公布日：2023.11.28
申請日：2023.08.28
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F11/02(2006.01)I;C02F11/16(2006.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F103/20(2006.01)N
摘要高新畜禽廢水中碳氮磷的處理控制方法，該方法包括以下步驟：1)向畜禽廢水中加入調質藥劑，得到調質廢水。2)向調質廢水中加入硝化液和/或硝化污泥后進行水解酸化及反硝化處理，處理完成后得到酸化廢水、厭氧污泥以及酸化廢氣。3)對得到的酸化廢水進行低氧生化處理，得到達標硝化液廢水和硝化污泥。所述調質藥劑為含鈣的藥劑，優選為氧化鈣和/或氫氧化鈣。本發明在高有機物、高氮、高磷的廢水中提前加入調質藥劑與磷形成穩定沉淀，同時結合回流的硝化液，降低廢水中的C/P比，解除高C/P比對磷酸鹽釋放的限制，強化污泥的沉降性能，使污泥有效團聚，形成源頭調質協同除磷的工藝，降低后續工藝中脫磷的復合，降低TP的處置成本。
權利要求書
1.一種畜禽廢水中碳氮磷的處理控制方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：1)向畜禽廢水中加入調質藥劑，經充分反應后得到調質廢水；2)向步驟1)得到的調質廢水中加入硝化液和/或硝化污泥后進行水解酸化及反硝化處理，處理完成后得到酸化廢水、厭氧污泥以及酸化廢氣；3)對得到的酸化廢水進行低氧生化處理，得到達標硝化液廢水和硝化污泥；所述調質藥劑為含鈣的藥劑，優選為石灰和/或氫氧化鈣，以及任選地包含或不包含其他可溶性鈣鹽。
2.根據權利要求1所述的處理控制方法，其特征在于：該方法還包括：4)將步驟3)得到的達標硝化液廢水和硝化污泥作為反應原料回流至步驟2)所述的酸化反應和/或步驟3)所述的低氧生化處理過程中；優選的是，步驟2)所述的酸化反應中加入的調質廢水和回流的達標硝化液廢水的體積比為1.5～4:1，優選為2～3:1；和/或步驟2)所述的酸化反應中加入的調質廢水和回流的硝化污泥的固液比為0.02～0.1g/L，優選為0.04～0.07g/L。
3.根據權利要求2所述的處理控制方法，其特征在于：該方法還包括：5)將步驟2)得到的厭氧污泥以及步驟3)得到的硝化污泥混合、勻質后進行堆肥，得到綠化肥和堆肥廢氣；優選的是，將得到的堆肥廢氣通入步驟3)中的低氧生化處理過程中。
4.根據權利要求3所述的處理控制方法，其特征在于：步驟1)中所述調質藥劑的加入量為使調質廢水的pH為5～9，優選為7～8；和/或將步驟2)中所述的酸化廢氣燃燒后通入步驟5)所述的堆肥過程中；優選的是，所述厭氧污泥的排出頻率為10～30天，優選為13～17天。
5.根據權利要求3或4所述的處理控制方法，其特征在于：步驟3)中所述的低氧生化處理為：向酸化廢水中加入復合菌群，進行多級AO反應；優選的是，所述多級AO為2～5級AO，優選為3級AO；作為優選，所述步驟3)得到的達標硝化液廢水回流至步驟2)所述的酸化反應與回流至步驟3)所述的多級AO反應的體積比為30～50:40～80，優選為35～45:50～70；和/或所述步驟3)得到的硝化污泥回流至步驟2)所述的酸化反應、步驟3)所述的多級AO反應的質量比為30～50:40～80，優選為35～45:50～70。
6.根據權利要求5所述的處理控制方法，其特征在于：所述復合菌群包括Sphingobacterium屬鞘氨醇桿菌、Nitrosomonas屬氨氧化細菌、Thauera屬反硝化菌中的一種或多種；優選的是，所述復合菌群的培育方法為：將各菌群分別單獨培養，培養完成后按Sphingobacterium屬鞘氨醇桿菌:Nitrosomonas屬氨氧化細菌:Thauera屬反硝化菌的質量比30～55:20～45:15～40(優選為35～50:25～40:20～35)進行復配，再加入到包括0.05～0.3g/LMaSO4、0.1～0.2g/LCaCl2、0.3～0.7g/L葡萄糖、0.3～0.7g/L可溶性淀粉組成的混合溶液中，得到復合菌群。
7.根據權利要求3-6中任一項所述的處理控制方法，其特征在于：步驟5)中所述的勻質具體為：向混合后的污泥中加入碳源，控制混合污泥中的碳氮比為15～40，優選為20～30；優選的是，將步驟5)中得到的堆肥廢氣通入步驟3)的低氧生化處理過程中，優選為通入AO反應器的首級O池中；和/或所述污泥混合堆肥為好氧堆肥，堆肥方式為條垛式堆肥；所述堆肥時間為35～55天，優選為40～50天；優選的是，所述綠化肥中污泥含水率低于60％，優選為低于55％。
8.根據權利要求3-7中任一項所述的處理控制方法，其特征在于：所述步驟1)具體為：向廢水中加入含鈣的調質藥劑，控制溶液pH為5～9(優選為7～8)，得到調質廢水；和/或所述步驟2)具體為：將步驟1)得到的調質廢水轉移至UASB反應器，向其中加入硝化液，進行水解酸化以及反硝化處理，得到酸化廢水、厭氧污泥以及酸化廢氣，酸化廢氣經燃燒后通入步驟5)中的堆肥過程。
9.根據權利要求3-8中任一項所述的處理控制方法，其特征在于：所述步驟3)具體為：將步驟2)得到的酸化廢水加入至3級AO反應器，并加入復合菌群，得到達標硝化液廢水和污泥；和/或所述步驟4)具體為：將步驟3)得到的達標硝化液廢水和硝化污泥作為反應原料回流至步驟2)所述的UASB反應器，以及3級AO反應器的1級A池和2級A池中，剩余達標硝化液廢水直接排放。
10.根據權利要求3-9中任一項所述的處理控制方法，其特征在于：所述步驟5)具體為：將步驟2)得到的厭氧污泥以及步驟3)得到的硝化污泥混合進行堆肥，并加入綠植進行勻質，勻質完成后得到綠化肥和堆肥廢氣；其中，將堆肥過程中產生的堆肥廢氣通入步驟3)所述AO反應器的首級O池中；優選的是，將得到的綠化肥用于綠植的培養；作為優選，培養的綠植部分作為原料加入至堆肥過程。
發明內容
針對現有技術中存在的除磷成本高、磷容易對脫硝階段有較大影響、對難降解抗生素等處置效果不穩定、廢水污泥二次污染等問題，本發明提出一種畜禽廢水中碳氮磷的處理控制方法。本發明采用先除磷后脫硝的方法，并結合回流硝化液脫磷，避免磷對后續工藝的影響，提高廢水處理效率，降低處理成本。
根據本發明的實施方案，提供一種畜禽廢水中碳氮磷的處理控制方法。
一種畜禽廢水中碳氮磷的處理控制方法，該方法包括以下步驟：
1)向畜禽廢水中加入調質藥劑，經充分反應后得到調質廢水；
2)向步驟1)得到的調質廢水中加入硝化液和/或硝化污泥后進行水解酸化及反硝化處理，處理完成后得到酸化廢水、厭氧污泥以及酸化廢氣；
3)對得到的酸化廢水進行低氧生化處理，得到達標硝化液廢水和硝化污泥；
所述調質藥劑為含鈣的藥劑，優選為石灰和/或氫氧化鈣，以及任選地包含或不包含其他可溶性鈣鹽(例如氯化鈣、硫酸氫鈣、硝酸鈣、溴化鈣、碘化鈣、氯酸鈣、磷酸二氫鈣)。
優選的是，該方法還包括：4)將步驟3)得到的達標硝化液廢水和硝化污泥作為反應原料回流至步驟2)所述的酸化反應和/或步驟3)所述的低氧生化處理過程中。
優選的是，步驟2)所述的酸化反應中加入的調質廢水和回流的達標硝化液廢水的體積比為1.5～4:1，優選為2～3:1(例如1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1、2.5:1、2.6:1、2.7:1、2.8:1、2.9:1、3:1、3.1:1、3.2:1、3.3:1、3.4:1、3.5:1、3.6:1、3.7:1、3.8:1、3.9:1、4:1)。
步驟2)所述的酸化反應中加入的調質廢水和回流的硝化污泥的固液比為0.02～0.1g/L，優選為0.04～0.07g/L(例如0.02g/L、0.03g/L、0.04g/L、0.05g/L、0.06g/L、0.07g/L、0.08g/L、0.09g/L、0.1g/L)。
優選的是，該方法還包括：5)將步驟2)得到的厭氧污泥以及步驟3)得到的硝化污泥混合、勻質后進行堆肥，得到綠化肥和堆肥廢氣。
優選的是，將得到的堆肥廢氣通入步驟3)中的低氧生化處理過程中。
優選的是，步驟1)中所述調質藥劑的加入量為使調質廢水的pH為5～9，優選為7～8。
優選的是，將步驟2)中所述的酸化廢氣燃燒后通入步驟5)所述的堆肥過程中。
優選的是，所述厭氧污泥的排出頻率為10～30天，優選為13～17天(例如10天、12天、13天、15天、17天、18天、20天、22天、25天、27天、28天、30天)。
優選的是，步驟3)中所述的低氧生化處理為：向酸化廢水中加入復合菌群，進行多級AO反應。
優選的是，所述多級AO為2～5級AO，優選為3級AO。
作為優選，所述步驟3)得到的達標硝化液廢水回流至步驟2)所述的酸化反應與回流至步驟3)所述的多級AO反應的體積比為30～50:40～80，優選為35～45:50～70。
優選的是，所述步驟3)得到的硝化污泥回流至步驟2)所述的酸化反應、步驟3)所述的多級AO反應的質量比為30～50:40～80，優選為35～45:50～70。
優選的是，所述復合菌群包括Sphingobacterium屬鞘氨醇桿菌、Nitrosomonas屬氨氧化細菌、Thauera屬反硝化菌中的一種或多種。
優選的是，所述復合菌群的培育方法為：將各菌群分別單獨培養，培養完成后按Sphingobacterium屬鞘氨醇桿菌:Nitrosomonas屬氨氧化細菌:Thauera屬反硝化菌的質量比30～55:20～45:15～40(優選為35～50:25～40:20～35，更優選為40～45:30～35:25～30)進行復配，再加入到包括0.05～0.3g/LMaSO4、0.1～0.2g/LCaCl2、0.3～0.7g/L葡萄糖、0.3～0.7g/L可溶性淀粉組成的混合溶液中，得到復合菌群。
優選的是，步驟5)中所述的勻質具體為：向混合后的污泥中加入碳源，控制混合污泥中的碳氮比(質量比)為15～40，優選為20～30(例如15、16、17、18、19、20、22、24、26、28、30、32、34、36、37、38、39、40)。
優選的是，將步驟5)中得到的堆肥廢氣通入步驟3)的低氧生化處理過程中，優選為通入AO反應器的首級O池中。
優選的是，所述污泥混合堆肥為好氧堆肥，堆肥方式為條垛式堆肥；所述堆肥時間為35～55天，優選為40～50天(例如35天、36天、37天、38天、39天、40天、42天、44天、46天、48說明書2/15頁5CN117125851A5天、50天、51天、52天、53天、54天、55)。
優選的是，所述綠化肥中污泥含水率低于60％，優選為低于55％。
優選的是，所述步驟1)具體為：向廢水中加入含鈣的調質藥劑，控制溶液pH為5～9(優選為7～8)，得到調質廢水。
優選的是，所述步驟2)具體為：將步驟1)得到的調質廢水轉移至UASB反應器，向其中加入硝化液，進行水解酸化及反硝化處理，得到酸化廢水、厭氧污泥以及酸化廢氣，酸化廢氣經燃燒后通入步驟5)中的堆肥過程。
優選的是，所述步驟3)具體為：將步驟2)得到的酸化廢水加入至3級AO反應器，并加入復合菌群，得到達標硝化液廢水和污泥。
優選的是，所述步驟4)具體為：將步驟3)得到的達標硝化液廢水和硝化污泥作為反應原料回流至步驟2)所述的UASB反應器，以及3級AO反應器的1級A池和2級A池中，剩余達標硝化液廢水直接排放。
優選的是，所述步驟5)具體為：將步驟2)得到的厭氧污泥以及步驟3)得到的硝化污泥混合進行堆肥，并加入綠植進行勻質，勻質完成后得到綠化肥和堆肥廢氣；其中，將堆肥過程中產生的堆肥廢氣通入步驟3)所述AO反應器的首級O池中。
優選的是，將得到的綠化肥用于綠植的培養。
作為優選，培養的綠植部分作為原料加入至堆肥過程。
現有技術中，由畜禽廢水水質分析可知，其含磷量較高，當前除磷的方式主要有生化法和化學法，其中生化法主要通過聚磷菌(PAO)在厭氧和好氧下發生作用去除，一般的，厭氧段主要發生磷酸鹽的釋放，好氧段主要發生污泥對TP的吸收。但由畜禽廢水的水質可知，畜禽廢水的C/P比接近100，為較高水平。研究表明，高的C/P比不利于TP的去除，主要原因為在廢水中除了PAO外還有一類聚糖微生物(GAO)，而GAO的代謝與PAO大致相似且會與PAO競爭有限碳源，但是對TP的去除無貢獻，這就會導致在高C/P比時，TP的去除率會降低。另外，發明人發現，高C/P比下，細菌的EPS分泌不足，不能有效使污泥團聚，造成污泥沉降性能較差，排泥效果不佳，最終導致即使強化UASB段的排泥也不會對TP的去除起到促進作用。
在本發明中，針對上述廢水中高C/P比導致TP的去除率較低的問題，提前在畜禽廢水中加入調質藥劑，在調節廢水的pH后加入硝化液和/或硝化污泥，發生反硝化反應消耗廢水中的碳源，降低C/P比，解除高C/P比對磷酸鹽釋放的限制，而當C/P比降低后，磷酸鹽大量釋放，調質藥劑提供的Ca2+能與磷形成穩定的沉淀，有效除磷，避免TP對后續工藝中好氧段和厭氧段的影響，其中涉及到的反應如下：
Ca2++HPO42-→CaHPO4↓(1)
2CaHPO4+Ca2+→Ca3(PO4)2↓+2H+(2)
在本發明中，Ca2+帶有正電荷，而微粒或膠體表面通常為負電荷，故這些鈣離子可與微粒或膠體負電基團相結合。這樣，鈣離子在兩者之間起架橋作用而將它們連接起來，強化厭氧污泥的沉降性能，使厭氧污泥有效團聚，最終形成源頭調質協同除磷的工藝。防止了廢水中磷對后續工藝的影響，降低了后續處置工藝中脫磷的負荷，降低TP的處置成本。
在本發明中，可以從低氧生化處理將產生的達標硝化液廢水(即硝化液)和/或硝化污泥回流至UASB反應器中，發生反硝化反應脫氮，消耗廢水中的碳源，結合調質藥劑加速水中污泥團聚沉降，從而達到除磷的目的。且系統內部產生的達標硝化液廢水和/或硝化污泥能夠滿足除磷對硝化液和/或硝化污泥的需求，無需從系統外另外引入硝化液和/或硝化污泥，實現系統內循環。
在本發明中，調質藥劑為含鈣的藥劑，優選為石灰和/或氫氧化鈣，更優選為石灰，同時還可以另外加入其他可溶性鈣鹽，鈣離子會與磷酸根形成沉淀物，并且具有良好的架橋作用，結合硝化液和/或硝化污泥，強化了厭氧污泥的沉降性，加速磷的沉淀，另外，將氧化鈣和/或氫氧化鈣加入至廢水中能起到調節pH值的作用，無需另外加入其他堿。
在本發明中，控制步驟2)中酸化反應中加入的調質廢水和步驟3)回流的達標硝化液廢水的比例，確保水解酸化和反硝化過程中的C/P比處于最佳范圍內，使酸化反應中加入的調質廢水和回流的硝化液的體積比為1.5～4:1，避免因C/P過高造成抑制磷酸鹽的釋放，同時也要防止碳源消耗過量，導致后續多級AO反應器中碳源較少，影響脫氮。
在本發明中，基于畜禽廢水中COD較高的特征，在UASB反應器中同步發生水解酸化和反硝化反應，實現有機物發酵(生成反硝化反應所需的碳源)和反硝化反應的同步發生。多級AO主要作用為通過回流達到硝態氮和COD的去除，可節省曝氣量和有機碳源，無需外加碳源，大大降低運行成本。
在本發明中，由于碳氮比太低會使好氧堆肥過程中N大量流失，一般控制最終硝化污泥的碳氮比為20～30，本發明中廢水在脫碳脫氮時，減少了碳源的消耗，因此，本發明得到的硝化污泥碳氮比較高，碳氮比達到約15，比常規污泥大了3倍。常規污泥則需要加入較多的綠植廢物才能達到符合要求的碳氮比，導致最終得到的污泥量大，運行和維護成本高。而本發明產生的污泥只需加入少量的綠植廢物就可以，因此其整體運行費用都較低。
在本發明中，全程采取綜合廢氣利用，廢水處理過程在UASB段會產生CH4氣體，以及在O池需要鼓入氧氣強化硝化作用。本發明將UASB段產生的CH4氣體通入污泥堆肥過程，并將好氧發酵產生的NH3通入O池中，實現氣體循環利用，降低廢氣處置成本和最大化利用其資源。
在本發明中，采用特制的復合菌群，利用其中的Sphingobacterium屬鞘氨醇桿菌，強化了畜禽廢水中抗生素的降解，Nitrosomonas屬氨氧化細菌主要用于氨氮的硝化，而Thauera屬反硝化菌主要用于反硝化和COD的降解，最大化的利用了畜禽廢水的碳源，很好的提高了微生物的穩定性，降低了運行成本。其中，各菌種的保藏信息如下：Sphingobacteriumalimentarium(上海保藏生物技術中心，菌種編號:SHBCCD82516，市售(青島高科技工業園海博生物技術有限公司))、Nitrosomonaseuropaea(美國ATCC菌種保藏中心，菌種編號：ATCC19718，CAS68333-07-3，市售(深圳子科生物科技有限公司))和Thaueraaminoaromatica(上海保藏生物技術中心，菌種編號:SHBCCD70985，市售(寧波明舟生物科技有限公司))。
在本發明中，將酸化廢水導入低氧生化工藝，在多級AO反應器中脫氮，可以將得到的達標硝化液廢水部分作為反應原料返回至UASB反應器和多級AO反應前部的A池中，利用硝化液中的硝酸鹽氮，與厭氧池中的有機物混合，由反硝化細菌進行硝酸鹽氮的反硝化，實現總氮去除，剩余的達標硝化液廢水直接排放，而硝化污泥可以返回步驟2)中的UASB反應器中，也可以直接進入堆肥工藝，堆肥得到的綠化肥用于培養綠植，得到的綠植一部分返回堆肥作為碳源，另一部分外售，其中堆肥過程產生的廢氣通入首級O池中。本方法充分利用了廢水處理工藝中產生的各種副產品，避免多余的處理工藝，同時實現資源的循環利用。
在本發明中，開始處理廢水時，步驟2)中所述的硝化液和/或硝化污泥可以從外界引入，當酸化廢水進入步驟3)經過低氧生化處理后，再將步驟3)得到的達標硝化液廢水和硝化污泥回流至步驟2)，無需繼續引入硝化液，節省處理成本，實現資源的充分利用。
在本發明中，所述達標硝化液廢水中COD＜60mg/L，氨氮＜15mg/L，總磷＜1mg/L。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
1、本發明提供的一種畜禽廢水中碳氮磷的處理控制方法，在高有機物、高氮、高磷的廢水中提前加入調質藥劑與磷形成穩定沉淀，同時結合硝化液，降低廢水中的C/P比，解除高C/P比對磷酸鹽釋放的限制，強化污泥的沉降性能，使污泥有效團聚，形成源頭調質協同除磷的工藝，降低后續工藝中脫磷的復合，降低TP的處置成本。
2、本發明提供的一種畜禽廢水中碳氮磷的處理控制方法，將得到的達標硝化液廢水和硝化污泥回流，同時控制達標硝化液廢水和硝化污泥的回流比例，進而確保UASB反應器中的C/P比處于最佳范圍內，避免C/P過高或過低造成的不利影響。
3、本發明提供的一種畜禽廢水中碳氮磷的處理控制方法，充分利用了工藝中產生的各種副產品，降低處理成本，同時實現資源的循環利用。
（發明人：楊本濤;王延;張雪凱;印遇龍;鐘明旭;梅學華;萬丹;李晨;李偉;顏菲;高富麗;張喜冬）
