EGSB厌氧反应器和塔式生物滤池，所述的EGSB厌氧反应器内中设置有机械搅拌器，所述的EGSB厌氧反应器的部分出水通过泵抽送至该EGSB厌氧反应器底部进行内回流，通过控制阀门的启闭及开启度控制回流水，回流水经过机械搅拌器推动叶轮转动后接入EGSB厌氧反应器底部与布水器连接的布水管。采用本发明的系统和方法，处理后的废水不仅能达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)的标准，而且废水处理的基建和运行成本更低。
权利要求书
1.一种畜禽废水处理系统，它包括依次串联的水量调节池(1)、EGSB厌氧反应器 (2)和塔式生物滤池(3)，其特征在于：
所述的EGSB厌氧反应器(2)内中设置有机械搅拌器(21)，所述的EGSB厌氧反应 器(2)的部分出水通过泵抽送至该EGSB厌氧反应器(2)底部进行内回流，通过控制 阀门的启闭及开启度控制回流水，回流水经过机械搅拌器(21)推动叶轮(22)转动后 接入EGSB厌氧反应器(2)底部与布水器(25)连接的布水管，所述布水器(25)同时 接入来自水量调节池(1)的废水。
2.根据权利要求1所述的畜禽废水处理系统，其特征在于：该系统还包括氧化塘(4) 和潜流式人工湿地(5)，经塔式生物滤池(3)处理的出水依次流经氧化塘(4)、潜流 式人工湿地(5)进行处理。
3.根据权利要求2所述的畜禽废水处理系统，其特征在于：所述的EGSB厌氧反应器 (2)的顶部设置有气体收集管道(23)，气体收集管道(23)与氧化塘(4)表面设置 的曝气机(41)连接。
4.根据权利要求3所述的畜禽废水处理系统，其特征在于：进入到氧化塘(4)的废 水由安装在氧化塘(4)底部的布水器(25)进行均匀布水。
5.根据权利要求2所述的畜禽废水处理系统，其特征在于：所述的潜流式人工湿地(5) 从上到下依次设置四级填料层，分别为细沙、粘土、碎石和碎砖，所述潜流式人工湿地 (5)表层种植的植物为芦苇、香蒲、水葫芦、水芹菜、美人蕉、苦草、软水草中的一 种或几种。
6.根据权利要求1所述的畜禽废水处理系统，其特征在于：所述塔式生物滤池(3) 从顶部向下依次设置有高位水箱(31)、旋转布水器(32)、滤料层和集水箱(33)，所 述EGSB厌氧反应器(2)处理后的出水通过上部管道自流到塔式生物滤池(3)顶部的 高位水箱(31)中，经旋转布水器(32)均匀布水，再由滤料层流出后由集水箱(33) 收集。
7.根据权利要求6所述的畜禽废水处理系统，其特征在于：所述的滤料层包括三级， 依次为矿化垃圾、矿化垃圾和煤渣，液固比为1:10～1:15，其中，第二级滤料层中蚯蚓和 矿化垃圾的质量比为1:5～1:10。
8.根据权利要求1-7任一项所述的畜禽废水处理系统，其特征在于：所述的EGSB厌 氧反应器(2)的高径比为5:1～8:1，叶轮(22)的直径为EGSB厌氧反应器(2)直径的 3/5～4/5，机械搅拌器(21)上沿机械搅拌器(21)的搅拌轴均匀分布的叶轮(22)有4～6 片，转速为120-180r/min，EGSB厌氧反应器(2)回流流量为进水流量的3～5倍。
9.一种畜禽废水的处理方法，其步骤为：
(A)畜禽废水经水量调节池(1)调节水量后由提升泵提升至EGSB厌氧反应器(2)， 由安装在EGSB厌氧反应器(2)底部的布水器(25)进行均匀布水，废水中的有机物充 分与EGSB厌氧反应器(2)底部的污泥接触，大部分被处理吸收;
同时，EGSB厌氧反应器(2)的部分出水通过管道送至EGSB厌氧反应器(2)底部 进行回流，用于推动EGSB厌氧反应器(2)内机械搅拌器(21)的叶轮(22)转动并接 入EGSB厌氧反应器(2)底部的布水器(25)进行布水;
EGSB厌氧反应器(2)厌氧产生的甲烷通过气体收集管道(23)收集;
(B)EGSB厌氧反应器(2)处理后的出水自流到塔式生物滤池(3);
(C)塔式生物滤池(3)处理后的出水自流到氧化塘(4)底部，由安装在氧化塘 (4)底部的布水器(25)进行均匀布水，氧化塘(4)表面曝气机(41)利用该步骤(A) 中的收集气和空气的混合气体进行曝气，塘内处于厌氧和好氧交替;
(D)氧化塘(4)处理后的出水通过管道自流入潜流式人工湿地(5);
(E)经过潜流式人工湿地(5)处理后的出水通过管道排入就近的河流(6)中。
说明书
一种畜禽废水处理系统及其处理方法
技术领域
本发明属于畜禽养殖废水的处理领域，更具体地说，是一种畜禽废水处理的系统和方法。
背景技术
近几年，经济的发展加速了畜禽养殖业的发展。畜禽养殖业产生的污染物，特别是养殖 场废水，造成的环境污染问题也日渐突出。养猪场废水中除了含有大量的冲洗水外，还含有 尿液、粪便残渣、饲料残渣等，有机物及悬浮物浓度高，成分复杂，属于典型的“三高”废 水，即高有机物浓度、高悬浮物、高氮磷浓度，给达标处理造成了很大的难度。据有关研究 显示，猪粪尿的COD高达20000-30000mg/L，排放废水的BOD5高达2000-8000mg/L，其中 的氮、磷浓度是生活污水的20～50倍。
厌氧-好氧组合工艺是近几年普遍应用于畜禽养殖污水处理的工艺。目前国内外多数采 用SBR工艺作为厌氧阶段的后处理，杨虹等(杨虹，李道棠，朱章玉，等.集约化养猪场冲栏 水的达标处理[J].上海交通大学学报，2000，34(4)：550-560.)小试中发现：如果不外添加 碱，处理效果往往不理想，NH4+-N的去除率小于60%，出水中NH4+-N的浓度为600mg/L 左右。Bernet等采用了类似于A/O工艺的厌氧SBR-好氧SBR组合工艺处理猪场废水，TOC 去除率81%-91%，NH4+-N去除率97%，TN去除率仅有58.5%，效果不理想，并且需要将好 氧SBR出水回流至厌氧SBR，水力停留时间(HRT)长达22-30天。邓良伟等采用水解-SBR- 活性炭吸附工艺处理规模化猪场粪污，但处理的费用太高，难以大规模推广。杨朝晖等(
杨朝晖，曾光明，高锋.固液分离-UASB-SBR工艺处理养猪场废水的试验研究[J].湖南大 学学报，2002，29(6)95-99.)采用固液分离-UASB-SBR组合工艺处理养猪场废水。但该工艺 流程复杂，稳定性较差。上述研究集中于组合工艺对养殖废水处理的水质净化，忽略了厌氧 过程产生的CH4污染控制。而CH4是一种重要的温室气体，对全球变暖的温室效应仅次于 CO2，其全球百年增温潜势是CO2的25倍。
EGSB反应器和塔式生物滤池在处理畜禽废水方面已经有一定的应用。中国专利申请号： CN201210596235.2，公开日：2013年04月24日的专利申请文件，公开一种微氧膨胀颗粒污 泥床-钢渣生物滤池污水处理系统，用以解决好氧活性污泥法占地面积大、曝气能耗高和剩余 污泥产量大的问题。该系统由微氧膨胀颗粒污泥床反应器和钢渣生物滤池串联组合而成。其 不足之处在于：1)钢渣填料的成本较高，仅原料成本就为3000-4000元/吨，而矿化垃圾、炉 渣的这类生物填料的成本低于400元/吨(主要包括：电费，运输费，劳务费等)。石磊按照 快滤系统设计原则构建的示范工程，处理规模50t/d，吨处理成本仅为5.1元(钱小青,牛东 杰,楼紫阳,等.填埋场矿化垃圾资源综合利用研究进展[J].环境卫生工程,2006,14(2): 62-64.);2)钢渣填料的主要依靠吸附作用去除污染物，滤料堵塞或达到吸附饱和后，更换滤 料或者再生都会增加运行成本和人工作业时间，而矿化垃圾作为生物滤料主要依靠表面附着 了数量庞大、种类繁多、代谢能力极强的微生物群落进行生物降解，通过在矿化垃圾中增加 蚯蚓，可以在不借助人工作业的情况下的增加填料的透水性能，提高处理效果和过滤周期; 3)没有对EGSB反应器产生的沼气进行充分利用;4)EGSB反应器仅依靠多孔布水板布水 能增加垂直方向上的扰动，但对水平方向上的扰动作用较小，对泥水之间的接触面积的增加 效果有限，以至泥水接触不充分。
此外，采用矿化垃圾等固体废弃物作为填料的塔式生物滤池虽然运行成本较低，但在实 际应用中存在着滤料堵塞的问题。
发明内容
1、发明目的
针对现有技术中畜禽废水处理中厌氧处理过程CH4气体无序排放，EGSB反应器存在颗粒 污泥床与废水接触不充分，反应器底部负荷过重，塔式生物滤池滤料堵塞的问题，本发明提 供了一种畜禽废水处理系统及其处理方法，处理后的废水不仅能达到《畜禽养殖业污染物排 放标准》(GB18596-2001)的标准，而且废水处理的基建和运行成本更低。
2、技术方案
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案如下。
一种畜禽废水处理系统，它包括依次串联的水量调节池、EGSB厌氧反应器和塔式生物滤 池，所述的EGSB厌氧反应器内中设置有机械搅拌器，所述的EGSB厌氧反应器的部分出水通 过泵抽送至该EGSB厌氧反应器底部进行内回流，通过控制阀门的启闭及开启度控制回流水， 回流水经过机械搅拌器推动叶轮转动后接入EGSB厌氧反应器底部与布水器连接的布水管，所 述布水器同时接入来自水量调节池的废水。
优选地，该系统还包括氧化塘和潜流式人工湿地，经塔式生物滤池处理的出水依次流经 氧化塘、潜流式人工湿地进行处理。
优选地，所述的EGSB厌氧反应器的顶部设置有气体收集管道，气体收集管道与氧化塘表 面设置的曝气机连接。
优选地，进入到氧化塘的废水由安装在氧化塘底部的布水器进行均匀布水。
优选地，所述的潜流式人工湿地从上到下依次设置四级填料层，分别为细沙、粘土、碎 石和碎砖，所述潜流式人工湿地表层种植的植物为芦苇、香蒲、水葫芦、水芹菜、美人蕉、 苦草、软水草中的一种或几种。利用潜流式人工湿地内填料表面的生物膜、根系及表层土和 填料的截流作用，处理废水;处理后的废水中N、P及有机物量均达到《畜禽养殖业污染物排 放标准》(GB18596-2001)的允许值。
优选地，所述塔式生物滤池从顶部向下依次设置有高位水箱、旋转布水器、滤料层和集 水箱，所述EGSB厌氧反应器处理后的出水通过上部管道自流到塔式生物滤池顶部的高位水箱 中，经旋转布水器均匀布水，再由滤料层流出后由集水箱收集。废水中的部分P被吸附，NO3—-N 和NH4+-N浓度降低，有机物得到进一步生物降解。
优选地，所述的滤料层包括三级，依次为矿化垃圾、矿化垃圾和煤渣，液固比为1:10～1:15， 其中，第二级滤料层中蚯蚓和矿化垃圾的质量比为1:5～1:10。
优选地，所述的EGSB厌氧反应器的高径比为5:1～8:1，叶轮的直径为EGSB厌氧反应器直 径的3/5～4/5，机械搅拌器上沿机械搅拌器的搅拌轴均匀分布的叶轮有4～6片，转速为 120-180r/min，EGSB厌氧反应器回流流量为进水流量的3～5倍。
一种畜禽废水的处理方法，其步骤为：
(A)畜禽废水经水量调节池调节水量后由提升泵提升至EGSB厌氧反应器，由安装在 EGSB厌氧反应器底部的布水器进行均匀布水，废水中的有机物充分与EGSB厌氧反应器底部 的污泥接触，大部分被处理吸收;
同时，EGSB厌氧反应器的部分出水通过管道送至EGSB厌氧反应器底部进行回流，用于 推动EGSB厌氧反应器内机械搅拌器的叶轮转动并接入EGSB厌氧反应器底部的布水器进行布 水;
EGSB厌氧反应器厌氧产生的甲烷(CH4)通过气体收集管道收集;
(B)EGSB厌氧反应器处理后的出水自流到塔式生物滤池;
(C)塔式生物滤池处理后的出水自流到氧化塘底部，由安装在氧化塘底部的布水器进 行均匀布水，氧化塘表面曝气机利用该步骤(A)中的收集气和空气的混合气体进行曝气， 塘内处于厌氧和好氧交替，废水中的N、P得到进一步去除，有机物得到进一步生物降解;
(D)氧化塘处理后的出水通过管道自流入潜流式人工湿地;
(E)经过潜流式人工湿地处理后的出水通过管道排入就近的河流中。
矿化垃圾是指在填埋场中填埋多年(南方8～10年，北方12～15年)，基本达到稳定化，已 可进行开采利用的生活垃圾。矿化垃圾具备良好稳定的多孔结构，具有较大的吸附比表面积， 有机质含量高，阳离子交换容量大，并且在长期的生物降解过程中，矿化垃圾表面附着了数 量庞大、种类繁多、代谢能力极强的微生物群落，对高浓度的污水有很好的处理功能。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)EGSB厌氧反应器的一部分出水通过泵抽送至反应器底部进行内回流，通过控制阀 门的启闭及开启度控制回流水，回流水经过机械搅拌器推动叶轮的转动后接入布水管，通过 叶轮的搅动作用和随之产生的上升流速，增加了泥水在水平方向上和垂直方向上的扰动，颗 粒污泥完全达到流化状态，一方面增加了泥水之间的接触面积，使生化反应速率明显提高， 从而大大提高了反应器去除有机物的能力，另一方面固体的流化状态可以减轻反应器底部负 荷过重的状况，从而增加了反应器对有机负荷的承受能力;同时由于回流水的稀释作用，增 加了颗粒污泥的抗冲击负荷能力;此外，EGSB厌氧反应器的内部通过设置机械搅拌器，机械 搅拌器依靠水流的流动驱动，减少了电机设备的使用，从而降低了基建和运行成本;
(2)塔式生物滤池的第二级滤料层中通过在矿化垃圾滤料中引入蚯蚓，提高了矿化垃圾 的透水性能，避免了填料堵塞问题，促进了有机物质分解转化，对氮、磷去除有很大幅度的 提高;塔式生物滤池的填料采用矿化垃圾和煤渣，属于废物的再利用，极大地降低了运营成 本;
(3)该组合工艺中，后续处理采用氧化塘和潜流式人工湿地，充分利用已有资源，减小 了基建投资;EGSB厌氧反应器有较大的高径比，减小了占地面积;
(4)塔式生物滤池出水依靠布水管从氧化塘底部均匀布水，保证了污染物与微生物的良 好接触，有效提高了负荷及处理效率;
(5)EGSB厌氧反应器产生的沼气(CH4)气体，通过气体管道接入氧化塘表面的曝气 机，和空气混合后对氧化塘进行曝气，利用水体中氨氧化菌对甲烷的同等氧化能力削减了温 室气体CH4的排放，减少了二次污染;同时通过控制曝气机对氧化塘进行间歇式曝气，在塘 内形成了厌氧和好氧的交替环境，有效地提高了污水中的N、P、有机物的去除率。