CN110156251A - 一种利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，包括如下步骤：畜禽养殖废水前处理、沉淀处理、植物工厂处理、排放、狐尾藻资源化利用，其中植物工厂内设置四级狐尾藻处理单元格，单元格由3‑5层垂直设置的层架(5)构成，每层设置一个栽培箱(6)，栽培箱中种植狐尾藻，栽培箱(6)高35cm，箱体上方60‑70cm处设置人工光源(4)，每天光照10h；每级狐尾藻处理单元格配置一个营养液池(8)及水泵(7)，层架间设置有管路(10)，连接营养液池(8)、水泵(7)和各层栽培箱(6)；四级狐尾藻处理单元格之间通过管路(10)和阀门(9)相连。本发明大大降低了狐尾藻处理废水的土地占用面积，有效的解决了环境条件对狐尾藻生长的影响。

Description

一种利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法
技术领域
本发明涉及环境保护和水处理领域，具体涉及一种利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法。
背景技术
近年来,畜禽养殖业迅速发展壮大,但规模养殖集中排放大量废水的问题也很突出。据统计，我国畜禽养殖废水的利用率仅为60％左右，大量养殖废水未经处理随意排放，对生态安全产生严峻挑战。目前畜禽养殖废水治理主要有还田模式、自然处理模式和工业化处理模式。还田模式是畜禽养殖污水处理的最传统且经济有效的处置方法，可使畜禽粪尿不排往外界环境,达到污染物零排放。但是对于土地资源紧缺的国家来说，还有大部分畜禽污水难以通过种养结合方式进行处理，研究显示每万头猪场至少需要7hm2土地消纳粪便污水,故该种处理方式受条件所限而适应性弱。
工业化处理模式的出现为解决这个问题提供了一个有效的途径，它是一个有效处理畜禽养殖污水的环境工程。主要包括厌好氧处理、氧处理以及厌氧-好氧处理等不同处理组合系统。虽然这些方法取得较好处理效果,但是由于养殖场废水系高浓度有机废水,采用以上处理模式都需建大型处理装置,投资大,能耗高,运行费用昂贵,如意大利某品牌反应器处理猪场废水试验运行费用高达3欧元/m3。投资过大，运行成本高，限制了这些模式的推广应用，同时这些处理工艺主要是能量间的转换，对于畜禽废水中有机物质的没有达到真正意义上的去除，其资源化利用程度较低。许多养殖场最初没有因地制宜地选对处理工艺，处理过程中发现成本负担过重，只能半途而废。
利用水生植物修复系统来处理高度富营养化养殖废水的研究还处于探索阶段。一些科研院所研发了如中国专利201310313436.1公开的“一种养猪场废水污染减控方法”、201710923687.X公开的“一种农村生活污水生态治理的方法及系统”，这些技术依靠狐尾藻的生长吸收废水中大量的氮和磷，狐尾藻和硝化微生物、反硝化微生物、厌氧氨氧化微生物等共生通过微生物硝化反硝化、厌氧氨氧化等将废水中氨氮转化为空气中的氮气，使废水得到净化。狐尾藻对高浓度的废水的耐受性高，有极强的吸收氮磷能力，是利用水生植物系统处理高度富营养化养殖废水的先锋物种。但是这种处理畜禽养殖废水的方法在运行过程中仍存在诸多不足：(1)对空间的利用率不高，仍然需要较大的占地面积；(2)处理效果易受季节影响，严重影响了畜禽污水处理的可持续性。因此，采用狐尾藻对畜禽养殖污水进行处理的效率受到了很大的限制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，目的在于提供一种方法将狐尾藻处理部分工厂化组织起来，控制温度及废水处理的节奏，增加空间利用率，提升狐尾藻处理畜禽养殖废水的效率。
本发明的利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，包括如下步骤：
1)畜禽养殖废水前处理：畜禽养殖废水经固液处理后进入收集池，在收集池中储存15-20天，当废水高度达到出水口高度时自动流入生物基质池，所述生物基质池中放入稻草，处理15-20天；
2)沉淀处理：经步骤1)处理后的畜禽养殖废水高度达到生物基质池高度时自动流入沉淀池，沉淀处理5-10天；
3)植物工厂处理：经步骤2)处理后的畜禽养殖废水通过水泵进入植物工厂，所述植物工厂是一个由四面墙和屋顶构成的封闭空间，一面墙上开设门2，植物工厂内设置通风系统1、温控系统3、四级狐尾藻处理单元格，其中所述每级狐尾藻处理单元格由3-5层垂直设置的层架5构成，每层设置一个栽培箱6，栽培箱6高35cm，箱体上方60-70cm处设置人工光源4，每天光照10h；栽培箱6中均种植狐尾藻，每级狐尾藻处理单元格配置一个营养液池8及水泵7，层架间设置有管路10，连接营养液池8、水泵7和各层培养箱6；四级狐尾藻处理单元格之间通过管路10和阀门9相连，第Ⅳ级狐尾藻处理单元格通过管路10和阀门9与排放系统相连；经步骤2)处理后的畜禽养殖废水先进入第Ⅰ级狐尾藻处理单元格，从营养液池8通过水泵7进入到最高层栽培箱6中，当到达一定高度后流入到中间层栽培箱中，随后流入到最底层栽培箱中，最终回流入到营养液池8中，完成一个循环；每2h循环一次，每次20min，经过7天的循环处理后流入下一级狐尾藻处理单元格，同时泵入新的畜禽养殖废水；进入第Ⅱ、ⅢⅣ级狐尾藻处理单元格的废水依次如此重复进行循环处理；
4)排放：经四级狐尾藻处理单元格处理过的畜禽养殖废水，通过第Ⅳ级狐尾藻处理单元格的管路排放；
5)狐尾藻资源化利用：栽培箱6狐尾藻水上部分达到30-40cm时，可整株移除或刈割水上部分饲用家畜。
优选地，所述生物基质处理池容积为收集池面积的0.9倍。
优选地，所述生物基质处理池中放入稻草的添加量为，首次按每吨养殖废水添加150kg稻草的标准添加，以后每隔6个月按首次添加量的50％添加。
优选地，在所述沉淀池进水口端安装不锈钢过滤网片。
优选地，所述人工光源为LED全光谱植物生长灯。
进一步，在沉淀池和植物工厂之间的管路前端上安装流量表。
本发明的有益效果如下：
1、土地占用少：本发明的利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，在植物工厂处理部分，将狐尾藻处理池分为四级单元格，每级单元格由3-5层垂直设置的层架构成，每层设置狐尾藻栽培箱，养殖废水通过泵和管路在各级单元格，及每个单元格的各层栽培箱中循环，每级单元格循环7天，然后进入下一级再循环7天，在植物工厂内，狐尾藻处理共28天，废水在循环流动过程中氮被吸收、被硝化与反硝化，磷被吸收、固定。目前利用狐尾藻处理废水技术处理1m3废水所需土地面积约为200-250m2，而本发明处理1m3废水所需土地面积约为15-20m2，大大降低了土地的占用面积，易于在土地配套不足的地区推广和应用。
2、运行过程不受气候影响：植物生长受温度影响较大，狐尾藻在5℃以上均能生长，受冻时水上部分组织死亡，水下组织存活，但其最适生长温度为20-25℃。在最适温度环境中，狐尾藻对氮磷的吸收、吸附能力最大，能最大化去除畜禽养殖废水中的有机物含量，从而提高净化效率。本发明在畜禽养殖污水处理中引入植物工厂的理念，构建植物工厂治污系统技术工艺，通过在植物工厂内部设置温控系统和人工光源，实现高精度环境控制，有效的解决了环境条件对狐尾藻生长的影响，保障了狐尾藻处理畜禽养殖废水的高效性。
3、处理效率高：本发明的利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，在废水流入植物工厂前，要经过前处理系统与沉淀池系统，不仅能调节废水中的碳氮比、酸碱度和微生物种群，还能拦截一些对植物有害的粘稠物质及细小颗粒物质，降解部分COD；之后在植物工厂中的废水经过多级狐尾藻吸收氮磷，同时附着在狐尾藻根系微生物的硝化反硝化作用可有效减控养殖废水中的氨氮、磷等污染物，因此末端排放水中COD、氨氮、总磷的污染物含量控制在国家环保总局于2001年颁布实施的《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)的集约化畜禽养殖业水污染物最高允许日均排放浓度。整个处理周期最长为78天，即可使废水达到排放标准。
4、资源化利用率高：现有的采用狐尾藻处理畜禽养殖废水的方法，由于其受外界环境因素影响较大，一般情况下狐尾藻的刈割周期为30-90天左右，本发明的方法能够大大缩短狐尾藻的刈割周期(28天)，大大提高了畜禽养殖废水的减量化效率和资源化程度。植物工厂植物狐尾藻是一种优质的饲料资源，其营养价值与苜蓿相当，每亩可收割狐尾藻20-40吨(鲜重)，是玉米产量的6-8倍。应用本发明的方法处理畜禽养殖废水可获得持续高产量的狐尾藻，狐尾藻可作为草猪、母猪、鸡、鸭、鹅、鱼的饲料，是一种较好的资源化利用模式。
附图说明
图1为利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法流程图
图2为植物工厂结构示意图
图3为每级狐尾藻处理单元格结构示意图
图中各标号列示如下：
1、通风系统；2、门；3、温控系统；4、人工光源；5、层架；6、栽培箱；7、水泵；8、营养液池；9、阀门；10、管路
Ⅰ、第一级狐尾藻处理单元格；Ⅱ、第二级狐尾藻处理单元格；Ⅲ、第三级狐尾藻处理单元格；Ⅳ、第四级狐尾藻处理单元格
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明的技术方案，但是本发明的技术方案不以实施例为限。
实施例：
在云南省畜牧兽医科学院生猪养殖场(能繁母猪100头，仔猪300头：日产废水3立方左右，废水中COD含量为3762.90mg/L、氨氮含量1000mg/L、总磷含量61.38mg/L)建立了一种利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法示范工程，它包括下列步骤：包括如下步骤：
1)畜禽养殖废水前处理：畜禽养殖废水经固液分离后直接进入到废水收集池，在收集池后建立300cm×200cm×150cm的生物基质处理池，放入稻草，首次添加0.9吨稻草，以后每隔6个月按照需要添加0.4-0.5吨稻草。养殖废水在收集池中储存15-20天，当废水高度达到出水口高度时自动流入生物基质池，处理15-20天后，生物基质池出水相比入水COD含量下降了38.89％,氨氮含量下降了25％；
2)沉淀处理：建立300cm×200cm×150cm的沉淀池，养殖废水经过生物基质池进入沉淀池，在进水口端安装5mm的不锈钢过滤网片，拦截畜禽养殖废水中微颗粒物，防止养殖废水中颗粒物对后端植物工厂中潜水泵造成堵塞。经步骤1)处理后的畜禽养殖废水高度达到生物基质池高度时自动流入沉淀池，沉淀处理5-10天。沉淀池出水相比入水COD含量下降了15.23％,氨氮含量下降了33.33％，总磷含量下降了22.67％；
3)植物工厂处理：建面积20m2的植物工厂，经步骤2)处理后的畜禽养殖废水通过水泵进入植物工厂，在沉淀池和植物工厂之间的管路前端上安装流量表控制废水进入植物工厂的流量；所述植物工厂是一个由四面墙和屋顶构成的封闭空间，一面墙上开设门2，植物工厂内设置通风系统1、温控系统3、四级狐尾藻处理单元格，其中所述每级狐尾藻处理单元格由3层垂直设置的层架5构成，每层设置一个栽培箱6，层架架长100cm、宽60cm、高300cm，每一层种植区内均设置有长90cm、宽50cm、高35cm的栽培箱及管路，箱体上方60-70cm处设置人工光源4，每天光照10h；栽培箱6中均种植狐尾藻，每级狐尾藻处理单元格配置一个营养液池8及水泵7，层架间设置有管路10，连接营养液池8、水泵7和各层培养箱6；四级狐尾藻处理单元格之间通过管路10和阀门9相连，第Ⅳ级狐尾藻处理单元格通过管路10和阀门9与排放系统相连；经步骤2)处理后的畜禽养殖废水先进入第Ⅰ级狐尾藻处理单元格，从营养液池8通过水泵7进入到最高层栽培箱6中，当到达一定高度后流入到中间层栽培箱中，随后流入到最底层栽培箱中，最终回流入到营养液池8中，完成一个循环；每2h循环一次，每次20min，经过7天的循环处理后流入下一级狐尾藻处理单元格，同时泵入新的畜禽养殖废水；进入第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级狐尾藻处理单元格的废水依次如此重复进行循环处理；
通过Ⅰ级狐尾藻处理单元格处理，废水中COD含量下降47.39％，氨氮含量下降60.59％，总磷下降50.15％；通过Ⅱ级狐尾藻处理单元格处理，废水中COD含量下降55.16％，氨氮含量下降56.65％，总磷下降42.16％；通过Ⅲ级狐尾藻处理单元格处理，废水中COD含量下降43.94％，氨氮含量下降52.19％，总磷下降38.18％；通过Ⅳ级狐尾藻处理单元格处理，废水中COD含量下降41.62％，氨氮含量下降60.26％，总磷下降37.57％。
4)排放：经四级狐尾藻处理单元格处理过的畜禽养殖废水，其出水已经完全达到了国家环保总局于2001年颁布实施的《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)的集约化畜禽养殖业水污染物最高允许日均排放浓度，可以达标排放或回用，通过第Ⅳ级狐尾藻处理单元格的管路排放；
5)狐尾藻资源化利用：栽培箱6狐尾藻水上部分达到30-40cm时，可整株移除或刈割水上部分饲用家畜。
表1本方法对畜禽养殖废水处理效果
以上对本发明所提供的一种利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法进行了详细介绍。本文通过具体实施方式对本发明的原理和实施方式进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)畜禽养殖废水前处理：畜禽养殖废水经固液处理后进入收集池，在收集池中储存15-20天，当废水高度达到出水口高度时自动流入生物基质池，所述生物基质池中放入稻草，处理15-20天；
2)沉淀处理：经步骤1)处理后的畜禽养殖废水高度达到生物基质池高度时自动流入沉淀池，沉淀处理5-10天；
3)植物工厂处理：经步骤2)处理后的畜禽养殖废水通过水泵进入植物工厂，所述植物工厂是一个由四面墙和屋顶构成的封闭空间，一面墙上开设门(2)，植物工厂内设置通风系统(1)、温控系统(3)、四级狐尾藻处理单元格，其中所述每级狐尾藻处理单元格由3-5层垂直设置的层架(5)构成，每层设置一个栽培箱(6)，栽培箱(6)高35cm，箱体上方60-70cm处设置人工光源(4)，每天光照10h；栽培箱(6)中均种植狐尾藻，每级狐尾藻处理单元格配置一个营养液池(8)及水泵(7)，层架间设置有管路(10)，连接营养液池(8)、水泵(7)和各层培养箱(6)；四级狐尾藻处理单元格之间通过管路(10)和阀门(9)相连，第Ⅳ级狐尾藻处理单元格通过管路(10)和阀门(9)与排放系统相连；经步骤2)处理后的畜禽养殖废水先进入第Ⅰ级狐尾藻处理单元格，从营养液池(8)通过水泵(7)进入到最高层栽培箱(6)中，当到达一定高度后流入到中间层栽培箱中，随后流入到最底层栽培箱中，最终回流入到营养液池(8)中，完成一个循环；每2h循环一次，每次20min，经过7天的循环处理后流入下一级狐尾藻处理单元格，同时泵入新的畜禽养殖废水；进入第Ⅱ、ⅢⅣ级狐尾藻处理单元格的废水依次如此重复进行循环处理；
4)排放：经四级狐尾藻处理单元格处理过的畜禽养殖废水，通过第Ⅳ级狐尾藻处理单元格的管路排放；
5)狐尾藻资源化利用：栽培箱(6)狐尾藻水上部分达到30-40cm时，可整株移除或刈割水上部分饲用家畜。
2.根据权利要求1所述利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，其特征在于，所述生物基质处理池容积为收集池面积的0.9倍。
3.根据权利要求1所述利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，其特征在于，所述生物基质处理池中放入稻草的添加量为，首次按每吨养殖废水添加150kg稻草的标准添加，以后每隔6个月按首次添加量的50％添加。
4.根据权利要求1所述利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，其特征在于，在所述沉淀池进水口端安装不锈钢过滤网片。
5.根据权利要求1所述利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，其特征在于，所述人工光源为LED全光谱植物生长灯。
6.据权利要求1所述利用植物工厂处理畜禽养殖废水的方法，其特征在于，在沉淀池和植物工厂之间的管路前端上安装流量表。
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