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分散式养殖废弃物资源化处理模式及装备

一、背景介绍

      在畜禽养殖过程中产生大量的畜禽粪便及废水,如不及时的处理,会造成会对空气、水及土壤的污染,养殖废水、粪便的处理一直是困扰养殖行业发展的难题。同时养殖废弃物中含有丰富的氮、磷、钾资源,是优质有机肥的重要来源。因此,对养殖废弃物合理的处理,不仅可以降低对环境的污染,还可以产生一定的经济效益。近年来我国不断推出利用有机肥代替化肥的利好政策,为有机肥的发展提供了政策上的支持,表1 列举了近年来我国关于有关有机肥发展的相关政策。


       在对于大型的养殖企业,养殖畜禽粪便等废弃物通常通过条垛式或者仓式堆肥的方法进行,工艺流程如图1所示。整体设备投资大,一般的中小型养殖企业难以接受。如果将中小型养殖户的养殖废弃物集中处理,不仅原料的运输成本高,堆肥后的产品还要进行远距离的二次运输,直接导致有机肥的成本增加。这种集中的处理模式在处理粪便的同时也会产生大量的废水,处理后废水的排放及利用也存在问题。


     

      因此,针对近年来蓬勃发展的中小型养殖企业,开发低成本成本,易维护的处理模式及设备,解决中小型养殖企业面临的难题,成为目前亟待解决的问题。




二、处理模式

      

      针对中小型养殖企业存在的问题,研究采用“小集中”的处理方式,将一个养殖企业或者周边几个养殖企业产生的养殖废弃物、分类后的生活垃圾、农业废弃物(秸秆)、蘑菇棒等进行集中发酵处理,处理后产生的有机肥在周边进行应用,。一方面相对集中的处理了污染物,可以减少设备的投资;另一方面产生的有机肥可以在周边进行销售,避免了长距离的运输粪污及有机肥,经济效益相比传统集中处理的模式非常明显显著,可极大的提高养殖户处理养殖废弃物的积极性,实现变废为宝。为了提高有机肥的附加值,在有机肥产品中加入功能性的微生物菌剂(促进植物生长、生物防治等),提高有机肥的品质,从而提高提升有机肥的价值。




三、处理设备


      为了实现以上所述功能模式,中国科学院生物过程与能源研究所开展了分散型成套畜禽粪污处理设备、功能性微生物菌剂及配套的废水处理设备,可彻底去除将养殖过程产生的污染物去除,将固体废弃物转化为有机肥,将废水可以处理净化为可以用于农业灌溉的回用水。1、有机肥处理工艺流程


      养殖过程产生的粪便等混合物通常含水率高,含水率在80-95%左右,不能直接用于堆肥。先经过脱水,将含水率控制在65-75%之间,除添加传统辅料外,混入实验室开发的功能型营养多孔性材料、生物可降解型吸水材料及腐熟菌剂,进入封闭式的反应器就行发酵,发酵后的产物经过筛分、造粒后进行包装,在造粒过程中添加功能性的微生物菌剂。整个工艺流程如下图所示:



   2、有机肥处理成套装备


      经过多年的设备开发,养殖废弃物处置相关的设备包括:脱水机、混料设备(TMR)、立式发酵设备、卧式发酵设备、粉碎筛分设备和造粒设备。主要设备如下所示:





 3、有机肥处理功能性材料?

      为了加速腐熟过程,提高腐殖质的含量,青能所开发了一系列的功能材料,包括吸水性材料、多孔材料、功能性微生物菌剂。

      吸水性材料:调节畜禽粪污的含水率,减少花生壳、稻壳等辅料的添加,发酵后的肥料具有缓释功能,减少发酵过程气味和氮素的损失。

      多孔材料:包含改性牡蛎壳、改性陶粒、伴半焦等,可以加速腐熟过程,提高有机肥中腐殖质的含量,促进发酵过程快速的升温,缩短发酵周期。

      功能性微生物菌剂:主要是以巨大芽孢杆菌为主,复配其他功能型菌株,和有机肥配合施用可以在土壤中产生吲哚乙酸等有机酸,促进植物根系的生长,快速生根,还可以有效的控制重茬,微生物菌剂目前已在茶叶生姜的种植中使用该功能菌后,促进叶片生长,增加春茶新梢发芽密度效果显著。在生姜、黄瓜、番茄、草莓等种植过程中,和有机肥同时使用,明显的提高了这些蔬菜的产量品质,增产效果显著。

4、废水处理工艺流程

      对于中小型的养殖场,水量产生量较小,处理后最好用适用于厂区的绿化、地面冲洗、冲洗厕所等,节约水资源、一水多用节约水资源,适合采用、达标排放。对于处理达标排放的来讲,虽然国内外所用的工艺流程大致相同,即固液分离-厌氧消化-好氧处理。但是针对不同的工艺,在选择的时候处理费用低、运行管理简单,投资省等因素依然是解决养殖业污染的首选关键所在。

      处理养殖废水的工艺流程为:







      污水经过收集管路后,经细初沉池去除回收大颗粒的粪渣、杂质垃圾;污水经初沉池进入调节池,调节水质水量后(小量水设备可用日处理量的30~50 吨储养殖废水过滤池调节池UASB 池多级AO+MBR厂内回用 二氧化氯消毒污泥浓缩干化水罐代替);污水由提升泵进入UASB 池,去除大部分的COD 等有机物后再进入多级AO+MBR 池,由于鉴于养殖废水除了COD 高,氨氮的含量也非常高,通过多级AO+MBR 工艺可以同时去除氨氮和COD,处理后的废水还有一定的淡黄色,加入二氧化氯进行消毒和脱色,消毒后的废水即可回用。

5、废水处理配套设备

1)厌氧处理

       目前用于处理养殖场粪污的厌氧工艺很多,其中较为常用的有以下几种:厌氧滤器,上流式厌氧污泥床(UASB),复合厌氧反应器,两段厌氧消化法和升流式污泥床反应器等。其中UASB 处理设备运行管理方便,处理效率高,在很多的养殖场都采用这种处理设备。

      采用厌氧消化工艺可在较低的运行成本下有效的去除大量的可溶性有机物,COD 去除率高达85%-90%,而且能杀死传染病菌,有利于养殖场的防疫。








                                                             UASB 工艺流程图及某小型养殖场UASB 及好氧处理单元


2)好氧处理

     结合养殖废水中氨氮高、COD 高等特点及稳定运行的需要,采用多级AO+MBR工艺。多级AO 也就是多个好氧-厌氧的过程,可以起到硝化反硝化的作用,达到脱氮的目的。











四、效益分析

1、环境效益

       通过对养殖废弃物的处理,减少对地下水及周边空气的污染,解决养殖企业的后顾之忧,而且高温发酵过程可以有效的杀灭病原性微生物,促进养殖行业的健康发展。

2、社会效益

       养殖粪污处理过程中,不仅将污染物转变为优质的有机肥,而且可以提传统企业的形象。

3、经济效益

       按照上述的处理模式,有机肥在就近周边销售,减少二次运输的费用,降低了有机肥的成本,同时增加了企业的利润,提高养殖户的积极性。以生产一吨有机肥为例进行说明,通常生产一吨含水率低于30%的有机肥,需要含水率为75%的原料3 吨。每日处理3 吨原料的电费约60-80 元,微生物菌剂20 元,人工约200 元,原料约150 元,设备折旧50 元,综合起来采用分散式模式生产每吨有机肥的直接成本约500 元,而有机肥的销售价格在1000-1500 元,生产每吨有机肥的利润在500-1000 元。

       对于一个中等规模的养殖厂,通过对养殖粪污的处理,不仅可以解决养殖过程产生的污染问题,而且可以变废为宝,通过处理养殖粪污产生经济价值。

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