一种畜禽养殖废水的预处理工艺的制作方法

本发明涉及一种畜禽养殖废水的预处理工艺，属于废水的预处理技术领域。

背景技术：

近年来，随着居民生活水平的提高，对畜产品的消费需求不断上升，从而推动了畜牧业的不断发展。据统计，2017年全国畜牧业总产值超过3.2万亿，占农业总产值比例接近30％。然而随着生产规模的扩大，畜禽养殖业的污染问题日益突出，畜禽养殖废水已成为我国农业面源污染之首，也是我国环境污染的重要来源，如果处理不当，则会造成严重的环境污染，使水体变黑发臭或富营养化，甚至威胁地下水环境安全，并对大气和土壤会造成一定的危害。因此，对畜禽养殖废水进行有效的处理迫在眉睫。

畜禽养殖废水具有高cod、高悬浮物、高氨氮等特点，不利于微生物的生长繁殖，如果不进行预处理，很难采用生物处理，只能采用物化法进行处置，导致处理成本较高。因此，畜禽养殖废水的预处理对降低处理成本，提高出水水质具有重要的意义。

而畜禽养殖废水的预处理大多采用混凝沉淀，但如果仅混凝沉淀进行预处理，由于畜禽废水中含有大量的有机物和悬浮物，混凝效果较差，需进行强化混凝。另外仅采用混凝沉淀无法有效去除氨氮，后续需联合其他技术进行氨氮的去除，如果采用吹脱等技术，则处理成本高，同时也不符合国家资源化处理畜禽养殖粪污的政策要求；如果直接采用生物法处理氨氮，由于氨氮浓度高，不利于相关菌种的生长，处理效果差。而对于除磷，如果仅采用生物法进行除磷，效果不佳；采用化学沉淀除磷，药剂投加量大，并且产生的污泥需要后续处理，成本较高；采用结晶法(鸟粪石法)进行除磷，鸟粪石的产率较低，成本较高。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种畜禽养殖废水的预处理方法，可以同步实现废水中cod、悬浮物、氨氮和tp等污染物的去除，大幅降低废水中的悬浮物、氨氮和tp，极大的降低了后续生化处理的生产负荷；该预处理方法不仅所加药剂成本低、毒性小，基本不会造成二次污染，而且生成高浓度铵盐溶液，实现畜禽养殖废水的资源化处理，同时采用磁混凝不仅可以起到去除悬浮物的作用，而且有助于除磷，可以减少药剂投加量，另外磁粉还可以经磁分离后重复利用，减少污泥量，有助于降低成本。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种畜禽养殖废水的预处理工艺，包括以下步骤：

(1)固液分离：将畜禽养殖废水进行固液分离去除大颗粒的悬浮物，固液分离后的固体用于堆肥生产有机肥，固液分离后的废水去下一道工序；

(2)磁混凝沉淀：a)先向固液分离后的废水中投加磁粉和混凝剂，快速搅拌反应利用磁粉和混凝剂吸附胶体和小颗粒悬浮物形成微小絮体；b)再加入助凝剂，降低搅拌速度，继续搅拌使助凝剂混合均匀；c)继续降低搅拌速度搅拌使助凝剂与絮体充分接触加速絮体的团聚；d)经沉淀处理后得到含磁粉污泥和磁混凝后液；

(3)ph调节：调节磁混凝后液的ph至10.5-12，使磁混凝后液中的氨氮以易挥发的nh3形式存在；

(4)气态膜脱氨：磁混凝后液和氨吸收液在气态膜的两侧逆向流动，磁混凝后液中的氨氮以气态形式通过气态膜被氨吸收液所吸收，得到铵盐溶液；

(5)磁粉分离回用：对磁混凝沉淀生成的含磁粉污泥进行磁分离得到磁粉和污泥，磁粉返回步骤(2)循环使用，污泥则与步骤(1)中的固液分离后的固体协调堆肥生产有机肥。

进一步地，步骤(1)中，畜禽养殖废水的氨氮浓度为1000～5000mg/l，tp浓度为40-80mg/l。

进一步地，步骤(1)中，固液分离采用机械格栅、叠螺机或固液分离机进行，优选为固液分离机。

进一步地，步骤(2)中，磁混凝沉淀所投加的磁粉为黑色四氧化三铁颗粒，投加的混凝剂选自铁盐、铝盐、聚铁和聚铝中的一种或多种，助凝剂为聚丙烯酰胺，优选为阴离子聚丙烯酰胺。

进一步地，步骤(2)中，磁混凝沉淀中的磁粉的投加量为1～10g/l，混凝剂的投加量为100～1000mg/l，助凝剂的投加量为2～20mg/l。

进一步地，步骤(2)中，磁混凝沉淀过程中：

a)中搅拌的转速为180-300r/min，时间为1-5min，优选为转速210r/min，搅拌时间为4min；

b)中搅拌的转速为90-150r/min，时间为2-10min，优选为转速120r/min，搅拌时间为6min；

c)中搅拌的转速为60-120r/min，时间为10-40min，优选为转速90r/min，搅拌时间为20min；

d)中沉淀处理时间为20-40min，优选为30min。

发明人发现，磁混凝沉淀过程主要分为三个阶段，依次为混合阶段、絮凝反应阶段和沉淀阶段。混合阶段是将磁粉和混凝剂加入后所形成的一个混合分散阶段，必须使磁粉和混凝剂迅速而均匀的扩散到废水中，以创造良好的水解和聚合条件，增加混凝剂、磁粉与废水中污染物的碰撞机会，因此，混合阶段快速而剧烈搅拌，在短时间钟内完成。而絮凝反应阶段则是絮体生成成长阶段，首先要求助凝剂快速分散，与混凝剂、磁粉、废水中污染物快速混合；其次助凝剂快速分散后，通过混凝剂和助凝剂之间的吸附架桥、吸附电中和、压缩双电层等作用，絮凝形成大的具有良好的沉降性能絮凝体，但是如果搅拌太过于剧烈,会破坏混凝剂和助凝剂之间的这种作用，使絮体不易长大，所以不能太过于激烈的搅拌，以免大的絮凝体被打碎，不利于矾花的形成。因此，进一步降低搅拌速度，以免絮体不易长大，同时将生成的矾花打碎。最后的沉淀阶段主要是团聚的大絮体在重力作用下下沉，与废水分离，因此该过程需静置，不宜搅拌。

进一步地，步骤(3)中，磁混凝后液的ph通过加入碱液氢氧化钠或氢氧化钾进行调节。

进一步地，步骤(4)中，氨吸收液为硫酸、盐酸、硝酸或磷酸溶液。

进一步地，步骤(4)中，气态膜为中空纤维疏水微孔膜。

进一步地，步骤(4)中，铵盐溶液为硫酸铵、氯化铵、硝酸铵或磷酸铵溶液，铵盐溶液用于生产固体铵盐。

进一步地，步骤(5)中，磁分离是将含磁粉污泥通过输送泵送入高剪切机进行高速搅拌剪切，实现磁粉和污泥的分离，然后再经由磁分离器进行磁粉的回收。

本发明的有益结果：

本发明的预处理工艺，实现了同步去除废水中cod、悬浮物、氨氮和tp等污染物，大幅降低废水中的悬浮物、氨氮和tp，极大的降低了后续生化处理的生产负荷。本发明采用投加磁粉进行强化混凝，磁粉投加后，与混凝剂、污染物等迅速结合为一体，形成磁性复合体，然后利用自身比重大的特点，达到快速沉降，缩短沉淀时间的效果，同时磁粉不仅可以起到强化去除悬浮物的作用，而且强化除磷，可以降低药剂投加量；另外磁粉还可以经磁分离后重复利用，减少污泥量，有助于降低成本；采用气态膜脱氨工艺简单，并且在去除废水中氨氮的同时，生成高浓度铵盐溶液，实现氨氮的资源化利用。本发明不仅所加药剂成本低、毒性小，基本不会造成二次污染，同时还生成高浓度铵盐溶液，可以用于制备固体铵盐，进行使用或售卖，产生效益，降低处理成本。

附图说明

图1为本发明的畜禽养殖废水的预处理工艺的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合实施例对本发明内容做进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

实施例1

一种畜禽养殖废水的预处理工艺，包括如下步骤：

(1)固液分离：取cod浓度为7000mg/l，氨氮浓度为1000mg/l，tp浓度为50mg/l，ss浓度为1000mg/l的畜禽养殖废水1000ml，经固液分离机进行固液分离去除大颗粒的悬浮物，固液分离后的固体用于堆肥处理生产有机肥，固液分离后的废水去下一道工序；

(2)磁混凝沉淀：a)先向固液分离后的废水中投加8g/l的四氧化三铁和500mg/l的pac，以210r/min搅拌4min反应利用四氧化三铁和pac吸附胶体和小颗粒悬浮物形成微小絮体；b)再加入10mg/l的pam，以120r/min搅拌6min使pam混合均匀；c)再以90r/min继续搅拌20min使pam与微小絮体充分接触加速微小絮体的团聚；d)静置沉淀30min后得到含四氧化三铁污泥和磁混凝后液；

(3)ph调节：采用氢氧化钠溶液调节磁混凝后液的ph至11，使磁混凝后液中的氨氮以易挥发的nh3形式存在；

(4)气态膜脱氨：将调节ph后的磁混凝后液和氨吸收液硫酸在中孔纤维疏水微孔膜的两侧逆向流动，磁混凝后液中的氨氮以气态形式通过气态膜被硫酸所吸收，得到高浓度硫酸铵溶液，其中硫酸铵溶液用于生产固体铵盐，处理后的废水经过ph调节后进入生化处理；

(5)磁粉分离回用：磁混凝沉淀产生的污泥通过管道进入高剪切机进行高速搅拌剪切，实现四氧化三铁和污泥的分离，然后再经由磁分离器进行四氧化三铁的回收，四氧化三铁返回步骤(2)循环使用，污泥则与步骤(1)中的固液分离后的固体协调堆肥生产有机肥。

取步骤(4)中处理后的废水进行检测，其出水cod浓度为1036mg/l，氨氮浓度为44mg/l，tp浓度为3.8mg/l，ss浓度为79mg/l，即畜禽养殖废水经过上述工艺预处理后，其出水cod去除率为85.2％，氨氮去除率为95.6％，tp去除率为92.4％，ss去除率达92.1％。

对比例1

一种畜禽养殖废水的预处理工艺，包括如下步骤：

(1)固液分离：取cod浓度为7000mg/l，氨氮浓度为1000mg/l，tp浓度为50mg/l，ss浓度为1000mg/l的畜禽养殖废水1000ml，经固液分离机进行固液分离去除大颗粒的悬浮物，固液分离后的固体用于堆肥处理生产有机肥，固液分离后的废水去下一道工序；

(2)磁混凝沉淀：a)先向固液分离后的废水中投加8g/l的四氧化三铁和500mg/l的pac，以210r/min搅拌4min反应利用四氧化三铁和pac吸附胶体和小颗粒悬浮物形成微小絮体；b)再加入10mg/l的pam，以210r/min搅拌6min使pam混合均匀；c)再以210r/min继续搅拌20min使pam与微小絮体充分接触加速微小絮体的团聚；d)静置沉淀30min后得到含四氧化三铁污泥和磁混凝后液；

(3)ph调节：采用氢氧化钠溶液调节磁混凝后液的ph至11，使磁混凝后液中的氨氮以易挥发的nh3形式存在；

(4)气态膜脱氨：将调节ph后的磁混凝后液和氨吸收液硫酸在中孔纤维疏水微孔膜的两侧逆向流动，磁混凝后液中的氨氮以气态形式通过气态膜被硫酸所吸收，得到高浓度硫酸铵溶液，其中硫酸铵溶液用于生产固体铵盐，处理后的废水经过ph调节后进入生化处理；

(5)磁粉分离回用：磁混凝沉淀产生的污泥通过管道进入高剪切机进行高速搅拌剪切，实现四氧化三铁和污泥的分离，然后再经由磁分离器进行四氧化三铁的回收，四氧化三铁返回步骤(2)循环使用，污泥则与步骤(1)中的固液分离后的固体协调堆肥生产有机肥。

取步骤(4)中处理后的废水进行检测，其出水cod浓度为2069mg/l，氨氮浓度为72mg/l，tp浓度为9.9mg/l，ss浓度为180mg/l，即畜禽养殖废水经过上述工艺预处理后，其出水cod去除率为70.4％，氨氮去除率为92.8％，tp去除率为80.2％，ss去除率达82％。

表1实施例1和对比例1中各工艺步骤的进出水水质情况