本發(fā)明涉及養(yǎng)豬廢水處理及資源化技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的提高，肉制品的需求在逐年增大，規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)的存欄量也在逐年的增加。所產(chǎn)生的養(yǎng)豬廢水不僅水量大，還含有高濃度有機(jī)物和氮磷，已經(jīng)成為水環(huán)境的重要污染源。傳統(tǒng)的處理方式不僅運(yùn)行成本高，而且也很難達(dá)到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。傳統(tǒng)的常溫厭氧產(chǎn)甲烷工藝，不僅停留時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)生的甲烷不經(jīng)收集利用，會(huì)造成大量溫室氣體排放。而高溫厭氧消化可以縮短停留時(shí)間，采用甲烷發(fā)電的能源回收系統(tǒng)不僅可以避免溫室氣體的排放，還能有效地降低污水處理的運(yùn)行成本。同時(shí)傳統(tǒng)的生化處理工藝也很難因?yàn)槿狈τ袡C(jī)碳源，很難將養(yǎng)豬沼液中的氮和磷處理達(dá)標(biāo)。新型的反硝化除磷工藝將反硝化脫氮和除磷這兩個(gè)過(guò)程合為一體，可以降低脫氮除磷過(guò)程中有機(jī)碳源的需求。人工濕地作為尾端的生態(tài)處理工藝，可以進(jìn)一步提高出水的水質(zhì)。但是傳統(tǒng)人工濕地一般處理效率較低，水力停留時(shí)間較長(zhǎng)。飽和滲濾濕地可以提高人工濕地的處理效率，縮短水力停留時(shí)間。因此，能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理系統(tǒng)不僅可以有效地處理養(yǎng)豬廢水，還降低了處理成本，具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有養(yǎng)豬廢水的處理及資源化技術(shù)不足，提供一種能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理系統(tǒng)。

本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問(wèn)題是基于所述裝置提供一種能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

提供一種能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理系統(tǒng)，包括能源回收子系統(tǒng)、養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)和深度生態(tài)處理子系統(tǒng)；

所述的能源回收子系統(tǒng)包括高溫消化沼氣池、沼氣脫水罐、沼氣脫硫罐、沼氣儲(chǔ)存罐和沼氣發(fā)電機(jī)，并用密閉的沼氣管線依次連接；

所述的能源回收子系統(tǒng)采用高溫厭氧消化產(chǎn)沼氣，并將沼氣凈化發(fā)電。

所述的養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)由通過(guò)沼液輸送管道依次連通的前置好氧池、反硝化除磷池、二級(jí)硝化工藝池、化學(xué)除磷工藝池和超濾膜反應(yīng)器（uf膜反應(yīng)器）構(gòu)成；

所述能源回收子系統(tǒng)的高溫消化沼氣池與養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)的前置好氧池通過(guò)沼液輸送管道連接；所述養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)的超濾膜反應(yīng)器連通深度生態(tài)處理子系統(tǒng)。

本發(fā)明所述高溫消化沼氣池采用下埋式池體銜接密閉頂膜的方式，所產(chǎn)生的熱量積累不易逸散，使得整個(gè)池體的溫度能維持在較高水平。

優(yōu)選地，所述下埋式池體銜接密閉頂膜的方式是頂膜鋪滿整個(gè)池壁，包裹擋土墻，埋入池底土中。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述高溫消化池下埋的深度為5.4米。

優(yōu)選地，所述高溫消化沼氣池的頂膜采用高密度聚乙烯。

所述沼氣脫水罐采用吸附脫水干燥劑，降低沼氣的含水率，提高單位氣體的燃燒熱值。

所述的沼氣脫硫罐采用常溫再生脫硫劑，去除沼氣中的硫化物，避免燃燒后產(chǎn)生硫氧化物污染。

優(yōu)選地，所述脫水劑采用硅膠。

優(yōu)選地，所述脫硫劑采用氧化鐵。

所述的沼氣儲(chǔ)存罐配有壓力調(diào)節(jié)閥，不僅可以儲(chǔ)存多余沼氣，還可以保證進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)的沼氣在較為穩(wěn)定的壓力范圍內(nèi)。

所述的沼氣發(fā)電機(jī)可以將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能。

進(jìn)一步地，所述化學(xué)除磷工藝池由初沉池和二沉池/斜板沉淀池構(gòu)成。所述初沉池連通所述二級(jí)硝化工藝池；所述二沉池/斜板沉淀池連通超濾膜反應(yīng)器。所述二沉池/斜板沉淀池設(shè)置混凝藥劑投加口。

進(jìn)一步地，所述二級(jí)硝化工藝池設(shè)置有硝化液回流輸送管連通前置好氧池，將硝化液回流輸送至前置好氧池。

進(jìn)一步地，所述初沉池設(shè)置有污泥輸送管，將初沉池的污泥輸送至前置好氧池。

所述的深度生態(tài)處理子系統(tǒng)，采用飽和滲濾濕地。所述飽和滲透濕地可以參照現(xiàn)有技術(shù)中垂直流人工濕地進(jìn)行設(shè)置。

本發(fā)明同時(shí)提供一種能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理方法，包括如下步驟：

s1.養(yǎng)豬廢水進(jìn)入所述能源回收子系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)高溫消化沼氣池，部分有機(jī)物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣；所產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)沼氣脫水罐、沼氣脫硫罐分別脫水脫硫后，進(jìn)入帶壓力閥門的沼氣儲(chǔ)存罐，最后進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)，將沼氣生物能轉(zhuǎn)化為電能；

s2.經(jīng)過(guò)高溫消化沼氣池處理得到的養(yǎng)豬沼液，進(jìn)入養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)，分別經(jīng)過(guò)前置好氧池，將剩余的有機(jī)物進(jìn)一步氧化降解，同時(shí)將部分的氨氮氧化成硝酸鹽氮；前置好氧池的出水，進(jìn)入缺氧反硝化除磷池，去除廢水中的部分硝酸鹽氮和磷；反硝化除磷池出水，進(jìn)入二級(jí)硝化池，進(jìn)一步去除廢水中的有機(jī)物和氨氮；

s3.經(jīng)步驟s2處理的廢水，進(jìn)入化學(xué)除磷工藝池的初沉池和二沉池/斜板沉淀池，向二沉池/斜板沉淀池投加混凝藥劑，去除廢水中的磷；經(jīng)過(guò)化學(xué)除磷的廢水進(jìn)行泥水分離后，上清液進(jìn)入超濾膜反應(yīng)器，去除上清液中的混凝顆粒物；然后在飽和滲濾濕地中進(jìn)一步去除廢水中的有機(jī)物、氨氮和磷。

優(yōu)選地，步驟s1能源回收子系統(tǒng)，豬廢水經(jīng)過(guò)所述高溫消化沼氣池，有機(jī)物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，高溫厭氧發(fā)酵停留時(shí)間控制為25～35天，溫度控制在50～70℃，沼氣產(chǎn)生率為0.3～0.4m3/kgcod。所產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入沼氣脫水罐，吸附脫去所含水分。沼氣進(jìn)入沼氣脫硫罐，利用常溫再生脫硫劑，去除沼氣中的h2s氣體，干凈沼氣進(jìn)入沼氣儲(chǔ)存罐，進(jìn)行壓縮儲(chǔ)存；通過(guò)沼氣儲(chǔ)存罐的可控壓力閥門，調(diào)節(jié)進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)的沼氣壓力，維持發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為向外輸出穩(wěn)定的電能，維持養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理系統(tǒng)日常運(yùn)行的所需的電能消耗。

優(yōu)選地，步驟s2整個(gè)養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)的水力停留時(shí)間控制為24～48h。

優(yōu)選地，步驟s3深度生態(tài)處理子系統(tǒng)的水力停留時(shí)間控制為12～24h。

優(yōu)選地，步驟s2前置好氧池和二級(jí)消化池的溶解氧控制在1.5～2.0mg/l以上；反硝化除磷池溶解氧控制在0.2～0.5mg/l。

所述混凝藥劑采用ca（oh）2和聚合氧化鋁（pac）。ca（oh）2主要用于控制ph值，聚合氧化鋁（pac）的加入量根據(jù)前段的剩余磷濃度確定。

經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后，經(jīng)飽和滲濾濕地的出水滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db44613-2009）的要求。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明根據(jù)養(yǎng)豬廢水的特點(diǎn)和資源化利用的原則，在確保達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性的對(duì)養(yǎng)豬廢水的厭氧發(fā)酵系統(tǒng)，生化處理系統(tǒng)，以及生態(tài)處理系統(tǒng)進(jìn)行了改造和優(yōu)化。

（1）在厭氧發(fā)酵階段，采用高溫消化厭氧消化，縮短水力停留時(shí)間。同時(shí)將沼氣收集發(fā)電，將生物能轉(zhuǎn)化為電能。產(chǎn)生的電能用來(lái)維持廠區(qū)的日常用電需求。

（2）在生化處理系統(tǒng)中，引入反硝化除磷菌，降低脫氮除磷對(duì)有機(jī)碳源的需求，提高處理的效果。

（3）在深度處理階段，采用尾端化學(xué)除磷，可以有效的保證出水的磷達(dá)標(biāo)；超濾膜的加入提高了生化系統(tǒng)出水的水質(zhì)；采用飽和滲濾濕地不僅縮短了人工濕地處理系統(tǒng)的停留時(shí)間，還使出水滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db44613-2009）的要求。

本發(fā)明系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行中，該系統(tǒng)利用沼氣發(fā)電不僅實(shí)現(xiàn)了能源自給，生化和生態(tài)的組合工藝使得最終出水還滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db44613-2009）的要求。本發(fā)明對(duì)傳統(tǒng)養(yǎng)豬廢水處理工藝的創(chuàng)造性改進(jìn)，具有環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙重效應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1為能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理系統(tǒng)的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明方法。下述實(shí)施例僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。除非特別說(shuō)明，下述實(shí)施例中使用的生物材料、試劑原料為常規(guī)市購(gòu)或商業(yè)途徑獲得的生物材料和試劑原料，除非特別說(shuō)明，下述實(shí)施例中使用的方法和設(shè)備為本領(lǐng)域常規(guī)使用的方法和設(shè)備。

實(shí)施例1

養(yǎng)豬場(chǎng)廢水取自惠州某規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)，其水質(zhì)為：cod為5875.96mg/l、nh４+-n為429.62mg/l、tp為148.01mg/l、ph為7.79（均為平均值）。

提供一種能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理系統(tǒng)，包括能源回收子系統(tǒng)、養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)和深度生態(tài)處理子系統(tǒng)；

所述的能源回收子系統(tǒng)包括高溫消化沼氣池、沼氣脫水罐、沼氣脫硫罐、沼氣儲(chǔ)存罐和沼氣發(fā)電機(jī)，并用密閉的沼氣管線依次連接；

所述的能源回收子系統(tǒng)采用高溫厭氧消化產(chǎn)沼氣，并將沼氣凈化發(fā)電。

所述的養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)由通過(guò)沼液輸送管道依次連通的前置好氧池、反硝化除磷池、二級(jí)硝化工藝池、化學(xué)除磷工藝池和超濾膜反應(yīng)器（uf膜反應(yīng)器）構(gòu)成；

所述能源回收子系統(tǒng)的高溫消化沼氣池與養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)的前置好氧池通過(guò)沼液輸送管道連接；所述養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)的超濾膜反應(yīng)器連通深度生態(tài)處理子系統(tǒng)。

所述化學(xué)除磷工藝池由初沉池和二沉池/斜板沉淀池構(gòu)成。所述初沉池連通所述二級(jí)硝化工藝池；所述二沉池/斜板沉淀池連通超濾膜反應(yīng)器。所述二沉池/斜板沉淀池設(shè)置混凝藥劑投加口。

所述二級(jí)硝化工藝池設(shè)置有硝化液回流輸送管連通前置好氧池，將硝化液回流輸送至前置好氧池。

所述初沉池設(shè)置有污泥輸送管，將初沉池的污泥輸送至前置好氧池。

所述的深度生態(tài)處理子系統(tǒng)，采用飽和滲濾濕地。所述飽和滲透濕地可以參照現(xiàn)有技術(shù)中垂直流人工濕地進(jìn)行設(shè)置。

如附圖1所示，本發(fā)明的能源回收子系統(tǒng)的高溫消化池是產(chǎn)生沼氣的主要裝置，養(yǎng)豬廢水進(jìn)入高溫消化池，所產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)密閉的沼氣管線依次進(jìn)入脫水罐，脫硫罐和儲(chǔ)存罐，最后進(jìn)入沼氣發(fā)電機(jī)，將沼氣生物能轉(zhuǎn)化為電能。本實(shí)例中高溫消化池采用下埋式池體銜接密閉頂膜的方式控制反應(yīng)池溫度在50～70℃，平均水力停留時(shí)間控制在30天。反應(yīng)器運(yùn)行3個(gè)月，能源回收子系統(tǒng)的cod的去除率都在90%以上，發(fā)電轉(zhuǎn)化率為0.51～0.57度/kgcod。

本發(fā)明中經(jīng)過(guò)高溫消化池后得到的養(yǎng)豬沼液，進(jìn)入養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)。首先經(jīng)過(guò)前置好氧池，將溶解氧控制在1.5～2.0mg/l之間，沼液中剩余的有機(jī)物進(jìn)一步氧化降解，同時(shí)將部分的氨氮氧化成硝酸鹽氮。前置好氧池的出水，進(jìn)入缺氧反硝化除磷池，將溶解氧控制在0.2～0.5mg/l，利用反硝化除磷去除廢水中的部分硝酸鹽氮和磷。反硝化除磷池出水，進(jìn)入二級(jí)硝化池，將溶解氧控制在1.5～2.0mg/l之間，進(jìn)一步去除廢水中的有機(jī)物和氨氮。整個(gè)養(yǎng)豬沼液生化處理子系統(tǒng)的平均水力停留時(shí)間控制為35h。生化系統(tǒng)出水cod、氨氮和總磷的平均濃度分別為615.09mg/l，165.29mg/l和64.85mg/l。

二級(jí)硝化池的出水，進(jìn)入強(qiáng)化化學(xué)除磷池，投加ca(oh)2/pac混凝藥劑，去除廢水中的磷。經(jīng)過(guò)化學(xué)除磷的廢水進(jìn)行泥水分離后，上清液進(jìn)入超濾膜反應(yīng)器，去除上清液中的混凝顆粒物。然后在飽和滲濾濕地中進(jìn)一步去除廢水中的有機(jī)物、氨氮和磷。本實(shí)例中深度生態(tài)處理子系統(tǒng)的水力停留時(shí)間控制為16h，飽和滲濾濕地出水cod、氨氮和總磷的平均濃度分別為247.57mg/l，55.19mg/l和2.21mg/l。整個(gè)系統(tǒng)的出水滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db44613-2009）的要求。

本發(fā)明提出了一種能源自給的養(yǎng)豬廢水生化生態(tài)處理系統(tǒng)及方法，在實(shí)際的運(yùn)行中，該系統(tǒng)利用沼氣發(fā)電不僅實(shí)現(xiàn)了能源自給，生化和生態(tài)的組合工藝使得最終出水還滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（db44613-2009）的要求。本發(fā)明提及的系統(tǒng)中包含了高溫消化，反硝化除磷和飽和滲透濕地等核心組成部分，是對(duì)傳統(tǒng)養(yǎng)豬廢水處理工藝的創(chuàng)造性改進(jìn)。因此，本發(fā)明的裝置和方法具有環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙重效應(yīng)。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。