一种禽畜粪水处理方法及系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种禽畜粪水处理方法及系统。

背景技术

在规模化养殖场中，由于需要经常进行场地清洁，因此会产生大量低浓度的粪水，由于用水量大，其粪水浓度较低，无法直接用来发酵产生沼气，因此目前采用物理沉淀法将粪水分为浓粪水和稀粪水，如公开号为CN 101823806B的中国发明专利公开了一种基于浓稀分离的猪场粪便污水处理方法，其中提到粪水浓度低，导致产气量低，因此将粪水进行沉淀分离，并对高、低浓度粪水分开处理，又例如我公司申请的公开号为CN204039226U的实用新型专利公开了一种能够提高低浓度物料厌氧发酵效率的厌氧发酵系统，也提到了相同的问题，以及同样使用浓稀分离的方式进行粪水处理，但是低浓度粪水产气量较低。

同时对于低浓度粪水，由于水量大，氮磷养分含量低，沼液利用价值低，使得沼液还田利用困难，只有经过后处理以后达标排放。另一方面，对于高氮、较高COD的猪场粪便污水，经过厌氧消化以后，绝大部分COD被降解，但是氮基本没有去除。结果厌氧消化出水成为一种高氮低碳的废水。如果再对这种高氮低碳的猪场废水厌氧消化出水进行好氧后处理，效果都比较差。

发明内容

为解决上述技术中存在的问题，本发明提供一种禽畜粪水处理方法及系统；

一种禽畜粪水处理系统，包括沉淀池，将粪水分离为浓粪水和稀粪水，所述稀粪水的TS小于等于1%；第一厌氧池、第二厌氧池，所述沉淀池与两个所述厌氧池连通，所述第一厌氧池内设置污泥层，所述第一厌氧池用于接收浓粪水，所述第二厌氧池用接收稀粪水；所述第二厌氧池内设置填料，所述填料为镁盐改性生物炭，同时其内部设置推流设备；微生物回流池，所述微生物回流池与两个所述厌氧池连通，所述微生物回流池用于回收所述第一厌氧池的污泥和沼液并向所述第二厌氧池输送部分沼液；好氧池，所述好氧池与所述第二厌氧池连通，所述好氧池用于对所述第二厌氧池产生的沼液进行好氧处理。

其中，所述填料占所述稀粪水体积的10%-20%。

其中，所述镁盐改性生物炭的载体为玉米芯炭。

其中，所述好氧池与所述微生物回流池连通。

一种处理禽畜粪水的方法，包括如下步骤：

S1将粪水沉淀后分离浓粪水和稀粪水；

S2浓粪水使用厌氧污泥发酵产生沼气，并收集沼液；

S3将步骤S2中的部分沼液接种至稀粪水中进行厌氧发酵产生沼气；

S4将稀粪水发酵后产生的沼液以及浓粪水的剩余进行好氧处理。

其中，发酵过程pH值6.5-7.5。

其中，步骤S3中沼液接种量为稀粪水量的5%-10%。

其中，浓粪水沼液不用于接种的剩余部分为剩余沼液；步骤S4中将洗粪水发酵沼液与所述剩余沼液中的部分或全部混合后进行好氧处理。

本发明的有益效果为：

1.以浓稀分离为基础，通过设置镁盐改性炭作为填料，以浓粪水沼液作为接种液，对稀粪水进行发酵，能够提高产气量、甲烷含量、以及后续好氧处理的处理效果；

2.通过将部分或全部浓粪水剩余沼液与稀粪水沼液混合后进行好氧处理，其处理效果较好，同时能够解决部分或全部浓粪水剩余沼液的处理问题，降低成本。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

一、处理系统

包括如下部分：

沉淀池，通过物理沉淀将粪水分离为浓粪水和稀粪水，稀粪水的TS小于等于1%，浓粪水的TS大于4%，沉淀池也用于储存多余的粪水；

第一厌氧池、第二厌氧池，这两个厌氧池用于对粪水进行厌氧发酵，沉淀池与两个厌氧池连通，第一厌氧池内设置污泥层，即活性污泥，用于接种；第一厌氧池用于接收浓粪水，第一厌氧池采用常规厌氧发酵方式产生沼气，第二厌氧池用于接收稀粪水；

第二厌氧池内中设置填料，填料是玉米芯炭为载体的镁盐改性生物炭，其体积占稀粪水体积的10%-20%，生物炭为直径0.5-1厘米的类球形填料；

生物炭改性的方法已经非常成熟，本申请使用的方式是使用购自河北威县的玉米芯炭，称取10个重量单位的玉米芯炭，按镁离子比生物炭质量比为10：0.5的比例，将六水合氯化镁溶于水中，之后将生物炭溶于氯化镁溶液中浸润3小时，110℃搅拌加热干燥，干燥后无氧550℃处理3小时，清洗、烘干、过筛，获得上述改性生物炭。

微生物回流池，微生物回流池与两个厌氧池连通，微生物回流池用于回收第一厌氧池的污泥和沼液并向第二厌氧池输送部分沼液作为接种物；回收的污泥作为第一厌氧池的接种物，沼液的一部分作为第二厌氧池的接种物。

好氧池，好氧池用于对第二厌氧池产生的沼液进行好氧处理，TKN和COD的去除率通过测量好氧池的进、出水数据测得。

二、处理方法

包括如下步骤：

S1将粪水沉淀后分离浓粪水和稀粪水；

S2浓粪水进入第一厌氧池进行厌氧污泥发酵产生沼气，并收集部分沼液和污泥回收至微生物回流池内，第一厌氧池内的浓粪水发酵为常规厌氧发酵，因此不对其进行详细讲解；

S3将步骤S2中的沼液接种至稀粪水中进行厌氧发酵产生沼气，发酵过程pH值6.5-7.5，沼液接种量为稀粪水量的5%-10%；

S4对稀粪水发酵后产生的废水进行好氧处理，进一步去除氮以及COD。

需要说明的是，下述实施例对比例中，厌氧池内均采用150L总容积，且第一厌氧池采用常规厌氧发酵技术。

在本申请中，厌氧池等同于厌氧发酵罐。

在下述各例中，稀粪水均由粪水沉淀分离得到，各组试验均采用三次平行试验，其数据取平均值；

TS浓度测量采用烘干承重法，产气量、甲烷含量、TKN、COD测试方法已经非常成熟，例如产气量采用水压集气法、甲烷含量采用色谱分析仪等。

三、对稀粪水处理效果

本部分，污泥取自本公司猪厂处理系统中的活性污泥，粪水为该猪场养殖冲洗用水，相较于授权公告号为CN101823806B的中国发明专利所揭示的不同在于，该猪场的冲洗粪水会在初步沉淀后取上清再次冲洗，并再用少量清水二次冲洗，以节约资源，因此该猪场的粪水浓度较高，但规模大，水流大，冲洗得到的粪水没有较多时间沉淀，一般沉淀分离后稀粪水浓度TS在1%左右；

实施例一

稀粪水TS浓度1%，使用温控设备保持发酵温度恒温35℃；

将100L稀粪水送入第二厌氧池进行厌氧发酵，第二厌氧池内设置搅拌装置40rpm,沼液接种量为10L，投入15L镁盐改性生物炭，之后启动搅拌，通过氢氧化钠溶液控制pH6.5-7.5，开始发酵并于第30日测得量产气总量112L，甲烷含量51.7%。

第二厌氧池发酵后的废水送入好氧池进行好氧处理后沉淀排出水相，并检测水相得COD去除率68.7%，TKN去除率79%。

好氧处理采用SBR工艺，污泥含量4000mg/L，溶解氧OD值4mg/L,时长8h，温度25℃。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，稀粪水TS浓度0.5%，沼液接种量为5L，产气总量58L，甲烷含量52.2%，COD去除率66.4%，TKN去除率80.4%。

对比例一

本对比例与实施例一的区别在于，填料为玉米芯炭，产气总量82L，甲烷含量46.9%，COD去除率23.1%，TKN去除率33.8%。

对比例二

本对比例与实施例一的区别在于，将稀粪水的TS浓度提升至2%。

产气总量142L，甲烷含量43.5%。

COD去除率60.8%，TKN去除率67.4%。

从上述数据来看；

实施例一和二说明本申请提供的方案在中温下、TS浓度小于等于1%的情况下能够获得较高的产气量、甲烷含量、废水处理量，实施例二中TS浓度调整为0.5%时，其产气量也基本为实施例一的一半，COD和TNK的去除率基本一致，需要说明的是，由于第二厌氧池内已沼液作为接种，并未设置污泥，因此菌类的着床点基本为填料的内外表面，同时因为将发酵时长设置为一个月左且测试的是总产气量，所以沼液的接种量并不重要，从实施例一和实施例二也可看出，5%-10%均可；

通过实施例一与对比例一的对比可以看出，当将填料改为常规的玉米芯生物炭时，其产气量和甲烷含量略有降低，但沼液好氧处理后的污染物去除率明显降低，其原理推测为镁盐改性炭吸附氮后使得沼液中碳氮比被调整，而常规生物炭不具备这种功能或吸附强度不够导致如公告号为CN101823806B的发明专利中所揭示的，其沼液依然是高氮低碳的废水。

通过实施例一与对比例二的对比可以看出，在将TS浓度调高之后发现，其产气量并没有明显提升，甲烷含量较低，但好氧处理效率却较高，其原理推测为厌氧发酵不完全，产气量低，但其COD消耗也并不完全，所以好氧阶段依然有足够的碳源，使得好氧处理效率较高，也因此，镁盐改性炭作为填料其在中温条件下仅能够针对TS浓度小于1%的稀粪水进行处理。

此外，申请人对填料用量进行了测试，与实施例一相同的情况下，将填料改为10L和20L进行了测试，发现对结果影响差别不大，具体结果如下：

10L：总量108L，甲烷含量51.9%，COD去除率68.3%，TKN去除率80.2%；

20L: 总量104L，甲烷含量52.3%，COD去除率66.9%，TKN去除率78.7%；

同时，申请人在实施例一的条件下，在无氧环境中将经过一次发酵后的沼液排出，直接投入下次同条件的发酵，每日监测产气累积总量，发现在21天时就达到了实施例一的112L，甲烷含量51.1%，说明填料可以重复利用，以此节省接种后菌群初步繁殖的时间，但显然的，填料不可能重复永久重复利用，但重复次数并不是本申请的重点，因此不再赘述。

四、对于浓粪水剩余沼液的进一步处理

结合前述部分，发现好氧处理的效果并不很理想，结合镁盐改性炭的吸附作用，因此认为稀粪水中的氮较低，而浓粪水对应的沼液还采用传统方式进行处理，所以考虑通过将部分或全部浓粪水接种后的剩余沼液，与稀粪水产生的沼液进行混合再次进行好氧处理；

在本部分，其粪水和污泥来源与第三部分一致。

实施例三

使用沉淀池将粉水进行分离，浓粪水与稀粪水的体积比为1:4，浓粪水TS5%，稀粪水TS1%；

第一厌氧池污泥含量4500mg/L，发酵时间30天，沼液回收；

第二厌氧池使用实施例一的方式发酵；

之后将100L稀粪水沼液和10L浓粪水沼液一同投入好氧池内进行好氧处理，条件与实施例一相同，测得COD去除率81.3%，TKN去除率78.5%。

其结果发现COD去除率明显提升，TKN去除率不变，因此证明了本部分的推断。

如此，则能够处理部分浓粪水沼液，同时提高稀粪水的COD去除率，以此降低浓粪水沼液的处理成本，以及稀粪水好氧处理的效果。

由于每个猪场的粪水中污染物的含量不同，因此本实施例仅作为其中一种方案，对于其他猪场，其可通过调整浓粪水的掺入比例，经过有限次的测试获得最优的掺入比例。

五、镁盐改性炭降低发酵温度

由于电力导致搅拌和温控停摆，致使申请人发现在低温情况下镁盐改性炭具有一定的效果，具体见下述实施例；

实施例四

稀粪水TS浓度1%，使用温控设备保持发酵温度恒温15℃；

将100L稀粪水送入第二厌氧池进行厌氧发酵，第二厌氧池内设置水平的填料层，填料层由孔径小于镁盐改性炭直径的塑料网构成，其内部设置填料，粪水液面上方设置气泵，在第二厌氧池底部设置布气装置，具体为将多个沙头均匀分散至本发酵池底部，气泵将气体输入布气装置，在本发酵池内形成内部气体循环，沼液接种量为10L，镁盐改性生物炭为15L，通过氢氧化钠溶液控制pH6.5-7.5，开始发酵并于第30日测得产气总量49L，甲烷含量44.1%。

发酵液液面上方空间维持一个大气压，通气量1vvm。

对比例三

本对比例与实施例四的区别在于，布气装置改为若干个均匀分布于池底的朝上的出水口，水泵设置于粪水内部，水泵流量3000L/h，用于提供水流通过填料层。

测得30日产气总量35L，甲烷含量29.5%。

对比例四

本对比例与实施例四的区别在于，将填料改为玉米芯炭，测得30日产气总量32L，甲烷含量28.2%。

对比例五

本对比例与实施例四的区别在于将温度为35℃，测得量产气总量109L，甲烷含量50.9%，COD去除率69.8%，TKN去除率77%；

通过实施例四和对比例三、四可以看出，镁盐改性炭与内气体循环的方式可在低温时提高沼气的产量，若不使用内气体内循环改为使用水流扰动粪水，或将镁盐改性炭替换为常规生物炭填料其产气总量和甲烷含量均有较为明显的下降。

通过对比例五发现，在中温条件下，气体内循环与搅拌的方式所带来的效果一致，因此在实际应用过程中可直接采用气体内循环的方式进行厌氧发酵，使稀粪水在低温条件下也能提高产能。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。