CN112955409A - 用于处理有机原料的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
用于处理有机原料特别是牲畜废水或家禽废水的系统。所述系统采用用于将废水转化为安全水、肥料和能量的结合的厌氧消化和好氧消化，其中序批式反应器(即，ASBR和SBR)用于消化过程。
Description
技术领域
本发明涉及有机原料的处理。特别地，本发明涉及用于处理来自农场动物的废物的系统。更特别地，本发明涉及用于将源自牲畜或家禽的废水转化为安全水、土壤改良剂和能量的设备和方法。
背景技术
来自城市和集约化牲畜农场的废水排放构成进入河流的主要有机污染物负荷。随着未来数十年预期的城市人口的快速增长，预期有机污染的两种来源均增加。奶牛场废水有可能引起高水平的环境污染，并且对于废水处理厂(Waste Water Treatment Plant，WWTP)是重大挑战。流出物的特征在于有机物质、悬浮固体、氮和磷的高负荷。
由来自牲畜农场的径流引起的水中过量的氮和磷导致藻类的快速生长。藻类的大量增加损害水质、食物资源和栖息地，并且减少鱼类和其他水生生物生存所需的氧气。藻类的大量生长被称为藻华，因为一些藻类产生毒素和细菌的提高生长，这可能对那些接触污染水、食用受污染的鱼或贝类或者饮用被污染的水的人造成疾病，所以它们对人类有害。
奶牛场废物来自两种主要来源：1)来自挤奶间(milking parlor)和保存区的废水(“挤奶废水”)，其特征为必须在被排放到公共污水系统中之前经历预处理的具有高至1％固体的液体流；2)来自牛棚和进料区的新鲜奶牛粪肥，其特征为可以撒播在田间以用于耕作，用作有机垫料或者储存然后送到区域堆肥设施或生物气厂的具有15％固体的固体流。
用于由有机废物发电的厌氧消化(Anaerobic digestion，AD)技术是公知的，并且已在欧洲实施了数十年。在厌氧消化期间，使用复杂的细菌系统使有机物质逐渐分解，直至产生生物气。尽管具有优点，但该技术的特征在于形成具有非常高水平的病原体、硝酸盐、钠和磷的“消化物”-黑水(又称黑液、渗滤液或液体有机肥料(Liquid OrganicFertilizer，LOF))的主要缺点。由牲畜废物的AD形成的消化物特别危险，通常不被允许排放到市政废水处理设施中。
在欧洲，形成为AD的副产物的消化物的常见解决方案是由于高营养水平，将消化物分散在耕地中。然而，由于担心雨季时的径流，对于其分散存在限制。这些限制要求消化物的储存时间为4个月至8个月，这是增加设施的资本支出(capital expenditure，CAPEX)和运行费用(operating expense，OPEX)的限制。
此外，在通常具有高CEC(Cation Exchange Capacity，阳离子交换能力)的具有低粘土含量的土壤中，由于沙的高浓度，营养物浸出的风险高得多。
当使用消化物作为肥料或者在耕地的土地开垦中时，另一个限制是由于降水最少引起的高盐度。高粘土土壤含量以及低CEC可能导致排水问题和水坑形成，这导致钠离子释放至液相，增加土壤碱度并降低土壤肥力。
存在几种用于减小消化物的体积的方法，其中大多数基于从液体中机械分离固体和蒸发液体以减小体积，但它们需要使用另外的化学品和能量，从而增加废水处理的成本，同时降低经济可行性。
本发明通过使用用于处理有机废物的废水处理方法来解决消化物的问题，所述方法以允许排放到污水系统中的品质(至少通过根据以色列法规允许的污水排放水平)产生水流出物(安全水)。本发明能够去除废水中的高水平的有机物质和悬浮固体以及氮和磷。此外，安全水流出物可以在根据本发明的设备内循环以稀释原料。
本发明的另一个目的是满足小型农场对低成本解决方案的未满足的需求。根据本发明的设备的尺寸显著小于常规设施的尺寸，这极大地影响设备的构造、运行和维护成本。
本发明的又一个目的是提供不需要添加化学品的设备和方法。
本发明的再一个目的是提供其中与常规的生物气设施相比，所述方法的水力停留时间更短的设备。
随着描述的进行，本发明的以上和其他目的和优点将变得明显。
发明内容
本发明提供了用于处理液体牲畜废物或家禽废物的原料处理设备，所述原料处理设备包括：a)搅拌进给容器，所述搅拌进给容器用于将均匀且任选稀释的液体原料进给至厌氧反应器；b)两个厌氧反应器，所述两个厌氧反应器循环连通，选自厌氧序批式反应器(anaerobic sequencing batch reactor，ASBR)；c)好氧反应器，所述好氧反应器选自序批式反应器(sequencing batch reactor，SBR)，与所述两个厌氧反应器中的至少一者循环连通；d)搅拌装置，所述搅拌装置用于独立搅拌所述反应器；e)排放池，所述排放池连接至所述两个厌氧反应器中的至少一者，用于接收来自所述至少一个厌氧反应器的一部分沉降的废物；f)安全水容器，所述安全水容器用于接收来自所述好氧反应器的顶部部分的水；g)气体收集器，所述气体收集器用于收集在所述厌氧反应器中的至少一者中产生的生物气；以及h)转移装置，所述转移装置用于将流体转移到所述反应器中、从所述反应器中转移出来和穿过所述反应器并用于调节所述流体的流量，所述装置包括管道、阀、泵、传感器和处理器；其中所述搅拌装置被配置成交替地工作以使反应器内容物在搅拌循环期间均匀化并停止以使反应器内容物中的固体在沉降循环期间沉降，其中所述流体包括生物气和水，其中所述水在其沉降循环期间分批从反应器中转移出来，以及其中所述处理器被配置成接收来自所述传感器的信号并将信号发送至所述搅拌装置、阀和泵。所述安全水容器可以与所述进给容器循环连通。所述排放池可以包括用于将来自所述厌氧反应器的所述废物转化为土壤改良剂的设施。好氧反应器包括有效的充气装置。所述厌氧反应器可以包括用于调节温度的装置。所述转移装置还可以包括重力驱动装置。在一些实施方案中，待处理的所述牲畜废物源自养猪场、养牛场、奶牛场或养鸡场。在一个优选的实施方案中，要在本发明的设备中处理的所述牲畜废物至少部分地源自养猪场、养牛场、奶牛场或养鸡场。
本发明提供了用于处理包含液体牲畜废物或家禽废物的原料的方法，所述方法包括：i)在进给容器中收集包含所述废物的原料；ii)任选地将所述原料稀释并均匀化为均匀的液体废物；iii)将所述均匀的废物从所述进给容器转移至选自厌氧序批式反应器(ASBR)的第一厌氧反应器，以及从所述第一ASBR转移至第二ASBR；iv)通过重复的搅拌和沉降循环来促进废物的厌氧消化，搅拌循环包括将液体废物在所述ASBR中混合，以及沉降循环使所述废物液体中的固体至少部分地沉降在所述两个厌氧反应器中，其中将来自所述第二ASBR的底部部分的一部分沉降的液体废物在其沉降循环期间转移至所述第一ASBR；v)将来自所述第二ASBR的顶部部分的一部分经处理的废物在其沉降循环期间转移至好氧序批式反应器(SBR)；vi)通过重复的搅拌和沉降循环来促进废物的好氧消化，搅拌循环包括在所述SBR中的液体废物的充气和混合，以及沉降循环使所述废物液体中的固体至少部分地沉降；vii)将来自所述SBR的底部部分的一部分液体在其沉降循环期间转移至所述两个ASBR中的至少一者；viii)将来自所述SBR的顶部部分的一部分液体在其沉降循环期间转移至安全水容器；以及ix)将来自所述两个厌氧反应器中的至少一者的一部分沉降的液体废物在其沉降循环期间转移至排放池；其中通过包括管道、阀、泵、传感器和处理器的转移装置来管理所述转移步骤，所述处理器被配置成接收来自所述传感器的信号并发送信号以开始或停止所述搅拌，启动或关闭泵，以及打开或关闭阀。所述步骤ii)可以包括将所述原料用来自安全水容器的水，或者用来自奶牛场挤奶间和保存区的循环挤奶废水，或任何可用的水源来稀释。所述排放池中的液体废物可以被干燥或者可以经历用鼓风机的充气静态堆(AeratedStatic Pile，ASP)以获得土壤改良剂；其还可以与纤维素或木屑混合，或者可以被以其他方式处理以提供高品质肥料。本发明的方法包括分批进行的步骤。例如，每天进行2批至6批上述转移步骤iii)、v)和viii)。在一些实施方案中，待处理的所述牲畜废物源自养猪场、养牛场、奶牛场或养鸡场。在一个优选的实施方案中，要通过本发明的方法处理的所述牲畜废物至少部分地源自养猪场、养牛场、奶牛场或养鸡场。
在一些实施方案中，根据需要，水容器与进给容器循环连通，以使经处理的水在设备内循环。
在一些实施方案中，调节厌氧反应器中的温度，因此厌氧反应器还可以包括用于调节温度的装置。厌氧消化可以在嗜温或嗜热条件下进行。
本发明涉及用于有效处理来自畜禽业的废物特别是废水的系统。
附图说明
通过以下实例并参照附图，本发明的以上和其他特征和优点将更加明显，在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方案的原料处理设备的示意图；
图2是根据本发明的一个实施方案的综合生态系统解决方案的示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施方案的设备的流入物和流出物的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)水平；
图4示出了根据本发明的一个实施方案的设备的流入物和流出物的％总固体(Total Solid，TS)水平(干物质-DM)；以及
图5示出了在根据本发明的一个实施方案的设备中产生的生物气中的％甲烷(CH4)。
具体实施方式
本设备和方法有效地提供了综合生态系统解决方案。所述设备基于允许营养物循环，以可以被进一步处理以获得电和热的生物气的形式产生能量的厌氧消化(AD)技术。水流出物(安全水)对于排放到污水系统中是安全的(通过根据以色列法规允许的污水排放水平)和/或在进行另外的过滤以提高水品质之后再利用。有利地，所述设备可以处理来自整个奶牛场的废物：来自挤奶间和保存区的挤奶废水以及来自饲喂区的粪肥废物。此外，通过所述设备处理废物在没有进一步化学处理成本的情况下解决了作为其他AD设施的主要缺点之一的消化物产生的问题。由于避免了与消化物储存、运输和土壤破坏相关的成本，因此带来了另外的经济价值。
根据一些实施方案，综合生态系统解决方案赋予以下环境益处：1)显著减少来自CH4、H2S、NH3和N2O的空气污染；2)显著减少来自NO3、TP、Na+和Cl-的径流的水污染。来自所述设备的安全水流出物符合COD含量和BOD含量的严格规定参数。安全水流出物可以在设备内循环，例如，其用于原料的稀释；以及3)显著降低土壤盐度和病原体污染。所述设备的土壤改良剂副产品为农民提供了常规基于氨的液体肥料的优异的替代品。
所述设备的另外的经济优点在于其小的占地面积以及低的运行和维护成本(自动化系统、低电耗且没有添加的化学品)。
在第一方面中，本发明涉及用于处理原料并提供安全水以及任选地生物气和土壤改良剂的设备和方法。在一个实施方案中，所述设备包括搅拌进给容器、两个搅拌厌氧反应器、搅拌好氧反应器和水容器。
如本文所用，术语“原料”是指有机废物，例如污水污泥、牲畜或家禽废物、饮食废物，包括屠宰场、面包厂或酿酒厂废物以及农业废物，但本发明不限于任何具体的进料材料。
如本文所用，术语“土壤改良剂”是指对从设备的厌氧反应器排放的一部分废物(污泥)进行干燥之后获得的干物质。土壤改良剂可以经历进一步处理，并且可以有利地用作土壤改善剂。
如本文所用，术语“安全水”是指可以被排放至当地污水系统的水，因此水满足当地法规(例如以色列环保部或美国环保局(Environmental Protection Agency，EPA)的法规)允许的污水排放水平。术语也包括可以经历水抛光(water polishing)以用于灌溉的水。
在一些实施方案中，所述设备和方法被设计成用于处理来自养猪场、养牛场、奶牛场或养鸡场的牲畜废物。本发明的设备对于奶牛场特别有利，并且可以根据需要进行缩放。
可以根据原料的品质来调节所述设备和方法。例如，在一些实施方案中，可以将牲畜废物与家禽废物、食物废物和农业废物共消化。
根据本发明的一些实施方案的设备100包括图1中示意性描绘的部件。将原料进给到搅拌进给容器101(T0)中，其中可以使用来自水容器112的循环水(T5)，或者用来自挤奶间和保存区的挤奶废水将原料稀释并通过混合使原料均匀。稀释的原料废物然后流入第一搅拌厌氧反应器102(R1)中。在废物的混合和沉降的重复循环，从而将废物厌氧消化之后，将废物的顶部部分转移至第二搅拌厌氧反应器103(R2)，其中通过进行混合和沉降的重复循环将废物进一步消化。在将废物在第二厌氧反应器103中沉降之后，将废物的顶部部分转移至搅拌好氧反应器104(R3)以进一步消化。通过在好氧反应器104中的废物的充气和混合的重复循环，随后使废物沉降来将废物消化。将污泥105的底部部分从好氧反应器104转移至第二厌氧反应器103。还将污泥106的底部部分从第二厌氧反应器103转移至第一厌氧反应器102。厌氧反应器包括用于将在反应器102、103中产生的生物气收集到收集容器111中的气体收集器107和107'。将来自好氧反应器104的顶部部分的水转移至水容器112，在一些实施方案中，水从水容器112(经由流108)循环到进给容器101中以用于稀释原料。在一些其他实施方案中，将安全水流出物112排放到污水系统中。根据一些实施方案，将来自第一厌氧反应器102的污泥109的底部部分转移至排放池110。因此，根据本发明的一个实施方案，将进给到设备中的原料消化以产生安全水、土壤改良剂和生物气。
如本文所用，术语“部分”表示废物或污泥的根据设备中的反应器的尺寸确定的体积。因此，技术人员将理解所述部分的体积是可缩放的，并且根据设备的容量和其他考虑因素来设定。所述部分的体积也可以根据设备的所述部分从其转移和转移至其的部件而变化。例如，从第二厌氧反应器103转移至第一厌氧反应器102的部分可以为每天处理的废物的量的1/15，而从好氧反应器104转移至水容器112的部分可以为每天处理的废物的量的14/15。
如本文所用，术语“废物的底部部分”或“污泥的底部部分”是指可以从反应器的底部部分取出的材料。在这方面中，通常将底部部分视为反应器的三分之一的底部，但取出点可以位于反应器中的各种高度和位置处，并且不限于任何特定的位置。
在一个实施方案中，本发明提供了用于处理原料的设备，所述设备包括：搅拌进给容器，所述搅拌进给容器用于将原料进给至厌氧反应器；两个搅拌厌氧反应器，所述两个搅拌厌氧反应器循环连通；搅拌好氧反应器，所述搅拌好氧反应器与所述两个厌氧反应器中的至少一者循环连通；以及水容器，所述水容器用于接收从所述好氧反应器排放的水，其中部件通过管道彼此连通。
在一些实施方案中，根据需要，水容器与进给容器循环连通，从而使原料自稀释。在一些实施方案中，将原料稀释至包含2％至6％的总固体(TS)。在一些实施方案中，进给容器包括用于连续测量总悬浮固体(total suspended solid，TSS)的测量装置，从而指示稀释原料的需要。根据这些实施方案中的一些实施方案，进给容器包括用于切碎原料中的大固体颗粒的机械切碎机。
如本文所用，术语“循环连通”用于指示液体、废物、污泥或气体可以从设备的一个部件循环至另一部件，即，废物在设备的部件之间转移。术语也包括废物的部分的转移。因此，应理解，如果反应器将废物从其自身转移至另一反应器，或者即使反应器无法将废物转移至另一反应器，也接收从另一反应器转移至其的废物，则认为反应器与另一反应器循环连通。
如本文所用，术语“管道”涉及用于将液体、废物、污泥或气体从设备的一个部件转移至另一部件的通道或管。这样的管道可以为管或管子。管道也包括从一个部件到另一部件的直接连接。泵和阀可以包括在管道中，以促进液体、废物、污泥或气体的转移。在一些实施方案中，管道还包括能够打开和关闭以调节流体或废物的流的阀。
在一些实施方案中，所述设备还包括用于帮助废物的转移的转移装置。这样的装置可以为例如泵和重力驱动装置。
在一些实施方案中，本发明的好氧反应器包括充气装置。如本文所用，术语“充气装置”涉及将空气或氧气供应到反应器中的装置。充气装置包括机械充气机或压缩空气。
在一些实施方案中，好氧反应器具有好氧阶段和缺氧阶段以从废物中有效去除氮(脱硝)。在好氧阶段期间，氮转化为硝酸盐(硝化)。然后将硝化的废物暴露于无自由氧(缺氧)的环境，在这些条件下，微生物利用硝酸盐作为电子受体并以氮气的形式释放氮。
在好氧消化期间，氮和磷在被称为生物营养物去除(Biological NutrientRemoval，BNR)的过程中被去除。此外，这是本发明的另外的优点，通过生物质同化从废物中去除钠，因此产生安全水的流出物。如由化学需氧量(COD)和生化需氧量(BiochemicalOxygen Demand，BOD)的减少水平以及氮、磷和钠的减少所示，处理能够去除高水平的悬浮固体和有机物质。
在一些实施方案中，厌氧反应器可以包括用于收集包含甲烷的生物气的气体收集器。在一些实施方案中，用于测量产生的甲烷的量的装置也可以包括在所述设备中。
根据一些实施方案，可以应用变压吸附(Pressure swing adsorption，PSA)技术以从生物气中提取甲烷，然后可以将其注入天然气管道中。在另一些实施方案中，可以通过应用热电联供(Combined Heat and Power，CHP)技术来使用生物气(主要是纯化的甲烷)以产生电和余热。在这些实施方案中的一些实施方案中，余热可以用于加热反应器、加热牲畜舍或者用于使用吸附式冷却器冷却。产生的电可以转移至本地电网分配器。
厌氧消化可以在嗜温或嗜热条件下进行。在另一些实施方案中，在厌氧反应器中保持45℃至55℃的嗜热温度。而根据另一些实施方案，在厌氧反应器中保持32℃至40℃的嗜温温度。与用于保持嗜热条件的成本相比，后一实施方案涉及与加热相关的降低的成本。因此，所述设备还可以包括用于调节温度的装置。
本发明适用于任何厌氧反应器和好氧反应器。这样的反应器也不限于任何几何形式或尺寸。
本发明的设备中采用的厌氧反应器选自厌氧序批式反应器(ASBR)。
所述设备中采用的好氧反应器选自序批式反应器(SBR)。
通过将废物混合和使废物沉降的重复循环来将原料在设备的两个厌氧反应器中消化，在沉降期间，可以将固体沉积物和靠近底部的废物转移至排放池以获得土壤改良剂。因此，在一些实施方案中，原料处理设备还包括连接至两个厌氧反应器中的至少一者的排放池。
在一些实施方案中，可以将排放的废物(污泥)干燥或者与纤维素或木屑混合以获得土壤改良剂。根据一些实施方案，通过迫使或拉动空气穿过排放的废物的堆来使排放的废物经历充气静态堆(ASP)，从而使污泥干燥并凝固成干物质(在本文中被称为“土壤改良剂”)。在这些实施方案中的一些实施方案中，由低电耗鼓风机产生空气流。优选地，每天将空气吹过排放的废物(污泥)的堆4小时至12小时。在一些另外的实施方案中，添加木屑作为填充剂以增强空气流动并增加堆的孔隙度。在一些另外的实施方案中，土壤改良剂通过长的SRT(Sludge Retention Time，污泥停留时间)来稳定，所述长的SRT包括约22天的厌氧处理、37天的好氧处理和至少60天的ASP，产生约120天的总稳定化。
在一些实施方案中，有利地，获得的土壤改良剂的特征在于具有小于10mm的尺寸的颗粒。在一些实施方案中，土壤改良剂的堆具有减少的气味并且不吸引苍蝇、蚊子等。此外，在本发明的许多优点中，由于土壤改良剂满足A级堆肥要求，使其成为优异的土壤改善剂，因此所述设备促进生物营养物循环。
根据一些实施方案，可以根据需要来调节获得的土壤改良剂的品质，例如通过改变污泥/纤维素比，或者通过采用多种类型的纤维素废物。
在一些实施方案中，可以将排放的废物(污泥)干燥并用作用于牲畜的有机垫料。
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方案的综合生态系统解决方案200，其中牲畜废物113和挤奶废水114转化为可以在系统内循环的安全水流出物112、作为副产品的土壤改良剂110和生物气111。综合生态系统200包括设备，所述设备包括搅拌进给容器101、两个搅拌厌氧反应器102、103、搅拌好氧反应器104和水容器112。将牲畜废物113进给至进给容器101，其中用来自挤奶间和保存区的循环废水(“挤奶废水”)114或者用在设备115内循环的安全水将牲畜废物113稀释并通过混合使牲畜废物113均匀。根据一些实施方案，挤奶废水114可以直接转移到好氧反应器104中以进行处理。稀释的废物转移至两个厌氧反应器中的第一个102，其中通过废物的混合和沉降的重复循环使废物经历厌氧消化。在一些实施方案中，废物转移到第一厌氧反应器102中是分批进行的，根据这些实施方案中的一些实施方案，所述分批为每天2批至6批。沉降的废物的顶部部分转移至第二厌氧反应器103，其中通过进行混合和沉降的重复循环将废物进一步消化。在沉降之后，废物的顶部部分从第二厌氧反应器103转移至好氧反应器104以将废物进一步消化。在一些实施方案中，废物转移到好氧反应器中是分批进行的，根据这些实施方案中的一些实施方案，所述分批为每天2批至6批。通过废物的充气和混合的重复循环，然后使废物沉降来将废物在好氧反应器104中好氧消化。在沉降之后，污泥的底部部分从好氧反应器104转移回至第二厌氧反应器103。此外，污泥的底部部分从第二厌氧反应器103转移至第一厌氧反应器102。厌氧反应器102、103包括用于收集在反应器中产生的生物气111的气体收集器107、107'。来自好氧反应器104的顶部部分的水转移至水容器112，在一些实施方案中，水从水容器112循环115以用于牲畜废物113的自稀释。来自第一厌氧反应器102的污泥的底部部分转移至排放池110，其中将污泥干燥，从而获得高品质土壤改良剂。土壤改良剂可以进一步富集并用于植物农业126。
在一些实施方案中，安全水流出物112可以进一步经历过滤116和消毒117。这样的过滤过程可以使用沙滤器、介质过滤器和碳过滤器来进行。消毒可以使用紫外线(UV)来进行。可以添加另外的纯化步骤，以根据相关要求和法规来调节安全水流出物112的品质，例如可以应用反渗透(reverse osmosis，RO)以获得纯化水。
在一些实施方案中，安全水流出物112被排放到污水系统中或者被排放至WWTP122。在另一些实施方案中，安全水流出物用于灌溉118或者用于处理用于饲养农场124中的动物121的进料119例如谷物或要在设备中处理的添加剂120。
在一些实施方案中，根据需要，综合生态系统解决方案200还可以包括储存[h1]罐125和储存罐123。
根据一些实施方案，可以通过应用热电联供(CHP)127技术来使用生物气111以产生电和热。在这些实施方案中的一些实施方案中，热可以用于加热反应器128、128'。产生的电可以转移至本地电网分配器129。在另一些实施方案中，可以应用变压吸附(PSA)技术130以从生物气中提取甲烷，然后可以将其注入天然气管道131中。
在一个实施方案中，本发明提供了用于处理原料的方法，所述方法包括以下步骤中的一者或更多者的组合：
i)在进给容器中收集原料；
ii)将原料稀释并均匀化为废物；
iii)将废物从进给容器转移至两个厌氧反应器中的至少一者；
iv)通过在两个厌氧反应器中的将废物混合和使废物沉降的重复循环来促进废物的厌氧消化，其中一部分废物在两个厌氧反应器之间循环；
v)将经处理的废物从两个厌氧反应器中的至少一者转移至好氧反应器；
vi)通过在好氧反应器中的废物的充气和混合，然后使废物沉降的重复循环来促进废物的好氧消化；
vii)将废物的底部部分从好氧反应器转移至两个厌氧反应器中的至少一者；以及
viii)将废物的顶部部分从好氧反应器转移至水容器。
虽然以特定顺序描绘了所述方法的步骤，但不应理解为这样的步骤以所示的特定顺序或以连续顺序来完成。在一些情况下，多步或并行处理将是有利的。同样，虽然本文中提供的实例包括一些具体的实施细节，但不应被解释为限制权利要求的范围，而应被视为所述方法的特定实施方案。
根据一些实施方案，在进给容器中将原料用来自水容器的循环水稀释。在一些实施方案中，在进给容器中将原料用源自奶牛场挤奶间和保存区的循环挤奶废水稀释。
在一些实施方案中，所述方法还包括将来自所述两个厌氧反应器中的至少一者的底部部分的一部分污泥转移至排放池以获得土壤改良剂的步骤。
在一些实施方案中，所述方法还包括从所述两个厌氧反应器中的至少一者经由气体收集器收集生物气的步骤。
在一些实施方案中，废物从进给容器转移至两个厌氧反应器中的至少一者以及从两个厌氧反应器中的至少一者转移到好氧反应器中是分批进行的，根据这些实施方案中的一些实施方案，所述分批为每天2批至6批。
本发明提供了包括厌氧处理和好氧处理的特别地用于处理来自奶牛场的原料和挤奶废水的不需要昂贵的设备、灵活且可扩展的不复杂的设备和方法。
将在以下实施例中进一步描述和说明本发明。
实施例
在本文中使用以下首字母缩写：
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
TS 总固体
VS 挥发性固体
TSS 总悬浮固体
TKN 总凯氏氮
TP 总磷
TN 总氮
WAS 废物活性污泥
实施例1
设备描述
在以色列的奶牛场上建造具有400m2占地面积的设备以处理100头奶牛的废物。如图1所示，所述设备包括搅拌进给容器(T0)、两个搅拌ASBR(R1和R2)、好氧SBR(R3)、水容器(T5)和排放池(R4)。从两个ASBR收集生物气。使用挤奶废水将具有13％TS的奶牛粪肥稀释至2.5％TS，每天处理10m3的废物。
处理：
反应器尺寸：
总尺寸：每个反应器：100m3
厌氧反应器的运行尺寸：每个60m3
好氧反应器的运行尺寸：30m3
每个厌氧反应器的水力停留时间(HRT)：
好氧反应器的水力停留时间(HRT)：
反应器的质量平衡：
固体停留时间(Solids Retention Time，SRT)不超过：60天。
技术人员将理解，可以进一步降低6天的每个厌氧反应器的HRT，例如降低至3天的HRT。
实施例2
设备性能
A.安全水流出物
表1示出了设备在安全水品质方面的平均性能。
表1
*根据以色列法规
在所述方法的最后，安全水流出物在用于排放到污水系统中的允许的参数内，如对于化学需氧量(COD)、总悬浮固体(TSS)、总凯氏氮(TKN)和总磷(TP)水平所示的。
图3中的结果示出了在不同日期测量的设备的流入物和流出物的COD测量值。在大多数日期，超过90％的COD被去除，并且这些水平符合允许排放到污水系统中的COD含量的规定参数。
在流入物中将总固体(TS)稀释至1％至3.5％。图4示出了在不同日期测量的设备的流入物和流出物中的TS(干物质-DM)。在大多数日期，干物质的去除非常高，并且流出物具有小于0.5％TS。
表2示出了一天中设备的质量平衡总结。
表2
B.生物气产生
图5示出了在不同日期设备的厌氧反应器中产生的生物气中的％甲烷(CH4)。平均而言，生物气包含65％甲烷。
C.排放的污泥
将从厌氧反应器(R1)排放的污泥收集在充气排放池(R4)中，其中使污泥经历充气静态堆(ASP)技术以凝固和干燥。在60天之后，检查干物质(土壤改良剂)。可视颗粒具有小于10mm的尺寸。土壤改良剂的气味是甜味和果味的，并且没有观察到苍蝇、蚊子等。表3示出了土壤改良剂的平均特性。
表3
虽然已通过说明的方式描述了本发明的实施方案，但应理解，在不超出权利要求的范围的情况下，本发明可以以许多变化、修改和改变来进行。
Claims (14)
1.一种用于处理液体牲畜废物或家禽废物的原料处理设备，包括：
a)搅拌进给容器，所述搅拌进给容器用于将均匀且任选稀释的液体原料进给至厌氧反应器；
b)两个厌氧反应器，所述两个厌氧反应器循环连通，选自厌氧序批式反应器(ASBR)；
c)好氧反应器，所述好氧反应器选自序批式反应器(SBR)，与所述两个厌氧反应器中的至少一者循环连通；
d)搅拌装置，所述搅拌装置用于独立搅拌所述反应器；
e)排放池，所述排放池连接至所述两个厌氧反应器中的至少一者，用于接收来自所述至少一个厌氧反应器的一部分沉降的废物；
f)安全水容器，所述安全水容器用于接收来自所述好氧反应器的顶部部分的水；
g)气体收集器，所述气体收集器用于收集在所述厌氧反应器中的至少一者中产生的生物气；以及
h)转移装置，所述转移装置用于将流体转移到所述反应器中、从所述反应器中转移出来和穿过所述反应器并用于调节所述流体的流量，所述装置包括管道、阀、泵、传感器和处理器；其中所述搅拌装置被配置成交替地工作以使反应器内容物在搅拌循环期间均匀化并停止以使反应器内容物中的固体在沉降循环期间沉降，其中所述流体包括生物气和水，其中所述水在其沉降循环期间分批从反应器转移出来，以及其中所述处理器被配置成接收来自所述传感器的信号并将信号发送至所述搅拌装置、阀和泵。
2.根据权利要求1所述的原料处理设备，其中所述安全水容器与所述进给容器循环连通。
3.根据权利要求1所述的原料处理设备，其中所述排放池包括用于将来自所述厌氧反应器的所述废物转化为土壤改良剂的设施。
4.根据权利要求1所述的原料处理设备，其中所述好氧反应器包括有效的充气装置。
5.根据权利要求1所述的原料处理设备，其中所述两个厌氧反应器还包括用于调节温度的装置。
6.根据权利要求1所述的原料处理设备，其中所述转移装置包括重力驱动装置。
7.根据权利要求1所述的原料处理设备，其中所述废物源自养猪场、养牛场、奶牛场或养鸡场。
8.一种用于处理包含液体牲畜废物或家禽废物的原料的方法，包括：
i)在进给容器中收集包含所述废物的原料；
ii)任选地将所述原料稀释并均匀化为均匀的液体废物；
iii)将所述均匀的废物从所述进给容器转移至选自厌氧序批式反应器(ASBR)的第一厌氧反应器，以及从所述第一ASBR转移至第二ASBR；
iv)通过重复的搅拌和沉降循环来促进废物的厌氧消化，所述搅拌循环包括将液体废物在所述ASBR中混合，以及所述沉降循环使所述废物液体中的固体至少部分地沉降在所述两个厌氧反应器中，其中将来自所述第二ASBR的底部部分的一部分沉降的液体废物在其沉降循环期间转移至所述第一ASBR；
v)将来自所述第二ASBR的顶部部分的一部分经处理的废物在其沉降循环期间转移至好氧序批式反应器(SBR)；
vi)通过重复的搅拌和沉降循环来促进废物的好氧消化，所述搅拌循环包括在所述SBR中的液体废物的充气和混合，以及所述沉降循环使所述废物液体中的固体至少部分地沉降；
vii)将来自所述SBR的底部部分的一部分液体在其沉降循环期间转移至所述两个ASBR中的至少一者；
viii)将来自所述SBR的顶部部分的一部分液体在其沉降循环期间转移至安全水容器；以及
ix)将来自所述两个厌氧反应器中的至少一者的一部分沉降的液体废物在其沉降循环期间转移至排放池；
其中通过包括管道、阀、泵、传感器和处理器的转移装置来管理所述转移步骤，所述处理器被配置成接收来自所述传感器的信号并发送信号以开始或停止所述搅拌，启动或关闭泵，以及打开或关闭阀。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤ii)中，将原料用来自所述安全水容器的循环水稀释。
10.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤ii)中，将原料用来自奶牛场挤奶间和保存区的循环挤奶废水稀释。
11.根据权利要求8所述的方法，其中将来自所述排放池的所述液体废物干燥或者用鼓风机使其经历充气静态堆(ASP)以获得土壤改良剂。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述排放池中的所述液体废物与纤维素或木屑混合。
13.根据权利要求8所述的方法，其中每天进行2批至6批所述转移步骤iii)、v)和viii)。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述废物源自养猪场、养牛场、奶牛场或养鸡场。
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