CN103435154A - 大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法，所述方法为采用多体连通式升流式粪便厌氧处理技术建立多体连通式USR设施系统，实现大型畜禽养殖场粪尿污水无害化处理。本发明将大型畜禽养殖场污染物进行资源化利用，重点实施粪便厌氧处理技术、沼气综合利用技术，构筑“养殖－粪便－沼气－沼气综合应用－无公害农产品生产”循环链，形成大型畜禽养殖场污染物资源化全方位利用及产业循环经济建设模式和应用技术。

Description

大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法

 

技术领域

本发明涉及一种大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法。

背景技术

改革开放后，畜禽养殖业在我国飞速发展，目前我国已成为世界最大的肉、蛋生产国，禽肉、猪肉、鸡蛋产量均居世界第一。

近10年来，这一行业的发展呈现了两个特点：一是集约化养殖场大量兴起，截止2002年，全国已有集约化畜禽养殖场近10000个，占全国养猪总量的90％，奶牛存栏总量的45％和养鸡总量的15％、全行业产值的60％为集约化养殖场创造；二是养殖场在空间分布上日益向城郊和居民聚居点集中，养殖场大多建在人口稠密，交通方便的地方。

集约化养殖场排放的污染物有以下两个特点：一是量大，2005年，全国畜禽粪便年产生量约为17.3亿吨，是工业固体废弃物的2.7倍，其中约50％产自集约化畜禽养殖场，粤东规模化养殖场产生的畜禽粪便为600×104t，加上集约化生产的冲洗水，废水排放量达3000×104t/a。二是质差，根据监测结果，养殖场排放污水COD（有机污染物指标）平均超标53倍，SS（悬浮物）超标14倍，氨氮、总磷等指标超标20倍以上。

目前，我国集约化养殖场污染治理设施的建成率不到30％，超过60％的集约化养殖场未采取干湿分离（粪便与尿，冲洗水分开）的清洁工艺。禽畜养殖业、果菜种植行业集约化水平不断提高，养则不种植、种则不养殖成为普遍趋势，畜禽粪很难通过还田消纳，造成大量的畜禽粪便及冲洗混合污水直接排入自然环境，甚至渗透污染地下水；在我国农村居民中高发的钩虫病、类丹毒病等均与养殖场污染物处理不当有关，最近爆发的主要通过畜禽粪便和分泌物传播的禽流感更是预告了养殖场污染的巨大隐患。

总之，我国集约化畜禽养殖场的污染物应该引起高度警惕，迫切需要经济实用的技术支持以使畜禽养殖场粪污向无害化、减量化、资源化方向发展。

在欧洲、美国等养殖业发达国家，奶牛粪污最常规的处理方法是囤集较长时间后还田（半年以上），称为自然处理。但是近年来调查发现，污染问题并没有很好解决。近年来由于人畜共传病，如疯牛病、禽流感、血吸虫病的猖獗传播，促使这些国家加强污染治理力度，而沼气技术被认为是一种符合循环经济发展的有效模式。

欧洲是目前农场沼气工程技术最发达、推广数量最多的地区，沼气工程数量较多的国家是德国、丹麦和英国。欧洲处理农村废物的沼气装置分为两类。一类称为农场沼气池，另一类称为集中厌氧消化系统（Centralized Anaerobic Digestion，简称CAD）。集中厌氧消化系统代表了目前欧洲沼气工程的发展趋势，近年来发展很快。

美国发展沼气工程起步较晚，目前约有40个农场沼气工程投入运行（主要是处理奶牛场粪污）。

印度已经建成约300万口户用沼气装置，还实施了近2000个大中型沼气工程。印度的户用沼气装置主要用作生产农村能源，以牛粪为主要原料，沼渣沼液用作有机农肥。

国外奶牛场沼气工程发酵装置主要采用以下三种工艺：

⑴、推流式发酵工艺。沼气装置多数采用半地埋式、上部用复合橡胶袋覆盖，主要用于处理干清粪式的奶牛粪污。进料浓度在10％～13％TS，HRT20天以上。沼气发酵后的沼液经过固液分离后，固体部分用于堆肥，液体部分经过氧化塘处理后排放或用于农业灌溉。

⑵、全混合发酵工艺。德国和丹麦的农场沼气工程大多数采用全混合发酵工艺，装置为钢板结构、热电联用为主要沼气利用形式。由于解决了搅拌、输送等机械设备问题，现在欧洲沼气装置的发酵浓度越来越高，可以达到11％TS以上。为了提升沼气装置的卫生效果，新建设的沼气装置多数采用高温发酵，HRT5天以上，这样有利于对人畜共患病菌的消毒和灭活杂草种子。中温发酵装置的最短HRT为15天。

⑶、厌氧过滤器发酵工艺。沼气发酵前先经过固液分离，可以采用厌氧滤器（AF），甚至采用UBF（厌氧复合床反应器）、UASB（升流式厌氧污泥床）等发酵工艺，缩短原料HRT（水力滞留期），提高发酵效率，但是存在能源化程度不高、卫生效果不好等问题。

我国在“九五”期间已明确综合利用方式是畜禽养殖场污染治理的主要手段，但全国目前仅不到10％的集约化养殖场建成综合利用设施，更低的利用率和日益严重的污染表明综合利用方式在推广中遇到了诸多障碍：

一是环境标准和监管体系的缺陷。养殖场污染的危害在我国没有引起足够重视，目前对养殖场废水的排放标准和排污费征收标准定得过低。例如《畜禽养殖业污染物排放标准》（以下简称《标准》）规定排水COD≯400mg/l，氨氮≯80mg/l即可达标（德国的对应标准是COD≯170mg/l），显然难以促进养殖场污水的无害化处理。但即便这样的标准，多数情况下也没有得到严格执行。

二是综合利用的技术和资金门槛较高，这一点对小规模的养殖场来说尤为突出。含畜禽粪便的污水通过沼气池进行无害化处理同时生产沼气的综合利用存在一次性投资大（基建费用较高，对沼液和沼渣的利用还需再投资），沼气的商业化利用由于技术和成本等方面的原因而无利可图，有关单位对综合利用的公益性质认识不够，没有在土地、贷款、税收等方面给予足够扶持。

三是沼液、沼渣等有机肥缺乏销路。我国有机肥的使用量占施肥总量的比例已由1978年的40.5％下降到2002年的19.6％，目前施用沼液、沼渣（有机肥）的农产品尚未获得应有的市场地位，由于种植与养殖分离，很多大中型养殖场运输和储存成本相对较高，不仅难以从出售沼液、沼渣中获利，甚至还需贴钱外运。

四是各地在畜禽养殖业发展中缺乏统一规划，没有实施严格的项目建设前的环境影响评价制度。养殖场小而分散，不仅使污染四处为虐，难于监控，也不利于集中建设多个养殖场共用的沼气设施，以通过规模效益降低综合利用的成本。

从我国所处的发展阶段判断，集约化畜禽养殖场在我国未来相当长的时期内仍将保持快速发展，因此必须以科学、实用经济的技术手段为依托，以更有力的政策措施来促进对畜禽养殖场粪便的综合利用，以有效地解决其污染治理问题。

大型畜禽养殖场污染物资源化利用实施的关键技术之一是养殖场污染物的沼气处理回收应用，国内和国外的研究方向主要是向着加快发酵速度，缩短生产周期方面努力，并且在技术上也取得了一些进展，可设备形式并没有实质性的改变，在进入实际生产方面还有着相当的缺陷。目前国内的沼气技术主要还是以小沼气为主，即使有个别较大型的沼气池，也是小型沼气池的原型放大，其主要缺点是进料出料不能够连续进行，机械化程度低，规模化生产受限制，所以难以普及应用。日本采取的是两步法沼气技术，第一步是酸化，第二步再气化，总的生产周期是缩短了，产气率也比较高，可设备投资大，运行费用高，其工程设备几乎相当于化工厂，所以普及应用也受到限制。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法，它将大型畜禽养殖场污染物进行资源化利用，重点实施粪便厌氧处理技术、沼气综合利用技术，构筑“养殖－粪便－沼气－沼气综合应用－无公害农产品生产”循环链，形成大型畜禽养殖场污染物资源化全方位利用及产业循环经济建设模式和应用技术。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法，所述方法为采用多体连通式升流式粪便厌氧处理技术建立多体连通式USR设施系统，实现大型畜禽养殖场粪尿污水无害化处理。

具体步骤为：大型畜禽养殖场的污水和鲜粪进入多体连通式USR反应器，经厌氧反应器出来的沼气经脱水、脱硫净化塔进入贮气罐，进入用气单元使用；沼渣和沼液进行深加工，作为肥料。

多体连通式USR反应器由两个以上的USR反应器组成，反应器与反应器之间设置有可开合的连通装置，连通装置由连通管及可开合的连通闸组成；原料从每个USR底部进入消化器内，与消化器内的活性污泥接触，使原料得到快速消化；未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期（HRT）高得多的固体滞留期（SRT）和微生物滞留期（MRT），从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率；当单个USR的粪便处理量刚好达到额定量时，连通装置给予关闭，单个USR可单独进行沼气处理；而当单个USR的粪便处理量超过单个额定量时，临近另外一个USR的连通装置给予开启，并以双个进行沼气处理；依此类推，使多体连通式USR每日处理的粪便处理量刚好符合多个连通USR的合理处理值。

多体连通式USR反应器包括沉砂池，所述沉砂池设置有污水和鲜粪进口，沉砂池通过连接管道连接多个USR反应器，相邻的反应器与反应器之间设置有可开合的连通装置，连通装置由连通管及可开合的连通闸组成；每个USR反应器底部设置有配水系统，配水系统上方为固体床，USR反应器上部为集气室，集气室上部设置有沼气输出管道，集气室下方设置有挡渣板，挡渣板的一侧设置有出水渠。

本发明将大型畜禽养殖场污染物进行资源化利用，重点实施粪便厌氧处理技术、沼气综合利用技术，构筑“养殖－粪便－沼气－沼气综合应用－无公害农产品生产”循环链，形成大型畜禽养殖场污染物资源化全方位利用及产业循环经济建设模式和应用技术。

本发明将规模养殖与沼气工程、环境保护有机结合，既能降低生产成本，又可以提高产品的附加值和市场竞争力，提高资源的配置效率和保护环境，把清洁生产、资源及其废弃物综合利用、生态设计等融为一体，使畜牧经济和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中，把“减量化、再使用、再循环”的3R原则和减少废物优先的原则作为禽畜养殖经济活动的行为准则，实现“资源－产品－再生资源－再生产品”的物质反复循环流动，达到污染低排放，保护日益稀缺的环境资源，提高资源的配置效率，为企业自身的养殖、种植等农业综合开发持续发展提供动力源泉。

同时，本发明也将充分利用项目承担单位拥有的良好农业产业化经营基础，使生产、收购、加工、储藏、运输、销售等一系列过程紧密衔接，环环相扣，有效地将不同的养殖、种植等产业生产与市场联结起来，既解决不同农产品生产与市场的矛盾，又可以实现规模化生产和加工增值的自我良性循环，解决农业综合开发效益低的问题，最终达到节能增效、农业增收和环保清洁三大方面综合收益，使项目的产业化前景十分广阔。

本发明的特色和创新突破点：

1、采用多体连通式USR处理技术（多体连通式升流式粪便厌氧处理技术）建立多体连通式USR设施系统，实现大型畜禽养殖场粪尿污水无害化处理。

多体连通式USR由两个以上的USR组成，其反应器与反应器之间设置有可开合的连通装置，连通装置由连通管及可开合的连通闸组成。当单个USR的粪便处理量刚好达到额定量时，连通装置给予关闭，单个USR可单独进行沼气处理；而当单个USR的粪便处理量超过单个额定量时，临近另外一个USR的连通装置给予开启，并以双个同时进行厌氧处理。依此类推，使多体连通式USR每日处理的粪便处理量刚好符合多个连通USR的合理处理值。同传统处理系统对比，多体连通式USR具有厌氧处理充分，产（沼）气稳定快速，气压稳定等优点。

 2、采用多体连通式USR设施体系生产的“三沼”可利用资源，应用在猪场保温、农场及周边农民生活能源、鳗鱼养殖的鳗鱼苗池保温、果园有机质肥施用等农业产业上，形成“生猪养殖－粪便－沼气－沼气综合应用－无公害农产品生产”循环链。

通过采用多体连通式USR设施体系生产的可利用的“三沼”（沼气、沼液、沼渣），应用在生猪养殖、果林种植、鱼塘养殖、饲料生产等不同农业产业上，对“三沼”在不同农业产业以及农场生活等方面的综合利用技术进行开发，包括兴建猪场保温杀菌体系、农场及周边农民生活能源体系、鳗鱼养殖的鳗鱼苗池保温体系以及果园有机质肥施用体系等四大综合利用体系，形成“生猪养殖－粪便－沼气－沼气综合应用－无公害农产品生产”循环链建设，构建新型大型养猪场污染物资源化利用及产业循环经济建设模式。

附图说明

图1为具体实施方式的工艺流程图。

图2为多体连体式USR平面图。

图3为多体连体式USR剖面图。

具体实施方式

⑴、建立12000头大型养猪场污染物的多体连通式USR处理设施体系，实现年处理3.8万吨污水，产气20万m^３，产有机肥900吨，设施质量达到《户用沼气池质量检查验收规范》GBT4751-2002标准要求。

⑵、养殖污水处理后排放水质达到GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》及GB5084-92《农田灌溉水质标准》要求。

⑶、沼气发酵产物符合GB7959-1987《粪便无害化卫生标准》要求。

⑷、形成大型养猪场污染物资源化利用产业循环经济模式1个。

具体实施方法包括：

①、实施沼气一柴油双燃料发电技术应用，建设农场及周边农民生活能源供应体系；

②、建设烧气（沼气）锅炉输出蒸汽，通过企业自主研发的鱼池蒸汽加温装置，形成鳗苗养殖池的保温体系建设；

③、猪场保温杀菌的沼气综合利用体系的建设，实现猪场照明、仔猪舍加温保暖、母猪产房消毒、灯光诱杀蚊蝇的沼气综合应用④、在橄榄、荔枝、龙眼等岭南特色种植果园应用沼液沼渣等优质无公害有机肥，形成无公害果园有机质肥施用系统。

本发明实施例1实施的沼气综合利用将年直接产生185万元的经济收益，包括：

（1）、猪场保温杀菌：年可节约燃料、电费等生产费用60万元；

（2）、农场及周边农民生活能源：年可节约燃料、电费等生产费用45万元；

（3）、鳗鱼养殖的鳗鱼苗池保温：年可节约燃料生产费用35万元；

（4）、果园有机质肥施用：年可产有机肥900吨，每吨有机肥扣除成本可实现利润500元，获利45万元。

具体的，如图1所示，猪舍污水和粪便经集污池后，进行固液分离，液体继续进入沉淀池、酶化调节池，进入多体连通式USR，气体进入气柜，进而产生的沼气，用于沼气发电和沼气锅炉蒸汽，进一步用于生活能源供应、鳗鱼苗池保温、猪场保温等。

多体连通式USR产生的废液一部分进入液肥池，制成液肥，用于果林种植，一部分进入预爆池，用于南方的水生植物塘，达到安全排放。

固液分离的固体进入摊晒棚，沉淀池的固体经干化池进入摊晒棚，加入CEM菌经搅拌机搅拌，搅拌同时加入调理剂，再堆沤、烘干、造粒，成颗粒有机肥，用于果林种植。

本发明的实施，把生猪养殖、果林种植、鱼塘养殖、饲料生产与沼气工程、环境保护有机结合，实现大型养猪场粪尿污水无害化处理、资源化利用的目标，构建大型养猪场污染物资源化利用及产业循环经济示范模式，促进我省的大型养殖场的污染物资源化综合利用技术进步，解决行业的共性难题。

如图2和图3所示，多体连通式USR反应器包括沉砂池1，所述沉砂池设置有污水和鲜粪进口2，沉砂池通过连接管道3连接多个USR反应器4，相邻的反应器与反应器之间设置有可开合的连通装置，连通装置由连通管及可开合的连通闸5组成；每个USR反应器底部设置有配水系统6，配水系统上方为固体床7，USR反应器上部为集气室8，集气室上部设置有沼气输出管道9，集气室下方设置有挡渣板10，挡渣板的一侧设置有出水渠11。

多体连通式USR反应器由多个的USR反应器组成，反应器与反应器之间设置有可开合的连通装置，连通装置由连通管及可开合的连通闸组成；原料从每个USR底部进入消化器内，与消化器内的活性污泥接触，使原料得到快速消化；未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期（HRT）高得多的固体滞留期（SRT）和微生物滞留期（MRT），从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率；当单个USR的粪便处理量刚好达到额定量时，连通装置给予关闭，单个USR可单独进行沼气处理；而当单个USR的粪便处理量超过单个额定量时，临近另外一个USR的连通装置给予开启，并以双个进行沼气处理；依此类推，使多体连通式USR每日处理的粪便处理量刚好符合多个连通USR的合理处理值。

根据实际情况计算，HRT为5d时SRT为25d。适当延长MRT不仅可以提高USR反应器内处理有机物的效率，还可以提高产气率。而两个连通USR为1.5倍USR处理量处理时，其产生的沼气量同两个单独处理1.5倍USR处理量产生的沼气多15％以上。实践验证，在35℃条件下，连通多体USR的负荷可11.5kg〔COD〕/（m^３·d），产气率4.6m^３/（m^３·d），CH4含量在66％左右。

本发明的实施既能降低生产成本，又可以提升农产品生产的附加值和市场竞争力，提高农业资源的配置效率和保护环境，使畜牧经济和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中，实现“资源－产品－再生资源－再生产品”的物质反复循环流动，在完成养殖场的污染物零排放同时，为企业自身的养殖、种植等农业综合开发的持续发展提供动力源泉。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法，其特征在于，所述方法为采用多体连通式升流式粪便厌氧处理技术建立多体连通式USR设施系统，实现大型畜禽养殖场粪尿污水无害化处理。

2.如权利要求1所述的大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法，其特征在于，具体步骤为：大型畜禽养殖场的污水和鲜粪进入多体连通式USR反应器，经厌氧反应器出来的沼气经脱水、脱硫净化塔进入贮气罐，进入用气单元使用；沼渣和沼液进行深加工，作为肥料。

3.如权利要求2所述的大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法，其特征在于，多体连通式USR反应器由两个以上的USR反应器组成，反应器与反应器之间设置有可开合的连通装置，连通装置由连通管及可开合的连通闸组成；原料从每个USR底部进入消化器内，与消化器内的活性污泥接触，使原料得到快速消化；未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内，上清液从消化器上部溢出，这样可以得到比水力滞留期（HRT）高得多的固体滞留期（SRT）和微生物滞留期（MRT），从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率；当单个USR的粪便处理量刚好达到额定量时，连通装置给予关闭，单个USR可单独进行沼气处理；而当单个USR的粪便处理量超过单个额定量时，临近另外一个USR的连通装置给予开启，并以双个进行沼气处理；依此类推，使多体连通式USR每日处理的粪便处理量刚好符合多个连通USR的合理处理值。

4.如权利要求2所述的大型畜禽养殖场污染物资源化利用方法，其特征在于，多体连通式USR反应器包括沉砂池，所述沉砂池设置有污水和鲜粪进口，沉砂池通过连接管道连接多个USR反应器，相邻的反应器与反应器之间设置有可开合的连通装置，连通装置由连通管及可开合的连通闸组成；每个USR反应器底部设置有配水系统，配水系统上方为固体床，USR反应器上部为集气室，集气室上部设置有沼气输出管道，集气室下方设置有挡渣板，挡渣板的一侧设置有出水渠。

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