CN1330582C - 用于处理动物粪便的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种处理动物粪便得到最终液体部分和固体部分的方法，其中最终的液体部分的悬浮固体(SS)含量大约为3g/L或更低，该方法包括：将所述粪便的至少一部分在液压停留时间(HRT)为大约4小时至大约24小时的浮选单元(6)中采用聚合物进行第一生物学被动浮选步骤，以获得第一浮选固体部分和第一浮选液体部分，所述方法包括进一步的处理。一种用于处理动物粪便的设备，包括液压停留时间(HRT)大约是4小时-大约24小时的主浮选单元(6)，所述主浮选单元包括用于从粪便的至少一部分表面除去浮选固体(8)的撇渣部件(7)，以及用于从罐的至少一部分底部除去沉降的污物的挖泥部件(12)，其中将所述粪便的至少一部分导入主浮选单元，在其中它被分离为第一浮选固体部分、第二液体部分以及第一沉降的固体部分，其中第二液体部分的SS含量为大约3g/L或以下。

Description

用于处理动物粪便的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于处理动物粪便的方法和装置。本发明尤其涉及一种分别包括机械和/或液压固液分离步骤或单元的用于处理动物粪便的方法和装置。
背景技术
在大型猪圈中，分三个阶段分别在分开的区域进行养猪。1)小猪在出生后首先在养猪棚中与它们的母亲一起待大约14天；2)然后将小猪转移至育猪围栏；3)然后将它们转移至养猪圈，在那里度过屠宰之前的最后养育阶段。这三个阶段分别需要特定的饲料，并产生特定的粪便。一头猪每天平均产生7.6L的粪便，在加拿大每年总计产生大约3千万立方米。许多问题都与粪便的产生相关联。所产生的一部分粪便可以用于土地散布以做农业之用，但是很快就达到土壤的磷饱和水平，多余的部分就滴流至周围的地面水路和地下水储备中。粪坑中的厌氧发酵所产生的气味导致空气污染。粪便平均含有19.8g/L BOD5，52.4g/L COD，6.1g/L总氮和1.9g/L总磷(Pt)(MAPAQ，1986)。粪便也含有重金属，例如铜和锌，它们存在于猪饲料中，因此最终在环境中出现。已经对粪便的处置或转化提出了各种方法。
在加拿大的魁北克省，土地散布是用于粪便处置的一种最广泛使用的技术。大多数其他已知的技术可以分为以下的其中一类：1)机械分离；2)有氧处理(进行或不进行硝化和反硝化作用)；3)厌氧处理；4)堆肥处理；5)过滤、渗透和超滤处理；6)干燥和生产肥料；7)生物处理；以及8)浮选处理。
机械分离
Grisé(2000)在USP6033570中描述了一种方法，包括在加入基于纤维素(蔬菜)的产品之后采用螺旋压榨来分离粪便的固体，然后在生物滤床上处理所得到的液体。SLS技术采用了基于离心的方法(FPPQ，2001)。Miknevich和Hassick 1998年在USP5776350中描述了一种方法，该方法在加入了聚丙烯酰胺之后，将粪便在带有筛网的机械分离机中过滤。Solution BiofertileTM过程采用了筛网以及螺旋压榨机作为一种更加复杂的过程的第一步，该过程还包括处理如此产生的液体(FPPQ，2001)。
进行或不进行硝化和反硝化作用的有氧处理
Marr(1968)描述了一种粪便的液体成分的中温有氧处理方法，其中很容易通过微生物活性保持7-37℃的温度。可能需要通过堆肥或者石灰石处理来进一步进行卫生处理，因为操作温度可能不够高以消除病原体(Degrémont；EPA，1979)。
Vallée等(1989)描述了一种在魁北克省的St-Elzéar进行的方法，包括首先筛出固体成分，然后在生物反应器中对液体成分进行厌氧处理，最后在曝气塘中精加工液体成分。所得到的水用于灌溉种植了饲料谷物的小耕地。回收的固体成分总计约为原始粪便的25％，COD减少了61％，总固体减少了83％，总磷(Pt)减少了87％。在生物反应器中的液体的中温有氧处理需要十天的最小液压停留时间(HRT)，由此与在生物反应器进料中存在的相比，减少了84％的COD、64％的NH4以及56％的Pt。与生物反应器的流出物中的浓度相比，最后的曝气对于分别减少97％的COD5和减少88％悬浮固体(SS)来说特别有效。在10000、20000和50000头猪的农场进行的该方法的操作成本分析表明，总计每年的费用在$13CAD至$9CAD每头猪(Vallée等1989，Gariépy等人1989；Cayer，1989)。这种方法缺点在于复杂和昂贵。
在欧洲目前使用的许多方法包括除去氮或者回收氮、磷和钾。它们包括将固体成分干燥和离心，对液相采用硝化-反硝化的生物机制。主要的方法和制造商是AgroclarTM、DenitralTM、OTVTM、TechnipompeTM、TechnolyseTM、Val-EpureTM。例如，法国方法Agroclar是一种有氧生物方法，包括固液相分离，液相的有氧化以及污泥浓缩。可以除去在污泥中原始含有的至多95％的氮和至多70％的磷。该过程据说在集中单元进行时的成本大约是$10CAD/m3。这些方法由于成本和复杂性的原因不能用于中等规模的农场的粪便管理。
Kolber(2001)在USP6190566中描述了一种方法，包括硝化-反硝化处理，然后是固液分离以及在干燥床上的固体干燥步骤。Teran等人(2000)在USP6039874中描述了一种在固体分离之后在曝气塘中操作的有氧方法。Envirograin的Solution BiofertileTM法首先筛出粪便，然后有氧处理液体部分，并在集中工厂冷却干燥所分离的固体。该方法的成本是大约5-10$CAD/m3(FPPQ，2001)。CRIQ的Biosor LisierTM方法包括倾析粪便，同时抽取污泥，沙滤悬浮物，在有机基板(泥炭、堆肥、木屑和树皮)上有氧生物过滤经过过滤的悬浮物，在混合基板上精加工第一生物过滤的流出物，并任选地厌氧消化倾析的污泥。Biosor LisierTM方法的成本大约是$10CAD-$15CAD/m3(FPPQ，2001)。
Marr(1968)描述了一种方法，包括由需要55℃的微生物确保的生物有氧热处理。该方法确保有机物的氧化增加，氧的需求降低以及系统对于楔子的更高的稳定性(Matsch和Drnevich，1977)。在最佳的条件下，在反应器中停留两到三天足以氧化有机物质(IAF，1985；Bisaillon等，1984)。Shooner和Samson(1996)描述了在具有高温自热条件的反应器中进行的原始粪便处理。在5-15天的停留时间的强通风之后，极大地减少了COD、BOD和致病微生物，并且实现了气味的除去。
厌氧处理
基于厌氧处理的方法寻求在没有氧的条件下降解有机物质，从而促进气体(甲烷)的形成，该气体然后可以作为农场的能源。Bioscan的BiorekTM技术(FPPQ，2001)以及德国公司Schwarting Umwelt Gmbh采用了该方法(Schwarting，2002)；McElvaney(2001)也在USP6254775中描述了这种方法。
堆肥处理
该固相发酵过程涉及在没有水流的情况下在作为基板或者支撑物的固相中的微生物生长。堆肥释放大量的热，并且温度变化分为三个阶段：中温阶段(30-40℃)；高温阶段，温度可以达到70℃；以及冷却和熟化阶段，在该阶段中堆肥降低至环境温度。希望维持60-65℃的温度以实现卫生化(即，微生物被破坏并且完成活性湿化而无需堆肥热处理(Mustin，1987))。对于粪便堆肥，应考虑最佳的碳/氮比例，也就是在25-35之间(BNQ标准建议最大为25)。堆肥产生没有气味的腐殖质，具有良好的肥料价值：对于氮是$1.11CAD/kg，对于K2O是$0.53CAD/kg，对于P2O5是$0.95CAD/kg。通过堆肥所实现的体积减少便于它的输出以及散布，如果是用原始粪便就困难得多(Texier，1996；Ménart，1996)。
Texier(1996)描述了在集中单元或者在农场上进行的堆肥方法。将基于淀粉的粘合剂(ProlisTM)与粪便混合，从而提高其对于稻草的粘附。在农场利用该方法堆肥的成本大约是$17CAD/m3。该成本的大约41％是基于淀粉的试剂的成本。UQAR用枫木和白杨木屑和树皮获得了良好的结果，而使用树脂残渣被证明是不成功的(Maheux等，1996)。对于大型农场(每年11000m3的粪便)来说，UQAR方法的堆肥成本大约是$12CAD/m3。在工厂门口散发堆肥可将成本降低至接近$8CAD/m3’销售堆肥则可以进一步降低成本。但是在某些区域，这种方法受到难以得到枫木或白杨的残渣的限制。Biomax的Compost AirTM技术，Meunerie J.B.Dionne和Fil的Eco-compostTM术和Global Earth Products Inc.的Marvel-TotalTM管理系统技术也采用堆肥。Eco-CompostTM和Compost AirTM技术据称成本大约是$5CAD-$10CAD/m3。
过滤、渗透和超滤处理
Bilstad等人(1992)描述了一种反向渗透过程，该方法可回收从粪便中分离的液体相中存在的95％的氮。Tétrault和Grandbois(1999)在USP5,885,461中描述了一种由Purin PurTM所采用的方法，包括在机械固体分离之后的超滤和两次渗透阶段。
干燥和生产肥料
Cloutier(1996)描述了一种方法，其中利用来自Hydro-Québec和BNMétal的设备将从炼油厂回收的聚合物小球上吸附的粪便转化为肥料和腐殖质。Legros(1998)描述了一种处理粪便的方法，包括将其在集中工厂干燥。如此产生的肥料富含硝酸盐和磷酸盐，容易运输、散布并且无味。Atrium公司采用这种方法对于构建集中工厂来说需要1千8百万的投资。
生物处理
对于猪粪便的部分或者完全微生物处理进行了许多研究。它们教导从根源消除粪便味道的方法。Jolicoeur和Morin(1987)以及Rainville和Morin(1985)描述使用散布在猪圈地板上的乙酸钙不动杆菌来降解产生气味的挥发性脂肪酸(Bourque等1987)。Pabai等(1996)报道了寻求分离能产生可降解这些脂肪酸的脂肪酶的微生物的多种研究。其它描述的处理方法包括曝气并生产藻类(绿藻，Chlorella)和蓝细菌(栅藻属，Scenedesmus)(Noue等，1994)；与水生植物(Salivinia molesta)一起的有氧固定床(Yang和Chen，1994)；以及利用强通风稳定，然后是蓝细菌生长(螺旋藻，Spirulina maxima)(Canizares和Domiguez，1993)。赋予粪便商业价值的方法已有记载，包括生产藻类或水生植物(芦苇属)(Cooper和Findlater，1990)；通过梭状芽孢杆菌(丙酮丁醇梭菌、丁酸梭菌)生产挥发性脂肪酸(Marx等，1990)；通过类球红细菌生产5-氨基乙酰丙酸除草剂(Sasaki等，1990)；利用Streptomycesalbidoglavus生产具有抗生素作用的生物肥料(Hayashida等，1988)。Cooper和Findlater(1990)也描述了使用芦苇属来提纯已经除去了固体颗粒的液体部分的方法。后一种方法用于在具有热带、半干燥、热干燥气候的国家(Mandi等，1996)以及具有地中海、温带和亚极地气候的国家在内的超过35个国家中对流出物进行精加工(在北方国家例如丹麦、瑞典、芬兰和挪威中有250套设施)。这种设施在德国已经使用了25年，并仍然非常有效。这种方法可以在包括冬季的全年使用，MENVIQ描述了它在处理废水方面的效率(Bordeleau，1993)。
浮选处理
浮选在处理废水的多种方法中使用。Jackson(1978)在USP4,069,149中描述了一种废水处理方法，包括通过气体浮选过程从大量液体中分离固体，其中使用在液体中溶解的气体作为用于浮选的气泡的来源。Chudacek等(1997)在USP5,660,718中描述了一种用于从液体中除去固体颗粒的方法，涉及利用喷气机喷射空气进行浮选。Ramirez和Johnson(1980)在CA1,091,830中以及Coyne(1996)在US5,540,836中描述了涉及外部气体源的浮选方法。ltoh(1987)在US4,671,881中描述了使用煤粉和空气促进浮选。Roshanravan(1995)在US5,437,785中描述了一种方法，包括厌氧消化装置、自立罐和浮选池。然后将厌氧消化过程中所产生的气体压缩到罐中。混合了水的气体然后从罐导入浮选池帮助浮选。需要指出的是，这些文献均没有建议使用这些方法来处理粪便，并且它们都使用外加的或者压缩的气体进行操作(甲烷、空气或者空气和其它气体的混合物)。
上述方法很少适用于中等规模的农场，即2000头猪的农场。在农场的处理包括在环境中处置流出物，目前这需要来自生产者的巨大投资。尽管可以分担一部分安装及操作成本，但上述方法并不包括所产生的各种产物的废料回收。
因此仍然需要一种用于中等规模的农场的处理粪便的方法，它能够避免现有技术的方法的缺陷。
发明概述
采用本发明的粪便处理方法相对于现有技术的方法而言优点在于简单和成本低廉。对于每年产生4000m3粪便的2000头猪的农场来说，本发明的估算成本大约为$6CAD/m3。它的操作成本可以极大的降低，甚至可以通过对处理过程中所产生的固体(天然肥料等)商业化而消除该成本。用于实现本发明的设备操作简单，维护要求低，因此本发明的方法特别适用于小型和中等规模的养猪场。一旦设备安装之后，可以由农场的员工自行操作。在有困难的时候可能需要技术支持。本发明的方法也可以采用农场现有的基础设施，由此使得成本低廉。另外，本发明的方法可以产生足够清洁、能够灌溉磷饱和的农田的液体成分。
通常，本发明的方法和设备产生NH4/Pt比例大于7的液体。该比例满足由农业研究和发展魁北克政府机构所研究的良好实践规定。当初始的粪便悬浮固体(SS)和NH4 +以及Pt的含量非常低时，可能不能达到该比例。在这些情况下，所产生的最后的液体成分明显也适用于灌溉目的，并满足本发明的最终目的。
本发明的方法和装置也可以从液体成分中除去大量在原始的粪便中初始含有的总磷量(Pt)，即，根据此处的特定实施方案，在Pt的初始浓度的大约31.50-大约85.9％之间。
这些方法和装置还可以有利的从所得到的液体成分中除去大量在原始粪便中初始含有的悬浮固体(SS)，即，根据此处的特定实施方案，在大约65-大约97.2％之间，最后SS浓度为大约0.1-大约3g/L。利用本发明的方法和装置所产生的液体成分的低固体含量也有利的减少了气味并减少了在散布过程中的管线堵塞。
采用这些方法和设备所得到的固体体积可以达到原始粪便体积的12.4％，通常为大约20-25％。
通过选择适当的聚合物、反应时间、粪便老化等，本发明的方法和设备可以用于处理所有类型的动物粪便。因此本发明的方法和设备能有效处理乳猪、养肥的猪以及产仔猪的粪便。
如此处所使用的，“固液分离步骤”表示任何已知的固液分离，包括浮选、离心、倾析、过滤(用于等于或者小于大约45μm的颗粒)、筛分(用于大于约45μm的颗粒)，包括转筒筛、重力分选台等。
本发明的方法包括至少一种生物学被动浮选以及选自下列的一种进一步的处理：用于在第一次浮选之前除去大于大约0.05mm的固体颗粒的粗固体颗粒分离处理，以及在第一次生物学浮选之后的固液分离步骤。固液分离步骤可以是如此处限定的各种处理中的任何一种。当该分离步骤是第二浮选步骤时可获得最佳结果。实施例7显示了利用其他的固液分离步骤例如倾析也可以获得可接受的结果。因此，据信经过第一浮选和如上所述的进一步处理的粪便能足以获得最终的SS浓度为大约0.1-大约3g/L的液体成分。因此从例如实施例1-7可以明显看出，当粪便经过一次浮选和进一步处理以除去粗固体颗粒时能实现上述目标。需要指出，在某些实施例中，在23L的浮选单元中除了倾析之外所使用的筛分仅用于避免系统的堵塞，该步骤是可以省略的：从所得到的结果可以看出，仅经过倾析步骤可以获得可接受的结果。
可以通过本领域技术人员已知的多种粗固体颗粒分离方法进行粗固体颗粒分离处理，包括离心、倾析、过滤(用于颗粒等于或者小于大约45μm的情况)、筛分(用于颗粒大于大约45μm的情况)，包括转筒筛、重力分选台等。
第二次生物学被动浮选用于除去在第一次浮选中可能没有完全除去的胶体。
更具体的说，根据本发明，提供了一种处理动物粪便的方法，该方法产生最终的液体成分和固体成分，其中最终的液体成分的悬浮固体(SS)含量大约为3g/L或以下，该方法包括：将至少一部分粪便在含有聚合物的液压停留时间(HRT)为大约4小时至大约24小时的浮选单元中进行第一次生物学被动浮选步骤，得到第一浮选固体成分和第一浮选液体成分。在特定的实施方案中，该方法还包括在第一生物学被动浮选步骤之前将粪便进行粗固体颗粒分离步骤，以得到粗固体颗粒成分和第一液体成分，其中第一液体成分是所述粪便的液体部分。在一个更具体的实施方案中，本发明的方法还包括将第一浮选液体成分进行进一步的固液分离步骤，以得到最终的液体成分。在一个进一步具体的实施方案中，固液分离步骤是在HRT为大约0.5-大约4小时的第二浮选单元中的第二生物学被动浮选步骤，以得到最终的液体成分。在更具体的实施方案中，第一浮选步骤的HRT为至少大约5.5小时。
根据另一个具体的实施方案，粗固体颗粒分离步骤是倾析步骤或者筛分步骤。根据另一个具体的实施方案，聚合物是聚丙烯酰胺聚合物。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于处理粪便的设备，包括主浮选单元，其液压停留时间(HRT)为大约4-大约24小时，所述主浮选单元包括用于从粪便表面的至少一部分除去漂浮固体的撇渣部件，以及用于从罐的底部的至少一部分除去沉降的污物的挖泥部件，将所述粪便的至少一部分导入到主浮选单元中，在其中它被分成第一浮选固体成分，第二液体成分和第二沉降固体成分，其中第二液体成分的SS含量大约是3g/L或以下。
在一个更具体的实施方案中，提供了一种用于处理粪便的设备，包括粗固体颗粒分离部件，HRT为大约4-大约24小时的主浮选单元以及HRT为大约0.5-大约4小时的辅助浮选单元，所述主和辅助浮选单元包括用于从粪便表面的至少一部分除去漂浮固体的撇渣部件，以及用于从罐的底部的至少一部分除去沉降的污物的挖泥部件，将粪便导入到粗固体颗粒分离部件中，在其中它被分成第一液体成分和第一沉降固体成分，然后将第一液体成分导入到主浮选单元中，在其中它被分成第一浮选固体成分，第二液体成分和第二沉降固体成分，然后将第二液体成分导入到辅助浮选单元，在其中它被分成第二浮选固体成分、第三液体成分以及第三沉降固体成分，由此分别从液体成分中撇去和挖去沉降的固体成分和漂浮固体成分，其中第三液体成分的SS含量大约是3g/L或以下。在一个更具体的实施方案中，粗固体颗粒分离部件是倾析罐。在进一步具体的实施方案中，主浮选单元的HRT为至少大约5.5小时。需要指出，根据备选的实施方案，辅助浮选单元可以由完成包括倾析在内的其他固液分离步骤的罐所代替。
如此处所使用的，“粪便”一词表示动物废料，包括动物排泄物、饲料剩余物以及毛发，包括但不限于猪以及牛的粪便。根据更具体的实施方案，该词指猪粪。
如此处所使用的，“生物学被动浮选”表示在操作中仅使用由在粪便中存在的微生物所产生的气体的浮选，而没有对该气体进行浓缩和压缩，没有外界气体的辅助。
如此处所使用的，“磷饱和的土壤”是指这样的土壤，即，其磷含量如此之高，以至于从农艺学家的角度而言，由未处理的粪便引起的该含量的任何明显提高都是对土壤和环境有害的。
如此处所使用的，“挖泥部件”表示能够从罐的底部除去沉降的固体的部件。不对该定义的一般性产生限制，它可以包括底部刮刀、泵、螺旋运送器等。
如此处所使用的，“撇渣部件”表示能除去漂浮固体的部件。不对该定义的一般性产生限制，它包括表面刮刀、撇渣器等。
如此处所使用的，“聚合物”表示能够对悬浮的物质进行絮凝的任何试剂。在此，不对以上定义的一般性产生限制，任何在浮选或者废水处理的脱水中使用的聚合物、包括带正电或者负电的聚丙烯酰胺聚合物均可用于本发明。根据用特定粪便经实验确定的有效性，选择用于处理特定粪便的最佳聚合物。
如此处所使用的，“粗固体颗粒”表示大的固体颗粒，例如动物毛发、食物残余物等。不对该定义的一般性产生限制，它包括尺寸等于或者大于约0.1mm的固体颗粒。
结合附图，通过阅读以下仅以示例性的方式给出的优选实施方案的非限制性描述，可以更清楚的了解本发明的其他目的、优点和特征。
附图的简要说明
在附图中：
图1是本发明特定实施方案的方法步骤的示意图。
优选实施方案的详细说明
本发明涉及一种通过生物学被动浮选来处理动物粪便的方法，所述生物学被动浮选可以通过粪便中的微生物所产生的含量足以使得絮状物升高至表面的气体(CO2、H2S、NH3等)来进行。
本发明的具体实施方案包括三个主要步骤，它们可以容易的以成批、半连续或者连续的方式操作：1)第一快速倾析，能够使容易沉降的固体(毛发，使用的磨碎树皮等)分离；2)粪便的生物学被动浮选，同时通过事先加入有机聚合物(絮凝剂和/或聚结剂)而对固体进行倾析；3)第二被动生物学浮选，同时在同一个罐中通过事先加入有机聚合物(絮凝剂)而进行倾析。
如图1所示，从临时性的粪便存储部(1)将粪便导入第一倾析罐(2)。然后不加入聚合物(当然也可以加入聚合物)进行沉降，液压停留时间(HRT)是0.25-2小时，从而可以除去容易沉降的固体。然后将这些固体从第一倾析罐(2)的底部抽去，并引向固体存储器(3)。在粪便中的总的固体的初始含量优选在5-70g/L。在将第一倾析罐(2)的流出液体(5)通过例如重力或者泵引导到其特征为HRT在大约4小时至大约24小时之间的主浮选单元(6)之前，将通过事先进行的优选测试所确定的适当量的聚合物(絮凝剂)(4)加入到该流出液体中。在主浮选单元(6)中，粪便产出其量足以使得絮状物升至表面的气体(CO2，H2S，NH3等等)。然后机械撇渣部件(7)撇去浮起的固体(8)，并将它们导入至回收锥体(9)中。另一部分固体(11)沉降至主浮选单元(6)的底部(10)，该单元优选安装有底部挖泥部件(12)，用于从罐的底部除去沉降的固体。在第三阶段，通过例如泵或者重力而从主浮选单元(6)中出来的液体(13)被导入至HRT优选在大约0.5小时至大约4小时的辅助浮选单元(14)中。然后如果需要，在也安装有撇渣部件(17)的辅助浮选单元的入口(未显示)加入可通过常规试验(未显示)来确定的聚合物(絮凝剂)。然后将这些撇渣部件所回收的固体优选引导至与在两个第一阶段中回收固体的固体存储器相同的固体存储器(3)中。根据本发明的包括上述三个阶段的实施方案的方法，所除去的悬浮的固体(SS)、COD以及总磷(Pt)通常在70％-90％之间。系统流出物(18)的NH4/Pt的比例大于7，使其可以用作磷饱和的土壤的灌溉水。这种流出物(18)可以有利的存储在粪便坑(19)中，从而可以作为灌溉水使用。这种流出物(18)的味道也比原始粪便(1)小很多，可以利用传统的土地散布设备进行土地散布。在每个阶段处理之后，所得到的固体混合物的干燥固体含量大约是7-17％，平均值为10-12％。这些固体可以存储在适当的罐(3)中，可以用于在农场堆肥或者在真空车中转移至堆肥单元。最后，这些固体可以与纤维材料(例如木片和锯屑)混合，可以用于直接土地散布。
实施例1
HRT为12小时的以分批操作方式操作的产仔猪单元粪便的处理
对产仔猪单元粪便进行筛分，以除去所有的粗材料，并将Percol7557TM聚合物的1g/L的3.8L溶液与19.2L的筛分粪便相混合。以下的表1显示了在经过12小时倾析之后获得的结果。以分批的模式操作23L的浮选单元使得粪便的HRT可以减小到大约12小时并同时满足性能要求(N-NH4/Pt＞7)。实现了SS减少85.5％，以及总磷(Pt)减少58.9％。N-NH4/Pt的比例达到8.5。
表1以HRT为12小时的分批模式操作的23L浮选单元中的产仔猪单元粪便分离
SS(g/L)   COD(mg/L)   TKN(mg/L)   N-NH4 +(mg/L)   Pt(mg/L)   P-PO4 3-(mg/L)    N-NH4 +/Pt
  未处理 8.50   16050   2330   1860   522   390    3.6
  已处理 1.23   8600   1820   1780   215   193    8.5
  去除百分数(％) 85.5   46.4   22.0   4.2   58.9   50.6
实施例2
HRT为4.6小时的以连续操作模式操作的产仔猪单元粪便的处理
总固体浓度为1.7％的粪便在23L的浮选单元中被筛分至3mm。粪便流速为70mL/分钟，同时将Percol7557TM聚合物溶液(1g/L)的流速设定为14mL/分钟，也就是总体积的16.7％(v/v)，以获得4.6小时的HRT。去除结果如以下表2所示。SS减少87.8％，Pt减少59.8％，导致N-NH4/Pt提高至8.1，从而满足以N-NH4/Pt＞7为目标的性能要求。
表2 HRT为4.6小时的以连续操作模式操作的23L浮选单元中的产仔猪单元粪便(1.7％TS)分离
  SS(g/L)   COD(mg/L)   TKN(mg/L)   N-NH4 +(mg/L)   Pt(mg/L)    P-PO4 3-(mg/L)   N-NH4+/Pt
  未处理   10.1   16050   2330   1860   522    390   3.6
  已处理   1.24   8125   1770   1430   210    155   8.1
  去除百分数(％)   87.8   49.4   24.0   23.2   59.8    60.3
实施例3
HRT为6.4小时的以连续操作模式操作的育猪场粪便的处理
粪便在23L的浮选单元中被筛分至3mm。粪便流速为50mL/分钟，同时将Percol 7557TM聚合物溶液(1g/L)的流速设定为10mL/分钟，也就是总体积的16.7％(v/v)，以获得6.4小时的HRT。去除结果如以下表3所示。SS减少95.4％，Pt减少77.3％，COD减少68.5％，N-NH4/Pt为10，从而满足所期望的性能要求。
表3 HRT为6.4小时的以连续操作模式操作的23L浮选单元中的育猪场粪便(6.5％TS)分离
  SS(g/L)   COD(mg/L)   TKN(mg/L)   N-NH4 +(mg/L)   Pt(mg/L)   P-PO4 3-(mg/L)    N-NH4 +/Pt
  未处理   45.5   91500   4320   3640   1397   327    2.6
  已处理   2.1   28850   3180   3170   317   289    10.0
  去除百分数(％)   95.4   68.5   26.4   13.0   77.3   11.6
以下实施例是在315L的浮选单元中进行的。
实施例4
HRT为11小时的以连续操作模式操作的产仔猪单元粪便的处理
将粪便首先进行沉降(1小时)，然后筛分至3mm，以除去粗物质。粪便流速为397mL/分钟，同时将LPM9511TM聚合物溶液(1g/L)的流速设定为80mL/分钟，也就是总体积的16.7％(v/v)，以获得11小时的HRT。去除结果如以下表4所示。SS减少95.4％，Pt减少85.9％，N-NH4/Pt比例超过14，从而满足所期望的性能要求。
表4 HRT为11小时的以连续操作模式操作的315L浮选单元中的产仔猪单元粪便(1.1-3.3％TS)分离
  SS(g/L)   COD(mg/L)   TKN(mg/L)   N-NH4 +(mg/L)   Pt(mg/L)    P-PO4 3-(mg/L)  N-NH4 +/Pt
  未处理   26.1   22130   3190   1355   678    81.0  4.9
  已处理   1.45   7450   1760   1320   95.7    74.7  14.0
  去除百分数(％)   94.4   66.3   44.8   2.6   85.9    7.8
实施例5
HRT为11小时的以连续操作模式操作的育猪场粪便的处理
将粪便首先进行沉降(1小时)，然后筛分至3mm，以除去粗物质。粪便流速为397mL/分钟，同时将LPM9511TM聚合物溶液(1g/L)的流速设定为80mL/分钟，以获得11小时的HRT。去除结果如以下表5所示。SS减少84.8％，Pt减少31.5％。N-NH4/Pt比例上的收效相对较小。这可以通过在产仔猪单元所获得的粪便性质与在育猪场所获得的粪便的性质之间的比较来解释。后者与其磷含量相比具有较高的氨含量。这导致在未处理的粪便中具有相对较高的N-NH4/Pt比例(7.8)。对具有这种高的氨含量的粪便采用该方法的主要益处在于除去SS，以及由此带来的对粪便的视觉方面的改进和减少气味。
表5 HRT为11小时的以连续操作模式操作的315L浮选单元中的育猪场粪便(2.6％TS)分离
SS(g/L)   COD(mg/L)   TKN(mg/L)   N-NH4 +(mg/L)   Pt(mg/L)   P-PO4 3-(mg/L)    N-NH4 +/Pt
  未处理 18.5   25050   2560   2160   335   185    7.8
  已处理 2.8   24450   2000   1750   230   185    8.1
  去除百分数(％) 84.8   2.4   21.7   19.2   31.5   0
实施例6
HRT为11小时的以连续操作模式操作的养猪场粪便的处理
将粪便首先进行沉降(1小时)，然后筛分至3mm，以除去粗物质。对养猪场粪便采用该方法进行11小时的连续HRT。粪便流速为397mL/分钟，同时将LPM9511TM聚合物溶液(1g/L)的流速设定为80mL/分钟，以获得11小时的HRT。去除结果如以下表6所示。SS减少96.5％，Pt减少57％。尽管N-NH4/Pt比例的性能标准没有达到，但是与在前面的实施例中所获得的流出物相比，该处理所产生的流出物更适合于灌溉目的，因其SS较低。据认为这是由于粪便的固体含量非常低，并且相对于在其他实施例中使用的粪便的范围(1800-3600mg/L)而言，NH4 +含量(450mg/L)低。
表6 HRT为11小时的以连续操作模式操作的315L浮选单元中的养猪场粪便(1.3％TS)分离
  SS(g/L)   COD(mg/L)   TKN(mg/L)   N-NH4 +(mg/L)   Pt(mg/L)   P-PO4 3-(mg/L)   N-NH4 +/Pt
  未处理   10.9   15370   750   450   214   114   2.5
  已处理   0.38   2450   450   405   92.3   94   4.5
  去除百分数(％)   96.5   84.1   40.0   10.0   57.0   17.5
实施例7
HRT为5.5小时的以连续操作模式操作的养猪场粪便的处理
对养猪场粪便采用该方法进行5.5小时的连续HRT。粪便流速为794mL/分钟，同时将LPM9511TM聚合物溶液(1g/L)的流速设定为160mL/分钟，以获得5.5小时的HRT。将浮选单元流出物沉降30分钟，同时加入其量为聚合物和流出物体积之和的大约16.7％的聚合物(1g/L)。去除结果如以下表7所示。N-NH4/Pt比例达到20.7，SS减少95.5％。尽管因为未处理的粪便的N-NH4/Pt比例已经满足了条件(10.9)，因此该方法对于达到性能标准来说不是必须的，但是该处理明显改善了视觉方面并明显减少了气味。
需要指出，该实施例中使用的粪便在其含量方面明显不同于实施例6。它来自同一农场，但是在不同的日期获得的。因此未处理粪便的N-NH4/Pt比例平均值为10.9，而在实施例6中使用的是2.5。这显示粪便含量依其获得的日期而有明显的变化。
表7 HRT为5.5小时的以连续操作模式操作的315L浮选单元中的养猪场粪便(2.8％TS)分离，然后倾析30分钟
SS(g/L)   COD(mg/L)   TKN(mg/L)   N-NH4 +(mg/L)   Pt(mg/L)   P-PO4 3-(mg/L)   N-NH4 +/Pt
  未处理 20.4   n.d.   2510   2170   320   92.3   10.9
  已处理 0.92   n.d.   1920   1340   65   65   20.7
  去除百分数(％) 95.5   n.d.   23.6   38.2   79.7   29.5
n.d.：无法获得
实施例8
HRT为8小时的以连续操作模式操作的养猪场粪便的处理
首先将粪便倾析(1小时)，然后筛分至3mm，在第一浮选单元中处理，然后在第二浮选单元中处理。粪便流速为550mL/分钟，同时将LPM9511TM聚合物溶液(1g/L)的流速设定为110mL/分钟，以获得8小时的HRT。从主浮选单元的底部抽去200mL/分钟的固体，得到466mL/分钟的流出物流速。该466mL/分钟在其进入辅助浮选单元之前与66mL/分钟的LPM9511TM聚合物混合。去除结果如以下表8所示。SS减少97.2％，Pt减少75.3％，COD减少51.0％。N-NH4/Pt比例达到32.2，从而可以用于在已经过载了磷的土壤上进行土地散布而不会产生明显的问题。该处理也明显改善了视觉方面并明显减少了气味，因为它具有低的SS含量。
表8 HRT为8小时的以连续操作模式操作的315L浮选单元中的养猪场粪便(3.0％TS)分离，然后在HRT为1.6小时的70L辅助浮选单元中分离
SS(g/L)  COD(mg/L)  TKN(mg/L)   N-NH4 +(mg/L)   Pt(mg/L)   P-PO4 3-(mg/L)   N-NH4 +/Pt
  未处理 14.9  38900  2370   2260   284   87.0   3.8
  已处理 0.42  19000  2110   2260   70.1   87.0   32.2
  去除百分数(％) 97.2  51.0  10.9   0.0   75.3   0.0
所分离的固体的固体部分
在上述每个实施例中所得到的固体部分的特征如以下表9所示。没有对用于在23L浮选单元中进行测试所使用的沉降的固体进行表征，因为该粪便在农场筛分至3mm，筛分剩余量没有定量。该表显示了固体在处理之后的特征可变性。这种可变性可以是以下参数的函数：在用于在315L浮选单元中分离的第一次倾析过程中沉降的固体的氮和磷含量较低，因为它们大部分是由谷类的皮以及较少比例的毛发组成；第一次倾析的固体的干燥度较高；在实施例4-8中，处理所产生的固体部分相对于总的已处理粪便的体积的比例分别是26.7％、19.6％、12.4％、36.2％和42.9％。尽管采用5.5和8小时的HRT产生令人满意的结果，但是利用11小时的HRT进行的测试产生最佳结果。在此处的实施例中产生的分离和重组固体的干燥度在7-17％之间变化。
尽管已经通过优选实施方案的方式描述了本发明，但是可以对其进行改进而不会脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和性质。
表9 在上述实施例1-8中产生的固体部分的特征
实施例号     粪便类型操作模式HRT     部分   比例(干重％(d.w.))   总固体(％)     TKN(％d.w.)     N-NH4 +(％d.w.)     Pt(％d.w.)     P-PO4 3-(％d.w.)
1     产仔猪单元Cuvée12小时     全部   100   9.3     9.06     3.16     4.93     4.03
2     产仔猪单元连续4.6小时     全部   100   9.3     8.03     2.67     3.44     3.01
3     育猪场连续6.4小时     全部   100   13.0     5.96     2.51     2.39     0.77
4     产仔猪单元连续11小时     倾析主浮选重组混合物   62.537.5   12.810.211.8     1.714.252.66     1.581.761.65     2.222.792.43     0.360.520.42
5     育猪场连续11小时     倾析主浮选重组混合物   11.688.4   15.87.58.6     2.205.555.16     1.652.762.63     1.022.111.98     0.510.930.88
6     养猪场连续11小时     倾析主浮选重组混合物   83.616.4   17.116.016.9     1.045.691.80     0.450.580.47     0.841.400.93     0.340.340.34
7     养猪场连续5.5小时     倾析主浮选重组混合物   38.062.0   15.94.57.3     1.9211.98.1     1.554.673.17     0.704.442.87     0.271.200.73
8     养猪场连续8小时     倾析主浮选辅助浮选重组混合物   43.324.931.8   17.86.17.612.1     2.3411.38.728.36     3.606.205.047.29     n.a.2.861.92     n.a.1.45n.a.
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Claims (15)

1.一种处理动物粪便得到最终液体部分和固体部分的方法，其中最终的液体部分的悬浮固体含量为3g/L或更低，该方法包括：
对所述粪便的至少一部分在液压停留时间为4小时至24小时的浮选单元中采用聚合物进行第一生物学被动浮选处理，以获得第一浮选固体部分和第一浮选液体部分；
选自下列的进一步处理步骤：在第一生物学被动浮选之前对所述粪便进行粗固体颗粒分离处理，以除去大于0.05mm的固体颗粒，从而得到第一液体部分，其中所述第一液体部分是进行第一生物学被动浮选步骤处理的粪便部分；以及对所述第一浮选液体部分进行进一步的固液分离处理，得到最终的液体部分。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述进一步处理是对所述粪便进行粗固体颗粒分离步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述进一步处理是固液分离步骤，所述固液分离步骤是第二生物学被动浮选。
4.如权利要求3所述的方法，其中第二生物学被动浮选步骤在液压停留时间为0.5小时至4小时的辅助浮选单元中进行。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述进一步处理是对所述粪便进行粗固体颗粒分离处理，以得到粗固体颗粒部分和第一液体部分，并且
在液压停留时间为0.5小时至4小时的辅助浮选单元中将所述第一浮选液体部分进行第二生物学被动浮选步骤，以得到第二浮选固体部分和最终的液体部分。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其中所述第一生物学被动浮选步骤的液压停留时间至少是5.5小时。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一浮选步骤的液压停留时间至少是8小时。
8.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述粗固体颗粒分离步骤是倾析步骤。
9.如权利要求1-5任一项所述的方法，其中聚合物是聚丙烯酰胺聚合物。
10.如权利要求1-5任一项所述的方法，其中所述动物粪便是猪粪便。
11.一种用于处理动物粪便的设备，包括液压停留时间为4小时至24小时的主浮选单元，所述主浮选单元包括用于从粪便的至少一部分表面除去漂浮固体的撇渣部件，以及用于从主浮选单元的至少一部分底部除去沉降的污物的挖泥部件，其中将所述粪便的至少一部分导入主浮选单元，在其中它被分离为第一浮选固体部分、第二液体部分以及第一沉降的固体部分，其中第二液体部分的悬浮固体含量为3g/L或以下。
12.如权利要求11所述的设备，还包括粗固体颗粒分离部件，以及液压停留时间为0.5至4小时的辅助浮选单元，所述辅助浮选单元包括用于从粪便的至少一部分表面除去漂浮固体的撇渣部件，以及用于从辅助浮选单元的至少一部分底部除去沉降的污物的挖泥部件，其中将粪便导入粗固体颗粒分离部件，在此它被分离为第一液体部分和第一粗固体颗粒部分，然后将第一液体部分导入主浮选单元，在此它被分为第一浮选固体部分、第二液体部分和第一沉降的固体部分，然后将第二液体部分导入辅助浮选单元，在此它被分为第二浮选固体部分、第三液体部分以及第二沉降的固体部分，由此沉降的固体部分和浮选固体部分被分别从液体部分中撇去和挖去，其中第三液体部分的悬浮固体含量是3g/L或以下。
13.如权利要求11或12所述的设备，其中所述粗固体颗粒分离部件是倾析罐。
14.如权利要求11或12所述的设备，其中所述主浮选单元的HRT至少是5.5小时。
15.如权利要求11或12所述的设备，其中所述动物粪便是猪粪便。
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