CN113651441A

CN113651441A - 一种畜禽养殖污水高效固液分离方法

Info

Publication number: CN113651441A
Application number: CN202111041631.4A
Authority: CN
Inventors: 尹福斌; 董红敏; 张万钦; 胡旭朝; 陈永杏
Original assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Current assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Priority date: 2021-09-07
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2021-11-16

Abstract

一种畜禽养殖污水高效固液分离方法，以离心微滤机为对象，通过系统监测，科学评价猪场粪污总固体浓度(1％、2％、3％、4％和5％)和离心微滤机筛网孔径(15μm、25μm和50μm)对污水水质指标去除的影响。结果表明，随着总固体浓度的增高和筛网孔径的减小，水质指标的去除率有增加趋势，当总固体浓度为5％、筛网孔径为15μm时，水质指标总固体、浊度、化学需氧量、总磷的去除率达到最大值。筛网孔径为15和25μm时处理量相当，约为2～7m³/h；但是，当筛网孔径为50μm时处理量最大，约为14.11～18.92m³/h。

Description

一种畜禽养殖污水高效固液分离方法

技术领域

本发明涉及畜禽养殖污水技术领域，具体为一种畜禽养殖污水高效固液分离方法。

背景技术

随着人们对于蛋奶、肉类的需求不断增加，畜禽养殖业得以快速发展，同时也产生了大量畜禽粪污。畜禽养殖粪污成分主要包含畜禽粪尿、饲料残渣、少量漏洒的畜禽饮用水等组成，具有高悬浮物、高有机物、高氨氮等特点，导致其处理难度大、处理效果稳定性差等问题。大量的养殖粪污，若不进行有效处理，不仅对环境造成污染，也造成粪便中有机肥和养分的损失。

在现有的各种畜禽粪污处理工艺中固液分离起到了关键作用，一方面可去除畜禽粪污中的悬浮性固体物质，降低后续处理负荷，便于进一步处理利用；另一方面，分离得到的固体可以堆肥制作有机肥等，实现资源化利用。目前，固液分离技术主要包括重力沉降和机械分离，重力沉降是利用颗粒物自身的重力实现固体和液体的分离，在不添加任何絮凝剂的条件下对总固体、挥发性固体、总氮、总磷的去除率分别为55％、70％、20％、40％。重力沉降技术操作简单和运行成本低，早期被大量推广，但因其工作周期长，占地面积大，并伴有恶臭气体，逐渐被高效的机械分离所替代。机械分离包含筛分、压滤和离心，其中，螺旋挤压机在处理养殖废水过程的应用最为广泛，如Riano等研究了螺旋挤压机作为硝化反应前处理可行性，可实现总固体和化学需氧量的去除率分别达到33.4％和24.7％。关正军等研究表明，螺旋挤压机在处理牛粪尿过程中呈现较好的分离效果，其中分离效率可达到746.18kg/h，固体去除率可达49.84％，分离后的固体部分含水率为61％。虽然螺旋挤压机分离后的固体的含水率可以达到60％左右，但是分离后的液体仍含有大量的悬浮性物质，不利于后续处理。离心分离机的出水的效果优于螺旋挤压机，可使废水中总固体去除率在50％～65％之间，化学需氧量去除率约为45％～55％，氮和磷元素的去除率在30％～50％之间，但是其存在投资和运行成本较高的问题。因此，开发一种高效固液分离技术有助于提升畜禽粪污处理工艺水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种畜禽养殖污水高效固液分离方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种畜禽养殖污水高效固液分离方法，其特征在于，通过离心微滤系统进行离心分离，其中离心微滤机的孔径为15μm、25μm和50μm，微滤机的转速1000～1500r/min。

具体的分离步骤为：

1)将养殖污水通过输送泵输送到储水桶，储水桶中具有搅拌泵；

2)储水桶内搅拌均匀的养殖污水通过螺杆泵输送到微滤机中；

3)控制微滤机的孔径以及转速进行离心过滤；

4)浓缩污泥以及微滤液体分别从微滤机的上下端排出。

优选的，所述离心微滤系统包括：储水桶、螺杆泵和微滤机，其中储水桶的上部具有进料口，进料口内有粗过滤滤网，在储水桶的上端具有搅拌泵，搅拌泵连接储水桶内的搅拌装置，在储水桶的下部有止水阀连接螺杆泵，螺杆泵和微滤机相连，在微滤机的上部和下部分别通过管道与固体储存池和液体储存池相连。

优选的，所述微滤机由一个驱动单元和一个滤网组成，微滤机下部和上部具有进料口和浓缩污泥出口，物料通过螺杆泵从下端口进入，通过离心和螺旋挤压的作用实现固液分离，固体物质从上端端口排除，液体通过筛网从下端端口排除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该离心微滤机对总固体、浊度、化学需氧量、总氮、总磷和氨氮各项指标的去除率范围分别在17％～68％、2％～39％、13％～59％、5％～37％、16％～54％、0.3％～13％。随着总固体浓度的升高和筛网孔径的减小，对于水质指标的去除率也有升高的趋势。当总固体浓度为5％和筛网孔径为15μm时，其中总固体、浊度、化学需氧量、总磷各项指标的最大去除率分别为68％、39％、59％、54％。由于氮元素在污水中不稳定且易分解的,造成总固体浓度和微滤机孔径对总氮和氨氮的影响不显著且去除率较低,大部分氮还留在水中,为液态肥浓缩制作提供了基础。不同孔径单位时间内的处理量的大小为50μm>25μm>15μm，15μm和25μm时单位时间内的处理量相差别不大，处理量在2～7m³/h；筛网孔径为50μm时处理量在14.11～18.92m³/h。

附图说明

图1为本发明工艺流程图；

图2为总固体浓度和筛网孔径对于(a)总固体；(b)浊度；(c)化学需氧量；(d)总氮；(e)总磷；(f)氨氮的去除效果；

图3为TS和筛网孔径对于处理量的影响。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：

试验用猪场粪污取自某生猪养殖场，存栏量4000头，清粪方式为水泡粪，粪污产量约为50m³/d。通过储存池不同深度抽取不同干物质浓度的物料，干物质含量在0.5％-8％之间，其它水质指标如下图表1所示，并通过加水稀释来调节合适的TS浓度。

表1原水水质指标

通过抽粪车从养殖场运输到试验现场，通过泵送将养殖废水输入8m³储水桶4，然后打开搅拌机3使物料得到充分搅拌，再经过螺杆泵6进入微滤机，实现固液分离，分离后的固体和液体分别收集在固体储存池8和液体储存池9。

微滤机由一个驱动单元和一个筛网组成。物料通过螺杆泵从下端口进入，通过离心和螺旋挤压的作用实现固液分离，固体物质从上端端口排除，液体通过筛网从下端端口排除，该设备最大转速可以达到1500r/min，筛网孔径分别为15μm、25μm和50μm。

设计不同TS浓度(1％、2％、3％、4％和5％)与不同筛网孔径(15μm、25μm和50μm)之间的交叉实验，共15个处理组(如表2所示)，每个试验处理组设3个重复。将猪场粪水通过抽粪车泵送到8m³的水桶中，通过加水稀释来调节合适总固体的浓度。记录原液水桶、产液水桶和固体收集桶的体积变化，计算其处理量；并对原液、过滤液和固体部分进行采样，采样点分别为图1中的点5、点8和点9，设3个平行，并检测各项水质指标的变化情况，分析其去除率。

表2.试验设计处理组

总固体(TS)浓度测定采用重量法(NY/T 302-1995)；pH和电导率(EC)的测定分别采用便携式pH计(Five Go F2，梅特勒，瑞士)和便携式电导率仪(METTLER TOLEDO FE38)；浊度测定采用哈希便携式浊度仪(2100Q，哈希，美国)；化学需氧量(COD)测定采用重铬酸钾快速消解分光光度法(DR 6000，哈希，美国)；总氮(TN)测定采用过硫酸盐氧化法(DR 6000，哈希，美国)；氨氮(NH₄ ⁺-N)测定采用水杨酸分光光度法(DR 6000，哈希，美国)；总磷(TP)测定采用钼酸铵分光光度法试验(DR 6000，哈希，美国)。

1.5各项水质指标去除率计算方法

固液分离前后水质指标的变化用R(x)表示去除率，其计算公式为：

式中R(x)表示泥浆中去除特定化合物(x)到固体馏分的效率；c(x)liquid表示分离后液体中化合物(x)的浓度；c(x)slurry表示原始粪尿中化合物(x)的浓度。单位时间的处理量Pr(L/h)反应了工艺产水效率，其计算公式为：

式中VP为批次处理体积(L)，tb为批次处理时间(h)。

试验数据采用Excel(Microsoft 2016)进行数据记录、计算、分析，绘图通过Origin 2018进行。

猪场粪污总固体浓度与其pH和电导率呈负相关，但是与化学需氧量、总氮、总磷和氨氮呈正相关，其中与总磷的相关性较好R²＝0.67，与电导率和氨氮的相关性较差R²分别为0.02和0.03。

筛网孔径对总固体浓度、浊度、化学需氧量、总氮的去除率有显著性差异(P<0.05)，而对氨氮和总磷的去除率无显著性(P>0.05)；总固体浓度对总固体、化学需氧量、总氮的去除率存在显著性差异(P<0.05)，而对于浊度、氨氮、总磷没有显著性差异(P>0.05)。筛网孔径和TS浓度对固液分离效果的影响如图2所示。

总固体浓度和筛网孔径对于处理量的影响如图3所示，筛网孔径与处理量具有显著性差异P＝0.12×10^-5(P<0.05具有显著性)，随着筛网孔径的增加，微滤机单位时间内的处理量也随之增加，所以处理效率50μm>25μm>15μm。

该离心微滤机对总固体、浊度、化学需氧量、总氮、总磷和氨氮各项指标的去除率范围分别在17％～68％、2％～39％、13％～59％、5％～37％、16％～54％、0.3％～13％。随着总固体浓度的升高和筛网孔径的减小，对于水质指标的去除率也有升高的趋势。当TS＝5％和筛网孔径为15μm时，其中总固体、浊度、化学需氧量、总磷各项指标的最大去除率分别为68％、39％、59％、54％。由于氮元素在污水中不稳定且易分解的,造成总固体浓度和微滤机孔径对总氮和氨氮的影响不显著且去除率较低,大部分氮还留在水中,为液态肥浓缩制作提供了基础。不同孔径单位时间内的处理量的大小为50μm>25μm>15μm。15μm和25μm时单位时间内的处理量相差别不大，处理量在2～7m³/h；筛网孔径为50μm时处理量在14.11～18.92m³/h。

Claims

1.一种畜禽养殖污水高效固液分离方法，其特征在于，通过离心微滤系统进行离心分离，其中离心微滤机的筛网孔径为15μm、25μm和50μm，微滤机的转速最大为1500r/min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体的分离步骤为：

3)控制微滤机的孔径以及转速进行离心过滤；

4)浓缩污泥以及微滤液体分别从微滤机的上下端排出。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离心微滤系统包括：储水桶、螺杆泵微滤机，其中储水桶的上部具有进料口，进料口内有粗过滤筛网，在储水桶的上端具有搅拌泵，搅拌泵连接储水桶内的搅拌装置，在储水桶的下部有止水阀连接螺杆泵，螺杆泵和微滤机相连，在微滤机的上部和下部分别通过管道与固体储存池和液体储存池相连。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微滤机由一个驱动单元和一个滤网组成，微滤机下部和上部具有进料口和浓缩污泥出口，物料通过螺杆泵从下端口进入，通过离心和螺旋挤压的作用实现固液分离，固体物质从上端端口排除，液体通过筛网从下端端口排除。