一种养殖废水同步磷烷回收的方法

本发明属于废水或污水的生物化学处理，涉及一种养殖废水同步磷烷回收的方法。

背景技术：

1、随着规模化畜禽养殖的广泛普及与日益兴荣，造成了粪尿冲洗水、残余饲料污水的过度集中，破环周边地区环境，导致水体富营养化。畜禽养殖废水是一种高浓度的有机废水，具有 ss、cod、tn、tp 等浓度高，可生化性好，处理难度高的特点。生物处理技术是目前畜禽养殖废水处理最为常用的方法，该方法具有去除效率高、不产生二次污染等优点，主要包括好氧处理技术、厌氧处理技术和厌氧－好氧联合处理技术等。其中厌氧处理工艺普遍占地面积小，能耗低，并能够回收新资源能源，是处理养殖废水最为低碳环保的方式。厌氧处理过程中普遍通过厌氧发酵过程产生甲烷，厌氧发酵是在一定温度与厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，经过水解、产酸与产甲烷三阶段，最终形成甲烷、二氧化碳与氮气等混合气体的过程。厌氧发酵产生的甲烷是一种清洁高效的能源，具有热值高，燃烧污染小，便于输送和储存的优势，用途广泛。目前废水中磷资源回收多采用结晶磷回收方法，是一种向反应器中加入晶种，促进磷酸盐化合物析出晶体材料的方法，常见的回收产物为磷酸钙盐、鸟粪石与蓝铁矿等，此类回收产物多作为磷肥，具有农业再利用价值。其中，本发明基于蓝铁矿在磷回收过程中所需 ph 条件较宽泛、结晶矿物成分稳定与所投加铁材料价格低廉等优势，采用蓝铁矿作为磷回收产物。蓝铁矿磷回收是在厌氧条件下，向体系中投加铁源，通过异化铁还原微生物将 fe(iii)还原为 fe2+，与 po43-结合生成蓝铁矿的过程。蓝铁矿可作为一种缓释磷肥，具有较高的经济价值，纯度高时可用于锂电池的主要合成原料—磷酸亚铁锂(lifepo4)的合成。本发明提出的养殖废水同步磷烷回收的方法，是在厌氧反应器中将厌氧发酵产甲烷与异化铁还原生产蓝铁矿相结合，实现磷烷同步回收。该技术无需额外的碳源及除铁源外的其余药剂添加，能够在低碳、经济的条件下完成养殖废水中磷与甲烷资源的同步回收。

技术实现思路

1、本发明旨在提出一种处理养殖废水并结合资源化利用的方法，将蓝铁石磷回收法与膨胀颗粒污泥床反应器耦合，在对养殖废水进行有效处理的同时实现磷与甲烷资源的同步回收。该处理回收方法借助厌氧反应器完成，能耗低、占地面积小，回收磷资源投加的铁源可以来自工业铁废料及含铁系混凝剂污泥等，实现资源的再利用，有助于碳减排目标的达成。本发明提出的养殖废水同步磷烷回收方法，包括进水装置（1），气浮池（2），加铁装置（3），磷烷共回收反应器装置（4），出水装置（5）；所述进水装置（1）包括细格栅（1.1）、出水阀（1.2）；所述气浮池（2）包括曝气泵（2.1）、刮渣机（2.2）、放空阀（2.3）、出水阀（2.4）；所述加铁装置（3）包括混合搅拌器（3.1）、放空阀（3.2）、出水阀（3.3）加药泵（3.4）、计量器（3.5）；所述磷烷共回收反应器（4）包括进水泵（4.1）、回流泵（4.2）、排泥阀（4.3）、ph 探头（4.4）、甲烷收集装置（4.5）、出水阀（4.6）；所述出水装置（5）包括放空阀（5.1）、出水阀（5.2）。

2、本发明提出的同步回收养殖废水中磷与甲烷的方法，所述方法具体运行与操作步骤如下：1）养殖废水固液分离预处理，养殖废水首先通过细格栅（1.1）分离出水中直径1.5-10mm 的大体积杂质，初步过滤后废水通过管道进入气浮池（2）通过曝气泵（2.1）产生高度分散的微小气泡，粘附废水中小体积杂质形成密度小于水的絮体浮至水面，由刮渣机（2.2）收集清理，进一步实现养殖废水固液分离，分离后废水通过进水泵（4.1）加压进入磷烷共回收反应器（4）。2）磷烷共回收反应器铁投加量与投加方法，磷烷共回收反应器通过加铁装置（3）向反应器中投加铁源，铁源通常采用氯化铁或者工业铁系废料，所配置含铁溶液铁含量控制在与养殖废水磷含量摩尔比为 1:1。铁源投加后通过混合搅拌器（3.1）充分溶解混合形成溶液，通过加药泵（3.4）与计量器（3.5）与养殖废水按 1:2 混合进入磷烷共回收反应器（4）。3）磷烷共回收反应器运行与磷烷资源回收，磷烷共回收反应器（4）由气浮池（2）出水与加铁装置（3）出水混合进水，水力停留时间为 24h，反应器中部设置有回流管道，通过回流泵（4.2）再次加压回流进水。磷烷共回收反应器中 ph 通过反应器中部的 ph 探头（4.4）实时监测，反应器 ph 应控制在 6.0~8.5，若出现 ph 低于 6.0，则向加铁装置中加入适量 nahco3等碱性物质调节碱度。在磷烷共回收反应器（4）中通过异化铁还原与厌氧发酵过程以蓝铁矿与甲烷形式进行资源与能源回收，处理后出水通过管道排放至出水装置（5）。反应器产生甲烷等气体通过顶部排出，经甲烷收集装置（4.5）收集浓缩，其中甲烷体积分数可达 60-80%。反应器产生蓝铁矿通过排泥阀（4.3）间歇排泥，由污泥中通过磁分离、密度分离等方式分离收集，排泥频率可依据污泥浓度分布曲线确定。

3、本发明具有以下优势：1）所述处理方法除外源投铁外无需加入其他药剂，投加的铁源可采用含铁污泥、工业铁废料等，以废治废，降低所需经济成本。投加铁源用于生产蓝铁矿外，也可用于改善污泥脱水性能，防止管道腐蚀等。2）磷烷共回收反应器能够在厌氧条件下充分利用养殖废水中的碳源进行异化铁还原过程与厌氧发酵，完成蓝铁矿与甲烷的同步回收。反应器处理过程无需额外投加碳源，在减少能源投入的同时实现资源的回收利用。3）所述处理方法具有动态可调节性，能针对水质指标变化，对铁投加量与水力停留时间做动态调整，能够适用于养猪废水、奶牛养殖废水与水产养殖废水等多种养殖废水的处理与资源回收。

技术特征：

1.本发明提出的养殖废水同步磷烷回收方法，包括进水装置（1），气浮池 （2），加铁装置（3），磷烷共回收反应器装置（4），出水装置（5）；

2.应用如权利要求1所述实现养殖废水同步磷烷回收方法的装置，其特征在于，步骤如下：1）养殖废水固液分离预处理，养殖废水首先通过细格栅（1.1）分离出水中直径1.5-10mm 的大体积杂质，初步过滤后废水通过管道进入气浮池（2）通过曝气泵（2.1）产生高度分散的微小气泡，粘附废水中小体积杂质形成密度小于水的絮体浮至水面，由刮渣机（2.2）收集清理，进一步实现养殖废水固液分离，分离后废水通过进水泵（4.1）加压进入磷烷共回收反应器（4）。 2）磷烷共回收反应器铁投加量与投加方法，磷烷共回收反应器通过加铁装置（3）向反应器中投加铁源，铁源通常采用氯化铁或者工业铁系废料，所配置含铁溶液铁含量控制在与养殖废水磷含量摩尔比为 1:1。铁源投加后通过混合搅拌器（3.1）充分溶解混合形成溶液，通过加药泵（3.4）与计量器（3.5）与养殖废水按 1:2 混合进入磷烷共回收反应器（4）。 3）磷烷共回收反应器运行与磷烷资源回收，磷烷共回收反应器（4）由气浮池（2）出水与加铁装置（3）出水混合进水， 水力停留时间为24 h，反应器中部设置有回流管道，通过回流泵（4.2）再次加压回流进水。磷烷共回收反应器中 ph 通过反应器中部的 ph 探头（4.4）实时监测，反应器 ph 应控制在 6.0~8.5，若出现 ph 低于 6.0，则向加铁装置中加入适量 nahco3 等碱性物质调节碱度。在磷烷共回收反应器（4）中通过异化铁还原与厌氧发酵过程以蓝铁矿与甲烷形式进行资源与能源回收，处理后出水通过管道排放至出水装置（5）。反应器产生甲烷等气体通过顶部排出，经甲烷收集装置（4.5）收集浓缩，其中甲烷体积分数可达 60-80%。反应器产生蓝铁矿通过排泥阀（4.3）间歇排泥，由污泥中通过磁分离、密度分离等方式分离收集，排泥频率可依据污泥浓度分布曲线确定。

技术总结
本发明涉及一种养殖废水同步磷烷回收的方法，属于污水生物化学处理领域。该方法具体步骤为：养殖废水先后经过细格栅与气浮池进行固液分离预处理过程，预处理后出水与加铁装置配制的含铁溶液以铁磷摩尔比1:1混合后进入磷烷共回收反应器。厌氧条件下，在磷烷共回收反应器中通过异化铁还原微生物（DIRB）将Fe(III)还原为Fe<supgt;2+</supgt;，与PO<subgt;4</subgt;<supgt;3‑</supgt;结合生成蓝铁矿，通过间歇排泥，由污泥中通过磁分离、密度分离等方式分离收集蓝铁矿，实现磷资源回收。同时在反应器中通过厌氧发酵过程将养殖废水中COD以甲烷气体形式进行能源回收，达成养殖废水的同步磷烷回收。该方法无需额外的碳源添加和除铁源外的其余药剂添加，能够在低碳、经济的条件下完成养殖废水处理与资源、能源的回收。

技术研发人员：李楠,孙怡彤
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16