CN102874892A

CN102874892A - 畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺

Info

Publication number: CN102874892A
Application number: CN2012104197876A
Authority: CN
Inventors: 周振民; 孔庆东; 王学超
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明公开一种畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，包括以下步骤：包括吸附单元和饲料植物处理单元，厌氧废液先通过吸附单元吸附水体中的N、P和CODcr，再进入到饲料植物处理单元，饲料植物处理单元的饲料植物对厌氧废液中的污染物进行吸附、降解、吸收后排放，饲料植物成长后用于畜禽饲喂。本发明根据畜禽养殖场废水产生的根源，提出了基于饲料植物的污水处理技术体系。一方面饲料植物利用畜禽养殖场厌氧废液中的营养物，生产出更多的畜禽养殖用饲料，调整畜禽养殖用饲料的结构，从源头上控制污染源的产生，降低污水处理的技术成本；另一方面，畜禽养殖场厌氧废液中各项水质指标也得到有效地去除，实现了真正意义上的污染零排放。

Description

畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺

技术领域

本发明属于污水处理利用技术领域，尤其涉及一种畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺。

背景技术

畜禽养殖场排放的大量粪尿与废水已成为许多城市和农村的新兴污染源。特别是规模化养猪场，由于废水排放量大，有机质浓度高、含氮量高等特点，如果得不到有效处理，会对我国城市环境、饮用水源、农业生态产生直接威胁和危害。如何构建一科学合理的模式，就成为当前畜禽养殖场废水处理研究的难点。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，包括吸附单元和饲料植物处理单元，厌氧废液先通过吸附单元吸附水体中的N、P和CODcr，再进入到饲料植物处理单元，饲料植物处理单元的饲料植物对厌氧废液中的污染物进行吸附、降解、吸收后排放，饲料植物成长后用于畜禽饲喂。

经过饲料植物处理单元处理后的排放水全部或部分再回流到未经处理的厌氧废液。

所述吸附单元采用蛭石为原料对水体中的N、P和CODcr进行吸附，当水体中影响植物生长的NH₄ ⁺-N浓度降至阈值9-15mg/L时，厌氧废液进入饲料植物处理单元，饲料植物处理单元以水体中的N、P和CODcr作为植物生长发育的营养物质，同时植物根系对水体中的N、P和CODcr进行吸收。

所述饲料植物处理单元中的植物除了直接吸收、固定、分解水体中的污染物外，通常只是间接地参与污染物的分解，通过对水中细菌、真菌等微生物的调控来进行水体环境的修复。

所述饲料植物处理单元中的植物为空心菜、水稻和/或水葫芦。

所述厌氧废液是通过畜禽养殖场中畜禽的排泄物首先进行沼气阶段的厌氧发酵，产生物质能量转化，产生生物能源后产生的。

所述饲料植物单元在净化处理厌氧废液的同时也茁壮生长，畜禽养殖场的畜禽养殖以饲料植物单元中的植物为原料，作为畜禽场的主要能量饲料，为牲畜的生长发育提供物质和能量。

本发明以厌氧废液为处理对象，采用两个处理单元，第一个为吸附单元，用蛭石吸附厌氧废液中的N、P和CODcr，降至植物能生长的范围：第二个为饲料植物处理单元，通过饲料植物的吸附、降解、吸收，达到处理污水的目的，并收获饲料植物。处理后的排放水可部分回流，稀释原猪场厌氧废液，从而减少蛭石的用量，以降低成本。

(l)蛭石吸附过程

在吸附和水力双重作用下，用蛭石吸附水体中的N、P和CODcr，加快污水净化速度。当水中影响植物生长的NH₄ ⁺-N浓度降至阈值9-15mg/L时，进入饲料植物处理过程。

(2)饲料植物处理过程

植物除了直接吸收、固定、分解污染物外，通常只是间接地参与污染物的分解，通过对水中细菌、真菌等微生物的调控来进行环境的修复，植物在水污染控制中生态效应主要表现在以下方面。

①物理作用

培栽于水中的植物，使风速在水体表面降低，有利于水体中悬浮物的沉积，降低了沉积物质再悬浮的风险，增加了水体与植物间的接触时间，同时还可以增强底质的稳定和降低水体的浊度。

此外，植物的存在削弱了光线到达水体的强度，阻碍了植物覆盖下的水体中藻类的大量繁殖，尤其是在浮萍类植物的水体系统中比较常见。淹没于水中的植物的茎和叶形成的生物膜，为大量的光合细菌、藻类和原生微生物等在植物组织上的生长提供了一定空间，植物根系也是重金属和某些有机物的沉积场所。因此，植物在水中形成的生物膜对于水体中发生的所有微生物过程都具有重要作用。

②对污染物的吸收作用

植物的生长和繁殖离不开营养物质，定期和持续地从水体系统中收获成熟的植物，并能妥善处理收获的植物，是保证污水中的养分被有效去除和防止对水体造成二次污染的唯一途径。

植物对污水的净化作用是植物吸收和微生物综合作用结果，植物的存在有利于硝化、反硝化细菌的生存。张鸿等研究表明，在种植水芹、风眼莲的湿地中，硝化和反硝化细菌的数量均高于没有植物的湿地，水芹湿地的细菌数量多于凤眼莲湿地的细菌数量，但前者对氨氮的去除率却低于后者，说明人工湿地系统中对N的去除植物的吸收占主导地位。吴振斌等在进行的上、下行流的复合人工湿地系统的研究中，分别种植不同植物的湿地对COD_cr、BOD₅、TN、TP的去除效果均好于没有种植植物的对照湿地。湿地植物直接吸收和利用可利用态P，起到去P的作用，并且植物的生长状况直接影响到植物的去除效果，植物的良好长势是对P去除的保证。

③根系释放

水体系统具有明显的缺氧环境，水体中氧的传播速率约为陆地环境氧的传播速率的万分之一。水生植物则具有适合在缺氧条件下生存的结构与特征，包括茎肥大，茎和根的中心具有较大的组织，茎中空，具浅根系等。植物的这种特殊结构，有利于氧在其体内的传输并能传递到根区，不仅满足了植物在缺氧环境的呼吸作用，而且还可以促进根区的氧化还原反应与好氧微生物的活动。将光合作用产生的氧传递到根区，在根区的还原态的介质中形成氧化的微环境，根区有氧区域与缺氧区域的共同存在为根区的好氧、兼氧和厌氧微生物提供了各自的小生境，使不同微生物都能发挥各自的作用。

（3）植物种类选取

选用空心菜、水稻和水葫芦，猪场废厌氧废液经蛭石吸附后，进入水生生物处理系统。植物根系吸收有机物及其它物质，形成生物动态平衡，达到净化废水的目的。空心菜、水稻和水葫芦又可为畜牧场提供辅助饲料，该系统具有耗能少，处理效果好，且能美化环境的特点，对养猪场废水的处理是有前景的。

本发明的设计原理如下

（1）可持续原理:

“可持续发展”是指既能满足当代人的需求，又不对后代人的需求构成危害的发展。可持续经济要求我们改变传统的以“高投入、高消耗、高污染”为特征的生产模式和消费模式，实施清洁生产和文明消费。做到了可持续经济，就能保护和改善地球生态环境，保证以可持续的方式使用自然资源，降低环境成本，使人类的发展不超出地球承载能力之内，达到可持续生态。

（2）高效低耗:选择高效的饲料植物，以低耗的人工湿地方式处理畜禽场废水。

（3）“零排放”: 通过“畜禽养殖一污水一饲料植物一畜禽养殖”的循环，实现污染“零排放”。循环经济倡导的是一种与环境和谐的经济发展模式。它要求把经济活动组织成一个“资源一产品一再生资源”的反馈式流程，其特征是低开采、高利用、低排放。所有的物质和能源要能在这个不断进行的经济循环中得到合理和持久的利用，以把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。

（4）利用饲料植物对以畜禽场废水有机物、N、P等的降解、吸收，达到对畜禽场废水的处理目的；

（5）畜禽场废水中富营养化成份，促进饲料植物的生长，收获畜禽用饲料；

（6）收获的饲料，改善畜禽用饲料结构，从源头上控制污染源的排放。

（7）本项目技术适合以猪、羊、牛等饲料的作物种类和猪、羊、牛场排放污水处理技术为主，本项目资料根据养猪场实验获取，但是方法同样适用于其它畜禽养殖场。

本发明根据畜禽养殖场废水产生的根源，提出了基于饲料植物的污水处理技术体系。一方面饲料植物利用畜禽养殖场厌氧废液中的营养物，生产出更多的畜禽养殖用饲料，调整畜禽养殖用饲料的结构，从源头上控制污染源的产生，降低污水处理的技术成本；另一方面，畜禽养殖场厌氧废液中各项水质指标也得到有效地去除。当前，发展循环经济是解决畜禽养殖场污染的出路之一。根据畜禽养殖场的生产经营过程中所排放的废物，以生物链的方式，建立“畜禽养殖一污水一饲料植物一畜禽养殖”循环经济模式。本发明中的物质能量循环中，对环境有影响的物质和能量都在系统内消纳和转化，没有向系统外排放，实现了真正意义上的污染“零排放”。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2 是养猪场厌氧废液NH₄ ⁺-N随时间变化的示意图；

图3是猪场厌氧废液TN随时间变化的示意图；

图4是藻对猪场厌氧废液TN的影响的示意图；

图5是猪场厌氧废液TP随时间变化的示意图；

图6是不同处理时间(t)点上pH的变化的示意图。

具体实施方式

如图1所示，畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，包括吸附单元和饲料植物处理单元，厌氧废液先通过吸附单元吸附水体中的N、P和CODcr，再进入到饲料植物处理单元，饲料植物处理单元的饲料植物对厌氧废液中的污染物进行吸附、降解、吸收后排放，饲料植物成长后用于畜禽饲喂。

吸附单元采用蛭石为原料对水体中的N、P和CODcr进行吸附，当水体中影响植物生长的NH₄ ⁺-N浓度降至阈值9-15mg/L时，厌氧废液进入饲料植物处理单元，饲料植物处理单元以水体中的N、P和CODcr作为植物生长发育的营养物质，同时植物根系对水体中的N、P和CODcr进行吸收。

饲料植物处理单元中的植物除了直接吸收、固定、分解水体中的污染物外，通常只是间接地参与污染物的分解，通过对水中细菌、真菌等微生物的调控来进行水体环境的修复。

饲料植物处理单元中的植物为空心菜、水稻和/或水葫芦。

厌氧废液是通过畜禽养殖场中畜禽的排泄物首先进行沼气阶段的厌氧发酵，产生物质能量转化，产生生物能源后产生的。

饲料植物单元在净化处理厌氧废液的同时也茁壮生长，畜禽养殖场的畜禽养殖以饲料植物单元中的植物为原料，作为畜禽场的主要能量饲料，为牲畜的生长发育提供物质和能量。

畜禽养殖厂的猪、牛、羊等主要以植物性饲料作为其日粮能量和蛋白的来源。本发明的处理方法和最终结果，都与饲料植物相联系。循环处理过程中，饲料植物是本发明的中心。以猪场为例，具体实施如下：

第一阶段为猪场～厌氧废液：猪场排泄物首先进行沼气阶段的厌氧发酵，产生物质能量转化，产生生物能源，作为第一阶段的废物利用和废物的初步处理：

第二阶段为厌氧废液～饲料植物:以厌氧废液为基质，对饲料植物进行水培。一方面以厌氧废液中的N、P、COD_cr作为植物生长发育的营养物质，为植物的生物提供物质基础，另一方面，利用植物根系对废液中的N、P、CODcr的吸收、降低水中这些物质的浓度，达到去污作用。实现污水与植物之间的“双赢”。

第三阶段为饲料植物～畜禽养殖:利用前阶段的产物饲料植物为原料，作为畜禽场的主要能量饲料，为牲畜的生长发育提供物质和能量。

在养殖～污水～饲料植物～养殖的物质能量循环中，对环境有影响的物质和能量都在系统内消纳和转化，没有向系统外排放，实现了真正意义上的污染“零排放”。

本发明在试验过程中效果分析如下：

（1）厌氧废液水质指标去除

选取空心菜、水稻和水葫芦三种饲料植物对猪场厌氧废液进行研究。在饲料植物的作用下，水体的各种水质指标与对照体系相比，均表现自己不同的变化规律，见表1

表1 不同处理15天养猪场厌氧废液水质指标去除率(%)

（2）水质变化规律

(1)CODcr变化

从图2中可看出，处理前4天，由于植物还处于恢复期，植物的效用还不能表现出来，再加上一些枯枝落叶进入水体，所以这时三种植物处理体系的COD_cr均高于对照体系。随后植物的生长得到了恢复，植物对水体的影响逐渐加大，处理至第9天时，所以表现出除空心菜外，水稻和水葫芦两处理体系的COD_cr比对照体系低。处理至第15天时，三种植物处理体系的COD_cr均低于对照体系，根据表1可知COD_cr值为大小排序为:对照>空心菜>水稻>水葫芦。故植物处理系统好于对照系统，其中又以水葫芦为最好，其次为水稻和空心菜。整个趋势说明植物在生长过程中分解和利用了污水中的有机物。

(2)NH₄ ⁺-N变化

从图2可以看同，处理至第4天时，植物对NH₄ ⁺-N处理能力表现出来，这时植物处理系统中的NH₄ ⁺-N浓度下降速度均比对照体系要快。

(3)TN变化

图3的分析可以发现从第4天开始，对照系统与植物处理系统之间的差异开始慢慢扩大，植物对TN的处理效果不如对照系统的好，同样与对照系统中后期藻的出现和影响分不开。从图4可以看出，有藻的环境下，对TN的去除效果比无藻的效果好，这证明了藻增强了对TN的去除作用。在对照中加藻的去除作用，相对提高了对照系统的处理能力，所以在藻的掩盖下，从图3和表1可以得出各处理系统对TN的处理效果:对照系统>空心菜>水稻>水葫芦。

(4)TP变化

分析图5可以得到，至处理到第4天时，饲料植物处理系统对TP的作用显著出来，这时所有的植物处理系统的TP去除效果均好于对照处理系统。当到第9天时，由于藻的出现，各处理系统的处理效果出现一个小小的反复，即对照系统的效果好于空心菜。随着植物的生长发育，饲料植物处理系统对TP的处理效果越来越稳定，根据表1最终各处理系统对仰的去除效果为:水葫芦>空心菜>水稻>对照系统。

(5)pH变化

废水中PH值变化主要受水中酸碱离子浓度的影响。由于在各处理中引入了饲料植物，生物生长代谢作用成为pH值变化的重要因素。引入的植物除了从水环境中吸收离子外，还向水体中分泌各种有机酸，另外引入的植物与系统中其它生物(藻类、微生物)共存，产生竞争、抑制、谐和或共生等机制，系统中其它生物也将参与水体中不同物质的物理、化学与生化反应，影响着水体的pH。

本试验经过15天的处理，无论对照体系还是植物体系，猪场厌氧废液的水质指标pH值表现出不同的变化规律(见图6).

由上分析可知:

①不同体系在不同处理时间点上pH变化量不同(见表2)，且对照体系的pH是先增后减，而三种植物体系的pH则随处理时间延长一直在减小。

表2 在不同处理时间点(t)上pH的变化量

②三种饲料植物处理体系中，废液中COD_cr、NH₄ ⁺-N、TN、TP的去除率均随着pH降低而提高；

③在四种体系中，随着PH变化量的增加:COD_cr去除率变化趋势基本一致，先增幅较大，后趋于平缓；最终去除率表现为:水葫芦>水稻>空心菜>对照。

NH₄ ⁺-N 除在空心菜体系外，在其它三种体系中去除效果均好于CODcr、TN、TP；最终去除率表现为:水葫芦>对照>水稻>空心菜。

④在整个处理过程中，水葫芦体系的TN去除率相对于其它三种体系变化缓慢；最终去除率表现为:对照>空心菜>水稻>水葫芦。

⑤TP去除率是在四种体系中一直处于变化最快的因子。最终去除率表现为:

水葫芦>空心菜>水稻>对照。

Claims

1.畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，其特征在于：包括吸附单元和饲料植物处理单元，厌氧废液先通过吸附单元吸附水体中的N、P和CODcr，再进入到饲料植物处理单元，饲料植物处理单元的饲料植物对厌氧废液中的污染物进行吸附、降解、吸收后排放，饲料植物成长后用于畜禽饲喂。

2.根据权利要求1所述的畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，其特征在于：经过饲料植物处理单元处理后的排放水全部或部分再回流到未经处理的厌氧废液。

3.根据权利要求1或2所述的畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，其特征在于：所述吸附单元采用蛭石为原料对水体中的N、P和CODcr进行吸附，当水体中影响植物生长的NH₄ ⁺-N浓度降至阈值9-15mg/L时，厌氧废液进入饲料植物处理单元，饲料植物处理单元以水体中的N、P和CODcr作为植物生长发育的营养物质，同时植物根系对水体中的N、P和CODcr进行吸收。

4.根据权利要求1或2所述的畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，其特征在于：所述饲料植物处理单元中的植物除了直接吸收、固定、分解水体中的污染物外，通常只是间接地参与污染物的分解，通过对水中细菌、真菌等微生物的调控来进行水体环境的修复。

5.根据权利要求4所述的畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，其特征在于：所述饲料植物处理单元中的植物为空心菜、水稻和/或水葫芦。

6.根据权利要求1或2所述的畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，其特征在于：所述厌氧废液是通过畜禽养殖场中畜禽的排泄物首先进行沼气阶段的厌氧发酵，产生物质能量转化，产生生物能源后产生的。

7.根据权利要求1或2所述的畜禽养殖场厌氧废液生态循环处理利用工艺，其特征在于：所述饲料植物单元在净化处理厌氧废液的同时也茁壮生长，畜禽养殖场的畜禽养殖以饲料植物单元中的植物为原料，作为畜禽场的主要能量饲料，为牲畜的生长发育提供物质和能量。