CN111924968A - 一种负压收集养猪废水资源化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种负压收集养猪废水资源化系统及方法，该系统包括：猪舍、污水收集池、负压收集部、固液分离机、储粪间、厌氧反应器，排污管道与污水收集池进口相连，污水收集池与负压收集部连接，负压收集部与固液分离机连接，固液分离机分别与储粪间和厌氧反应器连接。负压收集养猪废水资源化方法，包括：将猪舍内的粪污通过排污管道排放至污水收集池；污水收集池内的粪污由于负压被输送至真空罐内；真空罐内粪污经所述排污泵进入固液分离机；固液分离机对粪污进行固液分离，固体粪污运送至储粪间，进行堆肥处理；液体废水经处理后进入厌氧反应器，进行厌氧消化。本发明提高养猪场粪污处理效率，避免臭味扩散，而且不易堵塞管道。

Description

一种负压收集养猪废水资源化系统及方法
技术领域
本发明涉及废水资源化技术领域，特别是涉及一种负压收集养猪废水资源化系统及方法。
背景技术
我国畜禽养殖业发展迅速,规模化、专业化和产业化是未来趋势，但同时也带来巨大的粪污处理和排放问题。目前，我国规模化养猪场常规清粪工艺有三种，水冲粪、水泡粪、干清粪。水冲粪利用高压水每天多次冲洗粪沟，劳动强度小，效率高，保持猪舍清洁，国外劳动力成本高的国家大多采用这种工艺，该工艺缺点是冲洗水量大，后续处理量大；水泡粪工艺是将粪便与废水直接排至污水池，其用水量少，但是粪便在粪沟中发酵一段时间会产生H2S、CH4等有害气体，严重危害人和生猪的健康，而且产生的污染物浓度高,提高处理难度；干清粪工艺实现了粪、尿、水分别收集处理，污水量少，而且有机污染物浓度低，是比较提倡的清粪工艺。
目前，大多数中小型养猪场大多数依然采用水冲粪和水泡粪工艺清粪，根据以上清粪工艺的问题，干清粪工艺将会是养猪场清粪工艺的未来发展趋势。但对于已经采用水冲粪及水泡粪工艺的养猪场来说，引进干清粪工艺会大大增加养猪场成本。
同时，臭气问题仍然是困扰养殖户和周围住户的一大难题，养猪场产生的臭气不仅对养猪场工作人员的身体健康有影响，还会影响周边环境及住户。目前，有部分养猪场投加除臭药剂来解决这一问题，但是会增加养殖成本，而还有部分养殖户对此置之不理。
另外，由于现有中小型养猪场往往通过渠道或管道排放粪污且渠道与管道较长、铺设坡度小等原因，粪污会导致渠道或管道堵塞，尤其在冬季，粪污流动速度慢而使其结冰，这会对养猪场及周围环境带来严重影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种负压收集养猪废水资源化系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高养猪场粪污处理效率，避免臭味扩散，而且不易堵塞管道。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种负压收集养猪废水资源化系统，包括猪舍、污水收集池、负压收集部、储粪间、厌氧反应器、固液分离机，所述猪舍与所述污水收集池进口通过排污管道相连，所述污水收集池出口与所述负压收集部连接，所述负压收集部与所述固液分离机连接，所述固液分离机分别与所述储粪间和所述厌氧反应器连接。
优选的，所述负压收集部包括负压排水管、真空罐、排污泵和真空泵，所述真空罐分别与所述真空泵和所述排污泵通过管路连接，所述负压排水管与所述污水收集池出口连接。
优选的，所述负压排水管包括负压排水支管和负压排水干管，所述负压排水支管与所述污水收集池出口连接，所述负压排水支管和负压排水干管固定连接，所述负压排水干管与所述真空罐连接。
优选的，所述厌氧反应器采用升流式固体反应器。
优选的，所述污水收集池内设置有液位控制器和真空界面阀。
优选的，所述排污管道、负压排水管、污水收集池设置于地下。
优选的，所述真空罐和所述排污泵设置于地下，所述真空泵放置于地面。
优选的，负压收集部还设置有真空站，真空罐和排污泵设置于地下，真空泵放置于地面，所述真空罐、排污泵和真空泵设置于所述真空站内部。
优选的，所述排污管道倾斜设置。
一种负压收集养猪废水资源化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将猪舍内的粪污通过所述排污管道排放至所述污水收集池；
S2、所述污水收集池内的粪污由于负压被输送至所述真空罐内；
S3、所述真空罐内粪污经所述排污泵进入所述固液分离机；
S4、所述固液分离机对粪污进行固液分离，固体粪污运送至所述储粪间，进行堆肥处理；液体废水经处理后进入所述厌氧反应器，进行厌氧消化。
本发明公开了以下技术效果：
1.在环境方面，本系统管内为负压且全封闭，臭气不会外逸，管内污水不会渗漏，不会影响周围环境。
2.在经济方面，本系统真空排水管道管径较小，管道埋深较重力管道较浅，管道坡度小，开挖量小，施工方便快捷、施工周期短,本系统以负压为动力，不需要提升泵站，降低了施工成本。与引进干清粪工艺相比，成本可降低20％。
3.在资源化方面，利用负压收集系统，可进一步提高粪污的收集率，与传统直接排放进行固液分离操作相比，粪污的收集率可至少提升10％；使用此系统，可减少粪污内的水分流失，粪污内的碳氮资源几乎不会流失，对后续的固体粪污的堆肥处理要求的含水率和C/N比有很大帮助，且后续厌氧消化产气率可提升20％。
4.在节能方面，后续处理采用厌氧发酵工艺，产生的沼气可直接利用，能够抵消养猪场部分能耗，从而节省能耗。
5.本系统采用负压动力输送，能够输送高浓度粪便，运输速度快，不易堵塞且在低温环境下不易结冰。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明负压收集养猪废水资源化系统整体结构示意图。
其中，猪舍1，重力排污管道2，污水收集池3，负压排水支管4，负压排水干管5，真空罐6，真空泵7，排污泵8，真空站9，储粪间10，厌氧反应器11，固液分离机12。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本发明提供一种负压收集养猪废水资源化系统，如图1所示，该系统包括有猪舍1、污水收集池3、负压排水支管4、负压排水干管5、真空罐6、排污泵7、真空泵8、固液分离机12、储粪间10和厌氧反应器11。其中，排污管道2从左端到右端倾斜设置，左端与各个猪舍1内的排污口连通，右端与污水收集池3的进口连通，通过重力作用将猪舍1内的粪污排放至污水收集池3，污水收集池3通过负压排水支管4和负压排水干管5与真空罐6连接。污水收集池3用于收集猪舍1内排放的粪污，用于粪污储存池，污水收集池3收集一个或多个猪舍1排放的粪污，根据养猪场的规模，污水收集池3可设置多个，另外根据猪舍1排污能力布置深度及位置并且做好防渗措施。本实施例中，污水收集池3内设置液位控制器和真空界面阀，液位控制器和真空界面阀连接，液位控制器设置最高液位和最低液位，当污水收集池3内液位达到设置的最高液位时，液位控制器向真空界面阀发送信号，真空界面阀打开，污水收集池3内的粪污会被吸入至真空罐6内；当污水收集池3内液位降至设置的最低液位时，液位控制器会发出信号给真空界面阀，破坏真空状态，真空界面阀关闭。另外，污水收集池3还能够通过人工观察或工人经验，人工决定排污时间。以上两种方案由养猪场养殖规模决定。
真空罐6、排污泵8设置于地下，真空泵7安装于地上，真空罐6与真空泵7相连，真空罐6内的粪污经排污泵8排出。真空罐6用于储存污水收集池3排放的粪污，真空罐6可根据养猪场排污规模设置一个或多个。本实施例中，真空罐6顶端与真空泵7相连，真空泵7是作为控制整个系统负压状态的设备，对整个系统的负压状态进行控制，真空罐6右侧底部与排污泵8相连，排污泵8将真空罐6内的粪污排出，方便进行后续处理。
当真空泵7运行时，会吸出真空罐内的气体，这些气体往往会带有臭味，同时排污泵8是将真空罐内的粪污排放至后续处理单元的设备。为了方便管理及维护，本实施例中，将真空罐6、真空泵7、排污泵8设置在同一构筑物内，该构筑物即为真空站9，真空站9需做好除臭。
排污泵8通过管路与固液分离机12连接，经排污泵8排出的粪污经过固液分离机12分离后，固体废物被运至储粪间10采用自然堆积的方式进行高温堆肥处理；液体废水经处理后，进入厌氧反应器11，液体废水从反应器的底部进水，进行厌氧消化，产生的沼气可自用，沼渣运送至储粪间10，进行高温堆肥处理。其中，储粪间10是储存经过固液分离的固体废物的场所，厌氧反应器11是对液体废水进行厌氧消化的反应器，本实施例采用升流式固体反应器，固液分离机12是将粪污经过压缩，将固体和液体分离的设备。
本发明提供用于收集养猪废水资源化的方法，其方法如下所述：
步骤1、猪舍1内的粪污通过重力管道2排放至污水收集池3；
步骤2、污水收集池3内的粪污由于负压会被输送至真空罐6内，污水收集池3内可设置液位控制器和真空界面阀，当池内液位达到设置的最大液位时，液位控制器会发出信号给真空界面阀，真空界面阀打开，由于负压排水支干管管内处于负压状态，污水收集池3内的粪污会吸入真空罐6内；当池内液位降至设置的最低液位时，液位控制器会发出信号给真空界面阀，破坏真空状态，真空界面阀关闭。污水收集池3也可通过人工观察或工人经验，自行决定排污时间。
步骤3、当达到真空罐6的最大承受能力时，排污泵8会将真空罐6内的粪污排至后续处理单元，这里的最大承受能力根据真空罐的体积、排污泵的工作周期和污水流量进行计算，当排污泵的工作周期和污水流量相乘的结果超过真空罐体积的1/3时即到达真空罐的最大承受能力。
步骤4、由真空罐6排出粪污会进行固液分离操作后，固体粪污会运送至储粪间10，通过高温堆肥处理，可直接返田利用可也制成有机肥销售。利用负压收集方式，进一步提高粪污的收集率，与传统直接排放进行固液分离操作相比，粪污的收集率可至少提升20％。这是由于负压收集方式在完全封闭环境中进行，由于负压状态，管内的粪污流动速度快，不易堵塞，管道内不会残留大量粪污。
步骤5、经过固液分离出来的液体废水经简单处理后进入厌氧反应器11，进行厌氧消化，产生的沼气可自用，沼渣运送至储粪间10，进行高温堆肥处理，沼液经简单处理后能够还田利用。
本系统是利用真空泵7制造的负压状态，将污水收集池3内的粪污输送至真空罐6内，再由排污泵8将真空罐6内粪污排出进行后续处理。粪污经过固液分离后，固体废水被运送至储粪间10进行高温堆肥处理，液体废水经简单处理后进入厌氧反应器11进行厌氧消化，产生的沼渣运送至储粪间10进行高温堆肥处理，产生的沼气可自行利用。
高温堆肥的基本原理为:堆肥原料中的可溶性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收；不溶的胶体和固体有机物先被吸附在微生物体外,然后依靠微生物所分泌的胞外酶分解为可溶性物质,再渗入细胞。微生物通过自身的生命代谢活动,把一部分有机物氧化成简单的无机物,释放出能量,并把另一部分有机物转化为微生物所必须的营养物质,为微生物各种生理活动提供能量,使微生物得到正常的生长和繁殖,产生更多的微生物。
厌氧消化过程可分为水解、酸化、和产甲烷3阶段，每个阶段都由一定种类的微生物完场有机物的代谢过程。第一阶段是在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质与脂肪水解与发酵转化成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油及二氧化碳、氢等；第二阶段是在产氢产乙酸菌的作用下，把第一阶段的产物转化成氢、二氧化碳和乙酸；第三阶段是通过两组生理上不同的产甲烷菌的作用，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组是对乙酸脱羧产生甲烷。
现有采用水冲粪及水泡粪工艺的养猪场，通常废水量大，且水质指标都很高，COD往往达到20000mg/L,总固体含量(TS)大于10％，TN浓度为805mg/L，NH3-N浓度为590mg/L，TP浓度为127mg/L。
当猪舍1内的粪污排至污水收集池3后，开启真空泵7，启动负压收集系统，将污水收集池3内的粪污收集到真空罐6内，当达到真空罐6的最大承受能力时，启动排污泵8，将粪污排放至固液分离机内12进行固液分离，经过固液分离后，液体废水的化学性水质指标和其他物理性水质指标将大大降低，其中，COD(化学需氧量，Chemical Oxygen Demand)降至5000mg/L，TS(总固体含量，Total Solid)降至3％-5％，TN(总氮)浓度降至250mg/L，NH3-N(氨氮)浓度降至210mg/L，TP(总磷)浓度降至60mg/L。分离后的固体粪污运送至储粪间10，经负压收集方式收集的粪污，其水分及有机物、氮磷资源几乎不会流失，对后续的固体粪污的堆肥处理要求的含水率和C/N比有很大帮助。固液分离后液体废水通过管道流入厌氧反应器11，微生物利用废水中的营养物质进行新陈代谢，将大分子有机物慢慢降解为甲烷等气体，产生沼气，由于负压收集系统的全封闭性，粪污中的有机物、氮磷资源不会流失，有利于后续厌氧消化的微生物的营养要求，将厌氧消化的产气率提升20％。经过厌氧消化后，厌氧反应器11内的沼渣将被送至储粪间10进行高温堆肥处理，沼液经简单处理后可还田利用。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例中的负压收集养猪废水资源化系统不设置真空站9，只需将真空罐6、排污泵8设置于地下，真空泵7安装于地上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：包括猪舍(1)、污水收集池(3)、负压收集部、储粪间(10)、厌氧反应器(11)、固液分离机(12)，所述猪舍(1)与所述污水收集池(3)进口通过排污管道(2)相连，所述污水收集池(3)出口与所述负压收集部连接，所述负压收集部与所述固液分离机(12)连接，所述固液分离机(12)分别与所述储粪间(10)和所述厌氧反应器(11)连接。
2.根据权利要求1所述的负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：所述负压收集部包括负压排水管、真空罐(6)、排污泵(8)和真空泵(7)，所述真空罐(6)分别与所述真空泵(7)和所述排污泵(8)通过管路连接，所述负压排水管与所述污水收集池(3)出口连接。
3.根据权利要求2所述的负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：所述负压排水管包括负压排水支管(4)和负压排水干管(5)，所述负压排水支管(4)与所述污水收集池(3)出口连接，所述负压排水支管(4)和负压排水干管(5)固定连接，所述负压排水干管(5)与所述真空罐(6)连接。
4.根据权利要求1所述的负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：所述厌氧反应器(11)采用升流式固体反应器。
5.根据权利要求1所述的负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：所述污水收集池(3)内设置有液位控制器和真空界面阀。
6.根据权利要求2所述的负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：所述排污管道(2)、负压排水管、污水收集池(3)设置于地下。
7.根据权利要求2所述的负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：所述真空罐(6)和所述排污泵(8)设置于地下，所述真空泵(7)放置于地面。
8.根据权利要求2所述的负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：所述负压收集部还设置有真空站(9)，所述真空罐(6)和所述排污泵(8)设置于地下，所述真空泵(7)放置于地面，所述真空罐(6)、排污泵(8)和真空泵(7)设置于所述真空站(9)内部。
9.根据权利要求2所述的负压收集养猪废水资源化系统，其特征在于：所述排污管道(2)倾斜设置。
10.一种负压收集养猪废水资源化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将猪舍内的粪污通过所述排污管道排放至所述污水收集池(3)；
S2、所述污水收集池内(3)的粪污由于负压被输送至所述真空罐(6)内；
S3、所述真空罐(6)内粪污经所述排污泵(8)进入所述固液分离机(12)；
S4、所述固液分离机(12)对粪污进行固液分离，固体粪污运送至所述储粪间(10)，进行堆肥处理；液体废水经处理后进入所述厌氧反应器(11)，进行厌氧消化。
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