CN113307369A - 畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统与方法。该系统包括畜禽棚舍、厌氧消化池、堆肥单元、发电单元、氨氮硝化生物滤池装置、恶臭生物滤池装置、废气处理装置和温室大棚。该方法将沼液通过氨氮硝化生物滤池处理得到硝化液，输送至温室大棚及农田还田利用，或作为冲棚水回冲畜禽棚舍控氨循环利用；将沼气通过发电单元提供电力，产生的CO2废气处理后通至温室大棚作为碳源；将固体粪及沼渣通过堆肥单元生产有机肥，产生的恶臭经恶臭生物滤池处理。该方法显著提升沼液氮素利用效率，大幅削减沼液还田、畜舍养殖、粪便堆肥的氨与恶臭，利用降碳増汇实现作物增产，对大气污染防治、绿色农业发展、碳中和战略实施有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于畜禽粪污资源化利用、大气污染防治及碳达峰碳中和技术领域，具体涉及一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统与方法。
背景技术
近年来，我国畜禽养殖规模化和集约化程度不断提高，但畜禽粪污处理利用水平相对滞后。据农业农村部统计，我国畜禽粪污年产生量约38亿吨，而综合利用率与无害化率不足60％和50％，其处理利用已成为规模化畜禽养殖场当前面临主要的环保问题之一。农业部印发《畜禽粪污资源化利用行动方案(2017—2020年)》，进一步要求深入开展畜禽粪污资源化利用行动，加快推进畜牧业绿色发展。新修订的《环境保护法》、《畜禽规模养殖污染防治条例》以及《水污染防治行动计划》等法规政策的施行，也加快推进了各地区畜禽养殖布局的进一步优化，并倒逼畜禽养殖从业者加大畜禽粪污处理力度。
现阶段我国规模化畜禽场畜禽粪污处理常见的资源化利用模式主要有以下几种：固体粪堆肥制作有机肥、尿污水处理还田利用、沼气工程处理技术。固体粪堆肥过程在高温下可杀死大部分病菌，使粪便无害化腐殖化从而得到绿色肥料，但堆肥过程中会产生大量含氮化合物、含硫化合物、挥发性有机物等恶臭物质，造成环境空气污染的同时对人畜健康也有着重要影响。尿污水处理还田利用模式一般是采用厌氧发酵技术，将尿污水转化为沼液后储存，作为液肥根据农田作物需肥特征施用于周边区域农田。但在污水厌氧发酵过程中，氮素主要以铵态氮的形式存在，氨化率达到95％以上，在储存及还田过程中极易通过氨挥发等方式排放到大气中去，氮素养分的流失和浪费比例达到10％～70％，同时也导致PM2.5污染、灰霾天气频发、土壤及水体酸化等一系列环境危害。而沼气工程处理技术一般是将厌氧发酵过程产生的沼气用于发电，实现清洁能源生产和利用，但在该过程中往往忽视了末端废气处理及温室气体的排放，与现阶段碳达峰碳中和的战略相悖。
综上所述，多数规模化畜禽养殖场在粪污资源化利用过程中普遍存在以下几大问题：1、资源化利用效率较低：如沼液储存、还田等过程中约有10％～70％的氮素以氨挥发的形式损失浪费。2、忽视了利用过程中的环境污染问题：如固体粪露天堆肥、棚舍养殖过程产生大量氨、硫化氢等恶臭污染物质，沼液储存及还田过程的导致大量的氨挥发，沼气发电过程中产生的废气及温室气体排放，均对周边环境和人畜健康有着不可忽视的影响。3、缺乏系统性的资源化利用及污染减排体系：多数只考虑一个或某个环节的资源化利用过程和污染治理，缺乏全局的、系统的粪污资源化利用及过程污染控制协同减排治理体系。
因此，实现粪污资源化高效高质利用，降低利用过程中的氨、恶臭、温室气体等污染排放水平，寻求一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统与方法，对绿色农业发展、大气污染防治、碳达峰碳中和战略的实施有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，针对规模化畜禽场资源化利用过程中存在的①尿污水处理采用的常规厌氧发酵处理工艺中末端产生的沼液储存、还田利用过程中固氮能力差、氮素利用效率低、氨挥发损失严重等问题、②畜禽养殖棚舍养殖过程中的氨等恶臭物质污染排放问题、③固体粪堆肥过程中氨等恶臭物质污染排放问题、④沼气发电利用过程中产生的废气及温室气体排放问题等，提供一种能提升畜禽粪污资源化利用效率、改善环境空气质量水平、削减碳排放水平的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统与方法。通过该系统与方法，以达到固氮控氨、减污除臭、降碳増汇、资源化利用的目的，对绿色农业发展、大气污染防治、及碳达峰碳中和战略的实施有着重要的意义。
本发明的构思如下：①针对沼液处理过程中固氮能力差、资源化利用效率低和氨挥发严重等问题，通过设计制作一种采用微泡沫填料的沼液生物滴滤氨氮硝化处理装置，并提供该装置的运行方法及相关参数，通过将沼液中易挥发的铵态氮转化为不易挥发的硝态氮，在降低沼液中氨氮浓度的同时又保留氮素营养物质，达到后续硝化液精确滴灌或还田过程中降低氨排放水平、提升资源化利用效率的目的；②针对畜禽养殖棚舍养殖过程中的氨排放问题，利用①中处理得到的氨氮硝化液作为冲棚水回冲棚舍循环利用，通过反硝化和厌氧氨氧化反应达到养殖棚舍控氨减排的目的；③针对畜禽养殖棚舍和固体粪堆肥过程中氨与恶臭污染问题，通过设计制作一种恶臭生物滤池装置，并提供该装置的运行方法及相关参数，达到削减氨与恶臭污染物的目的；④针对沼气发电利用过程中产生的废气及温室气体排放问题，通过废气处理装置，削减NOx、SO2等污染物浓度，将处理后保留的CO2通往温室大棚为作物提供碳源，达到降碳増汇、提升作物产量的目的。
本发明的技术方案如下：
本发明一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统，主要包括：畜禽养殖棚舍、厌氧消化池、堆肥单元、发电单元、氨氮硝化生物滤池装置、恶臭生物滤池装置、废气处理装置、热水池、温室大棚和配套农田等；
氨氮硝化生物滤池装置包括硝化滴滤塔、回流泵和回流管；硝化滴滤塔自上而下分别设置顶盖、通风口、布水区、充氧区、滤料层、储水区；顶盖位于硝化滴滤塔的顶端；通风口为顶盖上的开口，通过与外界空气交换补充硝化滴滤塔中上部的氧气含量；布水区位于硝化滴滤塔的通风口下方，布水区横向设置有布水器，布水器悬挂固定于顶盖下方，布水器的进水口与厌氧消化池的出水口相连，布水器的进水口还与储水区回流管相连；充氧区位于布水区下方；滤料层位于充氧区下方，储水区上方；滤料层采用微泡沫填料，该微泡沫填料漂浮在储水区水面上；滤料层下方为储水区，储水区中上部设有一个排水口，用于排出上清液(即氨氮硝化液)；储水区底部设有排泥口和回流口，回流口通过回流管与回流泵进水口连接，回流泵出水口通过回流管道与布水器的进水口连接；
恶臭生物滤池装置包括恶臭生物滤塔、回流泵和回流管；恶臭生物滤塔自上而下分别设置顶盖、通风口、布水区、充氧区、滤料层、储水区、进气口；顶盖位于恶臭生物滤塔的顶端；通风口为顶盖上的开口；布水区位于恶臭生物滤塔的通风口下方，布水区横向设置有布水器，布水器悬挂固定于顶盖下方，布水器的进水口与厌氧消化池的沼液出口相连，布水器的进水口还与储水区回流管相连；充氧区位于布水区下方；滤料层位于充氧区下方，储水区上方；滤料层采用微泡沫复合填料，自下到上依次为微泡沫填料层、木料填料层、秸秆填料层，或自下到上依次为微泡沫填料层、秸秆填料层；滤料层漂浮在储水区水面上；储水区中上部设有排水口，用于排出上清液(即氨氮硝化液)；储水区底部设有排泥口、回流口和进气口，回流口通过回流管与回流泵进水口连接，回流泵出水口通过回流管道与布水器的进水口连接；进气口用于通入待处理的恶臭气体，与密闭的畜禽养殖棚舍或堆肥单元的恶臭气体排出口连接；
畜禽养殖棚舍与厌氧消化池连接，厌氧消化池的沼液出口与硝化滴滤塔的布水器的进水口连接；硝化滴滤塔的储水区排水口，一路与畜禽养殖棚舍连接，另一路与温室大棚的盆栽滴灌系统的进水口连接，还有一路与配套露天农田的灌溉系统的进水口连接；
厌氧消化池的沼气出口与发电单元的沼气入口连接，发电单元的电力输出端与畜禽场的电力输入端连接；
堆肥单元分别与畜禽养殖棚舍、厌氧消化池连接；
堆肥单元、畜禽养殖棚舍的恶臭气体排出口均与恶臭生物滤塔的储水区的进气口连接。
进一步地，所述硝化滴滤塔为聚乙烯(PE)或有机玻璃圆柱形腔体，根据沼液处理体量及场地空间条件，腔体底部直径设置为0.3～5m，高度为2.0～4.0m。所述硝化滴滤塔的滤料层采用可漂浮聚苯乙烯微泡沫填料，该填料直径范围为0.5～10mm；滤料层高度范围为30～90cm。
进一步地，所述恶臭生物滤塔为聚乙烯(PE)或有机玻璃圆柱形腔体，根据沼液处理体量及场地空间条件，腔体底部直径设置为0.5～3.2m，高度为0.9～4.0m。所述恶臭生物滤塔的滤料层采用低压降微泡沫复合填料，自下而上依次为聚苯乙烯微泡沫填料层、木料填料层、秸秆填料层，由聚苯乙烯微泡沫、碎木屑、秸秆按一定比例分层复合组成。滤料层高度范围为50～120cm。
进一步地，所述硝化滴滤塔可为一台或并联的多台，每台硝化滴滤塔各自配备有回流泵和回流管；所述恶臭生物滤塔也可为一台或并联的多台，每台恶臭生物滤塔各自配备有回流泵和回流管。
本发明一种利用上述畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统进行的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，包括以下步骤：
(1)将畜禽养殖棚舍产生的粪污进行固液分离后得到尿污水和固体粪便；
(2)将步骤(1)中的尿污水通入厌氧消化池(厌氧发酵池)，厌氧发酵池中碳氮比控制在20:1～30:1，温度控制在35～40℃，pH控制在6.8～7.5，发酵周期控制在20～30天，厌氧发酵得到沼液、沼气及沼渣；
(3)将步骤(2)中得到的沼液通往氨氮硝化生物滤池装置进行处理：该装置利用硝化滴滤塔滤料层微泡沫填料上的好氧微生物对沼液进行生物处理，使沼液中的铵态氮转化为硝态氮，得到氨氮硝化液；
(4)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分作为冲棚水回冲棚舍，单次冲棚硝化液用量与棚舍粪污的质量比例控制在3:1以内，采取少量多次冲棚的方式提升单位体积硝化液的控氨减排效果；冲棚后的粪污水按步骤(1)和步骤(2)处理后进行循环利用；
(5)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往温室大棚，通过盆栽滴灌系统用于温室大棚中盆栽作物的精确滴灌或还田利用；
(6)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往配套露天农田，根据作物种植周期进行还田利用；
(7)将步骤(2)中得到的沼气通往发电单元进行利用。发电单元产生的电能为畜禽场提供电力；发电单元产生的余热与热水池进行热交换，为养殖棚舍和温室大棚提供热水热能；发电单元产生的CO2等废气通往废气处理装置对其中的NOX、SO2等气态污染物进行削减，使NOx浓度不高于200ppb，SO2浓度不高于250ppb，达到普通植物健康生长的阈值；将废气处理装置处理后保留的CO2经过浓缩系统浓缩处理后通往温室大棚为植物提供碳源，根据不同作物类型及生长阶段，调整温室大棚内CO2浓度水平在800～6000ppm之间；
(8)将步骤(1)中得到的固体粪便与步骤(2)中得到的沼渣送至堆肥单元，通过添加水稻秸秆、稻壳等含碳物料控制堆肥的碳氮比(C/N)在20:1～50:1之间，pH在6.5～8.5之间，含水率在50％～65％之间，温度控制在55～75℃之间，堆肥周期为7～30天，获得腐殖质出料生产有机肥。
(9)将步骤(8)中得到的有机肥送至畜禽场配套农田用于还田利用。
(10)将步骤(8)中堆肥过程和畜禽养殖棚舍养殖过程产生的氨与恶臭气体通往恶臭生物滤池装置进行处理：该装置利用恶臭生物滤塔滤料层微泡沫复合填料上的微生物对通入的氨与恶臭气体进行生物处理，达到控氨除臭减排。
进一步地，步骤(3)中的处理方法包括以下①②步骤：
①调试、挂膜阶段：首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按0.2～2:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按0.2～2:1接种比例加入硝化滴滤塔的储水区；然后，在硝化滴滤塔的滤料层填充微泡沫填料后进行调试、挂膜；调试、挂膜期间，根据沼液初始浓度按4:1～10:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为4:1～10:1之间，稀释后的沼液布水氨氮浓度不高于150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行5～40d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，滤料层挂膜成功，可正式投入运行；
②正式处理阶段：正式运行期间，控制输入的厌氧消化池沼液到硝化滴滤塔的新鲜沼液进水流量为8.2～15.3L/min，氨氮浓度水平小于1500mg/L，利用硝化滴滤塔储水区的氨氮硝化液回流稀释厌氧消化池输入的沼液，回流比设置为4:1～10:1之间，调节布水器出水氨氮浓度不高于150mg/L；控制循环布水流量为82.2～152.6L/min，循环布水通量设置为16.7～31.1m3/m2·d，循环布水次数不低于10次，停留时间设置不低于12h，滤料层高度为30～90cm，保持硝化滴滤塔中滤料层填料的进水负荷不高于12.0kg N/m3·d，确保从硝化滴滤塔储水区中上部的排水口排出的氨氮硝化液的氨氮硝化转化率不低于60％。
更进一步地，硝化滴滤塔可为一台或并联的多台(可设置多台并联处理)，每台硝化滴滤塔各自配备有回流泵和回流管。
更进一步地，步骤(10)中的处理方法包括以下①②③步骤：
①微泡沫填料层挂膜阶段：参照步骤(3)中的步骤①调试、挂膜阶段的方法进行处理；首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按0.2～2:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按0.2～2:1接种比例加入恶臭生物滤塔的储水区；然后，在恶臭生物滤塔的滤料层填充微泡沫填料构建微泡沫填料层后进行调试、挂膜；调试、挂膜期间，根据沼液初始浓度按4:1～10:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层微泡沫填料上所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为4:1～10:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度不高于150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行5～40d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，微泡沫填料层挂膜成功；
②木料填料层和秸秆填料层挂膜阶段：微泡沫填料层挂膜成功后，停止布水器循环布水，排空储水区液体，在微泡沫填料层上依次增加木料填料层和秸秆填料层，由此得到整个滤料层；由储水区进气口通入恶臭气体，并通过间歇布水保持滤料层一定湿度(使整个滤料层填料的综合含水率保持在20～60％之间)；当由通气口测得的氨与臭气浓度水平较进气口削减比例达到80％以上时，则视为整个滤料层挂膜成功；经过上述步骤，装置成功启动，可正式投入运行；
③正式处理阶段：恶臭气体通过风机由堆肥单元和养殖棚舍抽出，通过风管(优选聚氯乙烯或者防锈合金铝片风管)输送至恶臭生物滤塔底部的进气口，上升经过滤料层处理，最后由通气口排入外界环境。
更进一步地，恶臭生物滤塔的滤料层中，微泡沫填料层的高度范围设置在30～60cm；木料填料层的高度范围设置在10～30cm之间，木屑填料的初始含水率在50～70％之间；秸秆填料层的高度范围设置在10～30cm之间，秸秆填料的初始含水率在10～15％之间；整个滤料层填料(微泡沫填料层+木料填料层+秸秆填料层)的总高度范围控制在50～120cm之间，整个滤料层填料的综合初始含水率在20～60％之间。
更进一步地，恶臭生物滤塔可为一台或并联的多台(可设置多台并联处理)，每台恶臭生物滤塔各自配备有回流泵和回流管。考虑到养殖棚舍及堆肥单元输送至恶臭生物滤塔的恶臭气体特征一般为:臭气浓度<1000(无量纲)，NH3<25mg/m3，H2S<10mg/m3；根据恶臭生物滤塔腔体底面直径范围(0.5～3.2m)，滤料层高度范围设置为50～120cm，单台恶臭生物滤塔进气口输入的恶臭气体流量范围控制在800～6400L/min，空床停留时间(EBRT)在3.1～90.5s之间。保持滤料层填料的进气负荷不高于497.0g NH3/m3·h(11.93kg NH3/m3·d)和397.6g H2S/m3·h(9.54kg H2S/m3·d)，恶臭生物滤塔对NH3、H2S和臭气的处理效率不低于60％；保持滤料层填料的进气负荷不高于248.5g NH3/m3·h(5.96kg NH3/m3·d)和198.8g H2S/m3·h(4.77kg H2S/m3·d)，恶臭生物滤塔对NH3、H2S和臭气的处理效率不低于80％，具备较好的NH3、H2S、臭气浓度、恶臭特征污染物处理能力。
本发明的有益效果：
(1)本发明提出了一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统与方法。实现了“固体粪—尿污水—废气”废弃物全链条资源化利用，以及“棚舍养殖—粪便堆肥—污水贮存—沼液还田—沼气工程”环节大气污染物全链条减排控制。具体包括①固体粪/沼渣—堆肥单元—恶臭生物滤池—有机肥—还田利用，实现粪便堆肥环节的控氨除臭及资源化利用；②尿污水—沼液—氨氮硝化—精确滴灌/还田利用/回冲棚舍，实现沼液还田利用和棚舍养殖过程的控氨除臭、提升沼液氮素利用效率；③尿污水—沼气—发电单元—废气处理装置—CO2—温室大棚，实现沼气工程发电过程的降碳増汇，实现温室大棚作物增产。建立了一套畜禽场系统性的资源化利用和污染控制体系，对绿色农业发展、大气污染防治、及碳达峰碳中和战略的实施有着重要的意义。
(2)本发明通过设计制作一种利用微泡沫填料的氨氮硝化生物滴滤处理装置，将沼液中易挥发的铵态氮转化为不易挥发的硝态氮，12～24h的沼液硝化转化率达到80％以上，总氮损失在5％以内，在降低沼液中氨氮浓度的同时又保留氮素营养物质，在后续硝化液精确滴灌或还田利用过程中大幅降低氨排放水平、提升氮素利用效率。
(3)本发明提出了一种利用氨氮硝化液回冲棚舍控氨减排方法，利用本发明氨氮硝化生物滤池中处理得到的氨氮硝化液作为冲棚水回冲棚舍，通过反硝化和厌氧氨氧化反应显著削减畜禽棚舍粪污氨排放水平，达到养殖棚舍控氨减排的效果；硝化液冲棚后的尿污水按常规流程继续输送至厌氧消化池循环处理，提升了沼液硝态氮浓度和后续还田过程中氮素利用效率。
(4)本发明提出一种采用低压降微泡沫复合填料的畜禽场控氨除臭处理装置及处理方法，低压降微泡沫复合填料由聚苯乙烯微泡沫、碎木屑、秸秆按一定比例分层复合组成，其中，聚苯乙烯微泡沫提升了滤料层的支撑力和减少了滤料层的压力损失，碎木屑和秸秆作为被动式碳源代替了营养液喷淋等主动式碳源，改进了常见恶臭生物滤池处理技术及工艺，解决了填料使用寿命较短、长期运行处理效果衰减、运维繁琐成本较高等问题，在高效处理氨与恶臭的同时，保持了填料层的低压力损失，提升了装置长期处理效率，大幅削减了投入和运维成本，实现了农业废弃物资源化利用与恶臭污染控制的协同处理，对绿色农业发展、大气污染防治有着重要的意义。
(5)本发明提出了一种利用沼气工程发电单元废气为温室大棚提供碳源的方法。通过废气处理装置，削减沼气发电过程中产生含CO2废气中的NOx、SO2等污染物浓度，使其达到温室植物健康生长的阈值，将处理后保留的CO2浓缩后通往温室大棚为作物提供碳源，达到降碳増汇、提升作物产量的效果。
附图说明
图1为本发明的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统与方法流程图。
图2为本发明的氨氮硝化生物滤池装置。
图3为本发明的恶臭生物滤池装置(微泡沫填料层挂膜阶段)的结构示意图。
图4为本发明的恶臭生物滤池装置(木料填料层和秸秆填料层挂膜阶段，以及正式处理阶段)的结构示意图。
图2中的附图标记：1a、顶盖；2a、通风口；3a、布水区；4a、布水器；5a、充氧区；6a、滤料层；7a、储水区；8a、回流管；9a、回流泵；10a、回流管道；11、自来水；12、厌氧消化池；13a、排水口；14a、排泥口；
图3和图4中的附图标记：1、顶盖；2、通风口；3、布水区；4、布水器；5、充氧区；6、滤料层；7、储水区；8、回流管；9、回流泵；10、回流管道；11、自来水；12、厌氧消化池；13、排水口；14、排泥口；15、进气口；16、微泡沫填料层；17、木料填料层；18、秸秆填料层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统，主要包括：畜禽养殖棚舍、厌氧消化池、堆肥单元、发电单元、氨氮硝化生物滤池装置、恶臭生物滤池装置、废气处理装置、热水池、温室大棚和配套农田等；畜禽养殖棚舍与厌氧消化池连接，厌氧消化池的沼液出口与硝化滴滤塔的布水器的进水口连接；硝化滴滤塔的储水区排水口，一路与畜禽养殖棚舍连接，另一路与温室大棚的盆栽滴灌系统的进水口连接，还有一路与配套露天农田的灌溉系统的进水口连接。厌氧消化池的沼气出口与发电单元的沼气入口连接，发电单元的电力输出端与畜禽场的电力输入端连接；堆肥单元分别与畜禽养殖棚舍、厌氧消化池连接；堆肥单元、畜禽养殖棚舍的恶臭气体排出口均与恶臭生物滤塔的储水区的进气口连接。
如图2所示，氨氮硝化生物滤池装置包括硝化滴滤塔、回流泵和回流管；硝化滴滤塔自上而下分别设置顶盖1a、通风口2a、布水区3a、充氧区5a、滤料层6a、储水区7a；顶盖1a位于硝化滴滤塔的顶端；通风口2a为顶盖1a上的开口，通过与外界空气交换补充硝化滴滤塔中上部的氧气含量；布水区3a位于硝化滴滤塔的通风口2a下方，布水区3a横向设置有布水器4a，布水器4a悬挂固定于顶盖1a下方，布水器4a的进水口与厌氧消化池12的沼液出口相连，布水器4a的进水口还与储水区7a的回流管相连；充氧区5a位于布水区3a下方；滤料层6a位于充氧区5a下方，储水区7a上方；滤料层6a采用微泡沫填料，该微泡沫填料漂浮在储水区7a水面上；滤料层6a下方为储水区，储水区7a中上部设有一个排水口13a，用于排出上清液(即氨氮硝化液)；储水区7a底部设有排泥口14a和回流口，回流口通过回流管8a与回流泵9a进水口连接，回流泵9a出水口通过回流管道10a与布水器4a的进水口连接。
硝化滴滤塔为聚乙烯(PE)或有机玻璃圆柱形腔体，腔体底部直径为0.3～5m，高度为2.0～4.0m；滤料层采用可漂浮聚苯乙烯微泡沫填料，该填料直径范围为0.5～10mm，滤料层高度为30～90cm。硝化滴滤塔可为一台或并联的多台(可设置多台并联处理)。
如图3和图4所示，恶臭生物滤池装置包括恶臭生物滤塔、回流泵和回流管；恶臭生物滤塔自上而下分别设置顶盖1、通风口2、布水区3、充氧区5、滤料层6、储水区7、进气口15；顶盖1位于恶臭生物滤塔的顶端；通风口2为顶盖1上的开口；布水区3位于恶臭生物滤塔的通风口2下方，布水区3横向设置有布水器4，布水器4悬挂固定于顶盖1下方，布水器4的进水口与厌氧消化池12的出水口相连，布水器4的进水口还与储水区7的回流管相连；充氧区5位于布水区3下方；滤料层6位于充氧区5下方，储水区7上方；滤料层6采用微泡沫复合填料，自下到上依次为微泡沫填料层16、木料填料层17、秸秆填料层18；滤料层6漂浮在储水区7水面上；储水区7中上部设有排水口13，用于排出上清液(即氨氮硝化液)；储水区7底部设有排泥口14、回流口和进气口15，回流口通过回流管8与回流泵9进水口连接，回流泵9出水口通过回流管道10与布水器4的进水口连接；进气口15用于通入待处理的恶臭气体，与密闭的畜禽养殖棚舍或堆肥单元的恶臭气体排出口连接。
恶臭生物滤塔为聚乙烯(PE)或有机玻璃圆柱形腔体，腔体底部直径为0.5～3.2m，高度为0.9～4.0m。恶臭生物滤塔的滤料层采用低压降微泡沫复合填料，自下而上依次为聚苯乙烯微泡沫填料层、木料填料层、秸秆填料层，由聚苯乙烯微泡沫、碎木屑、秸秆按一定比例分层复合组成。滤料层高度为50～120cm。恶臭生物滤塔也可为一台或并联的多台(可设置多台并联处理)。
实施例2
参照图1，本发明的一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，包括以下步骤：
(1)将畜禽棚舍产生的粪污进行固液分离后得到尿污水和固体粪便；
(2)将步骤(1)中的尿污水通入厌氧消化池(厌氧发酵池)，厌氧发酵池中碳氮比控制在20:1～30:1，温度控制在35～40℃，pH控制在6.8～7.5，发酵周期控制在20天，厌氧发酵得到沼液、沼气及沼渣；
(3)将步骤(2)中得到的沼液通往氨氮硝化生物滤池装置(见图2)进行处理：该装置利用硝化滴滤塔滤料层微泡沫填料上的好氧微生物对沼液进行生物处理，使沼液中的铵态氮转化为硝态氮；该处理方法包括以下①②步骤：
①调试、挂膜阶段：首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按1:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按1:1接种比例加入储水区。然后，在滤料层填充微泡沫填料后进行挂膜。挂膜期间，根据沼液初始氨氮浓度420mg/L按4:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为4:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度为150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行至25d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，滤料层挂膜成功，可正式投入运行；
②正式处理阶段：正式运行期间，控制输入的厌氧消化池沼液流量为15.3L/min，氨氮浓度水平为420mg/L，利用硝化滴滤塔储水区的氨氮硝化液回流稀释厌氧消化池输入的沼液，回流比设置为4:1，调节布水器出水氨氮浓度不高于150mg/L；控制循环布水次数为11次，停留时间设置18h，滤料层高度60cm，保持硝化滴滤塔中滤料层填料的进水负荷不高于12.0kg N/m3·d，从硝化滴滤塔储水区中上部的排水口排出的氨氮硝化液的氨氮硝化转化率达到83.5％。
(4)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分作为冲棚水回冲棚舍，单次冲棚硝化液用量与棚舍粪污的质量比例为3:1。48h小时内，硝化液冲棚与自来水冲棚产生的氨气量分别为2.4mmol·L-1和1.8mmol·L-1，硝化液代替自来水冲棚可减少26.3％的氨挥发，单位体积(硝化液：粪污＝1：1)硝化液的氨气减排效率为8.8％(见表1)；冲棚后的粪污水按步骤(1)和步骤(2)处理后进行循环利用；
(5)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往温室大棚，通过盆栽滴灌系统用于温室大棚中盆栽番茄的精确滴灌利用，相比铵态氮形态的肥料养分，番茄植株更喜欢硝态氮形态的氮素养分，试验期间温室大棚内的盆栽番茄产量与对照组相比增加约1.4％～13.1％；
(6)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往配套露天农田，根据作物种植周期进行还田利用；
(7)将步骤(2)中得到的沼气通往发电单元进行利用。发电单元产生的电能为畜禽场提供电力；发电单元产生的余热与热水池进行热交换，为养殖棚舍和温室大棚提供热水热能；发电单元产生的CO2等废气通往废气处理装置对其中的NOX、SO2等气态污染物进行削减，使NOx浓度约为150ppb，SO2浓度约为200ppb，达到普通植物健康生长的阈值；将废气处理装置处理后保留的CO2经过浓缩系统浓缩处理后通往温室大棚为番茄盆栽提供碳源，根据盆栽番茄正处于结果期，调整温室大棚内CO2浓度水平在3400ppm左右；
(8)将步骤(1)中得到的固体粪便与步骤(2)中得到的沼渣送至堆肥单元，通过添加水稻秸秆、稻壳等物料控制堆肥的碳氮比(C/N)在20:1～50:1之间，pH在6.5～8.5之间，含水率在50％～65％之间，温度下控制在55～75℃之间，堆肥周期为7天，获得腐殖质出料生产有机肥。
(9)将步骤(8)中得到的有机肥送至畜禽场配套农田用于还田利用。
(10)将步骤(8)中堆肥过程和棚舍养殖过程产生的氨与恶臭气体通往恶臭生物滤池装置进行处理：该装置利用恶臭生物滤塔滤料层微泡沫复合填料上的微生物对通入的氨与恶臭气体进行生物处理，达到控氨除臭减排；该处理方法包括以下①②③步骤：
①微泡沫填料层挂膜阶段：参照步骤(3)中的步骤①调试、挂膜阶段的方法进行处理；首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按1:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按1:1接种比例加入恶臭生物滤塔的储水区；然后，在恶臭生物滤塔的滤料层填充微泡沫填料构建微泡沫填料层后进行调试、挂膜；微泡沫填料层高度设置为30cm；调试、挂膜期间，根据沼液初始氨氮浓度420mg/L按4:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层微泡沫填料上所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为4:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度不高于150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行25d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，微泡沫填料层挂膜成功；
②填料层和秸秆填料层挂膜阶段：微泡沫填料层挂膜成功后，停止布水器循环布水，排空储水区液体，在微泡沫填料层上依次增加木料填料层和秸秆填料层，木料填料层和秸秆填料层的高度均设置为10cm，由此得到整个滤料层(微泡沫填料层+木料填料层+秸秆填料层)的总高度为50cm，整个滤料层填料的综合初始含水率保持在20％。由储水区进气口通入恶臭气体，并通过间歇布水保持滤料层湿度；由通气口测得的氨与臭气浓度水平较进气口削减比例达到80％以上，则视为整个滤料层挂膜成功；经过上述步骤，装置成功启动，可正式投入运行；
③正式处理阶段：恶臭气体通过风机由堆肥单元抽出，通过聚氯乙烯风管输送至恶臭生物滤塔底部的进气口，上升经过滤料层处理，最后由通气口排入外界环境。
本实施例对一封闭式粪便堆肥单元产生的恶臭气体进行处理，采用8台恶臭生物滤塔(每台恶臭生物滤塔各自配备有回流泵和回流管)并行处理。通过风机将堆肥单元的恶臭气体抽出，通过风管连接储水区进气口，风管材质为聚氯乙烯管，直径设置为10cm，长度为2～3m，根据单台恶臭生物滤塔腔体底面直径(0.56m)、高度(0.9m)及滤料层总高度(50cm)，单台恶臭生物滤塔进气流量为800L/min，空床停留时间(EBRT)在9.2s。由堆肥单元输送至恶臭生物滤塔的恶臭气体特征为:臭气浓度水平为652(无量纲)，NH3浓度12.8mg/m3，H2S浓度1.59mg/m3。滤料层填料的进气负荷为84.81g NH3/m3·h(2035.5g NH3/m3·d)和21.07g H2S/m3·h(505.7g H2S/m3·d)，恶臭生物滤塔对NH3、H2S和臭气的处理效率大于85％，通风口臭气浓度水平约为20(无量纲)。
表1硝化液回冲棚舍氮素去向分析及氨减排效果评估
实施例3
参照图1，本发明的一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，包括以下步骤：
(1)将畜禽棚舍产生的粪污进行固液分离后得到尿污水和固体粪便；
(2)将步骤(1)中的尿污水通入厌氧消化池(厌氧发酵池)，厌氧发酵池中碳氮比控制在20:1～30:1，温度控制在35～40℃，pH控制在6.8～7.5，发酵周期控制在30天，厌氧发酵得到沼液、沼气及沼渣；
(3)将步骤(2)中得到的沼液通往氨氮硝化生物滤池装置(见图2)进行处理：该装置利用硝化滴滤塔滤料层微泡沫填料上的好氧微生物对沼液进行生物处理，使沼液中的铵态氮转化为硝态氮；该处理方法包括以下①②步骤：
①调试、挂膜阶段：首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按0.2:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按2:1接种比例加入储水区。然后，在滤料层填充微泡沫填料后进行挂膜。挂膜期间，根据沼液初始氨氮浓度980mg/L按8:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为8:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度约为120mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行至27d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，滤料层挂膜成功，可正式投入运行；
②正式处理阶段：正式运行期间，控制输入的厌氧消化池沼液流量为11.7L/min，氨氮浓度水平为980mg/L，利用硝化滴滤塔储水区的氨氮硝化液回流稀释厌氧消化池输入的沼液，回流比设置为8:1，调节布水器出水氨氮浓度不高于150mg/L；控制循环布水次数为13次，停留时间设置24h，滤料层高度90cm，保持硝化滴滤塔中滤料层填料的进水负荷不高于12.0kg N/m3·d，从硝化滴滤塔储水区中上部的排水口排出的氨氮硝化液的氨氮硝化转化率达到88.4％。
(4)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分作为冲棚水回冲棚舍，单次冲棚硝化液用量与棚舍粪污的质量比例为2:1。48h小时内，硝化液冲棚与自来水冲棚产生的氨气量分别为6.3mmol·L-1和5.1mmol·L-1，硝化液代替自来水冲棚可减少19.8％的氨挥发，单位体积硝化液的氨气减排效率为9.9％(见表1)；冲棚后的粪污水按步骤(1)和步骤(2)处理后进行循环利用；
(5)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往温室大棚，用于温室大棚中的小白菜种植过程氮源补充，试验结果表明，采用硝化液氮源的小白菜地上部鲜重单株生物量较施用普通施肥对照的小白菜提升2.5～15.7％；
(6)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往配套露天农田，根据作物种植周期进行还田利用；
(7)将步骤(2)中得到的沼气通往发电单元进行利用。发电单元产生的电能为畜禽场提供电力；发电单元产生的余热与热水池进行热交换，为养殖棚舍和温室大棚提供热水热能；发电单元产生的CO2等废气通往废气处理装置对其中的NOX、SO2等气态污染物进行削减，使NOx浓度约为200ppb，SO2浓度约为250ppb，达到普通植物健康生长的阈值；将废气处理装置处理后保留的CO2经过浓缩系统浓缩处理后通往温室大棚为小白菜提供碳源，根据小白菜生长阶段的碳素需求，调整温室大棚内CO2浓度水平在800ppm以上；
(8)将步骤(1)中得到的固体粪便与步骤(2)中得到的沼渣送至堆肥单元，通过添加水稻秸秆、稻壳等物料控制堆肥的碳氮比(C/N)在20:1～50:1之间，pH在6.5～8.5之间，含水率在50％～65％之间，温度下控制在55～75℃之间，堆肥周期为30天，获得腐殖质出料生产有机肥。
(9)将步骤(8)中得到的有机肥送至畜禽场配套农田用于还田利用。
(10)将步骤(8)中堆肥过程和棚舍养殖过程产生的氨与恶臭气体通往恶臭生物滤池装置进行处理：该装置利用恶臭生物滤塔滤料层微泡沫复合填料上的微生物对通入的氨与恶臭气体进行生物处理，达到控氨除臭减排；该处理方法包括以下①②③步骤：
①微泡沫填料层挂膜阶段：参照步骤(3)中的步骤①调试、挂膜阶段的方法进行处理；首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按0.2:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按2:1接种比例加入恶臭生物滤塔的储水区；然后，在恶臭生物滤塔的滤料层填充微泡沫填料构建微泡沫填料层后进行调试、挂膜；微泡沫填料层高度设置为60cm；调试、挂膜期间，根据沼液初始浓度按8:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层微泡沫填料上所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为8:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度不高于150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行27d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，微泡沫填料层挂膜成功；
③木料填料层和秸秆填料层挂膜阶段：微泡沫填料层挂膜成功后，停止布水器循环布水，排空储水区液体，在微泡沫填料层上依次增加木料填料层和秸秆填料层，木料填料层和秸秆填料层的高度均设置为30cm，由此得到整个滤料层(微泡沫填料层+木料填料层+秸秆填料层)的总高度为120cm，整个滤料层填料的综合初始含水率保持在40％。由储水区进气口通入恶臭气体，并通过间歇布水保持滤料层湿度；由通气口测得的氨与臭气浓度水平较进气口削减比例达到80％以上，则视为整个滤料层挂膜成功；经过上述步骤，装置成功启动，可正式投入运行；
③正式处理阶段：恶臭气体通过风机由养殖棚舍抽出，通过防锈合金铝片风管输送至恶臭生物滤塔底部的进气口，上升经过滤料层处理，最后由通气口排入外界环境。
本实施例对一密闭式畜禽养殖棚舍产生的恶臭气体进行处理，采用4台恶臭生物滤塔(每台恶臭生物滤塔各自配备有回流泵和回流管)并行处理。通过风机将密闭式畜禽养殖棚舍的恶臭气体抽出，通过风管连接储水区进气口，风管材质为防锈合金铝片拼接而成，直径设置为20cm，长度为1～2m，根据单台恶臭生物滤塔腔体底面直径(3.2m)、高度(4.0m)及滤料层总高度(120cm)，单台恶臭生物滤塔进气流量为6400L/min，空床停留时间(EBRT)在90.5s。正式运行期间，由养殖棚舍输送至恶臭生物滤塔的恶臭气体特征为:臭气浓度水平为871(无量纲)，NH3浓度24.2mg/m3，H2S浓度5.77mg/m3。滤料层填料的进气负荷为16.37gNH3/m3·h(392.86g NH3/m3·d)和7.81g H2S/m3·h(187.34g H2S/m3·d)，恶臭生物滤塔对NH3、H2S和臭气的处理效率大于95％，通风口臭气浓度水平<10(无量纲)。
实施例4
参照图1，本发明的一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，包括以下步骤：
(1)将畜禽棚舍产生的粪污进行固液分离后得到尿污水和固体粪便；
(2)将步骤(1)中的尿污水通入厌氧消化池(厌氧发酵池)，厌氧发酵池中碳氮比控制在20:1～30:1，温度控制在35～40℃，pH控制在6.8～7.5，发酵周期控制在25天，厌氧发酵得到沼液、沼气及沼渣；
(3)将步骤(2)中得到的沼液通往氨氮硝化生物滤池装置(见图2)进行处理：该装置利用硝化滴滤塔滤料层微泡沫填料上的好氧微生物对沼液进行生物处理，使沼液中的铵态氮转化为硝态氮；该处理方法包括以下①②步骤：
①调试、挂膜阶段：首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按2:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按0.2:1接种比例加入储水区。然后，在滤料层填充微泡沫填料后进行挂膜。挂膜期间，根据沼液初始氨氮浓度1450mg/L按10:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为10:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度约为150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行至30d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，滤料层挂膜成功，可正式投入运行；
②正式处理阶段：正式运行期间，控制输入的厌氧消化池沼液流量为8.2L/min，氨氮浓度水平为1450mg/L，利用硝化滴滤塔储水区的氨氮硝化液回流稀释厌氧消化池输入的沼液，回流比设置为10:1，调节布水器出水氨氮浓度不高于150mg/L；控制循环布水次数为21次，停留时间设置48h，滤料层高度30cm，保持硝化滴滤塔中滤料层填料的进水负荷不高于12.0kg N/m3·d，从硝化滴滤塔储水区中上部的排水口排出的氨氮硝化液的氨氮硝化转化率达到92.7％。
(4)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分作为冲棚水回冲棚舍，单次冲棚硝化液用量与棚舍粪污的质量比例为1:1。48h小时内，硝化液冲棚与自来水冲棚产生的氨气量分别为9.6mmol·L-1和8.2mmol·L-1，硝化液代替自来水冲棚可减少14.4％的氨挥发(见表1)。由此可见，硝化液与粪污的质量比例分别为1:1、2:1、3:1时，单位体积硝化液的氨气减排效率分别为14.4％、9.9％和8.8％，采用1:1的比例少量多次冲棚获得的氨减排效果更佳；冲棚后的粪污水按步骤(1)和步骤(2)处理后进行循环利用；
(5)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往温室大棚，用于温室大棚中盆栽番茄的精确滴灌利用，相比铵态氮形态的肥料养分，番茄植株更喜欢硝态氮形态的氮素养分，试验期间温室大棚内的盆栽番茄产量与常规施肥对照组相比增加2.2％～26.7％；
(6)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往配套露天农田，根据作物种植周期进行还田利用；
(7)将步骤(2)中得到的沼气通往发电单元进行利用。发电单元产生的电能为畜禽场提供电力；发电单元产生的余热与热水池进行热交换，为养殖棚舍和温室大棚提供热水热能；发电单元产生的CO2等废气通往废气处理装置对其中的NOX、SO2等气态污染物进行削减，使NOx浓度约为100ppb，SO2浓度约为150ppb，达到普通植物健康生长的阈值；将废气处理装置处理后保留的CO2经过浓缩系统浓缩处理后通往温室大棚为盆栽番茄提供碳源，期间盆摘番茄正处于结果盛期，根据盆栽番茄的碳素需求，调整温室大棚内CO2浓度水平在5100ppm以上；
(8)将步骤(1)中得到的固体粪便与步骤(2)中得到的沼渣送至堆肥单元，通过添加水稻秸秆、稻壳等物料控制堆肥的碳氮比(C/N)在20:1～50:1之间，pH在6.5～8.5之间，含水率在50％～65％之间，温度下控制在55～75℃之间，堆肥周期为15天，获得腐殖质出料生产有机肥。
(9)将步骤(8)中得到的有机肥送至畜禽场配套农田用于还田利用。
(10)将步骤(8)中堆肥过程和棚舍养殖过程产生的氨与恶臭气体通往恶臭生物滤池装置进行处理：该装置利用恶臭生物滤塔滤料层微泡沫复合填料上的微生物对通入的氨与恶臭气体进行生物处理，达到控氨除臭减排；该处理方法包括以下①②③步骤：
①微泡沫填料层挂膜阶段：参照步骤(3)中的步骤①调试、挂膜阶段的方法进行处理；首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按2:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按0.2:1接种比例加入恶臭生物滤塔的储水区；然后，在恶臭生物滤塔的滤料层填充微泡沫填料构建微泡沫填料层后进行调试、挂膜；微泡沫填料层高度设置为30cm；调试、挂膜期间，根据沼液初始浓度按10:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层微泡沫填料上所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为10:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度不高于150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行30d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，微泡沫填料层挂膜成功；
②木料填料层和秸秆填料层挂膜阶段：微泡沫填料层挂膜成功后，停止布水器循环布水，排空储水区液体，在微泡沫填料层上依次增加木料填料层和秸秆填料层，木料填料层高度设置为30cm，秸秆填料层高度设置为10cm，由此得到整个滤料层(微泡沫填料层+木料填料层+秸秆填料层)的总高度为70cm，整个滤料层填料的综合初始含水率保持在60％。由储水区进气口通入恶臭气体，并通过间歇布水保持滤料层湿度；由通气口测得的氨与臭气浓度水平较进气口削减比例达到80％以上，则视为整个滤料层挂膜成功；经过上述步骤，装置成功启动，可正式投入运行；
③正式处理阶段：恶臭气体通过风机由粪便堆肥棚抽出，通过聚氯乙烯风管输送至恶臭生物滤塔底部的进气口，上升经过滤料层处理，最后由通气口排入外界环境。
本实施例对一密闭式堆肥单元产生的恶臭气体进行处理，采用8台恶臭生物滤塔(每台恶臭生物滤塔各自配备有回流泵和回流管)并行处理。通过风机将养殖棚舍的恶臭气体抽出，通过风管连接储水区进气口，风管材质为聚氯乙烯，直径为10cm，长度为2～3m。根据单台恶臭生物滤塔腔体底面直径(0.56m)、高度(0.9m)及滤料层总高度(70cm)，单台恶臭生物滤塔进气流量为2400L/min，空床停留时间(EBRT)在4.3s。正式运行期间，由养殖棚舍及堆肥单元输送至恶臭生物滤塔的恶臭气体特征为:臭气浓度水平为489(无量纲)，NH3浓度8.6mg/m3，H2S浓度0.89mg/m3。滤料层填料的进气负荷为122.1g NH3/m3·h(2930.6g NH3/m3·d)和25.27g H2S/m3·h(606.57g H2S/m3·d)，恶臭生物滤塔对NH3、H2S和臭气的处理效率大于80％，通风口臭气浓度水平为35(无量纲)。
Claims (10)
1.一种畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统，其特征在于，该系统包括：畜禽养殖棚舍、厌氧消化池、堆肥单元、发电单元、氨氮硝化生物滤池装置、恶臭生物滤池装置、废气处理装置、热水池、温室大棚和配套农田；
氨氮硝化生物滤池装置包括硝化滴滤塔、回流泵和回流管；硝化滴滤塔自上而下分别设置顶盖、通风口、布水区、充氧区、滤料层、储水区；顶盖位于硝化滴滤塔的顶端；通风口为顶盖上的开口，通过与外界空气交换补充硝化滴滤塔中上部的氧气含量；布水区位于硝化滴滤塔的通风口下方，布水区横向设置有布水器，布水器悬挂固定于顶盖下方，布水器的进水口与厌氧消化池的出水口相连，布水器的进水口还与储水区回流管相连；充氧区位于布水区下方；滤料层位于充氧区下方，储水区上方；滤料层采用微泡沫填料，该微泡沫填料漂浮在储水区水面上；滤料层下方为储水区，储水区中上部设有一个排水口，用于排出上清液即氨氮硝化液；储水区底部设有排泥口和回流口，回流口通过回流管与回流泵进水口连接，回流泵出水口通过回流管道与布水器的进水口连接；
恶臭生物滤池装置包括恶臭生物滤塔、回流泵和回流管；恶臭生物滤塔自上而下分别设置顶盖、通风口、布水区、充氧区、滤料层、储水区、进气口；顶盖位于恶臭生物滤塔的顶端；通风口为顶盖上的开口；布水区位于恶臭生物滤塔的通风口下方，布水区横向设置有布水器，布水器悬挂固定于顶盖下方，布水器的进水口与厌氧消化池的沼液出口相连，布水器的进水口还与储水区回流管相连；充氧区位于布水区下方；滤料层位于充氧区下方，储水区上方；滤料层采用微泡沫复合填料，自下到上依次为微泡沫填料层、木料填料层、秸秆填料层，或自下到上依次为微泡沫填料层、秸秆填料层；滤料层漂浮在储水区水面上；储水区中上部设有排水口，用于排出上清液即氨氮硝化液；储水区底部设有排泥口、回流口和进气口，回流口通过回流管与回流泵进水口连接，回流泵出水口通过回流管道与布水器的进水口连接；进气口用于通入待处理的恶臭气体，与密闭的畜禽养殖棚舍或堆肥单元的恶臭气体排出口连接；
畜禽养殖棚舍与厌氧消化池连接，厌氧消化池的沼液出口与硝化滴滤塔的布水器的进水口连接；硝化滴滤塔的储水区排水口，一路与畜禽养殖棚舍连接，另一路与温室大棚的盆栽滴灌系统的进水口连接，还有一路与配套露天农田的灌溉系统的进水口连接；
厌氧消化池的沼气出口与发电单元的沼气入口连接，发电单元的电力输出端与畜禽场的电力输入端连接；
堆肥单元分别与畜禽养殖棚舍、厌氧消化池连接；
堆肥单元、畜禽养殖棚舍的恶臭气体排出口均与恶臭生物滤塔的储水区的进气口连接。
2.如权利要求1所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统，其特征在于，所述硝化滴滤塔为聚乙烯或有机玻璃圆柱形腔体，腔体底部直径为0.3～5m，高度为2.0～4.0m；所述硝化滴滤塔的滤料层采用可漂浮聚苯乙烯微泡沫填料，该填料直径范围为0.5～10mm；滤料层高度范围为30～90cm。
3.如权利要求1所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统，其特征在于，所述恶臭生物滤塔为聚乙烯或有机玻璃圆柱形腔体，腔体底部直径为0.5～3.2m，高度为0.9～4.0m；所述恶臭生物滤塔的滤料层采用低压降微泡沫复合填料，自下而上依次为聚苯乙烯微泡沫填料层、木料填料层、秸秆填料层；滤料层高度范围为50～120cm。
4.如权利要求1所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统，其特征在于，所述硝化滴滤塔为一台或并联的多台，每台硝化滴滤塔各自配备有回流泵和回流管；所述恶臭生物滤塔为一台或并联的多台，每台恶臭生物滤塔各自配备有回流泵和回流管。
5.一种利用如权利要求1所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统进行的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将畜禽养殖棚舍产生的粪污进行固液分离后得到尿污水和固体粪便；
(2)将步骤(1)中的尿污水通入厌氧消化池，厌氧消化池中碳氮比控制在20:1～30:1，温度控制在35～40℃，pH控制在6.8～7.5，发酵周期控制在20～30天，厌氧发酵得到沼液、沼气及沼渣；
(3)将步骤(2)中得到的沼液通往氨氮硝化生物滤池装置进行处理：该装置利用硝化滴滤塔滤料层微泡沫填料上的好氧微生物对沼液进行生物处理，使沼液中的铵态氮转化为硝态氮，得到氨氮硝化液；
(4)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分作为冲棚水回冲棚舍，单次冲棚硝化液用量与棚舍粪污的质量比例控制在3:1以内，采取少量多次冲棚的方式提升单位体积硝化液的控氨减排效果；冲棚后的粪污水按步骤(1)和步骤(2)处理后进行循环利用；
(5)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往温室大棚，通过盆栽滴灌系统用于温室大棚中盆栽作物的精确滴灌或还田利用；
(6)将步骤(3)中得到的氨氮硝化液一部分通往配套露天农田，根据作物种植周期进行还田利用；
(7)将步骤(2)中得到的沼气通往发电单元进行利用；发电单元产生的电能为畜禽场提供电力；发电单元产生的余热与热水池进行热交换，为养殖棚舍和温室大棚提供热水热能；发电单元产生的含CO2废气通往废气处理装置对其中的气态污染物NOx、SO2进行削减，使NOx浓度不高于200ppb，SO2浓度不高于250ppb，达到普通植物健康生长的阈值；将废气处理装置处理后保留的CO2经过浓缩系统浓缩处理后通往温室大棚为植物提供碳源，根据不同作物类型及生长阶段，调整温室大棚内CO2浓度水平在800～6000ppm之间；
(8)将步骤(1)中得到的固体粪便与步骤(2)中得到的沼渣送至堆肥单元，通过添加含碳物料控制堆肥的碳氮比C/N在20:1～50:1之间，pH在6.5～8.5之间，含水率在50％～65％之间，温度控制在55～75℃之间，堆肥周期为7～30天，获得腐殖质出料生产有机肥；
(9)将步骤(8)中得到的有机肥送至畜禽场配套农田用于还田利用；
(10)将步骤(8)中堆肥过程和畜禽养殖棚舍养殖过程产生的氨与恶臭气体通往恶臭生物滤池装置进行处理：该装置利用恶臭生物滤塔滤料层微泡沫复合填料上的微生物对通入的氨与恶臭气体进行生物处理，达到控氨除臭减排。
6.如权利要求5所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，其特征在于，步骤(3)中的处理方法包括以下①②步骤：
①调试、挂膜阶段：首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按0.2～2:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按0.2～2:1接种比例加入硝化滴滤塔的储水区；然后，在硝化滴滤塔的滤料层填充微泡沫填料后进行调试、挂膜；调试、挂膜期间，根据沼液初始浓度按4:1～10:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层微泡沫填料上所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为4:1～10:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度不高于150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行5～40d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，滤料层挂膜成功，可正式投入运行；
②正式处理阶段：正式运行期间，控制输入的厌氧消化池沼液到硝化滴滤塔的新鲜沼液进水流量为8.2～15.3L/min，氨氮浓度水平小于1500mg/L，利用硝化滴滤塔储水区的氨氮硝化液回流稀释厌氧消化池输入的沼液，回流比设置为4:1～10:1，调节布水器出水氨氮浓度不高于150mg/L；控制循环布水流量为82.2～152.6L/min，循环布水通量设置为16.7～31.1m3/m2·d，循环布水次数不低于10次，停留时间设置不低于12h，滤料层高度为30～90cm，保持硝化滴滤塔中滤料层填料的进水负荷不高于12.0kg N/m3·d，确保从硝化滴滤塔储水区中上部的排水口排出的氨氮硝化液的氨氮硝化转化率不低于60％。
7.如权利要求6所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，其特征在于，步骤(10)中的处理方法包括以下①②③步骤：
①微泡沫填料层挂膜阶段：首先，选用污水处理厂好氧池内活性污泥与沼液按0.2～2:1的体积比混合曝气进行驯化培养，将驯化培养好的接种物活性污泥按0.2～2:1接种比例加入恶臭生物滤塔的储水区；然后，在恶臭生物滤塔的滤料层填充微泡沫填料构建微泡沫填料层后进行调试、挂膜；调试、挂膜期间，根据沼液初始浓度按4:1～10:1的体积比对其进行稀释后通过布水区均匀布水，下落过程中经充氧区充氧后落在滤料层，下渗过程中沼液与滤料层微泡沫填料上所负载的硝化细菌反应，最后滴滤至储水区经回流泵输送至布水区用于稀释新鲜沼液，回流比设置为4:1～10:1，稀释后的沼液布水氨氮浓度不高于150mg/L；根据季节及环境气象因素，当该反应装置通过调试、挂膜运行5～40d后，对沼液中铵态氮的硝化转化能力达到85％以上，则视为硝化菌驯化完成，微泡沫填料层挂膜成功；
②木料填料层和秸秆填料层挂膜阶段：微泡沫填料层挂膜成功后，停止布水器循环布水，排空储水区液体，在微泡沫填料层上依次增加木料填料层和秸秆填料层，由此得到整个滤料层；由储水区进气口通入恶臭气体，并通过间歇布水保持滤料层一定湿度，使整个滤料层填料的综合含水率保持在20～60％之间；当由通气口测得的氨与臭气浓度水平较进气口削减比例达到80％以上时，则视为整个滤料层挂膜成功；经过上述步骤，装置成功启动，可正式投入运行；
③正式处理阶段：恶臭气体通过风机由堆肥单元和养殖棚舍抽出，通过风管输送至恶臭生物滤塔底部的进气口，上升经过滤料层处理，最后由通气口排入外界环境。
8.如权利要求7所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，其特征在于，恶臭生物滤塔的滤料层中，微泡沫填料层的高度范围设置在30～60cm；木料填料层的高度范围设置在10～30cm之间，木屑填料的初始含水率在50～70％之间；秸秆填料层的高度范围设置在10～30cm之间，秸秆填料的初始含水率在10～15％之间；整个滤料层填料的总高度范围控制在50～120cm之间，整个滤料层填料的综合初始含水率在20～60％之间。
9.如权利要求8所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，其特征在于，恶臭生物滤塔为一台或并联的多台，每台恶臭生物滤塔各自配备有回流泵和回流管；单台恶臭生物滤塔进气口输入的恶臭气体流量范围控制在800～6400L/min，空床停留时间在3.1～90.5s之间；保持滤料层填料的进气负荷不高于497.0g NH3/m3·h和397.6g H2S/m3·h，恶臭生物滤塔对NH3、H2S和臭气的处理效率不低于60％；保持滤料层填料的进气负荷不高于248.5g NH3/m3·h和198.8g H2S/m3·h，恶臭生物滤塔对NH3、H2S和臭气的处理效率不低于80％。
10.如权利要求5、6、7、8或9所述的畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排方法，其特征在于，硝化滴滤塔为一台或并联的多台，每台硝化滴滤塔各自配备有回流泵和回流管；步骤(8)中，所述含碳物料包括水稻秸秆和稻壳。
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