本发明公开了一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理装置及其工艺。本发明以厌氧发酵技术、微氧曝气技术和氮磷回收技术为基础，形成旨在降低运行成本，强化脱氮除磷的微氧曝气同步脱氮除碳耦合混凝结晶除磷达标处理工艺。具体步骤为：畜禽养殖废水首先经过固液分离处理，废渣用作生产有机肥，废水作为资源进入UASB反应器，通过厌氧发酵生产沼气；高浓度氮磷厌氧出水进入微氧曝气生化反应器进行同步脱氮除碳；生化出水连续进入混凝结晶除磷澄清器进行氮磷回收，含氮磷营养元素的结晶固体用作生产有机肥料的原料，清水达标排放。本发明具有脱氮除碳效果好，氮磷资源回收利用率高，抗冲击负荷能力强，运行费用低，容易推广应用的优点。
1.一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，采用的处理装置包括：
原水集水罐、UASB反应器、配水罐、前置反硝化池、微氧曝气池、沉淀池和混凝结晶除磷澄清器，原水集水罐出水口管道分两路，一路经过格栅与UASB反应器进水口相连，另一路与UASB反应器的出水口汇合后与配水罐进水口相连，配水罐依次与前置反硝化池、微氧曝气池、沉淀池和混凝结晶除磷澄清器相连；沉淀池底部设有污泥回流管，污泥回流管另一端连接前置反硝化池；配水罐、前置反硝化池及混凝结晶除磷澄清器中均设有搅拌装置；前置反硝化池中部设有填料，底部设有布水装置；微氧曝气池底部设有曝气装置；处理工艺包括以下步骤：
1) 畜禽废水原水经过固液分离后，泵入UASB反应器，经过厌氧发酵产生沼气；
2) 经步骤1）处理后的废水与原水以（0.8-1.2）:1进行配水，配水后泵入微氧曝气同步脱氮除碳反应器，在反应器中依次流经前置反硝化池、微氧曝气池和沉淀池；在前置反硝化池中，反硝化菌利用碳源作为电子供体，从沉淀池回流的硝态氮和亚硝态氮则作为电子受体，通过反硝化作用进行脱氮；在微氧曝气池中，控制废水的溶氧浓度在0-0.15mg/L，使废水中的微生物进行短程硝化和同步硝化反硝化作用；在沉淀池中，废水进行泥水分离，污泥部分回流至前置反硝化池，为反硝化细菌提供硝态氮和亚硝态氮作为电子受体，剩余污泥定期排放；
3）步骤2）中泥水分离后的上清液排入混凝结晶除磷澄清器，往澄清器内加入PFS和PAM，与废水混合均匀进行深度脱氮除磷，处理后的清水达标排放。
2.如权利要求1所述的畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，所述的曝气装置为微孔曝气管，所述的填料采用弹性填料。
3.如权利要求1所述的畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，所述的步骤1）中得到的沼气经过收集、纯化处理后用作发电，生产的电能给步骤2）中的设备供能。
4.如权利要求1所述的畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，所述的步骤1）中厌氧发酵产生的沼渣和所述的步骤3）中深度脱氮除磷产生的结晶固体一起作为生产有机肥的原料。
5.如权利要求1所述的畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，所述的步骤1）中UASB反应器的水力停留时间为15天。
6.如权利要求1所述的畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，所述的步骤2）中的微氧曝气同步脱氮除碳反应器中，废水在前置反硝化池、微氧曝气池和沉淀池的水力停留时间分别为0.625天、4.0天和0.625天。
7.根据权利1所述的一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，所述的步骤2）中的微氧曝气同步脱氮除碳反应器中，沉淀池的污泥回流倍数为前置反硝化池进水流量的3倍。
8.根据权利1所述的一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，所述的步骤3）中混凝结晶除磷澄清器的水力停留时间为4小时，其运行模式为连续式。
9.根据权利1所述的一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，其特征在于，步骤
3）中所述的混凝结晶除磷澄清器的PFS的投加量为1.0 mL/L废水，PAM的投加量为2.5 mL/L废水。
一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理装置及其工艺
技术领域
[0001] 本发明属于环保废水处理领域，特别涉及一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理装置及其工艺。
背景技术
[0002] “十一五”期间，国家对全国受农业面源严重污染的河流进行了综合整治，尤其是在规模化养猪废弃物水污染控制这方面颇有成效，废水CODCr浓度基本可以实现达标排放。但是氮磷浓度严重超标，使得区域养殖场受纳水体氮磷负荷过大，造成水体富营养化。“十二五”期间，国家将重点治理规模化养殖业废水氮磷污染，强化废水脱氮除磷，实现区域养殖场养殖排放污染物最小化。随着《畜禽养殖业水污染物排放标准》（2014年二次征求意见稿）出台，废水排放标准将提升到CODCr 150 mg/L，氨氮40 mg/L，总氮70 mg/L以及总磷 5 mg/L，而规模化养猪场现有废水处理工艺难以使废水达标排放，急需开发先进的高效低耗畜禽养殖废水处理工艺设施。因此，从提标改造和提升周边区域水环境质量的要求出发，急需对现有工艺和装置进行提标改造，重点提高脱氮除磷效率，以减少养殖场处理尾水对周围生态环境的影响。
[0003] 目前，厌氧发酵-好氧-氧化塘/人工湿地组合处理工艺是我国规模化猪场养殖废水处理的主流技术，但该工艺的关键问题在于经厌氧发酵处理后的低碳氮比猪场养殖废水消化液，在后续好氧生物处理过程中存在有机污染物去除效果差，脱氮除磷效率低，运行成本高，占地面积大等问题。大量研究表明，SBR工艺、接触氧化法、间歇曝气活性污泥法对猪场养殖废水厌氧消化液的NH4+-N去除率仅为40-68%，TN去除率只有30%。现有实际工程表明，厌氧发酵-好氧-氧化塘/人工湿地组合处理工艺对COD及SS有很好的去除效果，但没有显著的脱氮除磷作用，且资源回收利用率低，难以实现猪场废弃物资源化回收利用和养殖废水的稳定达标排放。为解决规模化猪场养殖废水污染，实现污染物减排，迫切需要开发适用于高浓度氮磷猪场养殖废水的高效低耗处理达标技术。
发明内容
[0004] 本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理装置，促使对猪场养殖废水处理工艺实施提标改造，强化脱氮除磷，提高资源回收利用率，降低运行成本，实现规模化猪场养殖废水入河污染物最小化。
[0005] 本发明采用的具体技术方案是：
[0006] 一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理装置包括：原水集水罐、UASB反应器、配水罐、前置反硝化池、微氧曝气池、沉淀池和混凝结晶除磷澄清器，原水集水罐出水口管道分两路，一路经过格栅与UASB反应器进水口相连，另一路与UASB反应器的出水口汇合后与配水罐进水口相连，配水罐依次与前置反硝化池、微氧曝气池、沉淀池和混凝结晶除磷澄清器相连；沉淀池底部设有污泥回流管，污泥回流管另一端连接前置反硝化池；配水罐、前置反硝化池及混凝结晶除磷澄清器中均设有搅拌装置；前置反硝化池中部设有填料，底部设有布水装置；微氧曝气池底部设有曝气装置。
[0007] 作为优选，所述的曝气装置为微孔曝气管，所述的填料采用弹性填料。
[0008] 本发明的另一目的是提供一种使用所述装置的畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺，包括以下步骤：
[0009] 1) 畜禽废水原水经过固液分离后，泵入UASB反应器，经过厌氧发酵产生沼气；
[0010] 2) 经步骤1）处理后的废水与原水以（0.8-1.2）:1进行配水，配水后泵入微氧曝气同步脱氮除碳反应器，在反应器中依次流经前置反硝化池、微氧曝气池和沉淀池；在前置反硝化池中，反硝化菌利用易降解碳源作为电子供体，从沉淀池回流的硝态氮和亚硝态氮则作为电子受体，通过反硝化作用进行脱氮；在微氧曝气池中，控制废水的溶氧浓度在0-0.15mg/L，使废水中的微生物进行短程硝化和同步硝化反硝化作用；在沉淀池中，废水进行泥水分离，污泥部分回流至前置反硝化池，为反硝化细菌提供硝态氮和亚硝态氮作为电子受体，剩余污泥定期排放；
[0011] 3）步骤2）中泥水分离后的上清液排入混凝结晶除磷澄清器，往澄清器内加入PFS和PAM，与废水混合均匀进行深度脱氮除磷，处理后的清水达标排放。
[0012] 作为优选，所述的步骤1）中得到的沼气经过收集、纯化处理后用作发电，生产的电能给步骤2）中的设备供能。
[0013] 作为优选，所述的步骤1）中厌氧发酵产生的沼渣和所述的步骤4）中深度脱氮除磷产生的结晶固体一起作为生产有机肥的原料。
[0014] 作为优选，所述的步骤1）中UASB反应器的水力停留时间为15天。
[0015] 作为优选，所述的步骤2）中的微氧曝气同步脱氮除碳反应器中，废水在前置反硝化池、微氧曝气池和沉淀池的水力停留时间分别为0.625天、4.0天和0.625天。
[0016] 作为优选，所述的步骤2）中的微氧曝气同步脱氮除碳反应器中，沉淀池的污泥回流倍数为前置反硝化池进水流量的3倍。
[0017] 作为优选，所述的步骤3）中混凝结晶除磷澄清器的水力停留时间为4小时，其运行模式为连续式。
[0018] 作为优选，步骤3）中所述的混凝结晶除磷澄清器的PFS的投加量为1.0 mL/L废水，PAM的投加量为2.5 mL/L废水。
[0019] 本发明具有以下优点：
[0020] （1）本发明的工艺出水水质好、总水力停留时间短、占地面积少。本发明仅用UASB+微氧曝气同步脱氮除碳系统+混凝深度脱氮除磷系统就能实现猪场养殖废水的深度净化，相对于氧化塘和人工湿地等处理工艺，极大地减少了占地面积和总水力停留时间。规模化猪场养殖废水经过多层次的组合处理工艺，可使出水水质稳定达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（2014年二次征求意见稿）排放要求，实现提标改造。
[0021] （2）微氧曝气同步高效脱氮除碳系统具有脱氮除碳效率高，抗冲击负荷能力强，运行费用低，运行管理方便的特点。①微氧曝气同步高效脱氮除碳反应器的CODCr去除率高达90%，总氮去除率高达90%，总磷去除率为70%左右。猪场养殖废水中的主要污染物CODCr、总氮和总磷在此单元可以得到非常有效的去除。②利用微氧曝气生化反应器污泥回流，保证系统内厌氧反硝化池处理单元的高污泥浓度，使水流保持循环流动，强化了泥水接触，加强同步脱氮除碳功能，系统具有很强的抗冲击负荷能力。③微氧曝气系统采取溶解氧控制仪自动控制系统内的溶氧浓度，实现同步短程硝化反硝化，脱氮效率高，运行管理方便。④由于系统采取微氧曝气，相对于纯氧曝气，可以减少25%的曝气量，有效降低运行成本。
[0022] （3）本发明采取物化混凝结晶，可有效去除养殖废水的氮磷含量，得到的混凝结晶沉淀可用作肥料。物化混凝对废水进行深度脱氮除磷的同时可以实现废水养分回收，实现养殖废水的资源化利用。此外，由于本工艺的混凝结晶除磷澄清器所用的药剂量相对较少，所以能够降低混凝系统的药剂成本。
[0023] （4）本发明对畜禽养殖废水厌氧发酵后的低碳氮比沼液脱氮除磷效率高，且无需再外加碳源和碱度。
[0024] （5）本发明的猪场养殖废弃物资源化利用率高。厌氧发酵产生的沼气用于发电，生产的电能供应微氧曝气同步脱氮除碳反应器的动力设备，实现能源回收利用，降低运行成本。同时固液分离产生的废渣、厌氧发酵产生的沼渣和混凝结晶固体可以用作生产有机肥的原料，使养殖废弃物资源回收利用率最大化。
附图说明
[0025] 图1为一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理装置的结构示意图；
[0026] 图2为一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理工艺流程图。
[0027] 图中: 原水集水罐1、UASB反应器2、配水罐3、前置反硝化池4、微氧曝气池5、沉淀池6、混凝结晶除磷澄清器7、填料8、布水装置9、曝气装置10和格栅11。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和具体实例对本发明做进一步详述：
[0029] 如图1所示，一种畜禽养殖废水深度脱氮除磷达标处理装置包括：原水集水罐1、UASB反应器2、配水罐3、前置反硝化池4、微氧曝气池5、沉淀池6和混凝结晶除磷澄清器7，原水集水罐1出水口管道分两路，一路经过格栅11与UASB反应器2进水口相连，另一路与UASB反应器2的出水口汇合后与配水罐3进水口相连，配水罐3依次与前置反硝化池4、微氧曝气池5、沉淀池6和混凝结晶除磷澄清器7相连；沉淀池6底部设有污泥回流管，污泥回流管另一端连接前置反硝化池4；配水罐3、前置反硝化池4及混凝结晶除磷澄清器7中均设有搅拌装置；前置反硝化池中部设有填料8，填料8采用弹性填料。前置反硝化池底部设有布水装置9。微氧曝气池底部设有曝气装置10，曝气装置10为微孔曝气管。本系统中，前置反硝化池4、微氧曝气池5、沉淀池6三者构成一个微氧曝气同步脱氮除碳反应器
[0030] 下面以浙江省杭州市余杭区某规模化种猪场养殖废水处理过程为例，利用上述装置对猪场废水进行处理，原水和厌氧发酵出水水质状况如表1所示：
[0031] 表1 杭州市某规模化种猪场废水水质
[0032] 单位：mg/L (pH值除外)
[0033]
[0034] 发明方法的具体流程如图2，将150吨猪场废水原水经格栅固液分离，分离后的废水泵入UASB反应器进行厌氧发酵反应，厌氧发酵过程中产生的沼气经过收集、纯化处理后用作发电，生产的电能给系统中的设备供能。在UASB反应器反应15天后COD浓度可降低至2500 mg/L左右。厌氧反应结束后将厌氧出水与原水按照1:1的比例进行配水，然后泵入微氧曝气同步脱氮除碳系统的前置反硝化池，同时沉淀池的泥水混合物以前置反硝化池进水流量的3倍回流至前置反硝化池中。在前置反硝化池中，从沉淀池回流的硝态氮和亚硝态氮利用易降解碳源进行反硝化脱氮除碳，通过在线溶氧仪控制微氧曝气池的溶氧浓度为0-
0.15 mg/L，实现短程硝化和同步硝化反硝化，而且整个系统无需外加碳源。稳定运行期间，同步脱氮除碳反应器的出水COD浓度小于300 mg/L，出水氨氮浓度小于10 mg/L，出水总氮浓度小于60 mg/L，出水总磷浓度小于15 mg/L，相应的去除率为87%-94%，97%-99%，90%-95%和65%-70%。微氧曝气反应器生化出水进入沉淀池中，使废水进行泥水分离，污泥部分回流至前置反硝化池，为其提供硝态氮和亚硝态氮，剩余污泥定期排放。沉淀池上清液通过自流作用连续进入混凝深度脱氮除磷澄清器，PFS和PAM通过计量泵泵入澄清器内，通过搅拌器进行混合，混凝结晶除磷澄清器的水力停留时间为4小时，其运行模式为连续式。沉淀后结晶固体沉入底部，通过排泥系统排出，与固液分离的废渣和厌氧发酵产生的沼渣作为生产有机肥的原料。PFS和PAM的投加量分别为150L/天和375L/天。同时，在混凝单元中可实现深度脱氮除磷，COD也能得到进一步有效去除，去除率达到50%左右，总氮去除率为20%左右，总磷去除率大于95%。本发明工艺的最后出水COD≤150 mg/L，氨氮≤25 mg/L，总氮≤40 mg/L，总磷≤3.0 mg/L，可达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（2014年二次征求意见稿）的排放要求。
[0035] 该工艺对上述废水的具体处理效果如下表
[0036] 表2 废水处理工艺的进出水水质情况
[0037]
[0038] 由此可见，本发明的装置及工艺对畜禽废水脱氮除磷的处理效率较高，与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。
