一种针对中小养户粪污治理系统及其工艺

1.本发明涉及猪舍养殖废水处理技术领域，具体涉及一种针对中小养户粪污治理系统及其工艺。


背景技术：

2.一个万头猪场每年可排放约100-160t的氮和20-33t的磷。畜禽养殖废水已是继工业废水、生活污水之后的第三大污染源，成为农村的面源污染，粪污废水的污染问题严重影响养猪业的可持续发展。目前，传统大规模猪场建设了工业化的环保处理工程，而中小型的养猪场未建设废水处理工程，采用沼液消纳模式，因沼液消纳所配备的消纳土地不够，超过土地承载力，造成农村面源污染。例如，小于500的头养猪场如果采用消纳模式，需要配备150亩消纳土地(1亩地3头猪)，而我国人多地少，消纳面积远远不足。
3.目前，规模猪场采用工业化模式进行处理。而中小养殖场没有技术、资金，亟待需要处理低成本高效的处理技术来处理中小养殖场的粪污，减少农村面源污染现状，推动中小型养猪业持续发展。
4.随着养猪废水迅猛发展，养猪废水处理存在诸多痛点：
5.1)、三高：cod高、nh3-n、tp高，cod高达20000-40000，nh3-n高达2000-3500，tp达到250以上；
6.2)、刮粪机维修管理麻烦，目前猪场均采用平刮或水泡粪，导致ss增加，无法有效分离，致使后端生化系统运行困难，养猪废水ss中存在大量难降解的木质素、多糖聚合物。
7.常规的处理工艺有：单独的物化处理法、生物处理法和自然处理法往往难以达到理想的处理效果，所以通常选择联合几种处理技术的组合工艺。
8.现有猪场常规处理工艺流程为：固液分离+uasb+二级ao工艺，这种工艺基本采用工业模式，投资成本高运行成本高，并不适用于资金要求高的中小型养猪场。而养户采用传统的沼气还田模式，需要配备大面积土壤消纳，且还田处理有地表径流、地下水污染等风险，容易造成面源污染。
9.因此，由于猪舍常采用平刮和水泡粪作为清粪手段，粪污中含有大量悬浮物，悬浮物未经过有效分离，增加后续处理难度，导致投资成本增加，且无法达标，ss无法有效分离是本发明所要解决的问题。


技术实现要素：

10.基于上述表述，本发明提供了一种针对中小养户粪污治理系统及其工艺，以解决现有的猪舍常采用平刮和水泡粪作为清粪手段，粪污中含有大量悬浮物，悬浮物未经过有效分离，增加后续处理难度，导致投资成本增加，且无法达标，ss无法有效分离是本发明所要解决的问题的技术问题。
11.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种针对中小养户粪污治理系统及其工艺，包括集污池，集污池内设有猪舍原水进口，猪舍原水及粪污通过集污池集中收集；
12.调节池，调节池内设有固液分离机，固液分离机与集污池排液端相连，固液分离机排液端与调节池相连；
13.生物絮凝池反应器，生物絮凝池反应器包括若干相连的沉淀池，沉淀池内设有加药反应区，并通过加药反应区与调节池排液端相连，沉淀池上放还设有斜管填料；
14.短程硝化反硝化反应器，短程硝化反硝化反应器包括若干相连的mbbr池，mbbr池与沉淀池排液端相连，mbbr池之间设有气提设备；
15.二沉池，二沉池与mbbr池排液端相连，二沉池排液端排出农田灌溉水；
16.污泥池，污泥池与沉淀池和二沉池排污端相连，污泥池排污端与叠螺机相连。
17.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
18.进一步的，所述沉淀池的数量设有相连的两处，加药反应区内投有生物絮凝剂，加药反应区通过第一进水口与沉淀池相连，沉淀池通过第一出水口与mbbr池相连，且沉淀池通过第一排污口与污泥池进行连接。
19.进一步的，所述第一进水口和第一排污口均为圆型。
20.进一步的，所述mbbr池通过第二进水口与第一出水口相连，mbbr池的数量设有两处，两处mbbr池之间通过过水孔相连，mbbr池内设有第二出水口，以通过第二出水口与二沉池相连。
21.进一步的，所述气提设备底部伸入mbbr池后设有气提管，气提管包括出水管、扩大管、喇叭口和进气口，扩大管连通设于出水管上，喇叭口设于出水管底部，进气口安装于扩大管上，喇叭口的底部开口大小为45
°
。
22.进一步的，所述二沉池包括池体和中心导流筒，中心导流筒设于池体内，池体与第二出水口相连，池体通过第三出水口排出农田灌溉水，池体底部通过第二排污口与污泥池进行连接。
23.进一步的，所述池体外设有污泥回流泵，污泥回流泵通过进水管与池体相连。
24.一种针对中小养户粪污治理工艺，包括猪舍原水进入集污池收集，然后经过固液分离机处理，固态分离产生的猪粪可用作有机肥原料，液态粪污进入调节池，通过调节池均质调节，然后进入生物絮凝反应器；
25.生物絮凝反应器设置斜管填料，通过往加药反应区投加生物絮凝剂，增加胶体状悬浮物去除，生物絮凝反应器后进入短程硝化反硝化反应器，短程硝化反硝化反应器中溶解氧与供风风机连锁变频，使得微生物始终处于缺氧状态，控制微生物的环境条件，固液分离产生的猪粪以及系统中产生的有机污泥混合进行堆肥，产生的有机肥进行还田。
26.进一步的，所述控制微生物的环境条件包括低do、高mlss和高回流比。
27.进一步的，所述生物絮凝剂在加药反应区的反应时间为20min，沉淀池的表面负荷小于0.8m3/m2*h，生物絮凝池反应器的废水处理停留时间为2h。
28.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：
29.1、通过采用生物絮凝反应器，通过生物絮凝反应，去除粪污中的悬浮物，经过生物絮凝反应之后，废水中的cod和nh3-n由20000mg/l和2500mg/l降低至4000mg/l和500mg/l；
30.2、通过生物絮凝反应器，产生的固态物通过叠螺机脱水，产生的污泥含水率为80％-85％，添加少量辅料后可制成生物有机肥，变废为宝；
31.3、生物促凝反应器之后的液态粪污进入短程硝化反硝化反应器，短程硝化反硝化
反应器采用低溶解氧高污泥负荷运行，溶解氧低于0.5mg/l，污泥浓度达到8g/l，短程硝化反硝化反应器停留时间保持在8d以内；
32.4、生物絮凝反应结合短程硝化反硝化反应器，可使排放尾水持续稳定达标，在运行过程中无需投加任何化学药剂，排放水质：cod＜200，nh3-n＜25，tp＜50的，满足农业灌溉废水的要求，减少农田消纳面积的同时，减少面源污染；
33.5、方便中小养猪废水技术突破瓶颈，运行管理简单，投资成本省，为中小养殖户环保提供新的解决方案。
附图说明
34.图1为本发明实施例提供的一种针对中小养户粪污治理系统的结构示意图；
35.图2为本发明实施例中生物絮凝反应器的结构示意图；
36.图3为本发明实施例中短程硝化反硝化反应器和二沉池的结构示意图；
37.图4为本发明实施例中气提管的结构示意图；
38.图5为本发明实施例中针对中小养户粪污治理工艺示意图；
39.图6为本发明实施例中传统曝气与本工艺曝气对比示意图；
40.图7为本发明实施例中短程硝化反硝化生物脱氮途径示意图；
41.图8为本发明实施例中短程硝化反硝化循环稀释示意图；
42.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
43.1、集污池；2、调节池；3、生物絮凝池反应器；4、短程硝化反硝化反应器；5、二沉池；6、污泥池；7、叠螺机；11、猪舍原水进口；21、固液分离机；31、沉淀池；32、加药反应区；33、斜管填料；34、第一进水口；35、第一出水口；36、第一排污口；41、mbbr池；42、气提设备；43、第二进水口；44、第二出水口；45、过水孔；51、池体；52、中心导流筒；53、第三出水口；54、第二排污口；55、污泥回流泵；56、进水管；421、出水管；422、扩大管；423、喇叭口；424、进气口。
具体实施方式
44.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
45.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
46.可以理解，空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。
47.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
48.本发明实施例具体提供了一种针对中小养户粪污治理系统，请参照图1，包括集污池1，集污池1内设有猪舍原水进口11，猪舍原水及粪污通过集污池1集中收集。
49.调节池2，调节池2内设有固液分离机21，固液分离机21与集污池1排液端相连，固液分离机21排液端与调节池2相连，令液态粪污能够送入至调节池2内。
50.进一步地，请参照图2，生物絮凝池反应器3，生物絮凝池反应器3包括若干相连的沉淀池31，沉淀池31内设有加药反应区32，并通过加药反应区32与调节池2排液端相连，沉淀池31上放还设有斜管填料33；
51.具体地，沉淀池31的数量设有相连的两处，加药反应区32内投有生物絮凝剂，加药反应区32通过第一进水口34与沉淀池31相连。
52.进一步地，请参照图3，短程硝化反硝化反应器4，短程硝化反硝化反应器4包括若干相连的mbbr池41，mbbr池41与沉淀池31排液端相连，mbbr池41之间设有气提设备42；
53.二沉池5，二沉池5与mbbr池41排液端相连，二沉池5排液端排出农田灌溉水；
54.具体地，mbbr池41通过第二进水口43与第一出水口35相连，mbbr池41的数量设有两处，两处mbbr池41之间通过过水孔45相连，mbbr池41内设有第二出水口44，以通过第二出水口44与二沉池5相连，
55.其中，请参照图4，气提设备42底部伸入mbbr池41后设有气提管，气提管包括出水管421、扩大管422、喇叭口423和进气口424，扩大管422连通设于出水管421上，喇叭口423设于出水管421底部，进气口424安装于扩大管422上，喇叭口423的底部开口大小为45
°
。
56.进一步地，请参照图5，粪污治理系统还包括污泥池6，污泥池6与沉淀池31和二沉池5排污端相连，污泥池6排污端与叠螺机7相连，方便将污泥制成生物有机肥，变废为宝。
57.其中，沉淀池31通过第一出水口35与mbbr池41相连，且沉淀池31通过第一排污口36与污泥池6进行连接。
58.第一进水口34和第一排污口36均为圆型，方便粪污输送处理需求。
59.进一步地，请参照图3，二沉池5包括池体51和中心导流筒52，中心导流筒52设于池体51内，池体51与第二出水口44相连，池体51通过第三出水口53排出农田灌溉水，池体51底部通过第二排污口54与污泥池6进行连接。
60.池体51外设有污泥回流泵55，污泥回流泵55通过进水管56与池体51相连，以方便实现对污泥的输送。
61.本发明实施例具体还提供一种针对中小养户粪污治理工艺，请参照图1-图8，包括猪舍原水进入集污池1收集，然后经过固液分离机21处理，固态分离产生的猪粪可用作有机肥原料，液态粪污进入调节池2，通过调节池2均质调节，然后进入生物絮凝反应器3；
62.生物絮凝反应器3设置斜管填料33，通过往加药反应区32投加生物絮凝剂，增加胶体状悬浮物去除，生物絮凝反应器3后进入短程硝化反硝化反应器4；
63.其中，生物絮凝剂，反应停留2个小时，生物絮凝反应器3为斜板式絮凝反应器；
64.实施时，养猪废水进入加药反应区32，在加药反应区32投加生物絮凝剂，生物絮凝剂含有多糖聚合物，具有强大的比表面积及吸附能力，不仅能吸附胶体状有机物，还能吸附溶解性的污染物，如nh3-n、tp等；
65.生物絮凝剂在反应区的反应时间为20min，然后进入设有斜管填料33的沉淀池31，斜管填料33能够截留上流的细小悬浮物，沉淀池31的表面负荷小于0.8m3/m2*h，沉淀池31
的污泥斗还设置污泥泵，定时将污泥斗中的污泥排放至污泥浓缩池，整个生物絮凝反应器的停留时间为2h。
66.进一步地，短程硝化反硝化反应器4中溶解氧与供风风机连锁变频，使得微生物始终处于缺氧状态，控制微生物的环境条件，其中，控制微生物的环境条件包括低do、高mlss和高回流比，缩短了nh3-n还原成n2步骤，氨氮无需转化为全部硝态氮才能还原，转化成亚硝态氮即可还原。这样节省电耗、碱度、反应时间、碳源等，提高nh3-n还原成n2的反应效率。
67.采用短程硝化反硝化反应器4在本工艺中具有下列的作用：
68.1、在特殊的控制条件下低溶氧0.5mg/l，高污泥浓度5000-8000mg/l，使得生物处理池中所驯化培养的微生物数量极大化、菌群特殊化、降解高效化，从而有效降解水中的有机污染物；
69.2、短程硝化反硝化控制的理念是：充分而不富余do≈0.3mg/l，在该溶氧状态下实现全流程的短程同步硝化反硝化，而其他工艺一般溶解氧控制在2～4mg/l，低溶氧环境下具有以下优势：
70.a、生物池兼有水解酸化作用，对难降解的cod有较好的适应性，cod、nh3-n的去除效果要优于其他好氧工艺；
71.b、工艺在有效去除cod的同时，低溶氧又创造了同步硝化反硝化脱氮的条件，在曝气池实现了彻底的脱氮过程，简化了工艺流程，节省了投资；低溶解氧控制避免了大量“氧”的浪费，在污水处理厂实现节能降耗；
72.3、mlss＝5000～8000mg/l，同等条件下，比其他好氧处理工艺高出50％以上，通过高污泥浓度实现了高微生物量，“人多力量大”使工艺容积去除效率大大提高，节省了池体的容积；高污泥浓度延长了污泥龄，工艺运行过程中的剩余污泥量减少，节约了污泥处理的费用；高污泥浓度运行，提高了工艺的抗冲击能力；
73.4、优良的水力循环系统，循环稀释主要有两个作用：一是稀释进水，二是给微生物创造稳定的生长环境；
74.5、采用大面积曝气方式，普通工艺曝气管或曝气头的布置间距为500～1000mm，短程硝化反硝化反应器4内相邻曝气管之间的距离只有100～150mm；
75.并且低通气量：短程硝化反硝化曝气管的通气量只有0.5～1m3/m.h，试验表明，短程硝化反硝化的曝气方式气泡上升的速度只有0.4m/s，而常规曝气器的气泡上升速度约1m/s左右；
76.微混合环境：气泡上升速度慢而且分散，为微生物、水中污染有机物以及气泡创造了一个微混合的环境，使得微生物的在生长过程中更容易获得氧，尽管水中的溶解氧浓度只有0.3mg/l，却大大提高了氧传递效率。
77.综上，具体地，养猪废水经过生物絮凝反应之后，进入短程硝化反硝化反应器4内后，由于短程硝化反硝化反应器4中添加了mbbr填料，mbbr填料能够附着微生物菌群，强化了微生物对污染指标的去除能力，实施时，mbbr填料的型号为mbbr19，mbbr反应器中曝气采用tpu材质，曝气孔径细小，上升流速只有0.4m/s；
78.其中，mbbr采用低溶解控制，do＜0.3mg/l,mbbr池中的微生物始终处于缺氧环境，强化了同步硝化反硝化能力，硝化液采用气提回流，回流比控制20倍以上，在稀释污染物同时提供大回流比，提高了mbbr池41中的no3-n，最大程度利用系统中的碳源，避免投加了大
量的碱，增加运行成本，整个同步硝化反硝化过程中，无需额外补充碱，依靠反硝化产生的碱度来达到平衡。
79.具体地，气提管采用不锈钢材质，底下进水处设置喇叭口423，中间有扩大管422，在扩大管422设有进气口424，进气口424径为dn32，气提在扩大管422中压缩形成负压上升，将底部硝化液抽至mbbr池41中，气水比为：2：1—3：1，例如，气提80m3/h的废水，需要气量为30m'3/h，大大降解能耗。
80.进一步地，mbbr池41废水出水进入二沉池5，二沉池5采用中心导流筒52来进水配水，二沉池池体51四周设置出水堰槽，通过中心导流筒52来配水，污泥依靠重力在污泥斗中沉淀压缩，清水从出水堰流出。整个mbbr池41可采用混凝土或钢制材质。
81.最后，固液分离产生的猪粪以及系统中产生的有机污泥混合进行堆肥，产生的有机肥进行还田；
82.针对目前中小养猪户粪污存在面源污染，而缺乏低成本高效处理工艺，本工艺采用生物絮凝反应结合短程硝化反硝化反应，可使排放尾水持续稳定达标，在运行过程中无需投加任何化学药剂，排放水质：cod＜200，nh3-n＜25，tp＜50的，满足农业灌溉废水的要求。减少农田消纳面积的同时，减少面源污染。
83.可解决中小养猪废水技术瓶颈，运行管理简单，投资成本省，为中小养殖户环保提供新的解决方案。
84.以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种针对中小养户粪污治理系统，其特征在于，包括：集污池(1)，集污池(1)内设有猪舍原水进口(11)，猪舍原水及粪污通过集污池(1)集中收集；调节池(2)，调节池(2)内设有固液分离机(21)，固液分离机(21)与集污池(1)排液端相连，固液分离机(21)排液端与调节池(2)相连；生物絮凝池反应器(3)，生物絮凝池反应器(3)包括若干相连的沉淀池(31)，沉淀池(31)内设有加药反应区(32)，并通过加药反应区(32)与调节池(2)排液端相连，沉淀池(31)上放还设有斜管填料(33)；短程硝化反硝化反应器(4)，短程硝化反硝化反应器(4)包括若干相连的mbbr池(41)，mbbr池(41)与沉淀池(31)排液端相连，mbbr池(41)之间设有气提设备(42)；二沉池(5)，二沉池(5)与mbbr池(41)排液端相连，二沉池(5)排液端排出农田灌溉水；污泥池(6)，污泥池(6)与沉淀池(31)和二沉池(5)排污端相连，污泥池(6)排污端与叠螺机(7)相连。2.根据权利要求1所述的一种针对中小养户粪污治理系统，其特征在于，所述沉淀池(31)的数量设有相连的两处，加药反应区(32)内投有生物絮凝剂，加药反应区(32)通过第一进水口(34)与沉淀池(31)相连，沉淀池(31)通过第一出水口(35)与mbbr池(41)相连，且沉淀池(31)通过第一排污口(36)与污泥池(6)进行连接。3.根据权利要求2所述的一种针对中小养户粪污治理系统，其特征在于，所述第一进水口(34)和第一排污口(36)均为圆型。4.根据权利要求2所述的一种针对中小养户粪污治理系统，其特征在于，所述mbbr池(41)通过第二进水口(43)与第一出水口(35)相连，mbbr池(41)的数量设有两处，两处mbbr池(41)之间通过过水孔(45)相连，mbbr池(41)内设有第二出水口(44)，以通过第二出水口(44)与二沉池(5)相连。5.根据权利要求4所述的一种针对中小养户粪污治理系统，其特征在于，所述气提设备(42)底部伸入mbbr池(41)后设有气提管，气提管包括出水管(421)、扩大管(422)、喇叭口(423)和进气口(424)，扩大管(422)连通设于出水管(421)上，喇叭口(423)设于出水管(421)底部，进气口(424)安装于扩大管(422)上，喇叭口(423)的底部开口大小为45
°
。6.根据权利要求5所述的一种针对中小养户粪污治理系统，其特征在于，所述二沉池(5)包括池体(51)和中心导流筒(52)，中心导流筒(52)设于池体(51)内，池体(51)与第二出水口(44)相连，池体(51)通过第三出水口(53)排出农田灌溉水，池体(51)底部通过第二排污口(54)与污泥池(6)进行连接。7.根据权利要求6所述的一种针对中小养户粪污治理系统，其特征在于，所述池体(51)外设有污泥回流泵(55)，污泥回流泵(55)通过进水管(56)与池体(51)相连。8.一种针对中小养户粪污治理工艺，应用于权利要求1-7中任意一项所述的针对中小养户粪污治理系统中，其特征在于，包括：猪舍原水进入集污池(1)收集，然后经过固液分离机(21)处理，固态分离产生的猪粪可用作有机肥原料，液态粪污进入调节池(2)，通过调节池(2)均质调节，然后进入生物絮凝反应器(3)；生物絮凝反应器(3)设置斜管填料(33)，通过往加药反应区(32)投加生物絮凝剂，增加胶体状悬浮物去除，生物絮凝反应器(3)后进入短程硝化反硝化反应器(4)，短程硝化反硝
化反应器(4)中溶解氧与供风风机连锁变频，使得微生物始终处于缺氧状态，控制微生物的环境条件，固液分离产生的猪粪以及系统中产生的有机污泥混合进行堆肥，产生的有机肥进行还田。9.根据权利要求8所述的一种针对中小养户粪污治理工艺，其特征在于，所述控制微生物的环境条件包括低do、高mlss和高回流比。10.根据权利要求9所述的一种针对中小养户粪污治理工艺，其特征在于，所述生物絮凝剂在加药反应区(32)的反应时间为20min，沉淀池(31)的表面负荷小于0.8m3/m2*h，生物絮凝池反应器(3)的废水处理停留时间为2h。

技术总结
本发明涉及一种针对中小养户粪污治理系统及其工艺，包括集污池、调节池、生物絮凝池反应器和短程硝化反硝化反应器，本发明提供的一种针对中小养户粪污治理系统及其工艺，通过通过采用生物絮凝反应器，通过生物絮凝反应，去除粪污中的悬浮物，经过生物絮凝反应之后，废水中的COD和NH3-N由20000mg/L和2500mg/L降低至4000mg/L和500mg/L，生物絮凝反应结合短程硝化反硝化反应器，可使排放尾水持续稳定达标，在运行过程中无需投加任何化学药剂，排放水质：COD＜200，NH3-N＜25，TP＜50的，满足农业灌溉废水的要求，减少农田消纳面积的同时，减少面源污染，方便中小养猪废水技术突破瓶颈，运行管理简单，投资成本省，为中小养殖户环保提供新的解决方案。提供新的解决方案。提供新的解决方案。


技术研发人员：任竹青 吴健 胡明玉 刘江华 陈涛 李雪岩
受保护的技术使用者：华中农业大学
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/10/11