贵阳养猪场废水处理关于厌氧产氢与达标排放处

本发明公开了一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法，该方法是将猪场冲洗废水通过格栅后，进入MAP沉淀池进行预处理，沉淀后上清液送入废水调节池，调节上清液pH值后送入厌氧产氢反应器，运行一定时间后，对厌氧产氢反应器中的活性污泥进行产氢菌分离和富集培养，然后将富集培养液与厌氧产氢反应器中的厌氧污泥重新加入厌氧产氢反应器中，厌氧产氢反应器产生的氢气和二氧化碳气送入吸收塔，底部二氧化碳吸收液回注到好氧生化池，净化后的氢气进入集气袋。本发明可实现猪场废水厌氧产氢及达标排放的技术目标，可提升厌氧产氢效率40%以上，获得氢气纯度大于90%，降低规模化猪场的碳排放80%以上，节约好氧处理成本30%以上。

　　权利要求书

　　1.一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

　　(1)猪场冲洗废水首先通过格栅后，进入MAP沉淀池进行预处理，沉淀后沉淀物通过MAP沉淀池底部排放回收，沉淀后上清液送入调节池;

　　(2)将调节池中的上清液pH值调节至4.5-5.5后送入厌氧产氢反应器，厌氧产氢反应器以污水厂剩余活性污泥为填料，污泥VSS 6-8g/L，接种前在70℃加热预处理0.5h后加入厌氧产氢反应器，进水后每隔1小时搅拌20min，泥水体积比1:2.5-4.5，水力停留时间为12h时，运行周期包括：进水0.5h、反应10h、沉淀1h、出水0.5h四个过程，出水后再次进水，以此方式运行30天;

　　(3)以灭菌后的猪场废水为培养基，在严格厌氧条件下对厌氧产氢反应器中厌氧活性污泥进行产氢优势菌种分离，得到产氢优势菌种MH-1、MH-2;在严格厌氧条件下用灭菌后的含0.5%甘油的猪场废水在pH值5.0对MH-1、MH-2进行富集培养，当每毫升富集培养液分别含1×1017-1025个MH-1、MH-2后，将其与厌氧产氢反应器中厌氧污泥按泥水体积比1:1重新加入厌氧产氢反应器;与厌氧污泥混合后，48小时以内不进水，每间隔1小时进行搅拌，48小时后将反应器静置，排掉上清液，再按泥水体积比1:1.5进猪场废水，重复上述操作，48小时后排上清液;重复4-6次后，提升进水体积比直到1:2.5以上;

　　(4)厌氧产氢反应器产生的氢气和二氧化碳气从顶端送入吸收塔，经碱性吸收液吸收后，净化后的氢气进入集气袋;

　　(5)从厌氧产氢反应器排出的发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;混合沉淀池中的水经加入除磷剂去除水中溶解性磷后进行回用或引出备用，混合沉淀池底部的沉淀污泥分别一部分回流到好氧生化池和厌氧产氢反应器中，一部分外排;

　　其中，在步骤(1)中，预处理采用如下方法进行：在入水量达到MAP沉淀池体积的一半后，搅拌，控制转速为150-350rpm，加镁盐、磷盐，在进水和加药都完成后，再继续搅拌10-15min，将转速调整为原来转速的三分之二;所述镁盐为化学纯、分析纯或工业用的MgCl2、MgSO4和MgO中的一种，加入前配制成饱和溶液或任意浓度的溶液，所述磷盐为化学纯、分析纯或工业用的NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、KH2PO4 、K2HPO4和H3PO4中的一种，加入前配制成饱和溶液或任意浓度的的溶液，镁盐溶液和磷盐溶液的加入量控制镁盐与磷盐的摩尔比为1.0-1.3:1，且磷盐的量控制在与猪场废水中NH4+-N摩尔比为0.6-0.8:1。

　　2.根据权利要求1所述的一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，调节上清液pH采用工业用硫酸或盐酸。

　　3.根据权利要求1所述的一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法，其特征在于，在步骤(4)中，碱性吸收液的pH值8.5以上。

　　4.根据权利要求1所述的一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法，其特征在于，在步骤(5)中，好氧生化池中的活性污泥MLSS在3000-7000mg/L，水力停留时间4-6h。

　　5.根据权利要求1所述的一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法，其特征在于，在步骤(5)中，除磷剂采用硫酸铝、三氯化铝或三氯化铁的饱和溶液，混合沉淀池水力停留时间2-3h。

　　说明书

　　一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法

　　技术领域

　　本发明涉及一种猪场废水预处理后厌氧产氢与达标排放处理方法，属于农业养殖废水处理领域，实现了猪场废水在厌氧处理过程产生清洁能源氢气并显著降低好氧处理成本的目标。

　　背景技术

　　目前厌氧发酵是猪场废水处理必备和首选工艺，但厌氧工艺中只获得甲烷气体。甲烷是天然气、沼气的主要成分，猪场常常将大量的沼气直接排放到大气中，沼气产生的温室效应比二氧化碳大20倍以上。随着全球碳减排能源战略实施，厌氧过程产氢的现象越来越被重视，氢气燃烧后产物是水，不产生温室效应，是最清洁和最高效的能源，其热值143.35 kJ/g，是甲烷的 2.6 倍，因此猪场废水处理时产氢比产甲烷有巨大的优越性，对解决养殖业碳排放和造成的环境污染问题有非常重要的现实意义。

　　但现行猪场废水厌氧工艺只产生甲烷。实用新型专利“一种养猪废水处理系统”(2012206386350)探索了废水氮磷回收后的厌氧/好氧处理工艺，却没有探索厌氧反应器产氢技术，所以关于猪场废水厌氧产氢处理技术和工艺的研发非常缺乏。另外，发明专利“一种培养高温厌氧产氢颗粒污泥的方法”(200410088598.0)应用污泥加热的方式进行厌氧产氢，但对产氢效率、气体净化技术以及后续处理工艺未加探索，没有对产生的氢气进行提纯，不能得到高品质氢气。另外，在厌氧产氢过程中，产生约30-50%以上CO2，还有少量的H2S、NO2等气体，所以产氢后气体的净化非常重要，且净化方式对处理成本有很大影响。本方法得到高纯度氢气，对二氧化碳进行利用，减少碳排放80%以上。

　　进一步对厌氧产氢后废水进行好氧处理，经过本工艺设计后，好氧生化池水力停留时间由8-12小时以上减少到4-6小时以下，显著提高了处理效率，降低好氧处理成本约30%以上。另外，在混合沉淀池进水口处设置加药管，利用水力湍流作用混匀药剂以去除水中溶解性磷，对规模化猪场废水处理具有十分重要的意义。因此，本方法最终实现猪场废水厌氧产氢处理模式，为养猪业生物质清洁能源的开发提供了新途径。

　　发明内容

　　本发明的目的是提供一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法，

　　本发明提供的一种猪场废水厌氧产氢与达标排放处理方法，该方法包括下述步骤：

　　(1)猪场冲洗废水首先通过格栅后，进入MAP沉淀池进行预处理，沉淀后沉淀物通过MAP沉淀池底部排放回收，沉淀后上清液送入调节池;

　　(2)将调节池中的上清液pH值调节至4.5-5.5后送入厌氧产氢反应器，厌氧产氢反应器以污水厂剩余活性污泥为填料，污泥VSS 6-8g/L，接种前在70℃加热预处理0.5h后加入厌氧产氢反应器，进水后每隔1小时搅拌20min，泥水体积比1:2.5-4.5，水力停留时间为12h时，运行周期包括：进水0.5h、反应10h、沉淀1h、出水0.5h四个过程，出水后再次进水，以此方式运行30天;

　　(3)以灭菌后的猪场废水为培养基，在严格厌氧条件下对厌氧产氢反应器中厌氧活性污泥进行产氢优势菌种分离，得到产氢优势菌种MH-1、MH-2;在严格厌氧条件下用灭菌后的含0.5%甘油的猪场废水在pH值5.0对MH-1、MH-2进行富集培养，当每毫升富集培养液分别含1×1017-1025个MH-1、MH-2后，将其与厌氧产氢反应器中厌氧污泥按泥水体积比1:1重新加入厌氧产氢反应器;与厌氧污泥混合后，48小时以内不进水，每间隔1小时进行搅拌，48小时后将反应器静置，排掉上清液。再按泥水体积比1:1.5进猪场废水，重复上述操作，48小时后排上清液;重复4-6次后，提升进水体积比直到1:2.5以上;

　　(4)厌氧产氢反应器产生的氢气和二氧化碳气从顶端送入吸收塔，经碱性吸收液吸收后，净化后的氢气进入集气袋;

　　(5)从厌氧产氢反应器排出的发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;混合沉淀池中的水经加入除磷剂去除水中溶解性磷后进行回用或引出备用，混合沉淀池底部的沉淀污泥一部分分别回流到好氧生化池和厌氧产氢反应器中，一部分外排;

　　其中，在步骤(1)中，预处理采用如下方法进行：在入水量达到MAP沉淀池体积的一半后，搅拌，控制转速为150-350rpm，加镁盐、磷盐，在进水和加药都完成后，再继续搅拌10-15min，将转速调整为原来转速的三分之二;所述镁盐为化学纯、分析纯或工业用的MgCl2、MgSO4和MgO中的一种，加入前配制成饱和溶液或任意浓度的溶液，所述磷盐为化学纯、分析纯或工业用的NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、KH2PO4 、K2HPO4和H3PO4中的一种，加入前配制成饱和溶液或任意浓度的的溶液，镁盐溶液和磷盐溶液的加入量控制镁盐与磷盐的摩尔比为1.0-1.3:1，且磷盐的量控制在与猪场废水中NH4+-N摩尔比为0.6-0.8:1。用于溶解药剂的溶剂水来自混合沉淀池出水。

　　在步骤(2)中，调节上清液pH采用工业用硫酸或盐酸。

　　在步骤(4)中，碱性吸收液的pH值8.5以上。

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

　　在步骤(5)中，除磷剂采用硫酸铝、三氯化铝或三氯化铁的饱和溶液，混合沉淀池水力停留时间2-3h。

　　由于采用以上的方法，本发明具有以下的积极效果：

　　1. 本发明提供了猪场废水厌氧产生清洁能源氢气和达标排放的技术工艺。通过对厌氧产氢反应器中活性污泥进行菌种分离，得到产氢优势菌种MH-1、MH-2后，在严格厌氧条件下用灭菌后的含0.5%甘油的猪场废水在pH值5.0对MH-1、MH-2进行富集培养，再将培养液接种到原产氢反应器，同时调节进水pH值3.5-4.0，该方式使反应器产氢效率提高90% 以上。将废水厌氧过程控制为“水解、酸化、产酸、产氢”四个阶段，改变传统厌氧产甲烷模式，实现猪场废水转化生物质清洁能源的目标，为养猪业生物质能源的开发提供了新途径。

　　2. 将部分循环水加入碱液后作为吸收塔中吸收液，用于去除产氢反应器产生的CO2、H2S等气体后，获得高品质氢气，氢气纯度约为90%，因此可作为工业原料或燃料，降低废水处理成本。另外，吸收液排入好氧生化池处理方式，一方面使废水在厌氧过程产生的二氧化碳又被好氧处理过程中硝化菌等自养菌作为碳源利用，另一方面则补充好氧生化池中氨氮硝化反应需要的碱度，这一方式可有效降低规模化猪场的碳排放80%以上，对养殖业碳减排有十分重要的意义。

　　3. 厌氧产氢能将COD降解到小分子有机酸阶段，为好氧处理异养菌提供优质碳源，并大幅提升好氧处理C/N比，由此好氧段水力停留时间由8-12h减少到4-6h以下，显著提高了处理效率，降低好氧处理成本约30%以上。本发明实现猪场废水厌氧产氢和NH4+-N、PO43+回收利用、废水达标排放的技术目标，实现养猪业循环经济和“碳减排”目标。