CN106915867B - 养殖废水生化处理系统及其处理副产品的制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种养殖废水生化处理系统及其处理副产品的制备方法与应用,所述养殖废水生化处理系统包括用以依序处理养殖废水且呈降阶排列设置的沉淀池、生物反应池及生态滤池,其中,通过所述系统使养殖废水进行生化反应,从而使处理后废水形成具有快速除臭效果的生物活性水,可以应用于回流至猪舍进行清洗除臭、加入堆肥制备提高有机堆肥效率、加入农业灌溉提高土壤有机质及微生物菌群的含量,或者直接安全排放,达到大幅降低处理养殖废水的设备成本、有效改善处理环境恶臭与处理效能以及让处理后废水能够被完全利用等技术效果。

Description

养殖废水生化处理系统及其处理副产品的制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种废水处理系统,特别是指用于养殖废水的生化处理系统及其处理副产品的制备方法与应用,以将废弃的有机资源,高效循环再利用。
背景技术
如图1A所示,显示现有技术对于一般较大型养猪场,即存栏量5000头以上的养猪废水的大型养猪场处理流程100。集中猪只排出的养殖废水10,使其依序流经初沉池11、第一次固液分离12、调节池13、厌氧池14、曝气池15、沉淀池16、第二次固液分离17及氧化塘18后进行放流19;而当养猪存栏量达一万头以上时,会在厌氧池14部分进行沼气收集141,以用于作为燃料进行燃烧,或用于沼气发电。
然而,图1A显示的养殖废水处理流程100中,在设备的部分,第一次固液分离12时需要投入固液分离装置,一般采用螺杆式固液分离机;进行沼气收集141时需要沼气收集罐;曝气池15为满足足够的曝气量,需投入大型的曝气装置;第二次固液分离17通常会采用压滤的分离方式而需要设置滤布以及生物膜;以及,氧化塘中的水体COD大于400ppm时,氧化塘需用水泥建造,才能避免水体下渗造成污染;再者,于实际操作中,固液分离机和大型曝气装置的使用需要耗费大量的电力,进行第二次固液分离17时,为了使固体物更好的凝聚,需添加混凝剂,尤其生物膜的设置是大型养猪场处理流程100能够有效处理养殖废水10的原因,但生物膜的成本相当高,且所有运作过程,需要抽水泵,污泥泵抽送,电力耗费也相当大。
在实际成效上,使用螺杆式分离装置进行固液分离时,需将大物质进行碾压,使固体物细微化,容易导致分离后的水体悬浮固体增多,增加后续处理负担;而在厌氧及好氧处理上,依靠的是养殖废水中原有少量的微生物,无法快速有效处理,特别是原来存在于养殖废水中的一般微生物并没有快除臭丑的功能,造成大型养猪场处理流程100在整个处理过程中,环境中存在浓度相当高的臭味,如另外投入洗涤塔,虽可进行臭味吸附处理,却也增加整理成本。
综上,现有的大型养猪场处理流程100明显有设备、投入成本过高的问题,但处理成效不彰且处理环境恶劽的问题。
如图1B所示,显示现有技术对于一般小型养猪场,即存栏量小于3000头的养猪废水的小型养猪场处理流程200。由于投入资金少,养猪废水处理方式一般采用三级沉淀或三级沉淀结合固液分离的方式,包括集中猪只排出的养殖废水20,使其依序流经一级沉淀21、二级沉淀22、三级沉淀23后进行放流24;在养殖废水20与一级沉淀21之间,另可进行固液分离25。
是以,大型养猪场处理流程100与小型养猪场处理流程200中,同样存在固液分离机等设备投入成本高昂、处理成效差、环境恶臭严重等问题,且处理后的废水更由于处理成效不佳而无法再被利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种养殖废水生化处理系统及其处理副产品的制备方与应用,其主要是通过本发明养殖废水生化处理系统使养殖废水进行生化反应,从而使处理后废水形成具有快速除臭效果的生物活性水,可以应用于回流至猪舍进行清洗除臭、加入堆肥制备提高有机堆肥效率、加入农业灌溉提高土壤有机质及微生物菌群的含量,或者直接安全排放,达到大幅降低处理养殖废水的设备成本、有效改善处理环境恶臭与处理效能以及让处理后废水能够充分有效益被利用等技术效果。
为解决先前技术的问题,本发明采用的技术方案是,提供一种养殖废水生化处理系统,所述系统包括用以依序处理养殖废水的沉淀工作段、生物反应段及生态过滤段,定义每天养殖废水排量为1-30m3,其中:
所述沉淀工作段具有至少一个沉淀池,所述沉淀工作段的总有效容积为至少2天的养殖废水排量,且所述沉淀工作段分隔为进水区及排水区,所述进水区与排水区的容积比为1:1至6:1,令养殖废水由所述进水区输入后流向所述排水区;
所述生物反应段具有至少一个生物反应池设于所述沉淀工作段的排水区之后,所述生物反应段的总有效容积为沉淀工作段的10-30倍,所述生物反应段分隔为进水区及排水区,且所述生物反应段设有曝气装置以及占其总有效容积1-5vol%的生物反应器,所述曝气装置用以维持生物反应段的水中溶氧量为0.2-2.0mg/L,所述生物反应器包括附着微生物菌群的载体,令来自沉淀工作段的养殖废水由生物反应段的进水区输入后流向其排水区;
所述生态过滤段具有至少一个生态滤池设于所述生物反应段的排水区之后,所述生态过滤段的总有效容积为生物反应段的0.5-2倍,所述生态滤池内通过至少两个隔板分隔为进水区、滤水区及排水区,所述隔板底端与所述生态滤池底部界定对应数量的流通口连通所述进水区、滤水区及排水区,所述流通口以及所述滤水区的水位线处分别设有生物反应器,所述生物反应器包括附着微生物菌群的载体,且所述生态滤池的水面种植有水生植物,令来自生物反应段的养殖废水由生态过滤段的进水区输入,并依序流经进水区与滤水区之间的生物反应器、滤水区水位线处的生物反应器及滤水区与排水区之间的生物反应器后,流向所述生态过滤段的排水区进行排放。
本发明养殖废水生化处理系统的可以在各段仅设置单一池,通过适当隔设进排空间,用于处理每天养殖废水排量较少的养殖场,或者,可以在沉淀工作段及生物反应段分别设置两个以上的池,以分隔形成进排空间延长养殖废水在各段的停留工作时间,适用于处理每天养殖废水排量较少的养殖场。
较佳的,所述系统的每天养殖废水排量为20m3,所述沉淀工作段具有两个沉淀池、所述生物反应段具有两个生物反应池,所述两个沉淀池分别定义为第一沉淀池以及第二沉淀池,所述两个生物反应池分别定义为第一生物反应池以及第二生物反应池,其中,所述第一沉淀池及第二沉淀池的规格分别为4×5×1.5立方公尺,有效容积分别为至少1天养殖废水排量(≧20m3),令所述第一沉淀池作为沉淀工作段的进水区使用,所述第二沉淀池作为沉淀工作段的排水区使用;所述第一生物反应池的规格为10×10×2.5立方公尺,有效容积为至少10天养殖废水排量(≧200m3),曝气量为300L/min,溶氧量等于2.0mg/L,第一生物反应池内建置有占其有效容积3-5vol%的生物反应器,令所述第一生物反应池作为生物反应段的进水区使用;所述第二生物反应池的规格为10×10×2.5立方公尺,有效容积为至少10天养殖废水排量(≧200m3),曝气量为120-150L/min,溶氧量等于0.2mg/L,第二生物反应池内建置有占其有效容积1-2vol%的生物反应器,令所述第二生物反应池作为生物反应段的排水区使用;所述生态滤池的规格为15×10×2.5立方公尺,总有效容积为至少15天养殖废水排量(≧300m3)。
其中,所述沉淀池、生物反应池、生态滤池内可设置均匀分散的生物反应器,各该生物反应器具有网状容器,所述网状容器设有分层,所述分层用以设置选自花岗岩、沸石或炉渣的无机载体、或者选自木炭、木屑或椰子纤维的有机载体、或者附着微生物菌群且选自活性炭或木炭的活性载体。
为解决先前技术的问题,本发明采用的技术方案是,提供一种生物活性水的制备方法,所述方法使用前述的养殖废水生化处理系统进行制备,所述生物活性水是养殖废水经过前述养殖废水生化处理系统进行处理后的副产品;其中,所述生物活性水的制备方法步骤包括:将养殖废水引入所述沉淀工作段进行沉淀,至混合液中的悬浮固体含量为1000-8000ppm,获得沉淀后待处理养殖废水;将所述待处理养殖废水引进至所述生物反应段,稀释所述待处理养殖废水至混合液中的悬浮固体含量为2000ppm以下,形成稀释后养殖废水;对所述稀释后养殖废水进行微生物菌液投放,使微生物菌群附着于生物反应段的生物反应器的各载体上,投放的微生物菌液量为引入沉淀池的养殖废水量的0.05-0.3vol%;阶段性地进行曝气使水体与生物反应器充分接触反应,第一阶段为3-7天,以连续24小时方式进行曝气,第二阶段为7-14天,以曝气一天休息一天的方式进行曝气,各阶段的天数依温度高低调整,经二至三周间歇性曝气后完成生物活性水制备。
其中,当所述系统的沉淀工作段设有至少一个沉淀池,生物反应段设有至少一个生物反应池时;其中,所述稀释后养殖废水的微生物菌液投放量为引入沉淀池的养殖废水量的0.1-0.3vol%;完成所述生物活性水的制备后,对沉淀池进行第二次微生物菌液投放,第二次的投放量为第一次投放量的0.143~0.2vol%;完成第二次微生物菌液投放后,将沉淀池中的生物活性水输入至生物反应池中,每隔3至7天在生物反应池中投放与第二次投放量相同的微生物菌液,以维持系统中的微生物菌量。
为解决先前技术之问题,本发明采用的技术方案是,提供一种有机堆肥的制备方法,所述堆肥制备方法是使用由前述养殖废水生化处理系统配合前述方法所制得的生物活性水进行制备的副产品;其特征在于,所述堆肥制备方法包括:步骤A:在堆肥池底部堆放粉碎的秸秆和/或米糠组成的有机层,并喷洒所述生物活性水;步骤B:在步骤A的有机层上堆放猪粪层;步骤C:在步骤B的猪粪层上堆放一层有机层,并喷洒所述生物活性水;步骤D:重复步骤B、步骤C至堆肥总高度达到80-100公分;步骤E:用一层稻壳碳粉覆盖于步骤D的堆肥外部,并放置待堆肥干燥;其中,所述猪粪层的厚度为有机层的10至20倍。
进一步地,本发明生物活性水可应用在促进堆肥腐熟、提高堆肥品质。其是将生物活性水喷洒在由粉碎的秸秆及/或米糠及猪粪间隔堆放的各层粉碎的秸秆和/或米糠上;或者,将所述生物活性水直接喷洒于堆肥,以形成生物有机堆肥,清除臭味并加快堆肥中有机质的分解及细化。
进一步地,本发明生物活性水可应用在回流至养殖场喷洒以分解臭味分子。
进一步地,本发明生物活性水可应用在农业灌溉、提高土壤有机质及微生物菌群含量。
有关于本发明为达成上述目的,所采用的技术、手段及其他效果,兹举一较佳可行实施例并配合图式详细说明如后。
附图说明
图1A是现有技术中大型养猪场的养殖废水处理流程示意图。
图1B是现有技术中小型养猪场的养殖废水处理流程示意图。
图2是本发明养殖废水生化处理系统的基础架构示意图。
图3是本发明养殖废水生化处理系统的扩大架构示意图。
图4是本发明养殖废水生化处理系统的结构示意图。
图5A至图5C是本发明养殖废水生化处理系统的沉淀池结构示意图。
图6是本发明养殖废水生化处理系统沉淀池设置生物反应器示意图。
图7是本发明养殖废水生化处理系统的生态滤池结构示意图。
图8是本发明养殖废水生化处理系统的具体施做检测报告。
图9是本发明生物活性水的应用说明示意图。
图10是本发明生物活性水用于微生物有机堆肥的操作示意图。
附图中符号标记说明:
100为大型养猪场处理流程;10为养殖废水;11为初沉池;12为第一次固液分离;13为调节池;14为厌氧池;141为沼气收集;15为曝气池;16为沉淀池;17为第二次固液分离;18为氧化塘;19为放流;200为小型养猪场处理流程;20为养殖废水;21为一级沉淀;22为二级沉淀;23为三级沉淀;24为放流;25为固液分离;30为沉淀池;30A第一沉淀池;30B第二沉淀池;31为隔板;311为侧端;32为进水区;321为平底面;33为排水区;331为斜底面;34为流通口;35为长凹槽;36为生物反应器;40为生物反应池;40A为第一生物反应池;40B为第二生物反应池;41为隔板;42为进水区;43为排水区;44为流通口;45为曝气装置;46为生物反应器;50为生态滤池;51为隔板;52为进水区;53为滤水区;54排水区;55为流通口;56为生物反应器;60为堆肥池;61为有机层;62为生物活性水;63为猪粪层;θ为夹角。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的范围。
请配合参阅图2至图9所示,说明本发明养殖废水生化处理系统及其制备生物活性水的方法与生物活性水的应用等具体实施方式。
如图2至图7所示,本发明养殖废水生化处理系统包括用以依序处理养殖废水70的沉淀工作段300、生物反应段400及生态过滤段500。其中,所述沉淀池30及生物反应池40可以视实际需求增加池数,如图2显示本发明第一实施例,显示沉淀工作段300只设有一个沉淀池30以及生物反应段400只设有一个生物反应池40的系统架构,可适用于小型养猪场处理流程,图3则显示本发明第二实施例,显示沉淀工作段300设有两个沉淀池30以及生物反应段400设有两个生物反应池40的系统架构,可适用于大型养猪场处理流程。本发明养殖废水生化处理系统适用于每天养殖废水排量为1-30m3的养殖场。
如图2、图4所示,所述沉淀工作段300具有至少一个沉淀池30,所述沉淀工作段300的总有效容积为至少2天的养殖废水排量,且所述沉淀工作段300分隔为进水区32及排水区33,所述进水区32与排水区33的容积比为1:1至6:1,令养殖废水70由所述进水区32输入后流向所述排水区33。
本发明的沉淀工作段300可以通过设置两个以上的沉淀池30达到隔设形成所述进水区32及排水区33的进排空间,或者,如图5A至图5C所示,通过在其沉淀池30内部设置隔板31,将沉淀池30内部空间分隔为所述进水区32及所述排水区33,以利于养殖废水70在沉淀工作段300的停留时间,提升沉淀效果。其中,如图4、图5A至图5C所示,所述沉淀池30通过在对应其进水区32与排水区33邻接处的两相对壁面上设有长凹槽35,所述隔板31通过其相对两侧端311容置于所述长凹槽35内而分别组固于沉淀池30内部,令所述隔板31底端与所述沉淀池30底部界定一流通口34连通进水区32及排水区33。通过设置隔板31,使水流沿图4的箭头方向流出,避免水流直接从表面流出。
于本实施例中,较佳地,所述沉淀池30对应进水区32的底部成形为平底面321,对应排水区33的底部成形为斜底面331,且所述平底面321与斜底面331之间具有小于等于135度的夹角θ,藉此,通过斜底面331设计,便于养殖废水70中的污泥聚集和抽除。
此外,在所述沉淀工作段300的沉淀池30中通过隔板31隔设出进排空间的实施例中,其排水区33顶部可进一步设置一个生物反应器36,令养殖废水70先流经所述生物反应器36进行初步生化除臭后流入下一个池中;但,所述生物反应器36的设置并不限于本实施例,亦可视需求设置于无隔板31的沉淀池30内部。
所述生物反应段400具有至少一个生物反应池40设于所述沉淀工作段300的排水区33之后,所述生物反应段400的总有效容积为沉淀工作段300的10-30倍,所述生物反应段400分隔为进水区42及排水区43,所述进水区42与排水区43的容积比为1:1至11:1,且所述生物反应段400设有曝气量为100-350L/min的曝气装置45以及占其总有效容积1-5vol%的生物反应器46,所述曝气装置45用以维持生物反应段400的水中溶氧量为0.2-2.0mg/L,所述生物反应器46包括附着微生物菌群的载体,令来自沉淀工作段300的养殖废水70由生物反应段400的进水区42输入后流向其排水区43。
本发明的生物反应段400可以通过设置两个以上的生物反应池40达到隔设形成所述进水区42及排水区43的进排空间,或者,通过如前述沉淀池30的隔板31结合结构,如图4所示,在生物反应池40内壁设置长凹槽(图未示)后组固隔板41,达到将内部空间分隔为所述进水区42及所述排水区43,并使隔板41与生物反应池40底部界定流通口44,以利于养殖废水70在生物反应段400的停留时间,提升生化反应效果。且通过设置隔板41,使水流沿图4的箭头方向流出,避免水流直接从表面流出。
此外,在所述生物反应段400的生物反应池40中通过隔板41隔设出进排空间的实施例中,其排水区43顶部可进一步设置生物反应器46,令养殖废水70先流经所述生物反应器46进行生化除臭或简单过滤后流入下一个池中;但,所述生物反应器46的设置并不限于本实施例,亦可视需求设置于无隔板41的生物反应池40内部。
如图4、图7所示,所述生态过滤段500具有生态滤池50设于所述生物反应段400的排水区43之后,所述生态过滤段500的总有效容积为生物反应段400的0.5-2倍,所述生态滤池50内通过两个隔板51分隔为进水区52、滤水区53及排水区54,所述两个隔板51底端与所述生态滤池50底部共同界定两个流通口55连通进水区52、滤水区53及排水区54,所述两个流通口55以及所述滤水区53的水位线处分别设有生物反应器56,所述生物反应器56包括附着微生物菌群的载体,且所述生态滤池50的水面种植有水生植物,令来自生物反应段400的养殖废水70由生态过滤段500的进水区52输入,并依序流经进水区52与滤水区53之间的生物反应器56、滤水区53水位线处的生物反应器56及滤水区53与排水区54之间的生物反应器56后,流向所述生态过滤段500的排水区54进行排放。
于本发明养殖废水生化处理系统的第一实施例(图2)中,其适用于养殖废水每日排量较低的养殖场。定义所述系统的每天养殖废水排量为1.5-2m3,于本实施例中,所述沉淀工作段300仅设有一个沉淀池30,所述生物反应段400仅设有一个生物反应池40,且所述沉淀池30、生物反应池40及生态滤池50是呈降阶排列设置;所述沉淀池30内部通过隔板31分隔为所述进水区32及所述排水区33,所述沉淀池30的总有效容积为3-6天的养殖废水排量(相当于4.5-12m3),其进水区32与排水区33的容积比为6:1;所述生物反应池40内部通过隔板41分隔为所述进水区42及所述排水区43,所述生物反应池40的总有效容积为10-15天的养殖废水排量(相当于15-30m3),其进水区42与排水区43的容积比为11:1;所述生物反应池40的总有效容积为10-20天的养殖废水排量(相当于15-40m3)。
在养殖废水每日排量较低的实施例中,系统中各段的总有效容积设计是基于沉淀工作段300的总有效容积进行调整,为使沉淀及生化反应获得适当且成效良好的结果,沉淀工作段300的总有效容积较佳为10m3。以下提供两个具体实施例:
以图2的养殖废水生化处理系统架构为例,当养殖废水每日排量为2m3时,沉淀池30的较佳总有效容积为3-5天的养殖废水排量(相当于6-10m3),生物反应池40的较佳总有效容积为10-15天的养殖废水排量(相当于20-30m3),生态滤池50的较佳总有效容积为10-15天的养殖废水排量(相当于20-30m3)。
以图2的养殖废水生化处理系统架构为例,当养殖废水每日排量为1.5m3时,沉淀池30的较佳总有效容积为6天的养殖废水排量(相当于9m3),生物反应池40的较佳总有效容积为15天的养殖废水排量(相当于22.5m3),生态滤池50的较佳总有效容积为20天的养殖废水排量(相当于30m3)。
于本发明养殖废水生化处理系统的第二实施例(图3)中,所述系统的每天养殖废水排量为20m3,所述沉淀工作段300具有两个沉淀池30、所述生物反应段400具有两个生物反应池40,所述两个沉淀池30分别定义为第一沉淀池30A以及第二沉淀池30B,所述两个生物反应池40分别定义为第一生物反应池40A以及第二生物反应池40B,其中,所述第一沉淀池30A及第二沉淀池30B的规格分别为4×5×1.5立方公尺,有效容积分别为至少1天养殖废水排量(相当于≧20m3),令所述第一沉淀池30A作为沉淀工作段300的进水区32使用,所述第二沉淀池30B作为沉淀工作段300的排水区33使用;所述第一生物反应池40A的规格为10×10×2.5立方公尺,有效容积为至少10天养殖废水排量(相当于≧200m3),曝气量为300L/min,溶氧量等于2.0mg/L,第一生物反应池40A内建置有占其有效容积3-5vol%的生物反应器46,令所述第一生物反应池40A作为生物反应段400的进水区42使用;所述第二生物反应池40B的规格为10×10×2.5立方公尺,有效容积为至少10天养殖废水排量(相当于≧200m3),曝气量为120-150L/min,溶氧量等于0.2mg/L,第二生物反应池40B内建置有占其有效容积1-2vol%的生物反应器46,令所述第二生物反应池40B作为生物反应段400的排水区43使用;所述生态滤池50的规格为15×10×2.5立方公尺,总有效容积为至少15天养殖废水排量(相当于≧300m3)。
本发明养殖废水生化处理系统的生物反应器36除了设于所述沉淀池30的排水区33顶部,另可如图6所示,在所述沉淀池30内均匀分散设置,用以制备生物活性水。需说明的是,本发明中的生物反应器36、46、56的设置位置及数量主要视养殖废水生化处理系统的生化处理需求调整,并不限于前述说明。
于本发明中,所述生物反应器36、46是由一个网状容器以及设于所述网状容器内且附着有微生物菌群的载体组成,供微生物菌群附着提高其持续性与活性,使微生物菌群能持续和养殖废水70进行生化反应,达到有效降解消除养殖废水70中臭味分子的目的。所述载体是选自木炭、木屑、椰子纤维等有机载体,或活性炭、花岗岩、沸石等无机载,视需生化处理需求而可将前述载体单种或多种组合使用。此外,所述设于生态滤池50的生物反应器56是由一个网状容器以及设于所述网状容器内且附着有微生物菌群的载体组成,所述生物反应器56的载体选自木炭、石炭、沸石和/或其组合。
本发明中用于填装载体的所述网状容器形态,以能够使载体与水体充分接触反应的机构为主,并可视其设置环境而调整为矩形、圆柱形、方柱形、堆状或其他形态,具体可以是软质或硬质网袋或者网状的单层或分层架体。
前述载体可以成形为适合附着微生物菌群的适当尺寸,例如颗粒状;通过预先将载体浸泡于不同微生物菌液形成活性载体后配合未附着的有机/无机载体填装至网状容器的不同层中,或者亦可将完成载体填装的生物反应器36、46浸泡于微生物菌液中,浸泡菌液的时间至少30分钟,使微生物附着于载体上。所述微生物是从大自然深层、未受污染的土壤中驯养筛选得到综合微生物菌群,经由特殊环境及材料,综合驯养出环境适应力极佳的综合微生物菌群,并非一般实验室利用菌株分离培养生产的微生物,故所述综合微生物菌群具有强力分解有机物质,快速分解臭味的功效。
采用的微生物菌群是通过特殊的驯养技术,将数十种微生物,高温、低温、好氧、厌氧共同综合培养,因此具有强大的耐候性,在0-60℃、含氧量0.2mg/L以上便可以作用。不同于实验室制造的单一菌种,通过在生物反应器36、46中设置浸泡过不同微生物菌液的载体,能够利用多样性的微生物交互作用,有效消除水体中的多种污染物,且能够维持微生物菌群的处理有效性,提升处理效能的持续性,达到快速、持续的消除臭味的有益效果。
以上所述为本发明养殖废水生化处理系统的具体架构、规格及结构等说明,以下说明本发明通过养殖废水生化处理系统进行生物活性水的制备方法以及有机堆肥的制备方法,所述生物活性水是养殖废水经过前述养殖废水生化处理系统进行处理后的副产品,所述有机堆肥是由前述生物活性水进行制备的副产品。
本发明生物活性水的制备方法的步骤包括:将养殖废水70引入所述沉淀工作段300进行沉淀,至混合液中的悬浮固体含量为1000-8000ppm,获得沉淀后待处理养殖废水70;将所述待处理养殖废水70引进至所述生物反应段400,稀释所述待处理养殖废水至混合液中的悬浮固体含量为2000ppm以下,形成稀释后养殖废水70;对所述稀释后养殖废水70进行微生物菌液投放,使微生物菌群附着于生物反应段400的生物反应器46的各载体上,投放的微生物菌液量为引入沉淀池30的养殖废水量的0.05-0.3vol%;阶段性地进行曝气使水体与生物反应器充分接触反应,第一阶段为3-7天,以连续24小时方式进行曝气,第二阶段为7-14天,以曝气一天休息一天的方式进行曝气,各阶段的天数依温度高低调整,经二至三周间歇性曝气后完成生物活性水制备。
其中,于本发明第一实施例(图2)中,所述系统的沉淀工作段300设有沉淀池30,生物反应段400设有生物反应池40;其中,所述生物活性水制备方法的步骤更包括:
所述稀释后养殖废水70的微生物菌液投放量为引入沉淀池30的养殖废水70量的0.1-0.3vol%;
完成所述生物活性水的制备后,在第22天对沉淀池30进行第二次微生物菌液投放,第二次的投放量为第一次投放量的0.143~0.2vol%;
完成第二次微生物菌液投放后,将沉淀池30中的生物活性水输入至生物反应池40中,每隔3至7天在生物反应池40中投放与第二次投放量相同的微生物菌液,以维持系统中的微生物菌量。
于本发明第二实施例(图3)中,所述系统的沉淀工作段300设有两个沉淀池30,生物反应段400设有两个生物反应池40,定义所述两个沉淀池30为第一沉淀池30A及第二沉淀池30B,所述两个生物反应池40为第一生物反应池40A及第二生物反应池40B;其中,所述生物活性水制备方法的步骤更包括:
完成所述生物活性水的制备后,对第一生物反应池40A进行第二次微生物菌液投放,第二次的投放量为第一次投放量的1/6-1/5vol%;
完成第二次微生物菌液投放后,每隔一周在第二沉淀池30B中投放与第二次投放量相同的微生物菌液,以维持系统中的微生物菌量。
进一步地,本发明的生物活性水的制备方法中,所述生物反应段400在曝气时,其生物反应池40上方可设置竹竿用以铺放稻草,藉以避免泡沫溢出。
以下说明本发明养殖废水生化处理系统的第一实施例在江苏省丹阳市皇塘镇的养猪场具体施做条件。养殖场内有约400只猪,每只每日的废水排放量约5公斤,则每日的养殖废水总量约2000公斤(相当于2立方公尺),在沉淀池30中制作生物活性水。其操作条件包括,导入4立方公尺的养殖废水70和4立方公尺的河水至沉淀池30中,形成8立方公尺的总水体,所述总水体的参数包括MLSS(混合液悬浮固体)为4200mg/L,pH为7.3,SS(悬浮固体)为321mg/L;在沉淀池30平均设置六个生物反应器36,每个生物反应器36从底层、中层、顶层依序设有0.5公斤的无机载体、0.5公斤的有机载体、0.2公升的活化载体,接着,在总水体为8立方公尺的沉淀池30中投放20公斤的微生物菌液,并倒在生物反应器36的周围。之后进行曝气,连续曝气7天后改为休一天曝一天;在2015年10月21日添加综合微生物菌3公斤;在2015年10月24日将沉淀池30中制作的8立方公尺生物活性水以及曝气装置转移至生物反应池40;在2015年10月26日添加综合微生物菌3公斤;至2015年10月27日,生物活性水已可应用于猪舍的早晚各一次的冲洗,每次用量约200-300公斤(相当于0.2-0.3立公方尺的水量);2015年10月29日,抽取沉淀池30、生物反应池40和生态滤池50中的水样,沉淀池30中的固体物凝聚上浮,水体颜色较浅,而生物反应池40和生态滤池50中的水体已无明显异味。
由上可知,猪粪尿原液中的有机污泥由于微生物菌群的生化作用而快速膨化后凝聚上浮至水面,污泥中的少部分无机泥则沉入池底,达到利用微生物的膨化作用进行固液分离,相较于先前技术以固液分离设备所导致的购置成本高且耗电等缺失,本发明养殖废水生化处理系统除了能够轻易地将上浮的膨化固体物打捞移出沉淀池30,更具有节省设备成本及省电等有益的技术效果,因此,本发明养殖废水生化处理系统建构后,只要维持系统中的微生物菌群量,即可使本发明养殖废水生化处理系统持续重复使用制备生物活性水。
此外,如图8所示,显示前述具体施做的检测报告,其微生物处理时间是由2015年10月14日开始设置,采样时间为2015年11月13日,处理前的采样位置为养殖场养殖废水排出口,处理后的采样位置为生态滤池50的排出口,实际有效水力停留时间约25天。由图8的检测报告可知,养殖废水中的化学需氧量从处理前的1400mg/L大幅下降至104mg/L,氨氮浓度从处理前的70.4mg/L大幅下降至8.28mg/L,总磷浓度从处理前的5.44mg/L大幅下降至0.94mg/L,总氮浓度从处理前的83.7mg/L大幅下降至20.5mg/L,五日生化需氧量从处理前的760mg/L大幅下降至11.2mg/L,粪大肠菌群从处理前的5.40×106个/L大幅下降至9.4×103个/L。显见本发明养殖废水生化处理系统确实能够有效处理养殖废水,并使处理后的养殖废水形成所述的生物活性水,以回流至养殖场作为除臭及清洁用水或作其他的利用。
如图9所示,说明本发明养殖废水生化处理系统将取自畜牧养殖场的有机废弃物(动物粪便)集中后以重力分离进行固液分离,而取得固形物进行传统堆肥,以及含污泥废水。其中污泥废水(即养殖废水70)经由本发明的养殖废水生化处理系统,利用取自土壤的微生物菌群配合系统设置进行生化处理,除了有效消除养殖废水70的臭味分子外,同时由于微生物菌群的加入而形成生物活性水,可以回流至猪舍进行喷洒,以消除猪舍臭味、减少猪舍中病菌的产生,同时节省清洁的水成本;亦可应用于固液分离后的传统堆肥,利用生物活性水使传统堆肥深层发酵并快速除臭形成高效生物有机堆肥,较传统堆肥而言,具有清除堆肥臭味并加快堆肥中有机质的分解及细化而加快堆肥速度,提高堆肥效率;或者,可经适当处理后应用于农业灌溉,进行液体施肥、耕地施肥等,提高土壤有机质及微生物菌群的含量,加快植物的生长。
如图10所示,显示利用本发明养殖废水生化处理系统制得的生物活性水进行生物有机堆肥的示意图。所述有机堆肥的制备方法步骤包括:
步骤A:在堆肥池60底部堆放粉碎的秸秆和/或米糠组成的有机层61,并喷洒所述生物活性水62;
步骤B:在步骤A的有机层上堆放猪粪层63;
步骤C:在步骤B的猪粪层63上堆放一层有机层61,并喷洒所述生物活性水62;
步骤D:重复步骤B、步骤C至堆肥总高度达到80-100公分;
步骤E:用一层稻壳碳粉覆盖于步骤D的堆肥外部,并放置待堆肥干燥;
其中,所述猪粪层的厚度为有机层的10至20倍。
藉此,通过将本发明养殖废水生化处理系统制得的生物活性水添加于有机堆肥的发酵过程,具有包括:(1)快速除臭且大幅降低发酵过程的臭味;(2)加速腐熟而能提升35~50%的发酵熟化速度,提高产能降低时间及用地成本;(3)有机分子更细化,植物吸收更快更容易;(4)富含丰富的微生物,快速恢复土壤中微生物生态而可快速改良土壤等有益技术效果。
本发明通过前述系统架构规格说明,以及生物活性水的制备方法及其应用之说明,确实达到大幅降低处理养殖废水的设备成本、有效改善处理环境恶臭与处理效能以及让处理后废水能够充分有效益被利用等技术效果。更具体而言,通过本发明能够使养殖场(包含堆肥池)的臭味逐渐消除,而生物活性水则可以用于清洗养殖场杜绝疾病发生,同时节约冲洗的用水,用于缩短堆肥发酵期,或者用于提高微生物有机肥在农业种植及土壤改良上的效果。
进一步地,本发明养殖废水生化处理系统的基础设施主要由沉淀池、生物反应池及生态滤池组成,因此可依养殖业者现有的养殖废水处理系统进行调整,且微生物产品的治理费用低,具有大幅降低养殖废水生化处理系统建构成本的有益效果。
综上所述,上述各实施例及附图仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种养殖废水生化处理系统,其特征在于,所述系统包括用以依序处理养殖废水的沉淀工作段、生物反应段及生态过滤段,定义每天养殖废水排量为1-30m3,其中,
所述沉淀工作段具有至少一个沉淀池(30),所述沉淀工作段的总有效容积为至少2天的养殖废水排量,且所述沉淀工作段通过设置隔板(31)分隔为进水区(32)及排水区(33),所述隔板(31)底端与所述沉淀池(30)底部界定一流通口(34)连通进水区(32)及排水区(33),所述沉淀池(30)对应所述进水区(32)的底部成形为平底面(321),对应所述排水区(33)的底部成形为斜底面(331),且所述平底面(321)与所述斜底面(331)之间具有小于等于135度的夹角(θ);所述排水区(33)顶部设有生物反应器(36),所述进水区与排水区的容积比为1:1至6:1,令养殖废水由所述进水区输入后流向所述排水区;
所述生物反应段具有至少一个生物反应池(40)设于所述沉淀工作段的排水区(33)之后,所述生物反应段的总有效容积为沉淀工作段的10-30倍,所述生物反应段通过设置隔板(41)分隔为进水区(42)及排水区(43),所述隔板(41)底端与所述生物反应池(40)底部界定一流通口(44)连通进水区(42)及排水区(43),所述生物反应段设有曝气装置以及占其总有效容积1-5vol%的生物反应器(46),所述生物反应器(46)设于所述排水区(43)顶部,所述曝气装置(45)用以维持生物反应段的水中溶氧量为0.2-2.0mg/L,令来自沉淀工作段的养殖废水由生物反应段的进水区(42)输入后流向其排水区(43);
所述生态过滤段具有至少一个生态滤池(50)设于所述生物反应段的排水区(43)之后,所述沉淀池(30)、所述生物反应池(40)及所述生态滤池(50)是呈降阶排列设置,所述生态过滤段的总有效容积为生物反应段的0.5-2倍,所述生态滤池(50)内通过至少两个隔板(51)分隔为进水区(52)、滤水区(53)及排水区(54),所述隔板(51)底端与所述生态滤池(50)底部界定对应数量的流通口(55)连通所述进水区(52)、滤水区(53)及排水区(54),所述流通口(55)以及所述滤水区(53)的水位线处分别设有生物反应器(56),所述生态滤池的水面种植有水生植物,令来自生物反应段的养殖废水由生态过滤段的进水区输入,并依序流经进水区与滤水区之间的生物反应器、滤水区水位线处的生物反应器及滤水区与排水区之间的生物反应器后,流向所述生态过滤段的排水区进行排放;
其中,所述沉淀工作段、所述生物反应段及所述生态过滤段的生物反应器(36)、(46)、(56)是由一个网状容器以及设于所述网状容器内且附着有微生物菌群的载体组成。
2.如权利要求1所述的养殖废水生化处理系统,其特征在于:
所述系统的每天养殖废水排量为20m3,所述沉淀工作段具有两个沉淀池、所述生物反应段具有两个生物反应池,所述两个沉淀池分别定义为第一沉淀池以及第二沉淀池,所述两个生物反应池分别定义为第一生物反应池以及第二生物反应池,其中,
所述第一沉淀池及第二沉淀池的规格分别为4×5×1.5立方公尺,有效容积分别为至少1天养殖废水排量,令所述第一沉淀池作为沉淀工作段的进水区使用,所述第二沉淀池作为沉淀工作段的排水区使用;
所述第一生物反应池的规格为10×10×2.5立方公尺,有效容积为至少10天养殖废水排量,曝气量为300L/min,溶氧量等于2.0mg/L,第一生物反应池内建置有占其有效容积3-5vol%的生物反应器,令所述第一生物反应池作为生物反应段的进水区使用;
所述第二生物反应池的规格为10×10×2.5立方公尺,有效容积为至少10天养殖废水排量,曝气量为120-150L/min,溶氧量等于0.2mg/L,第二生物反应池内建置有占其有效容积1-2vol%的生物反应器,令所述第二生物反应池作为生物反应段的排水区使用;
所述生态滤池的规格为15×10×2.5立方公尺,总有效容积为至少15天养殖废水排量。
3.如权利要求1或2所述的养殖废水生化处理系统,其特征在于:
所述沉淀池、生物反应池、生态滤池内设置均匀分散的生物反应器,各该生物反应器具有网状容器,所述网状容器设有分层,所述分层用以设置选自花岗岩、沸石或炉渣的无机载体、或者选自木炭、木屑或椰子纤维的有机载体、或者附着微生物菌群且选自活性炭或木炭的活性载体。
4.一种生物活性水的制备方法,所述方法使用权利要求1至3中任一项所述的养殖废水生化处理系统进行制备,其特征在于,所述方法步骤包括:
将养殖废水引入所述沉淀工作段进行沉淀,至混合液中的悬浮固体含量为1000-8000ppm,获得沉淀后待处理养殖废水;
将所述待处理养殖废水引进至所述生物反应段,稀释所述待处理养殖废水至混合液中的悬浮固体含量为2000ppm以下,形成稀释后养殖废水;
对所述稀释后养殖废水进行微生物菌液投放,使微生物菌群附着于生物反应段的生物反应器的各载体上,投放的微生物菌液量为引入沉淀池的养殖废水量的0.05-0.3vol%;
阶段性地进行曝气使水体与生物反应器充分接触反应,第一阶段为3-7天,以连续24小时方式进行曝气,第二阶段为7-14天,以曝气一天休息一天的方式进行曝气,各阶段的天数依温度高低调整,经二至三周间歇性曝气后完成生物活性水制备。
5.如权利要求4所述的生物活性水的制备方法,其特征在于:
所述系统的沉淀工作段设有至少一个沉淀池,生物反应段设有至少一个生物反应池;其中,
所述稀释后养殖废水的微生物菌液投放量为引入沉淀池的养殖废水量的0.1-0.3vol%;
完成所述生物活性水的制备后,对沉淀池进行第二次微生物菌液投放,第二次的投放量为第一次投放量的0.143~0.2vol%;
完成第二次微生物菌液投放后,将沉淀池中的生物活性水输入至生物反应池中,每隔3至7天在生物反应池中投放与第二次投放量相同的微生物菌液,以维持系统中的微生物菌量。
6.一种有机堆肥的制备方法,是由权利要求4或5所述方法制得的生物活性水进行制备,其特征在于,所述堆肥制备方法包括:
步骤A:在堆肥池底部堆放粉碎的秸秆和/或米糠组成的有机层,并喷洒所述生物活性水;
步骤B:在步骤A的有机层上堆放猪粪层;
步骤C:在步骤B的猪粪层上堆放一层有机层,并喷洒所述生物活性水;
步骤D:重复步骤B、步骤C至堆肥总高度达到80-100公分;
步骤E:用一层稻壳碳粉覆盖于步骤D的堆肥外部,并放置待堆肥干燥;
其中,所述猪粪层的厚度为有机层的10至20倍。
7.权利要求4-5中任一项所述的生物活性水的制备方法在促进堆肥腐熟、提高堆肥品质中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用,其是将生物活性水喷洒在由粉碎的秸秆和/或米糠及猪粪间隔堆放的各层粉碎的秸秆及/或米糠上。
9.根据权利要求7所述的应用,其是将所述生物活性水直接喷洒于堆肥,以形成生物有机堆肥,清除臭味并加快堆肥中有机质的分解及细化。
10.权利要求4-5中任一项所述的生物活性水的制备方法在回流至养殖场喷洒以分解臭味分子中的应用。
11.权利要求4-5中任一项所述的生物活性水的制备方法在农业灌溉、提高土壤有机质及微生物菌群含量中的应用。
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