CN109293167A - 一种沼液养分高效利用及环境控制装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沼液养分高效利用及环境控制装置及使用方法，该装置包括外层过滤筒和位于外层过滤筒内部的内层过滤筒，外层过滤筒和内层过滤筒的侧壁均采用过滤网结构，在两层过滤网结构之间填充具有养分吸收性能的滤料，在外层过滤筒的顶部可拆装地设置尼龙网，在尼龙网上设置多个用于放置水生植物的植物移栽穴。本发明装置利用外层过滤筒和滤料对沼液进行两次过滤处理，同时滤料吸附沼液的养分，后续作为缓释材料持续释放养分，从而无需对沼液进行额外的稀释或过滤处理，滤料吸附性能能够有效降低沼液氨挥发从而起到环境控制及沼液肥效提升效果；同时可在沼液施用过程中能够有效减少稀释灌溉用水，降低土地承载量，实现沼液处理的低成本运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种沼液养分高效利用及环境控制装置及使用方法，属于环境保护领域。
背景技术
目前我国年产生的沼液已达到4亿方，沼液中含有包括氮、磷、钾等大量元素和钙、铜、铁、锌、锰等中、微量元素在内丰富的营养物质，具有较高的利用价值。但是，沼液在产生之后到利用过程中主要存在以下几方面问题：
1)大中型沼气站均配备相应容量的储液池、沉淀池、氧化塘等设施，面积较大，缺少合理利用途径，而且沼液储存过程中会挥发出大量的氨气，不仅造成环境污染，引发人畜呼吸系统疾病，还会造成沼肥肥效损失，目前常使用的覆盖措施等减排效果相对较差、物料回收困难、固液分离难等问题。2)沼液由于总氮、总磷、电导率相对较高，在施用过程中往往需要进行稀释，特别是蔬菜等一般需要稀释3～5倍，需要大量灌溉用水，而且由于沼气站附近缺乏相应的消纳土地，造成稀释后的沼液无法得到全部消纳处理。随着环保治理力度加大，沼气站只能通过达标排放等成本相对较高的处理措施，造成沼气站运行难度增大。
因此，寻求成本较低、储存过程氨气排放大幅减低、材料回收简单、沼液总氮、总磷、电导率能够有效降低、沼液储存处理设施能够得到合理利用、养分能够循环利用的综合技术，对于解决沼气站沼液储存、处理问题具有重要意义。近些年植物吸收方法由于具有养分回收利用、操作简单、处理后水质较好等优势得到了快速发展，但是由于植物生长养分、电导率浓度远低于沼液，所以往往需要稀释或者经过过滤沉淀后处理，增加了处理成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种沼液养分高效利用及环境控制装置及使用方法，保证该装置对沼液总氮、总磷、电导率有较好的降解效果，对沼液氨挥发具有较好的减排效果，同时植物具有一定的回收利用价值。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种沼液养分高效利用及环境控制装置，包括外层过滤筒和位于所述外层过滤筒内部的内层过滤筒，所述外层过滤筒和内层过滤筒的侧壁均采用过滤网结构，在两层所述过滤网结构之间填充具有养分吸收性能的滤料，在所述外层过滤筒的顶部可拆装地设置尼龙网，在尼龙网上设置多个用于放置水生植物的植物移栽穴。
所述的沼液养分高效利用及环境控制装置，优选的，所述外层过滤筒还包括环形底板，所述环形底板的外边缘与所述外层过滤筒的过滤网结构固定连接；所述内层过滤筒还包括圆形底板，所述圆形底板的边缘与所述内层过滤筒的过滤网结构固定连接。
所述的沼液养分高效利用及环境控制装置，优选的，对于总氮1500mg/L，总磷80mg/L，电导率12500uS/cm以内的沼液可利用该装置直接处理。
所述的沼液养分高效利用及环境控制装置，优选的，所述滤料为生物炭和蛭石按照1:4比例混合而成。
所述的沼液养分高效利用及环境控制装置，优选的，所述外层过滤筒的过滤网结构采用120目滤网，所述内层过滤筒的过滤网结构采用20目滤网。
所述的沼液养分高效利用及环境控制装置，优选的，所述生物炭和蛭石混合之前，在0.1mol/L的盐酸溶液浸泡2h。
所述的沼液养分高效利用及环境控制装置，优选的，在所述环形底板的内边缘与所述圆形底板的外边缘之间设置有密封圈。
所述的沼液养分高效利用及环境控制装置，优选的，在内层过滤筒的过滤网结构的内侧间隔设置多个反冲洗高压微泡曝气条，所述水生植物选用水葫芦。
一种前述沼液养分高效利用及环境控制装置的使用方法，将水生植物的幼苗移栽至沼液养分高效利用及环境控制装置的植物移栽穴内，然后将多个栽种好水生植物的沼液养分高效利用及环境控制装置浸泡在沼液池中，沼液养分高效利用及环境控制装置的外层过滤筒过滤掉沼液中的大颗粒杂质，滤料对沼液进行二次过滤的同时吸附沼液中的养分，吸附养分的滤料起到缓释材料的作用不断为水生植物提供作物养分。
所述的沼液养分高效利用及环境控制装置的使用方法，优选的，在沼液池中底部设置多个曝气装置，在对水生植物进行培养过程中采用24h曝气的模式。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明装置利用外层过滤筒和滤料对沼液进行两次过滤处理，同时滤料吸附沼液的养分，后续作为缓释材料持续释放养分，从而无需对沼液进行额外的稀释或过滤处理，滤料吸附性能能够有效降低沼液氨挥发从而起到环境控制及沼液肥效提升效果。因此，本发明装置可以直接用于沼液养分的回收，实现沼液处理的低成本运行。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明外层过滤筒的构示意图；
图3是本发明内层过滤筒的结构示意图；
图4是本发明尼龙网和水生植物的结构示意图；
图5是不同浓度沼液经过本发明装置过滤处理后的各理化指标变化情况，其中，图(a)是总氮过滤效果，图(b)是总磷过滤效果，图(c)电导率过滤效果；
图6是利用本发明装置对沼液进行吸收后沼液储池中的各指标变化情况，其中，图(a)总氮的变化情况，图(b)是总磷的变化情况，图(c)是电导率的变化情况；
图7是利用本发明装置对沼液氨挥发减排效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1-4所示，本发明提出了一种沼液养分高效利用及环境控制装置，该装置包括外层过滤筒1和位于外层过滤筒1内部的内层过滤筒2，外层过滤筒1的侧壁采用过滤网结构11，内层过滤筒2的侧壁亦采用过滤网结构21。在两层过滤网结构11、21之间填充具有养分吸收性能的滤料3，在外层过滤筒1的顶部可拆装地设置尼龙网4，在尼龙网4上设置多个用于放置水生植物6的植物移栽穴41。本发明所述的沼液养分高效利用及环境控制装置，其过滤网结构11用于过滤沼液中大颗粒杂质，过滤网结构21用于隔离滤料3以及便于水生植物6的根部根须能够向滤料延伸。滤料3用于对沼液进行二次过滤，同时吸附沼液中的养分，之后起到缓释材料的作用不断为水生植物6提供作物养分。尼龙网4覆盖整个水生植物6的生长区，便于后续对植物的回收，将尼龙网4整个拆下，即可将全部植物回收。
优选地，外层过滤筒1还包括环形底板12，环形底板12的外边缘与外层过滤筒1的过滤网结构11固定连接；内层过滤筒2还包括圆形底板22，圆形底板22的边缘与内层过滤筒2的过滤网结构12固定连接。在环形底板12的内边缘与圆形底板22的外边缘之间设置有密封圈5，用于防止未经过滤的沼液渗入内层过滤筒2的内部。
优选地，滤料3为生物炭和蛭石按照1:4比例混合而成，两种材料的粒径结余40-60目，蛭石起到吸附和增加装置重量维持吸附液面的作用，生物炭主要用于养分吸附。上述滤料对氨气尤其具有良好的吸附性能，从而降低沼液池的臭味和气体污染。生物炭和蛭石混合之前，可以在0.1mol/L的盐酸溶液浸泡2h，能够进一步增加吸附性能。
优选地，在内层过滤筒1的过滤网结构11的内侧间隔设置多个反冲洗高压微泡曝气条23，用于两层滤网结构11、21的清洁、防堵塞，滤料3吸附物质浓度过高时进行排除，增强再吸附效果。反冲洗高压微泡曝气条23具体可以设置四个，曝气压力为0.25kpa，单个爆气条曝气量为1L/min，处理过程推荐曝气时间如下表(TN:1000-2000mg/L,EC 5000-15000uS/cm)：
优选地，水生植物6选用水葫芦，水葫芦生长快速，对高浓度污水的具有良好的适应性，并且含有丰富的纤维素和粗蛋白，可以作为优质动物饲料，此外水葫芦还适合厌氧发酵和好氧堆肥。更重要的是，水葫芦在生长过程，对于沼液中的氮、磷、COD具有良好的吸收效果。
本发明所提出的沼液养分高效利用及环境控制装置，其使用方法如下：将水生植物6的幼苗移栽至植物吸收装置的植物移栽穴41内，然后将多个栽种好水生植物6的沼液养分高效利用及环境控制装置浸泡在沼液池中，沼液养分高效利用及环境控制装置的外层过滤筒1过滤掉沼液中的大颗粒杂质，滤料3对沼液进行二次过滤的同时吸附沼液中的养分，吸附养分的滤料3起到缓释材料的作用不断为水生植物提供作物养分。
优选地，在沼液池中底部设置多个曝气装置，在对水生植物6进行培养过程中采用24h曝气的模式。
本发明还进行了验证技术效果的试验：
通过查阅相关文献得知水葫芦在总氮<300mg/L，总磷<40mg/L，电导率<3000uS/cm，可表现出较好的生长，所以以上数值作为过滤后植物生长区沼液的上限，为了探究本装置对不同浓度沼液长期使用的过滤水质效果，开展不同梯度总氮、总磷、电导率过滤效果试验。试验设置如下：所研究沼液为鸡粪沼液，试验设置30天，于第0、2、5、10、20、30天取样测试总氮、总磷、电导率值，并观察作物生长状况，取样前搅匀，取样时间为曝气结束后2h，初始理化指标如下表所示：
其中装置浸泡在沼液池中，保持液面和装置顶端2-3cm距离，反冲洗高压微泡曝气条每天曝气时间为4h，池底同样安装有曝气条，全天曝气。
由图5可以看出，在处理过程中过滤后沼液总氮、总磷、电导率均随着处理时间的延长呈现逐渐上升的趋势，试验结束后三组试验总氮浓度分别达到了1550.00mg/L、289.75mg/L、198.00mg/L，总磷浓度分别达到了87.60mg/L、35.20mg/L、10.50mg/L电导率分别达到了12350uS/cm、2870uS/cm、1740uS/cm。未稀释沼液相关指标均超过本试验规定的上限值，且水葫芦最终均为成活，稀释2倍和4倍处理组相关指标均未超过本试验规定的上限值，且水葫芦长势较好。但稀释2倍处理相关指标均接近上限，所以该装置处理沼液相关指标上限约为：总氮1500mg/L；总磷80mg/L；电导率12500uS/cm，在此范围内可该装置过滤后的沼液可以满足水葫芦长期生长的需求。
由此可以得出该装置过滤后的沼液可以满足水葫芦长期生长的需求后，开展该装置长期储存条件下本装置对沼液中氮、磷、电导率降低及氨气减排效果研究。
我们以装置所能承受相关指标最高上限为研究，即选用稀释2倍的沼液，所以初始理化指标同上表1，选择的种植密度、曝气时间如上所述，考虑沼液自身降解，所以设置两组实验，及采用该装置处理和自然储存状态，在试验过程中每30天对吸附材料和水葫芦回收更新，总共生长三茬，合计90天。试验储液箱选用长2m、宽1m、深0.8米，其中储液深度0.5m，共计1m3,选用2*3的处理模块。在试验开始及结束时取样分析总氮、总磷、电导率，同时采用氨气监测仪对两组试验氨挥发进行监测，每天抽样一次，连续抽样90天。
同样将装置浸泡在沼液池中，保持液面和装置顶端2-3cm距离，反冲洗高压微泡曝气条每天曝气时间为4h，池底同样安装有曝气条，全天曝气，试验结果见图6。
由图6可以看出，对照和装置处理均能降低沼液中的总氮、总磷、电导率，但是通过装置处理沼液降幅明显，试验结束后总氮、总磷、电导率浓度分别为598.2mg/L、40.4mg/L、4250uS/cm，相较初始浓度，分别下降了60.71％、51.03％、65.86％；相较对照处理，其降解效率提升了105.32％、426.25％、209.43％。可见，使用该装置能达到对中等偏上浓度沼液总氮、总磷、电导率较好的降解效果。
长期储存条件该装置对沼液中氨挥发减排效果如图7所示，90天储存期内对照组和装置处理组氨挥发量分别为575.6mg、78.5mg，可见该装置使用有效降低沼液氨挥发86.36％，具有较好的气体环境控制效果。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种沼液养分高效利用及环境控制装置，其特征在于，包括外层过滤筒和位于所述外层过滤筒内部的内层过滤筒，所述外层过滤筒和内层过滤筒的侧壁均采用过滤网结构，在两层所述过滤网结构之间填充具有养分吸收性能的滤料，在所述外层过滤筒的顶部可拆装地设置尼龙网，在尼龙网上设置多个用于放置水生植物的植物移栽穴。
2.如权利要求1所述的一种沼液养分高效利用及环境控制装置，其特征在于，所述外层过滤筒还包括环形底板，所述环形底板的外边缘与所述外层过滤筒的过滤网结构固定连接；所述内层过滤筒还包括圆形底板，所述圆形底板的边缘与所述内层过滤筒的过滤网结构固定连接。
3.如权利要求1所述的一种沼液养分高效利用及环境控制装置，其特征在于，对于总氮1500mg/L，总磷80mg/L，电导率12500uS/cm以内的沼液可利用该装置直接处理。
4.如权利要求1所述的一种沼液养分高效利用及环境控制装置，其特征在于，所述滤料为生物炭和蛭石按照1:4比例混合而成。
5.如权利要求4所述的一种沼液养分高效利用及环境控制装置，其特征在于，所述外层过滤筒的过滤网结构采用120目滤网，所述内层过滤筒的过滤网结构采用20目滤网。
6.如权利要求4所述的一种沼液养分高效利用及环境控制装置，其特征在于，所述生物炭和蛭石混合之前，在0.1mol/L的盐酸溶液浸泡2h。
7.如权利要求2所述的一种沼液养分高效利用及环境控制装置，其特征在于，在所述环形底板的内边缘与所述圆形底板的外边缘之间设置有密封圈。
8.如权利要求1-5任一项所述的一种沼液养分高效利用及环境控制装置，其特征在于，在内层过滤筒的过滤网结构的内侧间隔设置多个反冲洗高压微泡曝气条，所述水生植物选用水葫芦。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的沼液养分高效利用及环境控制装置的使用方法，其特征在于，将水生植物的幼苗移栽至沼液养分高效利用及环境控制装置的植物移栽穴内，然后将多个栽种好水生植物的沼液养分高效利用及环境控制装置浸泡在沼液池中，沼液养分高效利用及环境控制装置的外层过滤筒过滤掉沼液中的大颗粒杂质，滤料对沼液进行二次过滤的同时吸附沼液中的养分，吸附养分的滤料起到缓释材料的作用不断为水生植物提供作物养分。
10.如权利要求9所述的沼液养分高效利用及环境控制装置的使用方法，其特征在于，在沼液池中底部设置多个曝气装置，在对水生植物进行培养过程中采用24h曝气的模式。
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