CN109354301A - 一种养殖粪污处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种养殖粪污处理装置及方法，包括脱渣机，所述脱渣机的粪液输出端与沼气池的输入端连接，所述沼气池的沼气输出端与沼气发电系统连接，所述沼气池的沼渣沼液排出口与固液分离机连接，所述固液分离机的干清沼渣输出端与所述脱渣机的干粪便输出端均与有机肥水解腐熟生产线连接，所述固液分离机的沼液输出端与净化系统连接。产生可用电力、液体肥料、净化水、固体有机肥、液体有机肥，以上产品销售收入完全可以覆盖污水处理全部成本并盈余，为养殖行业的正常生产经营增添了可持续发展能力。

Description

一种养殖粪污处理装置及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体来说，涉及一种养殖粪污处理装置及方法。

背景技术

社会经济的发展推动了养殖业的快速发展，也客观上改善并提高了人们生活质量，而随之而来的是养殖业给社会带来了比较严重的污染，直接影响了城乡居民的生产环境和健康饮用水的安全保障。

目前养殖污染治理的主要难题在于养殖污染治理的成本比较高，已经超出了养殖户承受的能力范围，一般1吨养殖废水处置成本约为35元左右，而养殖户承受的成本不会超过20元，平均每头存栏生猪每年排放粪水1.8-3.6吨，存栏3000头的养猪场每年污水处理方面就需要在承受能力之外发生20万元以上的费用，因此养殖户的选择只能是放弃污水治理。

因此要让养殖户坚持长期运行粪水处置设施，杜绝养殖污染危害社会，就必须从粪水治理方面入手，降低处置成本或者在粪水处置中创造出资源化产品，用产品的营销弥补粪水处置成本。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种养殖粪污处理装置及方法，能够解决上述技术问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种养殖粪污处理装置，包括脱渣机，所述脱渣机的粪液输出端与沼气池的输入端连接，所述沼气池的沼气输出端与沼气发电系统连接，所述沼气池的沼渣沼液排出口与固液分离机连接，所述固液分离机的干清沼渣输出端与所述脱渣机的干粪便输出端均与有机肥水解腐熟生产线连接，所述固液分离机的沼液输出端与净化系统连接。

进一步地，所述净化系统包括与所述固液分离机的沼液输出端连接的反应池，所述反应池的输出端依次连接有砂滤器、MBR膜、反渗透膜，经所述MBR膜和反渗透膜过滤的浓液输出至生物培养池。

进一步地，所述反应池包括依次连接的第一厌氧池、第一氧气曝气池、第二厌氧池、第二氧气曝气池。

进一步地，所述反渗透膜的清水输出端与清水增氧曝气池的输入端连接，所述清水增氧曝气池的输出端与人工湿地连通。

进一步地，所述第一氧气曝气池、第二氧气曝气池和清水增氧曝气池内均设有微气泡发生器。

进一步地，所述固液分离机选用叠螺挤压机或带式挤压脱水机。

一种养殖粪污处理方法，包括如下步骤：

S1.生粪水经过脱渣机挤压后形成干清粪便和粪液，其中，粪液流入到沼气池中发酵后形成沼气、沼渣沼液混合液；

S2. 沼气经过沼气发电系统产生电力，沼渣沼液混合液经过固液分离形成干清沼渣和沼液；

S3.步骤S1形成的干清粪便和步骤S2形成的干清沼渣均送入有机肥水解腐熟生产线；步骤S2形成的沼液进入净化系统净化。

进一步地，步骤S3所述沼液进入净化系统净化的具体方法包括如下步骤：

S3.1沼液直接进入第一厌氧池中，经过微生物厌氧处置后进入第一氧化曝气池中，通过高能氧微气泡发生器对水体进行氧化曝气，经过两个循环后，水体进入砂滤池过滤，过滤后的水分浊度降低到3以下，得到初级净化水；

S3.2初级净化水直接进入MBR膜过滤后，得到初级过滤水和浓液A，其中，所述初级过滤水进入反渗透膜中再次过滤，得到清水和浓液B，所述浓液A和浓液B均进入微生物培养池。

进一步地，步骤S3.2得到的清水进入清水增氧曝气池中曝气达饱和态，然后流入人工湿地中继续净化。

进一步地，步骤S2所述固液分离过程中添加聚合氯化铝或者聚合氯化铁进行固体颗粒物的凝结，再使用PMA进行凝结固体物的团聚。

本发明的有益效果：产生可用电力、液体肥料、净化水、固体有机肥、液体有机肥，以上产品销售收入完全可以覆盖污水处理全部成本并盈余，为养殖行业的正常生产经营增添了可持续发展能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种养殖粪污处理装置的结构示意图。

图中：1. 脱渣机；2. 沼气池；3. 沼气发电系统；4. 固液分离机；5. 第一厌氧池；6. 微气泡发生器；7. 第一氧气曝气池；8. 砂滤器；9. MBR膜；10. 反渗透膜；11. 清水增氧曝气池；12. 人工湿地；13. 生物培养池；14. 有机肥水解腐熟生产线；15. 第二厌氧池；16. 第二氧气曝气池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种养殖粪污处理装置，包括脱渣机1，所述脱渣机1的粪液输出端与沼气池2的输入端连接，所述沼气池2的沼气输出端与沼气发电系统3连接，所述沼气池2的沼渣沼液排出口与固液分离机4连接，所述固液分离机4的干清沼渣输出端与所述脱渣机1的干粪便输出端均与有机肥水解腐熟生产线14连接，所述固液分离机4的沼液输出端与净化系统连接。

所述净化系统包括与所述固液分离机4的沼液输出端连接的反应池，所述反应池的输出端依次连接有砂滤器8、MBR膜9、反渗透膜10，经所述MBR膜9和反渗透膜10过滤的浓液输出至生物培养池13。

所述反应池包括依次连接的第一厌氧池5、第一氧气曝气池7、第二厌氧池15、第二氧气曝气池16。

所述反渗透膜10的清水输出端与清水增氧曝气池11的输入端连接，所述清水增氧曝气池11的输出端与人工湿地12连通。

所述第一氧气曝气池7、第二氧气曝气池16和清水增氧曝气池11内均设有微气泡发生器6。

所述固液分离机4选用叠螺挤压机或带式挤压脱水机。

一种养殖粪污处理方法，包括如下步骤：

S1.生粪水经过脱渣机1挤压后形成干清粪便和粪液，其中，粪液流入到沼气池2中发酵后形成沼气、沼渣沼液混合液；

S2. 沼气经过沼气发电系统3产生电力，沼渣沼液混合液经过固液分离形成干清沼渣和沼液；

S3.步骤S1形成的干清粪便和步骤S2形成的干清沼渣均送入有机肥水解腐熟生产线14；步骤S2形成的沼液进入净化系统净化。

步骤S3所述沼液进入净化系统净化的具体方法包括如下步骤：

S3.1沼液直接进入第一厌氧池5中，经过微生物厌氧处置后进入第一氧化曝气池7中，通过高能氧微气泡发生器6对水体进行氧化曝气，经过两个循环后，水体进入砂滤池8过滤，过滤后的水分浊度降低到3以下，得到初级净化水；

S3.2初级净化水直接进入MBR膜9过滤后，得到初级过滤水和浓液A，其中，所述初级过滤水进入反渗透膜10中再次过滤，得到清水和浓液B，所述浓液A和浓液B均进入微生物培养池13。

步骤S3.2得到的清水进入清水增氧曝气池12中曝气达饱和态，然后流入人工湿地12中继续净化。

步骤S2所述固液分离过程中添加聚合氯化铝或者聚合氯化铁进行固体颗粒物的凝结，再使用PMA进行凝结固体物的团聚。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本发明所述的养殖粪污处理方法，养殖产生的生粪水先经过脱渣机1形成粪液和干清粪便，在进行沼气发酵之前，有养殖圈舍排放出来的生粪水需要进行脱渣，以满足沼气生产速度和后续生产有机肥的需求。脱渣后产生的干清粪便的含水率低于70%，脱渣后剩余粪液中粪便固体物含量不低于8%。

粪液进入沼气池2进行沼气发酵，得到沼气和沼渣沼液混合液。这是进行养殖粪污处置的开端，通过沼气发酵，即可以产生大量的沼气作为资源化产品，也可以解决污水净化处置中厌氧发酵、分解COD、分解氨氮等问题，提高粪水的可生化性，同时也为沼液的资源化利用奠定基础，综合考虑了沼气发电与有机肥生产同步结合的策略，即完成了污水处理过程中的部分资源化并解决了污水处理中的能耗问题，又实现了利用有效的粪便资源生产优质有机肥的目的。

沼气发酵后，沼气作为资源化产品，可以用于发电或者供应周边居民使用，发电效果比较理想，平均每立方米沼气可以发电1.8kw.h，沼气发电的电力可以供应净化系统使用，多余的上网发电，获得可再生能源电力收入，弥补水处理成本；发电余热可以回收用于给沼气池2供热，解决冬季沼气池2稳定化生产问题。

为了良好地进行水处理和后端资源化利用，需要对沼渣沼液混合液经过固液分离机4分别得到干清沼渣和沼液，干清沼渣和干清粪便一同进入有机肥水解腐熟生产线14生产固体有机肥和液体有机肥。固液分离率不低于85%。固液分离过程中使用聚合氯化铝或者聚合氯化铁进行固体颗粒物的凝结，再使用PMA进行凝结固体物的团聚。这种处理方法首先实现污染物的大幅度降低负荷，从而大幅度降低了污染物的处置难度，为后续的污水处理奠定了可靠的基础。

干清沼渣中含有机质36%～49.9%，腐殖酸10.1%～24.6%，全氮0.78%～1.61%，全磷0.39%～0.71%，全钾0.61%～1.3%，还有一些矿物质养分。干清沼渣由于它是在厌氧条件下形成的，与通常的堆肥比较，营养成分保留情况完好。干清沼渣由三种不同部分组成，发挥着三个不同的作用。一是有机质、腐殖酸，对改良土壤起着重要作用；二是氮磷钾等元素，满足作物生长需要；三是未腐熟原料，施入农田发酵，释放养分，这就是沼渣肥速缓兼备的原因。为进一步提高沼渣肥的肥力和肥效，需要与干清粪便共同使用无发酵手段生产有机肥。

沼液中含有各类氨基酸、维生素、蛋白质、赤酶素、生长素，糖类、核酸等，也有植物生长所需的抗生素。经检测沼液中的基本成分如表1所示。

表1 沼液中的基本成分检测数据

从表中可以看出，沼液中含有的氮磷钾、有机质含量比较高，总量超过了2%，而其中的有害成分含量不高，全部在有效果的规定值范围内，可以直接用于农业种植。因此沼液可以作为优质有机液肥，用于根外施用，首先其营养成分可直接被农作物吸收，参与光合作用，从而增加产量，提高品质。考虑到农业种植方便性、产品使用方便性和农业种植的季节性，因此这种沼液需要经过处理后浓缩，使其浓度达到20%以上，成为市场产品。

水解腐熟生产线14采用高温高压水解腐熟制肥手段，将获得的干清粪便和干清沼渣混合后送入水解腐熟罐中，向其中通入水蒸气，水蒸气的标准为1.25MPa和200℃，水解腐熟的最终技术条件要求罐内压力不低于1.1MPa和180℃，达到温度和压力条件后保温1小时。然后使用减压蒸馏手段将罐内泄压到0.3MPa，再打开出料阀门，利用剩余压力将物料喷射出水解腐熟罐，进入物料暂存脱水罐中，利用物料自身的温度（不低于150℃）继续蒸发散失多余的水分，当温度低于50℃，物料含水率低于50%后，将物料通过传送机传送到滚龙干燥仓中，使用锅炉释放的热烟气进行物料鼓风干燥，物料含水率不高于15%时干燥结束，物料经过筛分机筛分后，颗粒物料可以直接装袋后作为产品出厂，是优质有机肥基础肥；粉末物料经过配制后可以生产出各类专用肥料或者微生物有机肥，包装后出厂。

水解腐熟的原理为：

任何有机生物质在高温高压环境下都会发生熟化反应和大分子分解反应，能够让有机生物质彻底发生分解反应的温度是180℃和1.1MPa，温度越高压力越高反应速度越快，腐熟越彻底，包括坚硬的骨头和角质成分如皮毛等，钙质成分彻底分离出来呈葡萄糖酸钙、氨基酸钙等等，脂肪也能够彻底转化为磷脂、卵磷脂和水分，其余的有机成分将发生彻底转化，反应过程中需要使用纳米铁和纳米锆催化剂，催化剂的使用量为水解物料总量的0.01%。

在反应过程中，在140-160℃期间，所有的农药、化肥、激素、抗生素类成分彻底分解成水分和二氧化碳，消除了物料中的有害化学残留物，消除率100%；在80-180℃之间，所有的有机生物质成分彻底熟化并分解，全部转化为小分子的有机营养质；在反应的后期保温阶段，发生美拉德反应，大量的氮磷钾成分和部分有效重金属成分被固定在有机营养质分子链上，如氨糖、磷酸钙—氨糖、多种氨基酸、多种含重金属的氨基酸等等，直接提高了肥料的氮磷钾含量，并且氮磷钾可以直接被植物吸收；氯化钠成分在美拉德反应过程中被转化为硝酸钠、氨基酸纳、谷氨酸钠等有效营养成分，氯离子则转化为氯化钙、氯化镁等有效营养成分。

在水解腐熟过程中由于没有发酵过程，因此所有的有机营养成分被全部利用，得到的有机肥营养成分极高。

在反应过程中还产生大量的液体营养成分并溶解在高压水中，主要包括液体的核酸、赤霉素、水溶性蛋白质、生长素、氨基酸、葡萄糖、赖氨酸、腐殖酸、黄腐酸等等以及部分氮磷钾水溶性成分，这些成分在减压蒸馏过程中部分成分因沸点低而随水蒸气共同释放出来，经过冷凝罐回收成为水解密水，水解密水中这些成分总含量不低于16%，是优质的液体有机肥产品，经过浓缩后，每生产1吨固体有机肥，可以同步产出0.5吨以上总浓度达36%的液体有机肥。

浓缩后得到的水分净化后直接用于生产循环。

水解腐熟反应过程中典型的分解过程：

（1）淀粉水解

淀粉——糊精——多糖——低聚糖——双糖——单糖

（2）纤维素水解

纤维素——短链纤维素——多糖——低聚糖——双糖——单糖

（3）半纤维素水解

半纤维素——多糖——低聚糖——四糖——单糖

（4）木质素水解

木质素是以苯丙烷为单元的有机高分子化合物，结合键有三种类型：包括不易水解键，如醚键、芳芳键、烷基芳基键型；部分易水解键和极容易水解键。在高温高压下，木质素水解形成三种类型低聚物。

（5）脂质水解

脂质也叫脂肪和油脂，脂肪水解成脂肪酸和甘油

（6）果胶水解

果胶比半纤维素多一个甲基，有很好的水溶性，最易水解。

（7）蛋白质水解

氨基酸是蛋白质的基本构成单位，氨基酸有含硫氨基酸、非含硫氨基酸、含烷基氨基酸和含芳香基氨基酸等20多种。

蛋白质在水解过程中分子量逐步降低，水解过程如下：

蛋白质→蛋白胨 →蛋白眎 →多肽 →低聚肽 →寡肽 →氨基酸。

分离后的沼液则直接流入净化系统中进行净化。

净化系统包括反应池，反应池包括依次设置的第一厌氧池5、第一氧气曝气池7、第二厌氧池15、第二氧气曝气池16，为了最大程度消除沼液中的臭气，大幅度降解水体中的COD和BOD，需要对固液分离后的沼液进行深入的氧化和厌氧处置，这个过程中一般使用活性微生物，如活性污泥，进行厌氧处置，然后再使用微气泡发生器6产生高能氧微气泡进行深入氧化曝气，高能氧微气泡曝气量为30标立空气/吨水，高能氧微气泡中属于高速运动的5微米以下气泡占全部输入气体20%以上（体积比）。

经过反应池处理后的沼液进入砂滤器8、反渗透系统，首先水体进入砂滤器8，将水体中固体颗粒物全部过滤，过滤出来的固体物为沼渣残留物，其中含有大量的活性微生物，对这部分成分，采用50%排出系统外，收集成干清沼渣，50%回流到厌氧池和氧化池中继续发挥微生物作用；通过砂滤后的液体，经过反渗透膜10过滤后，清水和微量的小分子有机物成分作为过滤水流入后续处置工艺环节，而过滤下来的浓缩液体则流入到生物培养池13中，经过调制（微生物培养或者养分调整）后成为产品，总养分浓度不低于20%，最高浓度可达36%，主要作为液体有机肥、液体微生物肥料以及生物除臭剂；一般情况下，每处置1吨沼液，产生的液体产品总量不低于30L，产品市场价格不低于3元/L（无包装），完全可以覆盖水处理中絮凝沉淀药剂和膜过滤成分消耗并有盈余。

经过反渗透膜10过滤后得到的净化水分中还有少量的COD、氨氮等污染成分，污水浓度约为COD100mg/L，氨氮30mg/L，这种水体不能直接排放到自然界或者循环使用，需要进一步氧化净化，手段是首先进行再次高能氧微气泡曝气，使其中的溶解氧浓度达到饱和状态10mg/L，而假性溶解的高能氧微气泡含量达到10mg/L以上，具备了充足的溶解氧和假性溶解氧的水分直接排入到后端的人工湿地12中，进行深入的生物体氧化净化，人工湿地12材料主要是活性炭、火山岩、沸石、碎石子、沙石物料和过滤性生态混凝土，内部种植的植物包括水葱、水浮莲、荷花、美人蕉、荸荠、浮萍等具有氨氮吸附和水体净化功能的水生植物，在水体净化过程中水中的高浓度溶解氧和假性溶解氧发挥了充足的供氧作用。经过人工湿地12净化后，水体净化程度可达地表V类水标准，可以直接排放或循环使用。

在实施过程中，比较理想的方式是实现养殖粪污的集约化处置，即利用车辆将分散的各个养殖场产生的粪污全部集中到一点，一般每个点覆盖面积不超过半径20公里，而各个养殖场只需要建设密闭的储粪池即可实现养殖场的零排放，将所有的养殖粪污集中到一个或者几个点专门处置，按照上述方法实现污染的彻底净化治理，同时实现污水的资源化利用和养殖粪便的全面资源化应用，为国内农业的发展和食品安全提供优质的有机肥产品。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，产生可用电力、液体肥料、净化水、固体有机肥、液体有机肥，以上产品销售收入完全可以覆盖污水处理全部成本并盈余，为养殖行业的正常生产经营增添了可持续发展能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种养殖粪污处理装置，其特征在于，包括脱渣机（1），所述脱渣机（1）的粪液输出端与沼气池（2）的输入端连接，所述沼气池（2）的沼气输出端与沼气发电系统（3）连接，所述沼气池（2）的沼渣沼液排出口与固液分离机（4）连接，所述固液分离机（4）的干清沼渣输出端与所述脱渣机（1）的干粪便输出端均与有机肥水解腐熟生产线（14）连接，所述固液分离机（4）的沼液输出端与净化系统连接。

2.根据权利要求1所述养殖粪污处理装置，其特征在于，所述净化系统包括与所述固液分离机（4）的沼液输出端连接的反应池，所述反应池的输出端依次连接有砂滤器（8）、MBR膜（9）、反渗透膜（10），经所述MBR膜（9）和反渗透膜（10）过滤的浓液输出至生物培养池（13）。

3.根据权利要求2所述养殖粪污处理装置，其特征在于，所述反应池包括依次连接的第一厌氧池（5）、第一氧气曝气池（7）、第二厌氧池（15）、第二氧气曝气池（16）。

4.根据权利要求3所述养殖粪污处理装置，其特征在于，所述反渗透膜（10）的清水输出端与清水增氧曝气池（11）的输入端连接，所述清水增氧曝气池（11）的输出端与人工湿地（12）连通。

5.根据权利要求4所述养殖粪污处理装置，其特征在于，所述第一氧气曝气池（7）、第二氧气曝气池（16）和清水增氧曝气池（11）内均设有微气泡发生器（6）。

6.根据权利要求1或2所述养殖粪污处理装置，其特征在于，所述固液分离机（4）选用叠螺挤压机或带式挤压脱水机。

7.一种养殖粪污处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.生粪水经过脱渣机（1）挤压后形成干清粪便和粪液，其中，粪液流入到沼气池（2）中发酵后形成沼气、沼渣沼液混合液；

S2. 沼气经过沼气发电系统（3）产生电力，沼渣沼液混合液经过固液分离形成干清沼渣和沼液；

S3.步骤S1形成的干清粪便和步骤S2形成的干清沼渣均送入有机肥水解腐熟生产线（14）；步骤S2形成的沼液进入净化系统净化。

8.根据权利要求7所述养殖粪污处理方法，其特征在于，步骤S3所述沼液进入净化系统净化的具体方法包括如下步骤：

S3.1沼液直接进入第一厌氧池（5）中，经过微生物厌氧处置后进入第一氧化曝气池（7）中，通过高能氧微气泡发生器（6）对水体进行氧化曝气，经过两个循环后，水体进入砂滤池（8）过滤，过滤后的水分浊度降低到3以下，得到初级净化水；

S3.2初级净化水直接进入MBR膜（9）过滤后，得到初级过滤水和浓液A，其中，所述初级过滤水进入反渗透膜（10）中再次过滤，得到清水和浓液B，所述浓液A和浓液B均进入微生物培养池（13）。

9.根据权利要求8所述养殖粪污处理方法，其特征在于，步骤S3.2得到的清水进入清水增氧曝气池（12）中曝气达饱和态，然后流入人工湿地（12）中继续净化。

10.根据权利要求7所述养殖粪污处理方法，其特征在于，步骤S2所述固液分离过程中添加聚合氯化铝或者聚合氯化铁进行固体颗粒物的凝结，再使用PMA进行凝结固体物的团聚。