CN103951145A - 一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，畜禽养殖产生的粪污通过地下排污管网进入1号沉淀井，通过固液分离、潜水泵设备，分离出固体部分通过翻抛机加工成有机肥，用于牧草及农作物种植：分离出污水部分进入污水管网，与生产、生活污水进入2号沉淀井，所得液体进入污水厌氧发酵罐处理系统，沼泥用于加工有机肥，沼液用于光伏大棚内水藻池塘浮萍养殖，沼气用作燃料；沼液经浮萍养殖池塘的浮萍净化后，出水泵入净水存储利用池内，用于牧草及农作物种植用水，或利用中水处理设备再净化通过净水管网用于畜禽养殖生产用水及太阳能温水饮用系统。本发明实现畜禽生产资源的循环再利用，粪污实现“零排放”，达到清洁、安全、高效生产的目标。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护及资源利用领域，公开了一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法。
背景技术
伴随着畜牧业越来越向着集约化、规模化发展的趋势，畜禽养殖粪污污染问题越来越成为一个重大的环境问题。例如，奶牛采食饲料中25～35％氮转化成牛奶中的氮，剩余的氮几乎都由粪和尿排出。粪便中氮转化成氨和硝酸盐对空气、地表水和地下水的污染造成严重生态和社会问题。粪便中磷的过量排放，污染地表水并向周边水体、海洋排放，促进藻类的大量生长，造成鱼类的死亡。
目前，我国蛋白质饲料原料进口超过70％，每年进口大豆约4000万吨、鱼粉120万吨以及其他蛋白质饲料几十万吨，是全球蛋白质原料的最大进口国。我国磷矿资源虽储量较大，但分布不均、品位较低，据矿业协会报道，若只利用品位大于30％的富矿，仅可满足到2028年需要。畜禽粪污氮磷过量排放不仅对环境造成严重污染，而且造成我国紧缺的蛋白饲料资源和不可再生磷矿资源的浪费。畜禽粪便既是污染源，又是有价值的资源，它包括农作物必需的各种营养成分。畜禽粪便是良好的有机肥源，其在农业生产中具有以下优点：1)适于作物生长的需要。有机肥从组成和性质上都与作物相类似，其具有不偏肥、不缺素、稳供、长效等特点。能够活化并改善土壤的养分状况，提高土壤供肥能力；2)提供作物生长所需要的刺激性物质。有机肥料含有大量的有机物质，经过微生物分解转化产生的降解物如维生素，腐殖酸，激素等有刺激作用，能促进作物生长发育；3)增强作物的抗逆性。有机肥含有生物物质，抗生素等，能增强作物的抗逆性和对不良环境的适应能力；4)提高作物产量和改善农产品品质。由于施用有机肥可以改善土壤结构，增加土壤肥力，同时可以提高作物全面的营养物质，因此可以达到提高产量的目的。
因此，开发一种既能够防止污染，又能够实现资源循环利用的粪污处理技术，是实现畜牧业健康可持续发展的必然要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法。本发明利用这种新方法对奶牛、生猪、家禽养殖过程中产生的粪便、污水进行无害化处理，使得畜禽养殖对环境的污染程度大大降低。本发明还利用该技术实现粪便、污水的循环利用，变废为宝，具有重要的产业化应用价值。
本发明的目的是这样实现的：
畜禽养殖产生的粪污通过地下排污管网进入1号沉淀井，通过固液分离、潜水泵设备，分离出固体部分通过翻抛机加工成有机肥，用于牧草及农作物种植；分离出污水部分进入污水管网，与生产、生活污水进入2号沉淀井，所得液体进入污水厌氧发酵处理系统，沼泥用于加工有机肥，沼液用于光伏大棚内水藻池塘浮萍养殖，沼气用作燃料；沼液经浮萍养殖池塘的浮萍净化后，出水泵入净水存储利用池内，用于牧草及农作物种植用水，或利用中水处理设备再净化通过净水管网用于畜禽养殖生产用水及太阳能温水饮用系统。光伏大棚在棚顶安装薄膜太阳能电池板，将太阳能转化为电能，通过太阳能存储利用系统，可用于有机肥加工、水藻养殖、畜禽生产等用电需求，同时可用于维持大棚内部环境控制系统，保障浮萍养殖对环境温湿度的要求。所得浮萍可用作畜禽饲料原料，也可以用来提取生物能源级淀粉。此外，对浮萍净化后的污水进行COD、BOD、NH3-N、总P、大肠菌群数、蛔虫卵个数等相关指标测定，符合《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596)。
通过以上过程，实现畜禽生产资源的循环再利用，粪污实现“零排放”，达到清洁、安全、高效生产的目标。该系统运行流程见图1。
具体而言，本发明提供一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)畜禽养殖产生的粪污通过地下排污管网进入1号沉淀井，通过固液分离、潜水泵设备，分离出固体部分和污水部分；
2)步骤1)所得的固体部分通过翻抛机和筛选机加工成有机肥，用于牧草及农作物种植；步骤1)所得的污水部分进入污水管网，与生产、生活污水进入2号沉淀井得到液体，所述的翻抛机用于有机肥加工过程中的堆肥发酵、翻抛、粉碎，筛选机用于有机肥加工过程中的堆料输送、物料筛选；
3)步骤2)所得液体进入污水厌氧发酵处理系统，获得的沼泥用于加工有机肥，沼液用于光伏大棚内水藻池塘浮萍养殖，沼气用作燃料；
4)步骤3)的沼液经浮萍养殖池塘的浮萍净化后，出水泵入净水存储利用池内，用于牧草及农作物种植用水，或利用中水处理设备再净化通过净水管网用于畜禽养殖生产用水及太阳能温水饮用系统。
进一步的，步骤3)所述的光伏大棚为在棚顶安装薄膜太阳能电池板，将太阳能转化为电能，通过太阳能存储利用系统，保持光伏大棚的温度31-32℃。
进一步的，步骤3)所得浮萍用作畜禽饲料原料，或用于提取生物能源级淀粉。
进一步的，步骤3)所述的水藻池塘浮萍养殖的步骤为：污水厌氧发酵罐处理系统获得的沼液进入缓冲池，分别经过1号浮萍养殖池4天、2号浮萍养殖池5天、3号浮萍养殖池6天后进入蓄水池，获得净化后的沼液。
进一步的，步骤1)和步骤2)的经过沉淀井的沉淀时间为24-48小时。
进一步的，步骤3)经过光伏大棚内水藻池塘浮萍养殖15天后，总氮去除率达到85-87％，总磷去除率达到95-97％，浮萍中淀粉含量高达52.9％。
进一步的，步骤2)的污水厌氧发酵处理步骤为：向液体中加入1.5％NaOH，静置2天后加盐酸调节pH至7.2后，投入污水厌氧发酵罐中，以厌氧活性污泥为接种物，接种量为35％(体积)，形成厌氧发酵液，按厌氧发酵液总量的10％(体积)接入复合菌液，15-35℃厌氧发酵48小时；所述菌液是将4种菌株在如下按重量配比的培养基中培养得到：葡萄糖2％、蛋白胨2％、琼脂2％、维生素B0.1％、磷酸二氢钾0.15％、磷酸氢二钠0.1％，pH7.0；所述的4种菌株为，按细菌数含量计：粪肥纤维单胞菌35％，沼泽红假单胞菌40％，绿色木霉菌20％，酵母菌5％。
与现有技术相比，本发明在畜禽养殖粪污无害化处理的基础上实现了资源循环利用。本发明的目的在于，将公益化技术转换成产业化技术，以产业化带动公益化，保护环境，增加收益，助力畜牧业可持续发展。
与传统技术相比，本发明具有以下特点：
1、粪污实现“零排放”，既能够处理畜禽粪便，又能够处理生活污水，既不排放废水，又不排放废气。
2、粪污处理物实现“全利用”，得到的有机肥可用于牧草及农作物种植，得到的沼气可用作燃料，得到的浮萍可用作饲料原料或提取淀粉，得到的净水可用作畜禽生产用水。
3、优化了污水厌氧发酵工艺，极大提高了累积产沼气量，提高了物料被微生物降解的利用率。
4、引入光伏大棚，利用太阳能来维持粪污处理过程所需动力，以最大程度减少粪污处理对于不可再生能源的消耗，从而间接地减少环境污染。
5、对浮萍养殖的条件进行了优化，浮萍养殖水体为900吨的情况下，所得浮萍经过清洗、煮沸烘干后可以作为优质饲料，每天可以处理20吨污水，经过该系统处理的污水可以循环利用。浮萍污水处理系统设计方案运行流程见图2。
附图说明
图1畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用
图2浮萍污水处理系统设计方案运行流程示意图
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作出详尽的说明。本发明的实施例均已奶牛场粪污的处理为例来说明本发明的效果，当然，本发明同样适用于其他畜禽养殖场粪污的处理及循环利用。以下实施例中所使用的技术，除非特别说明，均为本领域的技术人员已知的常规技术；所使用的仪器设备、试剂等，除非是本说明书特别说明，均为本领域的研究和技术人员可以通过公共途径获得的。
实施例1一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法
其工艺流程如图1及图2所示。首先，建造两个容积为100立方米、结构为砖混的沉淀井，奶牛养殖产生的粪污通过地下排污管网进入1号沉淀井，经过沉淀24-48小时之后，下层固体部分用作有机肥，上层液体部分进入污水管网，与生产、生活等污水进入2号沉淀井，继续沉淀24-48小时；沉淀所得液体进入污水厌氧发酵罐处理系统(UASB厌氧反应器，高8米，直径3米，有效容积56立方米，可一次性处理污水5吨，购自青岛依维优环境工程设备有限公司)，15-35℃发酵48小时后，所得沼泥用于加工有机肥，沼液用于光伏大棚内水藻池塘浮萍养殖，沼气用作场区生产生活用燃料。有机肥加工使用翻抛机(LYFP280，购自江阴市联业生物科技有限公司)和筛选机(LYSX50)，其中翻抛机用于有机肥加工过程中的堆肥发酵、翻抛、粉碎，筛选机用于有机肥加工过程中的堆料输送、物料筛选。
污水排入浮萍养殖池塘，其中的有机营养成分及重金属等被浮萍吸收利用净化后，将所得净水泵入净水存储利用池内，用于牧草及农作物种植用水，或利用中水处理设备再净化通过净水管网用于畜禽养殖生产用水及太阳能温水饮用系统。浮萍品种采用中科院青岛生物能源与过程研究所已筛选到的2个浮萍品系Lemna P1和Landoltia OT：培养15天总氮去除率达到85-87％，总磷去除率达到95-97％，浮萍干物质中淀粉含量高达52.9％。
光伏大棚在棚顶安装薄膜太阳能电池板(购自青岛昌盛日电太阳能科技有限公司)，将太阳能转化为电能，通过太阳能存储利用系统，可用于有机肥加工、水藻养殖、畜禽生产等用电需求，同时可用于维持大棚内部环境控制系统，保障浮萍养殖对环境温湿度的要求。所得浮萍可用作畜禽饲料原料，也可以用来提取生物能源级淀粉。通过以上过程，实现畜禽生产资源的循环再利用，粪污实现“零排放”，达到清洁、安全、高效生产的目标。该系统运行流程见图1。浮萍污水处理系统设计方案运行流程示意图见图2。
实施例2本发明方法经济效益分析
本发明方法所得终产物中的有机肥、沼气、水电均可用于养殖场的生产生活，浮萍可用作畜禽饲料及淀粉提取，将产生可观的经济效益。本项目以本发明方法在青岛奥特奶牛原种场2013年的实施结果为例，具体说明本发明方法所产生的经济效益。
1项目增量销售收入
2013年增量销售收入和节约支出见表1.
表12013年增量销售收入和节约支出统计表
2销售税金及附加
根据有关规定，本项目免收增值税。
3成本和费用统计
1)直接生产成本：直接生产成本包括饲料、防疫费、燃料动力及工资支出等内容。本项目为扩建项目，成本费用按有无项目对比增量计算。有项目与无项目正常生产增量直接生产成本见表2。
表2增量直接生产成本统计表
表3其他生产成本表
2)固定资产折旧：按平均年限法计算，房屋及建构筑物按20年计，设备按10年计。残值率均为5％。设备折旧为4.76万元，房舍折旧为13.69万元。
3)修理费：2.00万元。
4)销售费用：在销售过程中发生的一切费用，共计4.65万元。
5)管理费用：日常开支，共计4.65万元。
4、税收
项目免征收所得税。
4利润及其分配
经评价，项目生产期增收节支88.89万元，增量直接生产成本为23.60万元，其他生产成本为29.75万元，总成本费用为53.35万元，年净利润35.54万元。
实施例3污水厌氧发酵处理的产沼气效果
经过单因素筛选实验对污水厌氧发酵处理的参数进行了考察，发现，向液体中加入1.5％NaOH，静置2天后加盐酸调节pH至7.2后，投入污水厌氧发酵罐中，以厌氧活性污泥为接种物，接种量为35％(体积)，形成厌氧发酵液，15-35℃厌氧发酵48小时。
此外，为了提高沼气产量、提高TS、VS去除率、提高处理后污水净化度，还对加入复合菌种的种类进行了研究。
考察指标：
1)产气量：采用排饱和食盐水法测定；
2)挥发性固体含量(VS)：采用减量法测定，把在105℃±5℃下烘干的样品放在马弗炉中，600℃下烘烤30min；挥发性固体含量＝损失重量/烘前重量×100％。挥发性固体含量表示物料被降解的程度，即微生物利用有机物的能力。
实验方法：将同样来源的新鲜牛粪500g分为2组，一组为未加入复合菌液作为对照组，一组为加入复合菌液作为发明组。其中发明组按厌氧发酵液总量的10％接入复合菌液，所述菌液是将4种菌株在如下按重量配比的培养基中培养得到：葡萄糖2％、蛋白胨2％、琼脂2％、维生素B0.1％、磷酸二氢钾0.15％、磷酸氢二钠0.1％，pH7.0；所述的4种菌株为，按细菌数含量计：粪肥纤维单胞菌35％，沼泽红假单胞菌40％，绿色木霉菌20％，酵母菌5％。
其它操作均为加入1.5％NaOH，静置2天后加盐酸调节pH至7.2后，投入污水厌氧发酵罐中，以厌氧活性污泥为接种物，接种量为35％(体积)，形成厌氧发酵液，15-35℃厌氧发酵48小时。结果如下：
表4污水厌氧发酵处理的产沼气效果
| 累积产气量(mL) | VS去除率(％) | |
| 对照组 | 1026 | 8.3 |
| 发明组 | 2537 | 26.9 |
由结果可以看出，驯化后复合菌的加入，可以显著提高累积产沼气量，并提高VS去除率，提高物料被微生物降解的利用率。
值得强调的是，以上实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明叙述的内容之后，本领域技术人员在本发明方法基础上所作出的各种非实质性的调整和修改，其技术方案同样属于本申请所附权利要求书保护的范围。
Claims (8)
1.一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
畜禽养殖产生的粪污通过沉淀井分离获得固体部分和污水部分，污水部分经过沉淀井进一步净化，获得沼泥、沼液和沼气；所述的沼液通过净化后用于种植用水。
2.一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)畜禽养殖产生的粪污通过地下排污管网进入1号沉淀井，通过固液分离、潜水泵设备，分离出固体部分和污水部分；
2)步骤1)所得的固体部分通过翻抛机和筛选机加工成有机肥，用于牧草及农作物种植；步骤1)所得的污水部分进入污水管网，与生产、生活污水进入2号沉淀井得到液体，所述的翻抛机用于有机肥加工过程中的堆肥发酵、翻抛、粉碎，筛选机用于有机肥加工过程中的堆料输送、物料筛选；
3)步骤2)所得液体进入污水厌氧发酵处理系统，获得的沼泥用于加工有机肥，沼液用于光伏大棚内水藻池塘浮萍养殖，沼气用作燃料；
4)步骤3)的沼液经浮萍养殖池塘的浮萍净化后，出水泵入净水存储利用池内，用于牧草及农作物种植用水，或利用中水处理设备再净化通过净水管网用于畜禽养殖生产用水及太阳能温水饮用系统。
3.权利要求2所述的一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，步骤3)所述的光伏大棚为在棚顶安装薄膜太阳能电池板，将太阳能转化为电能，通过太阳能存储利用系统，保持光伏大棚的温度31-32℃。
4.权利要求2所述的一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，步骤3)所得浮萍用作畜禽饲料原料，或用于提取生物能源级淀粉。
5.权利要求2所述的一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，步骤3)所述的水藻池塘浮萍养殖的步骤为：污水厌氧发酵罐处理系统获得的沼液进入缓冲池，分别经过1号浮萍养殖池4天、2号浮萍养殖池5天、3号浮萍养殖池6天后进入蓄水池，获得净化后的沼液。
6.权利要求2所述的一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，步骤1)和步骤2)的经过沉淀井的沉淀时间为24-48小时。
7.权利要求2所述的一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，步骤3)经过光伏大棚内水藻池塘浮萍养殖15天后，总氮去除率达到85-87％，总磷去除率达到95-97％，浮萍干物质中淀粉含量高达52.9％。
8.权利要求2所述的一种畜禽养殖粪污无害化处理及循环利用的方法，其特征在于，步骤2)的污水厌氧发酵处理步骤为：向液体中加入1.5％NaOH，静置2天后加盐酸调节pH至7.2后，投入污水厌氧发酵罐中，以厌氧活性污泥为接种物，接种量为35％(体积)，形成厌氧发酵液，按厌氧发酵液总量的10％(体积)接入复合菌液，15-35℃发酵48小时；所述菌液是将4种菌株在如下按重量配比的培养基中培养得到：葡萄糖2％、蛋白胨2％、琼脂2％、维生素B0.1％、磷酸二氢钾0.15％、磷酸氢二钠0.1％，pH7.0；所述的4种菌株为，按细菌数含量计：粪肥纤维单胞菌35％，沼泽红假单胞菌40％，绿色木霉菌20％，酵母菌5％。
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