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        豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法

        發布時間:2019-12-18 11:39:29  中國污水處理工程網

          申請日2019.09.06

          公開(公告)日2019.12.13

          IPC分類號C02F9/14; C12P3/00; C02F103/20; C02F101/16

          摘要

          本發明公開了一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法,該方法是將豬場沖洗廢水通過格柵后,進入MAP沉淀池進行預處理,沉淀后上清液送入廢水調節池,調節上清液pH值后送入厭氧產氫反應器,運行一定時間后,對厭氧產氫反應器中的活性污泥進行產氫菌分離和富集培養,然后將富集培養液與厭氧產氫反應器中的厭氧污泥重新加入厭氧產氫反應器中,厭氧產氫反應器產生的氫氣和二氧化碳氣送入吸收塔,底部二氧化碳吸收液回注到好氧生化池,凈化后的氫氣進入集氣袋。本發明可實現豬場廢水厭氧產氫及達標排放的技術目標,可提升厭氧產氫效率40%以上,獲得氫氣純度大于90%,降低規模化豬場的碳排放80%以上,節約好氧處理成本30%以上。

          權利要求書

          1.一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法,其特征在于,該方法包括下述步驟:

          (1)豬場沖洗廢水首先通過格柵后,進入MAP沉淀池進行預處理,沉淀后沉淀物通過MAP沉淀池底部排放回收,沉淀后上清液送入調節池;

          (2)將調節池中的上清液pH值調節至4.5-5.5后送入厭氧產氫反應器,厭氧產氫反應器以污水廠剩余活性污泥為填料,污泥VSS 6-8g/L,接種前在70℃加熱預處理0.5h后加入厭氧產氫反應器,進水后每隔1小時攪拌20min,泥水體積比1:2.5-4.5,水力停留時間為12h時,運行周期包括:進水0.5h、反應10h、沉淀1h、出水0.5h四個過程,出水后再次進水,以此方式運行30天;

          (3)以滅菌后的豬場廢水為培養基,在嚴格厭氧條件下對厭氧產氫反應器中厭氧活性污泥進行產氫優勢菌種分離,得到產氫優勢菌種MH-1、MH-2;在嚴格厭氧條件下用滅菌后的含0.5%甘油的豬場廢水在pH值5.0對MH-1、MH-2進行富集培養,當每毫升富集培養液分別含1×1017-1025個MH-1、MH-2后,將其與厭氧產氫反應器中厭氧污泥按泥水體積比1:1重新加入厭氧產氫反應器;與厭氧污泥混合后,48小時以內不進水,每間隔1小時進行攪拌,48小時后將反應器靜置,排掉上清液,再按泥水體積比1:1.5進豬場廢水,重復上述操作,48小時后排上清液;重復4-6次后,提升進水體積比直到1:2.5以上;

          (4)厭氧產氫反應器產生的氫氣和二氧化碳氣從頂端送入吸收塔,經堿性吸收液吸收后,凈化后的氫氣進入集氣袋;

          (5)從厭氧產氫反應器排出的發酵液送入好氧生化池,吸收塔底部出水送入好氧生化池,出水送入混合沉淀池;混合沉淀池中的水經加入除磷劑去除水中溶解性磷后進行回用或引出備用,混合沉淀池底部的沉淀污泥分別一部分回流到好氧生化池和厭氧產氫反應器中,一部分外排;

          其中,在步驟(1)中,預處理采用如下方法進行:在入水量達到MAP沉淀池體積的一半后,攪拌,控制轉速為150-350rpm,加鎂鹽、磷鹽,在進水和加藥都完成后,再繼續攪拌10-15min,將轉速調整為原來轉速的三分之二;所述鎂鹽為化學純、分析純或工業用的MgCl2、MgSO4和MgO中的一種,加入前配制成飽和溶液或任意濃度的溶液,所述磷鹽為化學純、分析純或工業用的NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、KH2PO4 、K2HPO4和H3PO4中的一種,加入前配制成飽和溶液或任意濃度的的溶液,鎂鹽溶液和磷鹽溶液的加入量控制鎂鹽與磷鹽的摩爾比為1.0-1.3:1,且磷鹽的量控制在與豬場廢水中NH4+-N摩爾比為0.6-0.8:1。

          2.根據權利要求1所述的一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法,其特征在于,在步驟(2)中,調節上清液pH采用工業用硫酸或鹽酸。

          3.根據權利要求1所述的一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法,其特征在于,在步驟(4)中,堿性吸收液的pH值8.5以上。

          4.根據權利要求1所述的一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法,其特征在于,在步驟(5)中,好氧生化池中的活性污泥MLSS在3000-7000mg/L,水力停留時間4-6h。

          5.根據權利要求1所述的一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法,其特征在于,在步驟(5)中,除磷劑采用硫酸鋁、三氯化鋁或三氯化鐵的飽和溶液,混合沉淀池水力停留時間2-3h。

          說明書

          一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法

          技術領域

          本發明涉及一種豬場廢水預處理后厭氧產氫與達標排放處理方法,屬于農業養殖廢水處理領域,實現了豬場廢水在厭氧處理過程產生清潔能源氫氣并顯著降低好氧處理成本的目標。

          背景技術

          目前厭氧發酵是豬場廢水處理必備和首選工藝,但厭氧工藝中只獲得甲烷氣體。甲烷是天然氣、沼氣的主要成分,豬場常常將大量的沼氣直接排放到大氣中,沼氣產生的溫室效應比二氧化碳大20倍以上。隨著全球碳減排能源戰略實施,厭氧過程產氫的現象越來越被重視,氫氣燃燒后產物是水,不產生溫室效應,是最清潔和最高效的能源,其熱值143.35 kJ/g,是甲烷的 2.6 倍,因此豬場廢水處理時產氫比產甲烷有巨大的優越性,對解決養殖業碳排放和造成的環境污染問題有非常重要的現實意義。

          但現行豬場廢水厭氧工藝只產生甲烷。實用新型專利“一種養豬廢水處理系統”(2012206386350)探索了廢水氮磷回收后的厭氧/好氧處理工藝,卻沒有探索厭氧反應器產氫技術,所以關于豬場廢水厭氧產氫處理技術和工藝的研發非常缺乏。另外,發明專利“一種培養高溫厭氧產氫顆粒污泥的方法”(200410088598.0)應用污泥加熱的方式進行厭氧產氫,但對產氫效率、氣體凈化技術以及后續處理工藝未加探索,沒有對產生的氫氣進行提純,不能得到高品質氫氣。另外,在厭氧產氫過程中,產生約30-50%以上CO2,還有少量的H2S、NO2等氣體,所以產氫后氣體的凈化非常重要,且凈化方式對處理成本有很大影響。本方法得到高純度氫氣,對二氧化碳進行利用,減少碳排放80%以上。

          進一步對厭氧產氫后廢水進行好氧處理,經過本工藝設計后,好氧生化池水力停留時間由8-12小時以上減少到4-6小時以下,顯著提高了處理效率,降低好氧處理成本約30%以上。另外,在混合沉淀池進水口處設置加藥管,利用水力湍流作用混勻藥劑以去除水中溶解性磷,對規模化豬場廢水處理具有十分重要的意義。因此,本方法最終實現豬場廢水厭氧產氫處理模式,為養豬業生物質清潔能源的開發提供了新途徑。

          發明內容

          本發明的目的是提供一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法,

          本發明提供的一種豬場廢水厭氧產氫與達標排放處理方法,該方法包括下述步驟:

          (1)豬場沖洗廢水首先通過格柵后,進入MAP沉淀池進行預處理,沉淀后沉淀物通過MAP沉淀池底部排放回收,沉淀后上清液送入調節池;

          (2)將調節池中的上清液pH值調節至4.5-5.5后送入厭氧產氫反應器,厭氧產氫反應器以污水廠剩余活性污泥為填料,污泥VSS 6-8g/L,接種前在70℃加熱預處理0.5h后加入厭氧產氫反應器,進水后每隔1小時攪拌20min,泥水體積比1:2.5-4.5,水力停留時間為12h時,運行周期包括:進水0.5h、反應10h、沉淀1h、出水0.5h四個過程,出水后再次進水,以此方式運行30天;

          (3)以滅菌后的豬場廢水為培養基,在嚴格厭氧條件下對厭氧產氫反應器中厭氧活性污泥進行產氫優勢菌種分離,得到產氫優勢菌種MH-1、MH-2;在嚴格厭氧條件下用滅菌后的含0.5%甘油的豬場廢水在pH值5.0對MH-1、MH-2進行富集培養,當每毫升富集培養液分別含1×1017-1025個MH-1、MH-2后,將其與厭氧產氫反應器中厭氧污泥按泥水體積比1:1重新加入厭氧產氫反應器;與厭氧污泥混合后,48小時以內不進水,每間隔1小時進行攪拌,48小時后將反應器靜置,排掉上清液。再按泥水體積比1:1.5進豬場廢水,重復上述操作,48小時后排上清液;重復4-6次后,提升進水體積比直到1:2.5以上;

          (4)厭氧產氫反應器產生的氫氣和二氧化碳氣從頂端送入吸收塔,經堿性吸收液吸收后,凈化后的氫氣進入集氣袋;

          (5)從厭氧產氫反應器排出的發酵液送入好氧生化池,吸收塔底部出水送入好氧生化池,出水送入混合沉淀池;混合沉淀池中的水經加入除磷劑去除水中溶解性磷后進行回用或引出備用,混合沉淀池底部的沉淀污泥一部分分別回流到好氧生化池和厭氧產氫反應器中,一部分外排;

          其中,在步驟(1)中,預處理采用如下方法進行:在入水量達到MAP沉淀池體積的一半后,攪拌,控制轉速為150-350rpm,加鎂鹽、磷鹽,在進水和加藥都完成后,再繼續攪拌10-15min,將轉速調整為原來轉速的三分之二;所述鎂鹽為化學純、分析純或工業用的MgCl2、MgSO4和MgO中的一種,加入前配制成飽和溶液或任意濃度的溶液,所述磷鹽為化學純、分析純或工業用的NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、KH2PO4 、K2HPO4和H3PO4中的一種,加入前配制成飽和溶液或任意濃度的的溶液,鎂鹽溶液和磷鹽溶液的加入量控制鎂鹽與磷鹽的摩爾比為1.0-1.3:1,且磷鹽的量控制在與豬場廢水中NH4+-N摩爾比為0.6-0.8:1。用于溶解藥劑的溶劑水來自混合沉淀池出水。

          在步驟(2)中,調節上清液pH采用工業用硫酸或鹽酸。

          在步驟(4)中,堿性吸收液的pH值8.5以上。

          在步驟(5)中,好氧生化池中的活性污泥MLSS在3000-7000mg/L,水力停留時間4-6h。

          在步驟(5)中,除磷劑采用硫酸鋁、三氯化鋁或三氯化鐵的飽和溶液,混合沉淀池水力停留時間2-3h。

          由于采用以上的方法,本發明具有以下的積極效果:

          1. 本發明提供了豬場廢水厭氧產生清潔能源氫氣和達標排放的技術工藝。通過對厭氧產氫反應器中活性污泥進行菌種分離,得到產氫優勢菌種MH-1、MH-2后,在嚴格厭氧條件下用滅菌后的含0.5%甘油的豬場廢水在pH值5.0對MH-1、MH-2進行富集培養,再將培養液接種到原產氫反應器,同時調節進水pH值3.5-4.0,該方式使反應器產氫效率提高90% 以上。將廢水厭氧過程控制為“水解、酸化、產酸、產氫”四個階段,改變傳統厭氧產甲烷模式,實現豬場廢水轉化生物質清潔能源的目標,為養豬業生物質能源的開發提供了新途徑。

          2. 將部分循環水加入堿液后作為吸收塔中吸收液,用于去除產氫反應器產生的CO2、H2S等氣體后,獲得高品質氫氣,氫氣純度約為90%,因此可作為工業原料或燃料,降低廢水處理成本。另外,吸收液排入好氧生化池處理方式,一方面使廢水在厭氧過程產生的二氧化碳又被好氧處理過程中硝化菌等自養菌作為碳源利用,另一方面則補充好氧生化池中氨氮硝化反應需要的堿度,這一方式可有效降低規模化豬場的碳排放80%以上,對養殖業碳減排有十分重要的意義。

          3. 厭氧產氫能將COD降解到小分子有機酸階段,為好氧處理異養菌提供優質碳源,并大幅提升好氧處理C/N比,由此好氧段水力停留時間由8-12h減少到4-6h以下,顯著提高了處理效率,降低好氧處理成本約30%以上。本發明實現豬場廢水厭氧產氫和NH4+-N、PO43+回收利用、廢水達標排放的技術目標,實現養豬業循環經濟和“碳減排”目標。(發明人張冬梅;牛顯春;馬寅;韋明肯;杜誠;張志伯;黃振庭;林依敏;呂一宏;張鴻鑫;陳芳芳;梁希)

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