含抗生素养殖废水净化的方法和系统

技术领域

本发明属于废水净化处理技术领域，尤其涉及一种含抗生素养殖废水净化的方法和系统。

背景技术

目前，我国畜禽养殖业蓬勃发展，随之也产生了巨量的养殖废水亟需处理，养殖废水中污染物浓度高，尤其化学需氧量(COD)、氨氮和抗生素浓度高，处理难度大、费用高。传统活性污泥法在污水处理中应用非常广泛，主要因为活性污泥中含有大量的活性微生物，这些微生物能够快速有效的去除污水中的有机物，并具有良好的脱氮除磷的效果。

A

发明内容

本发明的目的在于为了降低生产成本，提高废水中抗生素的去除效果，提供一种含抗生素养殖废水净化的方法和系统。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种含抗生素养殖废水净化的方法，准备阶段：使养殖废水流入到厌氧塘进行厌氧降解生成沼液，并使所述沼液通过间歇曝气塘的进水口进入间歇曝气塘进行生化处理，所述养殖废水包括抗生素以及微生物菌群；

驯化启动阶段：在第一时间内，控制所述间歇曝气塘内的曝气机连续运行多个间歇曝气周期，使得所述间歇曝气塘内的厌氧-缺氧-好氧的环境交替，以培育具有活力的颗粒污泥，并在驯化完成后将所述间歇曝气塘内的上层液排出，所述颗粒污泥保留在所述间歇曝气塘内，每一所述间歇曝气周期包括：控制所述曝气机连续工作6-8小时进行曝气，使所述间歇曝气塘内沼液的溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L；在曝气完成之后关闭曝气机6-8小时，使所述间歇曝气塘内沼液的溶解氧浓度为0-0.8mg/L，完成一个曝气周期；

正常运行阶段：将经过厌氧塘厌氧降解的沼液注入间歇曝气塘，控制所述间歇曝气塘内的曝气机工作6-10小时，使所述间歇曝气塘内沼液的溶解氧浓度为1.0-3.0mg/L；在曝气完成后关闭曝气机14-18小时，使所述间歇曝气塘内沼液的溶解氧浓度为0-0.5mg/L，通过驯化启动阶段培养并留存于间歇曝气塘内的颗粒污泥对水体进行净化。

进一步地，进入间歇曝气塘的沼液的COD浓度为2000-5000mg/L,氨氮浓度为500-2500mg/L，总磷浓度为20-200mg/L，抗生素总含量为100-500μg/L。

进一步地，所述微生物菌群包括水解发酵菌、脱氮芽孢杆菌和硝化细菌，所述间歇曝气塘中的溶解氧含量低于0.2mg/L时，由水解发酵菌分解沼液中难降解有机物；所述间歇曝气塘中的溶解氧含量在0.2-2mg/L时，由脱氮芽孢杆菌将沼液中硝酸氮、亚硝酸氮转化成氮气；所述间歇曝气塘中的溶解氧含量在2-4mg/L时，由硝化细菌将氨氮转化为亚硝酸氮、硝酸氮。

进一步地，所述间歇曝气塘中水温维持在20-35℃，水体PH维持在6.0-8.5。

本发明所提供的一种含抗生素养殖废水净化的方法的有益效果在于：通过曝气机间歇曝气工作，实现间歇曝气塘内厌氧-缺氧-好氧的环境交替，从而达到传统活性污泥处理法的厌氧池、缺氧池和好氧池三者结合使用的效果，实现间歇曝气塘的一池三用，大大降低了生产和运营成本，并且通过间歇曝气塘间歇曝气过程形成的颗粒污泥具有较高的活性，并且池体内具有大量可降解抗生素的微生物菌群，有效提高养殖废水的水体净化以及抗生素的去除。

一种含抗生素养殖废水净化的系统，包括厌氧塘、间歇曝气塘、曝气机、曝气管路和智能控制柜，曝气管路至少部分位于所述间歇曝气塘内，所述曝气管路一端与曝气机相连接，并通过智能控制柜控制所述曝气机的启闭以实现上述的含抗生素养殖废水净化的方法；

所述曝气管路包括主输气管、支线输气管、支线分叉输气管和末端曝气管，所述主输气管一端与曝气机相连接，另一端连接多根相互平行的支线输气管，所述主输气管位于所述间歇曝气塘的上方，所述支线输气管沿着所述间歇曝气塘的侧壁伸入所述间歇曝气塘底部，所述支线输气管远离所述主输气管一端与所述支线分叉输气管相连接，所述支线分叉输气管沿与所述间歇曝气塘的底面平行方向设置，所述支线分叉输气管上垂直连接有多根末端曝气管，所述末端曝气管平行于所述间歇曝气塘底部设置，所述末端曝气管上均匀密布有曝气孔。

进一步地，所述末端曝气管贯穿于所述支线分叉输气管，并且所述末端曝气管的两端到所述支线分叉输气管的距离相等。

进一步地，所述主输气管的直径为20-30㎝，所述主输气管长度和所述间歇曝气塘的长度相同；所述支线输气管的直径为10-15㎝，相邻所述支线输气管的间隔为5-10m；所述支线分叉输气管的直径为5-10㎝，相邻所述支线分叉输气管的间隔为2-4m；所述末端曝气管的长度为50-120㎝，相邻所述末端曝气管的间隔为0.5-1.2m。

进一步地，所述主输气管通过多个第一连接件固定连接于所述间歇曝气塘的顶部边缘，所述支线输气管通过第二连接件固定连接于所述间歇曝气塘的侧壁，所述支线分叉输气管通过第三连接件固定连接于所述间歇曝气塘的底部。

进一步地，所述第三连接件设有多个，并且所述第三连接件的数量于所述末端曝气管相对应，所述第三连接件位于所述支线分叉输气管和所述末端曝气管相连接的位置。

进一步地，所述间歇曝气塘的体积为日处理废水体积的20-40倍，所述间歇曝气塘包括土层和连接于所述土层的黑膜，所述间歇曝气塘还包括用于进水的进水口和用于出水的出水口，所述黑膜的厚度为2-3㎜，并且所述黑膜完全覆盖于所述间歇曝气塘。

本发明所提供的一种含抗生素养殖废水净化的系统的有益效果在于：通过间歇曝气塘内曝气管路的设置以及曝气机间歇曝气工作，实现间歇曝气塘内厌氧-缺氧-好氧的环境交替，从而达到传统活性污泥处理法的厌氧池、缺氧池和好氧池三者结合使用的效果，实现间歇曝气塘的一塘三用，大大降低了生产和运营成本，并且通过间歇曝气塘间歇曝气过程形成的颗粒污泥具有较高的活性，并且池体内具有大量可降解抗生素的微生物菌群，有效提高养殖废水的水体净化以及抗生素的去除。

附图说明

图1是传统A/O处理工艺流程图；

图2是本发明所提供的一种含抗生素养殖废水净化的系统的处理工艺流程图；

图3是本发明所提供的一种含抗生素养殖废水净化的系统的整体结构图；

图4是本发明所提供的一种含抗生素养殖废水净化的系统的覆膜池体结构图；

图中：

1、间歇曝气塘；11、曝气进水井；12、曝气出水井；2、曝气管路；21、主输气管；22、支线输气管；23、支线分叉输气管；24、末端曝气管；3、厌氧塘；31、厌氧进水井；32、厌氧出水井；4、调节池；41、固液分离机；5、集水池；6、提升泵；7、潜水推流器；8、格栅。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1和图2，为本发明实施例所提供的一种含抗生素养殖废水净化的方法，包括以下步骤：

准备阶段：养殖废水通过固液分离后流入厌氧塘3进行厌氧降解，厌氧降解之后生成沼液，沼液通过间歇曝气塘1的进水口进入间歇曝气塘1进行生化处理，养殖畜禽类需要用到较多饲料，因此养殖废水中含有较多抗生素，养殖废水中还包含大量的微生物菌群。具体地，上述养殖废水的微生物菌群包括光合菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌、发酵丝状菌、芽孢杆菌、枯草杆菌、硝化细菌、水解发酵菌、大肠杆菌、链球菌等。

驯化启动阶段：在第一时间内，通过智能控制柜控制曝气机连续运行多个间歇曝气周期，实现间歇曝气塘1内的厌氧-缺氧-好氧的环境交替，以培育颗粒污泥，并且通过该方式培育的颗粒污泥具有较高的活性和耐冲击负荷能力，并且在驯化完成之后间歇曝气塘1内的颗粒污泥会沉降至池底，将间歇曝气塘1内的上层液排出并将颗粒污泥保留在间歇曝气塘1内，对之后排入的水体进行生化处理；在此阶段的一个间歇曝气周期包括：控制曝气机连续工作6-8小时进行曝气，使间歇曝气塘1内的溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L，在曝气完成后关闭曝气机6-8小时，使间歇曝气塘1内沼液的溶解氧浓度为0-0.8mg/L，完成一个曝气周期。

在本实施例中，驯化阶段大概需要30-40天，即水力停留时间为30-40天，也就是污水与间歇曝气塘1内微生物作用的平均反应时间，通过较长的水力停留时间，可以充分实现间歇曝气塘1内颗粒污泥的驯化，并且培育出具有较高活性的颗粒污泥，该阶段的微生物在水力停留时间和间歇曝气时间的相互配合作用下，培育出的颗粒污泥不仅活性极高，沉降性能和耐冲击负荷能力都有所提高，可以在废水流入、流出间歇曝气塘1以及间歇曝气过程中，保持稳定的结构以及活性，从而保持间歇曝气塘1内废水的有效净化，从而提高整体的废水净化效果；

正常运行阶段：将经过厌氧塘3厌氧降解的沼液注入间歇曝气塘1，通过开启曝气机6-10小时，将间歇曝气塘1内的溶解氧浓度升高至1.0-3.0mg/L的范围内，曝气完成后关闭曝气机14-18小时，使间歇曝气塘1内的溶解氧浓度下降至0-0.5mg/L，从而实现厌氧-缺氧-好氧的环境交替，使得池内水体中的不同微生物在不同的溶解氧浓度下发挥作用，对水体中的抗生素进行降解，以及在驯化启动阶段留存在间歇曝气塘1内的颗粒污泥对水体进行净化；并且在此阶段，一天24小时内只需要进行一次曝气处理，一天曝气总时长为6-10小时，大大节省了能耗，降低生产成本。

正常运行阶段，主要通过颗粒污泥中的水解发酵菌、脱氮芽孢杆菌和硝化细菌等将水体中的抗生素分解为较简单、无害的物质的酶系统，这些酶可以针对抗生素分子的特定功能基团进行催化反应，从而使抗生素分子的结构发生改变，引起其化学和物理性质发生改变，即通过将抗生素残留物由大分子化合物降解为小分子化合物，最后成为H

在实际废水处理过程中，由于单独好氧处理或者单独厌氧处理都存在自身难以克服的缺点，而导致难以满足出水达标排放的要求和标准，上述方法通过厌氧-缺氧-好氧生物处理组合工艺，不仅克服了好氧工艺的高能耗、高运转费用及稀释水量大等特点，也克服了厌氧处理出水不能达标排放的缺点，既经济实用，又可以达到较好的净化效果，作用于不同环境的微生物与沼液交替发生反应，从而实现沼液中抗生素的降解，提高抗生素的降解速率。

结合图2所示，上述含抗生素养殖废水净化的方法中，水体依次在USR(升流式固体厌氧反应器)、间歇曝气塘1、二沉池、混凝反应池、终沉池、消毒池、储水塘中流转。相对于现有的水体需在UASB(上流式厌氧污泥床)、一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池、二沉池、混凝反应池、延时反应池、终沉池、消毒池、清水池、储水塘中流转，上述含抗生素养殖废水净化的方法中，由间歇曝气塘1同时承担了一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池功能，即在间歇曝气塘1内完成微生物的好氧反应、缺氧反应和厌氧反应，实现间歇曝气塘1的“一塘三用”，大大节省了硬件设施。

在上述处理过程中，可通过向水体中投入如下试剂：石灰，用于调节PH，配置浓度为10％，加药频率由PH仪控制；聚合氯化铝，混凝剂，配置浓度为3％，加药频率为一周2-3次；聚丙烯酰胺，助凝剂，配置浓度为1％，加药频率为一周2-3次；次氯酸钠溶液(有效氯10％)：消毒剂，加药频率由进水控制，即进水和加药同步进行，进水则加药，停止进水则停药，药剂主要添加于二沉池、混凝沉淀池和消毒池，在间歇曝气塘1的曝气过程不需要添加任何试剂。

并且，本发明采用完全混合式活性污泥法，无需安装组合填料来充当生化污泥附着生长的介质颗粒，直接在废水中培育颗粒污泥，培养驯化后的颗粒污泥在间歇曝气塘1中与废水充分接触，在净化水质的同时，能够节约此步骤的成本；并且从调试驯化至运行正常的全程并不需要添加菌剂，依靠较长的水力停留时间，调节最适宜的曝气时间，利用废水中自带的微生物，培育出优势菌种，优势菌种可以在反应过程中降解抗生素，大大的降低生产和运营成本，提高了废水处理的效率，并且通过颗粒污泥对间歇曝气塘1的内水体中的有毒物质以及五氯苯酚(PCP)的降解，并且吸附水中不溶于水的大颗粒物质，在间歇曝气塘1内形成的颗粒污泥具有较好的活性，可以提高水体的净化效果，并且在运行过程中无需补充葡萄糖或者面粉等碳源，相较于传统A

在本实施例中，厌氧塘3厌氧发酵后进入间歇曝气塘1的沼液中：COD的浓度为2000-5000mg/L，氨氮浓度为500-2500mg/L、总磷浓度为20-200mg/L、抗生素总含量为100-500μg/L；经过间歇曝气塘1的间歇曝气处理后，沼液的各项指标为：COD的浓度为80-190mg/L，氨氮浓度为5-30mg/L、总磷浓度为2-7mg/L、抗生素总含量为0-10μg/L，所有指标都明显下降，水体净化效果显著。

在本实施例中，间歇曝气塘1中水温始终维持在20-35℃，水体PH维持在6.0-8.5，给水体中的微生物菌群提供适宜的生存环境，从而提高微生物与水体的生化反应。

本发明还提供一种含抗生素养殖废水净化的系统，包括厌氧塘3、间歇曝气塘1、曝气机、曝气管路2和智能控制柜，经过厌氧塘3厌氧发酵后的废水流入间歇曝气塘1进行间歇曝气，曝气管路2至少部分位于间歇曝气塘1内，曝气管路2的一个开口端与曝气机相连接，并通过智能控制柜控制曝气机的启闭以实现上述的含抗生素养殖废水净化的方法；

曝气管路2包括主输气管21、支线输气管22、支线分叉输气管23和末端曝气管24，主输气管21设有一根，主输气管21一端与曝气机相连接，主输气管21的两端之间均匀连接多根相互平行的支线输气管22，主输气管21位于间歇曝气塘1的上方，支线输气管22沿着间歇曝气塘1的侧壁平行方向伸入间歇曝气塘1底部，支线输气管22远离主输气管21一端与支线分叉输气管23相连接，支线分叉输气管23沿与间歇曝气塘1的底面平行方向设置，并与支线输气管22的数量相对应，每一支线分叉输气管23上垂直连接有多根末端曝气管24，末端曝气管24平行于间歇曝气塘1底部设置，末端曝气管24上均匀密布有曝气孔，氧气通过曝气孔输入间歇曝气塘1池底，并从池底充满整个间歇曝气塘1，实现间歇曝气塘1中的微生物与氧气的充分接触，提高微生物的生化反应速率，从而提高水体净化效果；通过曝气机的间歇曝气的运行模式，快速营造了厌氧-缺氧-好氧交替变化的反应过程，污染物质得以通过厌氧-缺氧-好氧生化反应进行分解，配合该发明中的曝气管路2，实现均匀曝气，提高了水体中氧气的剪切回流能力，强化了颗粒污泥的形成，使得整体系统仅需30-40天即可达到稳定运行阶段，大大提高了废水的处理效率；

在本实施例中，还包括集水池5，集水池5的入水口处设有格栅8，对进入集水池5的水体进行初步的过滤，集水池5内还设有潜水推流器7和提升泵6，将集水池5内的水抽送到调节池4，调节池4内通过加入石灰来调节调节池4的PH，调节池4处设有固液分离机41，通过固液分离机41，对调节池4内的废水进行固液分离，去除废水中的固体杂质，去除固体杂质并且调节好PH的废水通过提升泵6进入厌氧塘3的厌氧进水井31，通过厌氧进水井31流入厌氧塘3进行厌氧发酵，厌氧塘3内设有推流器，有利于废水的均匀发酵，厌氧塘3内的废水达到预先设定的水质指标，即：COD的浓度为2000-5000mg/L，氨氮浓度为500-2500mg/L、总磷浓度为20-200mg/L、抗生素总含量为100-500μg/L时，可通过厌氧出水井32流入曝气进水井11，最终流入间歇曝气塘1，通过间歇曝气塘1的曝气时间和曝气管路2的设置，实现废水的净化和抗生素的去除。

在本实施例中，为了实现氧气均匀充分的填满，末端曝气管24贯穿于支线分叉输气管23，并且末端曝气管24的两端到支线分叉输气管23的距离相等，从而提高氧气和间歇曝气塘1的接触面积以及均匀性，提高曝气效果。

具体的，主输气管21的直径为20-30㎝，主输气管21长度和间歇曝气塘1的长度相同；支线输气管22的直径为10-15㎝，所述支线输气管22的间隔为5-10m；支线分叉输气管23的直径为5-10㎝，相邻支线分叉输气管23的间隔为2-4m；末端曝气管24的长度为50-120㎝，相邻末端曝气管24的间隔为0.5-1.2m，从而保证曝气管路2的均匀分布。

在本实施例中，主输气管21通过多个第一连接件固定连接于间歇曝气塘1的顶部边缘，支线输气管22通过第二连接件固定连接于间歇曝气塘1的侧壁，支线分叉输气管23通过第三连接件固定连接于间歇曝气塘1的底部，并且设有与末端曝气管24的数量相对应的第三连接件，第三连接件位于支线分叉输气管23和末端曝气管24相连接的位置，从而实现曝气管路2和间歇曝气塘1的固定连接，提高曝气管路2在间歇曝气塘1内的稳定性。

间歇曝气塘1的体积为日处理废水体积的20-40倍，即水力停留时间为20-40天，水力停留时间是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与生物反应器内微生物作用的平均反应时间；通过提高水力停留时间，提高畜禽废水与微生物的反应时间，从而提高废水的净化效果，间歇曝气塘1包括层层压实的土层和连接于土层上的黑膜，间歇曝气塘1还包括用于进水的进水口和用于出水的出水口，黑膜的厚度为2-3㎜，并且完全覆盖于间歇曝气塘1的塘壁，通过在土层上连接黑膜，即可实现间歇曝气塘1的防水功能，并且通过土层和黑膜的结构取代传统的钢筋混凝土结构，可以大大降低生产成本，提高间歇曝气塘1的建造效率。

本发明的具体应用：

广东省陆河某养殖场的废水通过所发明的含抗生素养殖废水净化的方法和系统净化处理后，废水净化效果很好。其每天废水产生量为150m

该场含抗生素养殖废水净化的方法的驯化启动阶段：通过智能控制柜开启曝气机工作6小时，控制溶剂氧浓度在2.5-3.0mg/L；曝气完成后关闭曝气机6小时，使溶解氧逐渐降低，最终控制在0-0.5mg/L，以此往复；通过智能控制柜实现自动控制；此运行模式10天后出水COD浓度在1000-1200mg/L、氨氮浓度在200-300mg/L、总磷浓度在25-35mg/L、抗生素总含量在46-210μg/L，开始出现颗粒污泥；此运行模式20天后出水COD浓度在300-450mg/L、氨氮浓度在50-150mg/L、总磷浓度在8-15mg/L、抗生素总含量在25 -65μg/L，出现大量颗粒污泥；此运行模式30天后出水COD浓度在84-190mg/L、氨氮浓度在5-30mg/L、总磷浓度在2-7mg/L、抗生素总含量在0 -10μg/L，大量且成熟的颗粒污泥形成。本发明提出的间歇曝气强化养殖废水净化和抗生素去除的系统与方法，使得陆河某养殖场项目整体系统仅需30天即可达到稳定运行阶段，对废水的净化效果尤其氨氮和抗生素的去除极为明显。

该场含抗生素养殖废水净化的方法的正常运行阶段：通过智能控制柜开启曝气机工作6小时，控制溶剂氧浓度在2.0-2.5mg/L；曝气完成后关闭曝气机18小时，使溶解氧逐渐降低，最终控制在0-0.4mg/L；控制水力停留时间为20-30天；本系统丰富的颗粒污泥，其活性较高，耐冲击负荷能力强，使全天曝气机的工作工作时间大幅缩短，也使运行能耗显著降低。而且，覆膜池体中的水温在全年能够稳定在25-35℃，由于独特的间歇曝气模式，使水体pH也能自动维持在6.5-8.0，这都保证了系统颗粒污泥的微生物活性，使得整个系统在一年四季都能保持较高的废水净化能力。

广东省陆河某养殖场的含抗生素养殖废水净化系统建设成本仅为传统A

以山东省北陈某养殖场作为对照组，该场废水处理工艺为传统A2/O工艺。其每天废水产生量为300m

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。