CN107735368A - 用于处理牲畜废弃物的工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于处理牲畜废弃物(尤其是来自养牛场或者养猪场的废弃物)的有效系统；新的设备和方法通过ASBR、SBR和独特的预处理反应器对浆料流进行了特殊转移，从而产生处理水、优质堆肥以及生物气。

Description

用于处理牲畜废弃物的工艺和设备
技术领域
本发明涉及牲畜废弃物的处理。更具体地，本发明涉及用于将牲畜废弃物转化为堆肥、处理水以及能量的系统和工艺。
背景技术
在大多数发达国家中，由于废弃物(尤其是牲畜废弃物)会引起严重的环境和经济问题，因此废弃物的处理是一个关键问题。大型农场——10000头及更多动物——会对生态系统造成压力并且带来短期和长期均难以解决的问题。为了防止生态灾难，各个国家都已经制定了法律来限制每年每单位表面上可散布的牲畜废弃物的量。例如，在欧洲，最近已经引入了基于废弃物氮含量的散布限制，实际上限制了养猪场的规模。
传统上，已经利用微生物作用来处理包含过度生物需氧量(BOD)的有机物质。该工艺首先将有机物质与剩余部分或者液体部分分离，形成呈大量以活性污泥形式的固体。处理通常涉及通过污泥的发酵来分解有机材料，所述污泥的发酵涉及需氧细菌作用或者厌氧细菌作用或者它们的某些组合。这些工艺用于使该材料的化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)减少至环境安全水平。还需要从水部分中除去不良无机材料，该无机材料通常包含包括磷酸盐和硝酸盐的大量不良的含磷和含氮化合物。
常规废水处理系统可以包括预处理、初级处理、二级处理以及高级处理。预处理包括：筛选、碾碎(通过将固体切碎至能够穿过筛网开口的尺寸进行机械清洗筛网)、除砂、以及除去油脂和浮渣。初级处理包括：通过澄清和撇去浮渣从废水中除去悬浮固体。这通常涉及水槽或者通道以及如下步骤：减小流速、沉淀较重固体以及撇去相对较轻的固体。初级处理可以包括厌氧消化工艺、需氧消化工艺、或其组合。初级处理系统通常包括：污泥收集机构、污泥抽吸装置、除砂装置以及用于减小待处置污泥的体积的污泥脱水装置。二级处理系统通常是包括曝气阶段和澄清阶段的需氧系统。该系统通常包括曝气槽、空气分配系统、澄清池、污泥收集机构以及污泥去除装置。高级处理包括通过如下方式进一步除去悬浮和溶解的有机固体，该方式包括通过氧化、氯化或者加热、矿物沉淀、吸附、或者其它方法来过滤和除去病原体。在高级处理的附加步骤中，通常通过氯化、氧化或者加热来过滤和精炼来自澄清器的净化溶液。
在初级或者二级处理的活性污泥工艺中，将微生物容纳在活性污泥中并且使其与进入的废水混合，这为微生物提供了食物，从而产生更多活性污泥。该混合在需氧槽或者通道中完成。在需氧活性污泥工艺中，氧气在本质上与活性污泥和废水混合。微生物将固体用作其生长和繁殖的营养物，将悬浮有机固体转化为生物质、二氧化碳以及水。因此，需氧活性污泥工艺通常包括：使废水、活性污泥以及氧气在需氧槽中混合；通过细菌消耗悬浮有机固体；使活性污泥在澄清器中沉淀；使活性污泥返回需氧槽以进行进一步处理；从澄清器中除去净化溶液；以及除去和处理最终的惰性污泥。
用于处理这种牲畜废弃物(尤其是用于大型农场)的现有工艺和设备通常是安装成本高的大规模操作，因此需要提供一种用于处理废水的简单、低成本的系统和方法。
发明内容
本发明提供了一种用于处理日常量的牲畜废水的设备，该设备包括：a)收集池，所述收集池用于不断地收集和搅拌原牲畜液体废弃物；b)预处理通道，所述预处理通道具有进口端和出口端，其能够容纳至少所述日常量的废水，进口端与所述收集池连接并且接收所述原废弃物，所述原废弃物流过通道并且形成预处理废水，同时允许分散固体部分沉淀并且使通道的下部分相对于上部分充满固体；c)厌氧反应器，所述厌氧反应器与所述通道的所述出口端连接并且分批接受来自通道中间部分或者上部分的预处理废水，允许每批预处理废水在水槽中反应并且部分沉淀，从而相对于上部分在反应器的下部分形成充满固体的厌氧处理废水，其中，来自所述下部分的厌氧处理废水的一部分在进口端处进入所述通道，该部分厌氧处理废水在此处与原废弃物结合；d)需氧搅拌反应器，所述需氧搅拌反应器与通道的出口端连接并且分批接受来自所述通道的中间部分或者上部分的所述预处理废水，并且进一步与所述厌氧反应器连接并且分批接受来自所述厌氧反应器的上部分的所述厌氧处理水，允许每批厌氧处理水在水槽中反应并且部分沉淀，从而相对于反应器的上部分在反应器的下部分形成充满固体的需氧处理废水，其中，来自所述下部分的需氧处理废水的一部分输送至所述厌氧反应器，并且将来自上部分的所述需氧处理水作为安全水产品除去；以及e)堆肥池，纤维素基固体废弃物进入所述堆肥池，所述堆肥池与所述预处理通道的所述出口端连接并且接受来自所述通道的下部分的预处理废水，堆肥池设有混合构件，从而提供优质堆肥；其中，所述日常量的牲畜废水被转化为优质堆肥和安全水，以排放到市政系统中或者用于农业。在本发明的一个实施例中，所述设备包括：a)所述池，其容积可容纳至少两个所述日常量的废水；b)所述预处理通道，其长度至少是其宽度的10倍，其容积可容纳至少两个所述日常量的废水；c)所述厌氧反应器，其容积可容纳至少一个所述日常量的废水，优选至少两个所述日常量的废水，并且设有收集构件来收集和处理生物气以提供使设备运转的能量；d)所述需氧反应器，其容积可容纳至少一个所述日常量的废水，优选至少两个日常量的废水，并且设有空气分散构件；以及e)所述堆肥池，其容积可容纳至少两个，优选至少五个所述日常量的废水，并且设有混合构件和运输构件，所述混合构件定期地混合所述纤维素废弃物和所述废水，所述运输构件将纤维素废弃物运输到堆肥盆中并且运走备好的堆肥；其中，所述日常量的牲畜废水被转化为优质堆肥和安全水以用于农业或者进行处置。本发明的系统非常有效，而且在经济上要求不高；除此之外，沉积通道大大提高了该工艺的效率，该沉积通道可能是地下的简单长方体形挖掘洞穴并且制成防水的，但严格来讲在技术上该沉积通道是最简单的可能元件，无常见反应器的任何昂贵技术构件。
根据本发明的设备可以灵活调节以满足任何需要，通常配置为每天处理50至400m3，但有可能每天高达2000m3或者更多。所述厌氧反应器有利地是厌氧序批式反应器(ASBR)，而所述需氧反应器有利地是序批式反应器(SBR)。根据本发明的设备进一步包括转移构件，所述转移构件用于经由通道和厌氧反应器将来自收集器的处理液体转移到所述有氧反应器以及所述堆肥池中，该构件包括泵且可能包括重力驱动构件。在优选实施例中，本发明的设备包括：自动化构件(包括至少一个微处理器)以及分析测量构件、液位传感器、用于自动采样和测量处理水中的成分的浓度(包括固体的量)的分析构件以及用于沿着所述厌氧反应器和需氧反应器的高度分析液体参数(包括固体的浓度)的构件。所述微处理器有利地管理系统中材料的转移，并且管理工艺步骤。处理的废弃物可以源自任何动物养殖场。有利地，本发明的系统用于养牛场或者猪舍。在优选实施例中，本发明的设备和方法用于养猪场。
本发明提供了一种用于处理牲畜废水的工艺，包括：i)在搅拌收集槽中收集原液体废弃物；ii)将来自所述收集槽的原液体废弃物转移至无搅拌的通流通道反应器，所述原液体废弃物在通道中提供预处理液体废弃物；iii)经由第一出口以转移速率v3将来自所述通道的预处理液体废弃物转移至ASBR和SBR，并且经由第二出口以转移速率v4将其转移至堆肥池，其中，所述预处理液体废弃物在堆肥池中与定期添加至堆肥池的纤维素废弃物混合，其中，所述v4最多是所述v3的20％，例如，是所述v3的约10％，且其中，所述第二出口比所述第一出口更接近堆肥池的底部，从而获得堆肥；iv)以转移速率v11将来自所述第一出口的所述预处理水的一部分转移至所述SBR，并且以转移速率(v3-v11)将一部分预处理水转移至所述ASBR，其中v11为零或者高达v3/3，通常为零或者高达v3/5，并且使所述预处理废水在所述ASBR中反应，允许所述废水沉淀，从而获得厌氧处理废水，固体在ASBR的下部分中(污泥)比在ASBR的上部分中更集中；v)可选地经由气体收集器收集生物气；vi)经由第三出口以转移速率v5将来自ASBR的所述上部分的厌氧处理废水转移至所述SBR，并且经由第四出口以转移速率v6将来自ASBR的所述下部分的厌氧处理废水转移至所述通道，其中，所述v6最多是v5的15％，且其中，所述第四出口比所述第三出口更接近所述ASBR的底部，从而向所述通道供应活性污泥；以及vii)使厌氧处理废水在SBR中反应，允许所述废水沉淀，从而获得需氧处理废水，固体在SBR的下部分(污泥)比SBR的上部分更集中，并且经由第五出口以转移速率v7转移来自SBR的所述上部分的所述需氧处理废水以获得安全处理水，并且经由第六出口以转移速率v8将来自SBR的所述下部分的所述需氧处理废水转移回到所述ASBR，其中，v8最多是所述v7的5％，且其中，所述第六出口比所述第五出口更接近SBR的所述底部；从而获得安全水以排放到市政系统或者用于农业，并且进一步获得优质堆肥以及可选地获得生物气。在本发明的工艺中，转移材料的步骤通常包括：相继地处理的份量，通常是每天2至6个批次。所述步骤iv)包括：通过液体的流入和流出使反应器的内含物均匀化。在步骤iii)和iv)中将来自所述第一出口的预处理液体废弃物转移至ASBR和SBR包括：使所述水流分支，优选地经由调控阀门，从而仅有1/3的水流转移至SBR并且仅仅在特定时期；通常，当SBR中的pH已经下降至低于6.5时，允许所述水流到SBR中，而当pH达到预定值(例如，至少6.9，比如，至少7.4)时，停止流动，因此所述v11通常为零或者高达v3/3，如，高达v3/5。所述步骤vii)包括：通过密集空气涌入和分散以及通过密集机械搅拌使反应器的内含物均匀化。通常允许步骤iv)和vii)中的混合物沉淀约1小时至约12小时。本发明的工艺优选地用于包括猪或者牛等牲畜的废水。
在本发明的优选实施例中，提供了一种用于处理猪舍废水的工艺，该工艺包括使水流过系统，该系统包括：
-预处理通流无搅拌沉淀通道，该通道的长度是宽度的至少10倍，
-ASBR，以及
-SBR，
其中，来自所述SBR的污泥的一部分返回至所述ASBR，来自所述ASBR的污泥的一部分返回至通道，且来自所述通道的污泥的一部分与纤维素基废弃物混合以便形成堆肥；从而提供安全水和高质堆肥。
附图说明
通过以下实施例并参照附图，，本发明的上述以及其它特征和优点将更加明显，其中：
图1是根据本发明的系统的一个实施例的示意图，该系统将动物废水和纤维素基废弃物转化为安全处理水、高质堆肥以及生物气；
图2是根据本发明的系统的一个实施例的示意图；设备元件1至6以及出口12至18构成根据本发明的设备的基础，材料7和8进入本发明的工艺，并且在该工艺中产生材料9至11，并且转移速率v1至v11表示本发明的工艺中的材料的移动；
图3是根据本发明的系统的一个实施例的示意图，该系统从动物液体废弃物中提供清洁水，并且该系统进一步提供作为副产物的堆肥和生物气，同时利用纤维素废弃物；该系统包括收集池1和堆肥池5、初级处理元件2和3(通道反应器和ASBR)、二级处理元件4(SBR)、三级处理元件19(砂滤器)以及四级处理元件20-24(微孔过滤器、碳过滤器1、碳过滤器2、RO装置、碳过滤器3)。
具体实施方式
现已发现可以在两个串联序批式反应器中经济且有效地处理猪舍液体废弃物，其中第一个序批式反应器是厌氧序批式反应器(ASBR)，而第二个是需氧序批式反应器(SBR)，其中：a)首先在非搅拌通道反应器中对收集的原液体废弃物进行预处理，从而向所述ASBR提供预处理液体废弃物，b)将来自所述ASBR的一小部分污泥输送至通道，该部分污泥在此与原液体废弃物结合，c)将来自所述SBR的一小部分污泥输送至所述ASBR，以及d)将一小部分所述预处理液体废弃物输送至堆肥池，该部分预处理液体废弃物在此与纤维素废弃物混合，从而从所述SBR产生净化水并且从所述池产生堆肥。在本文中，术语“污泥”是指由于沉积，液体比其流过的反应器中的平均内含物包括更多悬浮材料。
根据本发明的设备至少包括如图1所示的元件。牲畜废水流过收集池(1)并且通过沉淀通流通道反应器(2)，并进一步平行地流向ASBR(3)和SBR(4)以产生处理水，并且流向堆肥池(5)以与包括纤维素的废弃物混合并且产生堆肥；相当少量的污泥平行地从SBR流向ASBR并且从ASBR流向通道。该通道使得废弃物进行初步的厌氧水解分解。所述ASBR反应器有利地设有气体收集器(6)以便产生生物气。因此，在根据本发明的设备中，并且根据本发明所述的方法，处理牲畜废弃物和纤维素废弃物以产生处理水、堆肥以及生物气。
在优选实施例中，根据本发明所述的设备和工艺包括如图1和图2中示意性描绘的系统的元件。用于处理液体猪舍废弃物(7)的优选工艺包括：i)以速率v1(所有速率均以m3/每天计)在搅拌收集槽(1)中收集原始液体废弃物，其中，v1通常在20与200m3/d之间；ii)以第二转移速率v2将来自所述收集槽的原液体废弃物转移至无搅拌通流通道反应器(2)，所述原液体废弃物在通道中提供预处理液体废弃物；iii)经由第一出口(12)以第三转移速率v3将来自通道的预处理液体废弃物转移至ASBR(3)，并且经由第二出口(13)以第四转移速率v4将其转移至堆肥池，其中，所述预处理液体废弃物在池中与以第九转移速率v9添加的纤维素废弃物(8)混合，其中，所述第四转移速率最多是所述第三转移速率的20％，并且优选最多是第三转移速率的15％，例如，是第三速率的约10％，且其中，所述第二出口比所述第一出口更接近所述池的底部，从而以第十速率v10获得堆肥(11)；iv)使预处理废水在ASBR中反应，允许所述废水沉淀，从而获得厌氧处理废水，固体在ASBR的下部分中(污泥)比ASBR的上部分更集中；v)可选地经由气体收集器(6)收集生物气(9)；vi)经由第三出口(14)以第五转移速率v5将来自ASBR的所述上部分的所述厌氧处理废水转移至所述SBR，并且经由第四出口(15)以第六转移速率v6将来自ASBR的所述下部分的所述厌氧处理废水转移至所述通道，其中，所述第六转移速率最多是所述第五转移速率的15％，例如，是所述第五速率的约10％，且其中，所述第四出口比所述第三出口更接近所述ASBR的底部，从而向所述通道供应活性污泥；vii)使厌氧处理废水在SBR中起反应，允许所述废水沉淀，从而获得需氧处理废水，固体在SBR的下部分中(污泥)比SBR的上部分更集中，并且经由第五出口(16)以第七转移速率(v7)转移来自SBR的所述上部分的所述需氧处理废水以获得处理水(10)，并且经由第六出口以第八转移速率(v8)将来自SBR的所述下部分的所述需氧处理废水转移回到所述ASBR，其中，所述第八转移速率最多是所述第七转移速率的5％，例如，是所述第七速率的约2％，且其中，所述第六出口比所述第五出口更接近所述SBR的底部。所述转移速率通常包括将液体从系统的一部分转移至另一部分的份量(批次)。具体地，步骤iv)至vi)通常包括每天2至6批。如在序批式反应器中通常的情况那样，在一个批次中添加ASBR和SBR的最大容积的一部分(诸如，1/10至1/2)，使反应器的内含物均匀化，允许进行反应。至少通过液体的流入和流出，可选地通过搅拌器，来实现ASBR内含物的均匀化。通过密集的空气涌入和分散以及通过密集的机械搅拌来实现SBR内含物的均匀化。在每个批次中，允许混合物在所述ASBR中沉淀3至12个小时，比如，4至6小时；每个周期通常花费一天的约四分之一至二分之一时间。在SBR中，通常允许混合物沉淀0.5至3小时，比如，1-2小时。由于第二出口、第四出口以及第六出口比系统中的平均液体部分更接近底部，所以所涉及的阶段中出现分级。原液体废弃物通常包括1-3种固体；废弃物通常包含1.2％至1.8％的无水材料，比如，1.5％，通常包括约0.6％至0.9％的悬浮颗粒。在第二出口、第四出口以及第六出口中的液体可以包含高达10％的无水材料，通常在4％至8％之间，例如，6％。第一出口、第三出口以及第五出口排放掉倾析液体，并且在本发明的一些实施例中，它们的无水材料的含量可以分别，例如，小于约0.8％、小于约0.2％以及小于约0.08％。
在一个方面中，本发明提供一种用于清洁任何规模的牲畜废水的半连续式有效工艺，在此期间，不断收集收集污水，并以重复批次的方式加工成净化水、堆肥以及生物气。当涉及图2时，废弃物材料(7)和(8)提供产物(9)、(10)、和(11)。关于材料流动和转移速率，v1至v8包括含水液体，通常是水悬浮液，而v9和v10则包括湿固体；实际上，v9和v10还可以很方便地以m3/d来表示。实际上，在本发明的半连续式工艺中，由于生物气的重量相当小，并且纤维素基废弃物和堆肥的密度接近1，因此v1+v9＝v7+v10。在本发明的一个实施例中，v9为约v4/2至约2*v4，例如，约v4。可以将来自通道的预处理水按照约10:1的比率以转移速率v3和v4分配至ASBR和堆肥池；可以将来自ASBR的活性污泥按照约10:1的比率以转移速率v5和v6分配至SBR和通道；可以将来自SBR的活性污泥以为约0.02*v7的v8的转移速率转移至ASBR。在任何情况下，大约将保持如下关系：对于通道，v2+v6＝v3+v4；对于堆肥池，v4+v9＝v10；对于ASBR，v3+v8-v11＝v5+v6；以及对于SBR，v5+v11＝v7+v8。
在本发明的重要方面，动物液体废弃物流过本发明的净化系统并且提供安全水，例如，如图3或者图1所示，其中，废液7提供安全水10。根据本发明的系统的最佳结果通过多个调谐的分级步骤和多个调谐的回流来实现，如图2所示。该分级出现在通道反应器中，在该通道反应器的出口处一小部分流被除去(v4＜v3)，并且所示调谐的回流出现在ASBR和SBR中，一小部分从ASBR返回至通道反应器(v6＜v5)，且一小部分从SBR返回至ASBR(v8＜v7)；v4/v3、v6/v5以及v8/v7的比率是重要的调控参数。
在本发明的一个优选实施例中，用于处理牲畜废水的系统(包括根据本发明的设备和工艺)包括：根据外部要求和根据最终水产品的预期用途的水净化附加阶段；优选地，所述附加阶段遵循需氧处理，例如，SBR中的处理。优选地，所述附加阶段包括过滤步骤，例如，砂滤和反渗透过滤(RO)。在优选实施例中，在SBR中处理过的水流向砂滤器，然后流向RO系统。因此，在一个实施例中，整个工艺(包括初级厌氧阶段(优选地采用预处理通道和ASBR)和二级需氧阶段(优选地采用SBR))包括三级阶段(砂滤器)和四级阶段(RO)。所述四级阶段通常在采用反渗透工艺之前采用微孔过滤器(μF)，随后是两个碳过滤器(CF1、CF2)，并且通常最终采用另一碳过滤器(CF3)。通常，所述砂滤除去大于50μm的大部分颗粒，所述微孔过滤器则除去大于5μm的大部分颗粒。在需氧处理之后，RO步骤有利地降低废水(例如，来自养猪场的水)的盐度；根据需要，可以重复RO处理，并且在第三个RO周期之后，可以获得高达相对于需氧处理水的体积的90％的最终处理水。在RO再循环的情况下，系统中包括一个或多个储存槽以便在再处理之前储存浓缩液。
图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的系统，其中，将动物液体废弃物转化为高质安全水，进一步提供作为副产物的堆肥和生物气，同时使用纤维素废弃物；该系统包括收集池1和堆肥池5、初级处理元件2(通道反应器)和3(ASBR)、二级处理元件4(SBR)、三级处理元件19(砂滤器)以及四级处理元件(包括微孔过滤器20、第一碳过滤器21、第二碳过滤器22、RO单元23以及第三碳过滤器24)。厌氧反应器3产生生物气，并且来自预处理通道的沉积部分与纤维素废弃物一起与来自RO单元的含盐排放物形成堆肥。
在另一方面中，本发明涉及一种用于处理牲畜废弃物的设备和方法。构成设备和方法的基础的本发明的系统包括：
-收集池，将来自动物房屋的所有废弃物(分泌物、清洗液)收集至所述收集池。在发生一些初步氧化的同时搅拌所收集的污水。例如，在猪舍的情况下，所收集的污水可以包含约1.5％的固体。
-堆肥池，以及至少一个沉积通道，污水通过所述沉积通道转移至堆肥池、至厌氧槽以及间断地转移至需氧槽；当污水流过通道时，固体沉淀物以及具有相对更多沉积材料的更接近底部的浆料达到堆肥盆，并且与木头碎片一起进行搅拌并允许其形成高质堆肥。由于接近ASBR底部的一小部分ASBR内含物与原污水一起被带到通道，因此通道包含活性污泥，所述活性污泥包含来自厌氧反应器的微生物，支持通道中所需的生物工艺，并且使通道中已经存在的厌氧分解工艺开始进行。通道中的水力停留时间通常为2-4天。堆肥池中的停留时间通常在10天至30天。
-至少一个厌氧槽，以及一个需氧槽，优选地是厌氧序批式反应器(ASBR)和需氧序批式反应器(SBR)，其中，在厌氧槽中，除去磷酸盐并减少了氮和COD，而在需氧槽中，除去剩余的氮。厌氧反应器接收来自需氧反应器的少量污泥；在本文中术语“污泥”意味着由于沉淀，液体比其流过的反应器中的平均内含物包括更多悬浮材料。来自所述通道的部分倾析浆料流向ASBR和SBR，其中，该流动分支，从而该流的仅1/3被转移至SBR，并且仅仅在某些时期；通常，当SBR中的pH已经下降至低于6.5时，允许水流到SBR中，而当该pH达到预定值(例如，至少6.9，如，至少7.4，例如，7.5)时，流动停止，从而所述流向SBR的流为零或者是流向ASBR的流的1/3，比如，是流向ASBR的流的1/5或者更少；例如，零流动时期可以为约20天，随后是约十天的非零流动。反应器中的污泥停留时间通常为12-24小时，而ASBR中的固体停留时间可以为20-35天，而SBR中的固体停留时间为10-20天。
-可选地，收集圆顶在ASBR上，该收集圆顶用于收集释放的生物气。生物气(主要是甲烷)可以用于加热反应器，加热动物房，以及产生使农场运转所需要的电力。
在本发明的一个实施例中，所述设备的处理能力为每天25-400m3原废水，例如，每天50m3至200m3的猪舍废液。
在本文中术语“牲畜”指在农业环境中养殖的饲养动物，其用于产生诸如食物、纤维和劳动力的商品。这种饲养动物的示例包括羊驼、白臀野牛、北美野牛、骆驼、家牛、鹿、驴、大额牛、山羊、马、美洲驼、猪、驯鹿、绵羊、水牛以及牦牛。更具体地，该术语涉及猪和牛。
在本文中术语“停留时间”(RT)(也称为滞留时间或者τ(tau))是指材料(例如，水悬浮液)在容纳单元(例如，反应器)中停留的平均时长。RT是容纳单元的容积除以流入流速(转移速率)。流速或者转移速率在此以每天的m3(m3/d)表示，RT以天数表示。术语“污泥停留时间”或者“固体停留时间(SRT)”涉及微生物在容纳单元(例如，反应器)中保留的平均时间。污泥停留时间是系统中的生物固体量除以系统的生物固体流失速率。
本发明提供了一种技术简单的系统，该系统无昂贵设备，灵活且规模可变，尤其用于中和来自猪舍和养牛场的水，该系统包括初步沉积、厌氧处理、需氧处理以及通过制作堆肥来处理污泥。在一个实施例中，根据本发明的设备可以包括：
混合池；
堆肥池，所述堆肥池包括至少一个预处理通道和堆肥槽；
至少一个厌氧反应器；以及
至少一个需氧反应器。
在另一实施例中，根据本发明的工艺包括：
将废弃物收集到混合池中；
将废弃物转移至通道，其中，水力停留时间为2-4天；
将来自堆肥池的液体转移至厌氧反应器，其中，水力停留时间为12-24小时，并且污泥停留时间为35-37天；以及
将来自厌氧反应器的液体转移至需氧反应器；
其中，将需氧反应器的一部分污泥转移至厌氧反应器并且将厌氧反应器的一部分污泥转移至通道的端部，且其中，偶尔将从通道流至厌氧反应器的一部分污泥流分流至需氧反应器以增加pH。
本发明的系统对于养猪场尤其有利，并且该系统可以根据需要调节规模。本发明的本质在于：A)将牲畜废水转化为充满活性污泥的浆料，以及B)在至少两个沉淀阶段中使浆料分级，在此期间，将浓度较高的部分转移至堆肥池，与纤维素基废弃物起反应，并且将浓度较低的部分转移至进行进一步的水处理。所述步骤A)是通过将来自ASBR反应器的沉淀污泥的一部分转移至通流通道反应器来实现，所述步骤B)是通过使通流通道和ASBR反应器中的污泥沉淀并且从沉淀混合物的上部分取液进行进一步处理来实现。在未依附任何特定理论的情况下，发明人基于其实验发现相信，获得的这些优秀结果是由于在根据本发明的系统中发生的物理和生物效应的特定组合，使得能够有效地处理大量动物废弃物，同时提供期望纯度的水和优质堆肥。
可以根据原动物废弃物的质量并且也根据所需要的最终水质量来对该系统进行调节。例如，在一个实施例中，可以将最终水排放到市政废弃物系统；在其它实施例中，可以将最终水用于农业。例如，通过调整在反应器中的停留时间可以调节最终水的质量；然而，根据相关要求和规定，可以添加附加净化步骤，以调整最终的安全水的质量。根据需要可以调节所获得的堆肥的质量，例如，通过改变污泥/纤维素废弃物比率，或者通过使用各种类型的纤维素废弃物。
在第一方面，本发明涉及一种用于处理动物液体废弃物并且提供安全水和堆肥的系统，该系统包括设备和方法，其中，所述处理至少包括采用厌氧反应器和需氧反应器的初级处理阶段和二级处理阶段，在该系统中，所述动物液体废弃物和纤维素基废弃物转化为安全水和堆肥以及可选地生物气。该系统在养猪场中尤其有用。在第二方面，本发明涉及一种用于处理包括液体成分和固体成分的动物废弃物的系统，该系统包括设备和方法，其中，所述液体成分至少由采用厌氧反应器和需氧反应器的初级处理阶段和二级处理阶段处理，在该系统中，所述动物液体废弃物和纤维素基废弃物转化为安全水和堆肥以及可选地生物气，其中，所述固体成分被添加至所述纤维素基废弃物或者本质上形成纤维素基废弃物。该系统在乳牛业中尤其有用。
通过以下实施例对本发明进行进一步描述和图示。
实施例
本文中使用了如下首字母缩略词：
ASBR 厌氧序批式反应器
SBR 序批式反应器
COD 化学需氧量
BOD 生化需氧量
TSS 悬浮固体总量
TKN 总克氏氮
N-NH4 氨氮
FOG 脂肪、油和油脂
TP 总磷
μF 微孔过滤器
CF 碳过滤器
RO 反渗透
实施例1
在一个北以色列养猪场中建立了原型设备，以处理从大约4000头猪收集到的废弃物。该设备是用于处理日吞吐量为50立方米液体废弃物的连续生物处理设备。所处理的废弃物包含猪尿、粪便以及来自猪舍的清洗水。该中型设备包括200m3的预处理通道和两个分别为100m3的反应器(用作厌氧反应器和需氧反应器)。每天将从收集池收集到的约50m3的原废水泵送至预处理通道。进一步从厌氧反应器(在沉淀之后从下部分)向该通道输送活性污泥。通道中的液体的下部分(具有沉淀固体)被输送到堆肥池，其在堆肥池与木头碎片一起混合，每天有5m3的浆料和约5吨的碎片。每天从通道的端部收集两批25m3，分别进入厌氧反应器。从容器的底部输送液体，产生搅拌。在厌氧反应期间，COD、BOD、TSS以及PT均降低。据估计，燃烧在厌氧反应中释放的生物气全天可以提供至少100KW。然后一天两次地将来自厌氧反应器的倾析废弃物输送至需氧反应器，以进行最终的脱氮步骤。在沉淀之后，来自需氧反应器的污泥以2m3的量返回至厌氧反应器。污泥停留时间估计为37天，而水力停留时间为约12-24小时。
针对处理水获得了如下值(前面是来自多个实验处理周期的平均值，后面是处理水的目标值)：
在工艺结束时，废弃物在排放至市政污水处理系统的容许参数内。
实施例2
在具有300头乳牛的中以色列牛棚中建立小型试验系统，用于处理从20头奶牛收集到的废弃物。与实施例1相同，对液体废弃物进行处理，但预处理通道的体积小了约20倍，并且采用两个反应器(分别为约6m3的通道反应器和约5m3)用作厌氧反应器和需氧反应器。每天将从收集池收集到的约3m3的原废水泵送至预处理通道，并且在砂滤器上以及进一步根据序列在μF/CF1/CF2上、随后在RO装置上以及最终在CF3上过滤来自需氧反应器的水。
尽管已经利用一些具体实施例对本发明进行了描述，但可进行许多修改和变型。因此应理解，在所附权利要求书的范围内，可以以不同于具体描述的其它方式实现本发明。

Claims (23)

1.一种用于处理日常量的牲畜废水的设备，所述设备包括：
a)收集池，所述收集池用于不断地收集和搅拌原牲畜液体废弃物；
b)预处理通道，所述预处理通道具有进口端和出口端，能够容纳至少所述日常量的废水，所述进口端与所述收集池连接并且接收所述原废弃物，所述原废弃物流过所述通道并且形成预处理废水，同时允许分散固体的部分沉淀并且使所述通道的下部分相对于上部分充满所述固体；
c)厌氧反应器，所述厌氧反应器与所述通道的所述出口端连接并且通过连接管道分批接受来自所述通道的所述上部分的所述预处理废水，允许每批预处理废水在所述水槽中起反应并且部分沉淀，从而在所述反应器的所述下部分中相对于所述上部分形成充满固体的厌氧处理废水，其中，来自所述下部分的所述厌氧处理废水的一部分在所述进口端输送至所述通道，其在此处与所述原废弃物结合，所述连接管道进行分支以使得所述预处理废水的一部分流向需氧反应器；
d)需氧搅拌反应器，所述需氧搅拌反应器与所述厌氧反应器连接并且分批接受来自所述厌氧反应器的所述上部分的所述厌氧处理水，允许每批厌氧处理水在所述水槽中起反应并且部分地沉淀，从而在所述反应器的所述下部分中相对于所述上部分形成充满固体的需氧处理废水，其中，来自所述下部分的所述需氧处理废水的一部分返回到所述厌氧反应器，并且将来自所述上部分的所述需氧处理水作为安全水产品除去，所述需氧反应器连接至所述连接管道，所述管道设有阀门，所述阀门使得能够在所述厌氧反应器和所述需氧反应器之间划分来自所述通道的所述上部分的所述预处理废水流；以及
e)堆肥池，将纤维素基固体废弃物进输送所述堆肥池中，所述堆肥池在所述出口端处与所述预处理通道连接并且接受来自所述通道的下部分的所述预处理废水，所述堆肥池设有混合构件，从而提供优质堆肥；
其中，所述日常量的牲畜废水被转化为优质堆肥和安全水以排放到市政系统中或者用于农业。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
a)所述收集池的容积为可容纳至少两个所述日常量的废水；
b)所述预处理通道的长度至少是其宽度的10倍，其容积可容纳至少两个所述日常量的废水；
c)所述厌氧反应器的容积为可容纳至少一个所述日常量的废水，并且设置有收集构件来收集和处理生物气以提供使所述设备运转的能量；
d)所述需氧反应器的容积为可容纳至少一个所述日常量的废水，并且设置有空气分散构件；以及
e)所述堆肥池的容积为可容纳至少十个所述日常量，并且设置有混合构件和运输构件，所述混合构件定期混合所述纤维素废弃物和所述废水，所述运输构件将所述纤维素废弃物运输送到所述堆肥池中并且将备好的堆肥运走；
其中，所述日常量的牲畜废水被转化为优质堆肥、生物气以及安全水，以用于农业。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备的处理量为每天50m3至400m3。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述厌氧反应器是厌氧序批式反应器(ASBR)，以及所述需氧反应器是序批式反应器(SBR)。
5.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括转移构件，所述转移构件用于经由所述通道和所述厌氧反应器将来自所述收集器的已处理液体转移到所述需氧反应器和到所述堆肥池。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述构件包括泵和重力驱动构件。
7.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括分析构件，所述分析构件用于自动采样和测量所述已处理水中的成分的浓度，包括固体的量。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述构件沿着所述厌氧反应器和所述需氧反应器的高度测量固体浓度。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，将所述测量的结果反馈至微处理器，所述微处理器管理在所述系统中转移所述材料。
10.根据权利要求1所述的设备，所述设备用于处理来自养猪场或者养牛场的废水。
11.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括砂滤器，所述砂滤器用于处理由所述需氧搅拌反应器提供的水。
12.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括反渗透系统，所述反渗透系统用于处理所述需氧搅拌反应器提供的水。
13.根据权利要求1所述的设备，所述设备进一步包括砂滤器和反渗透系统，所述砂滤器和所述反渗透系统用于处理所述需氧搅拌反应器提供的水。
14.一种用于处理牲畜废水的工艺，所述工艺包括：
i)在搅拌收集槽中收集原始液体废弃物；
ii)将来自所述收集槽的所述原液体废弃物转移至无搅拌的通流通道反应器，所述原液体废弃物在所述通道中提供预处理液体废弃物；
iii)经由第一出口以转移速率v3将来自所述通道的所述预处理液体废弃物转移至ASBR和SBR，并且经由第二出口以转移速率v4将其转移至堆肥池，其中，在所述堆肥池中，所述预处理液体废弃物与定期添加至所述堆肥池的纤维素废弃物混合，其中，所述v4最多是所述v3的20％，其中，所述第二出口比所述第一出口更接近所述堆肥池的底部，从而获得优质堆肥，以及
iv)经由调控阀门划分来自所述第一出口的所述转移的预处理液体废弃物的一部分，从而按照预定周期以转移速率v11将所述流的一部分转移至所述SBR，以将所述SBR中的pH调节为碱性值；
v)使所述预处理废水在所述ASBR中反应，允许所述废水沉淀，从而获得厌氧处理废水，所述固体在ASBR的所述下部分(污泥)比ASBR的所述上部分更集中；
vi)可选地经由气体收集器收集生物气；
vii)经由第三出口以转移速率v5将来自ASBR的所述上部分的所述厌氧处理废水转移至所述SBR，并且经由第四出口以转移速率v6将来自ASBR的所述下部分的所述厌氧处理废水转移至所述通道，其中，所述v6最多是所述v5的15％，且其中，所述第四出口比所述第三出口更接近所述ASBR的底部，从而向所述通道供应活性污泥；以及
viii)使所述厌氧处理废水在所述SBR中反应，允许所述废水沉淀，从而获得需氧处理废水，所述固体在SBR的所述下部分(污泥)比在SBR的所述上部分更集中，并且经由第五出口以转移速率v7转移来自SBR的所述上部分的所述需氧处理废水以获得安全处理水，并且经由第六出口以转移速率v8将来自SBR的所述下部分的所述需氧处理废水转移回所述ASBR，其中，v8最多是所述v7的5％，且其中，所述第六出口比所述第五出口更接近所述SBR的底部；
从而获得安全水以排放到市政系统中或者用于农业，并且进一步获得优质堆肥以及可选地生物气。
15.根据权利要求14所述的工艺，其中，所述步骤iv)包括：当所述SBR中的所述pH减小至6.9或者更小时，打开所述阀门并且允许所述已预处理液体废弃物从所述第一出口流向所述SBR，并且当所述SBR中的所述pH达到7.3或者更大时，关闭所述阀门并且阻止所述流动。
16.根据权利要求14所述的工艺，其中，所述步骤vi)包括：利用所述生物气获得用于运行所述工艺的能量。
17.根据权利要求14所述的工艺，其中，所述转移步骤包括：通常是每天2至6个批次的份量。
18.根据权利要求14所述的工艺，其中，所述步骤v)包括：通过所述液体的流入和流出以实现所述反应器内含物的均匀化。
19.根据权利要求14所述的工艺，其中，所述步骤viii)包括：通过密集空气涌入和分散以及通过密集机械搅拌以实现所述反应器内含物的均匀化。
20.根据权利要求14所述的工艺，其中，允许步骤v)和viii)中的所述混合物沉淀2至10小时。
21.根据权利要求14所述的工艺，其中，所述牲畜废水包括猪或者牛。
22.根据权利要求14所述的工艺，所述工艺用于处理猪舍废水，包括使所述水穿过系统，所述系统包括：
-预处理通流无搅拌沉淀通道，其长度是宽度的至少10倍，
-ASBR，所述ASBR接收来自所述通道的预处理水，以及
-SBR，所述SBR接收来自所述ASBR的水，
其中，来自所述SBR的一部分污泥返回至所述ASBR，来自所述ASBR的一部分污泥返回至所述通道，并且来自所述通道的一部分污泥与纤维素基废弃物混合以形成堆肥；从而提供安全水和高质堆肥。
23.根据权利要求14所述的工艺，所述工艺包括：在砂滤器中和在反渗透系统中过滤所述需氧处理水。
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