一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水的方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1113624 A(43)申请公布日 2020.07.03

(21)申请号 202010255619.2(22)申请日 2020.04.02

(71)申请人 中国农业大学

地址 100083 北京市海淀区清华东路17号(72)发明人 乔玮　鞠鑫鑫　董仁杰　

(74)专利代理机构 北京中安信知识产权代理事

务所(普通合伙) 11248

代理人 徐林(51)Int.Cl.

C02F 11/04(2006.01)C02F 9/14(2006.01)C05F 3/00(2006.01)C02F 103/20(2006.01)C02F 101/30(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图1页

CN 1113624 A()发明名称

一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水的方法(57)摘要

本发明属于沼液资源化利用技术领域，具体涉及一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水的方法。方法中将畜禽废弃物送入厌氧发酵装置进行一次厌氧发酵，发酵后的沼液进入到厌氧膜生物反应器进行二次发酵和原位微滤膜分

微滤膜透过液直接进入到反渗透装置进离过滤，

行浓缩处理。该方法可利用养殖废弃物生产沼气，制取液态有机肥，获得的反渗透清液作为养殖场清洁回用水。该方法避免了现有沼液浓缩中所需要的机械浓缩、超滤、纳滤和反渗透组合的复杂膜处理路线，大幅度简化了工艺，降低了处理成本。

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权　利　要　求　书

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1.一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)一次厌氧发酵：将畜禽废弃物加入到厌氧发酵装置中进行厌氧发酵，降解有机物，生产沼气，将沼渣进行稳定化处理；

2)二次厌氧发酵与原位微滤膜过滤：厌氧发酵后的沼液送入厌氧膜生物反应器进行二次发酵，采用微滤膜抽水的方式排水，膜分离后的浓液与一次发酵罐的沼渣混合，膜透过清液进入后续的沼液反渗透浓缩单元；

3)反渗透：将厌氧膜生物反应器膜透过清液引入到反渗透装置进行反渗透处理，产生的反渗透浓液用于生产液态有机肥，反渗透清液作为养殖场清洁回用水。

2.如权利要求1所述的沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水方法，其特征在于：步骤1中，所述一次厌氧发酵中，采用中温或高温厌氧发酵，所采用的反应器为序批式全混式反应器，水力停留时间20-40天。

3.如权利要求1所述的沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水方法，其特征在于：步骤2中，所述二次厌氧发酵中，采用中温发酵，所采用的反应器为厌氧膜生物反应器，水力停留时间为5-15天，膜过滤通量5-15L/m2·h，膜孔径为0.2-0.4um，膜过滤压力为-6kPa--5kPa。

4.如权利要求1所述的沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水方法，其特征在于：步骤3中，反渗透膜的膜通量为35-40L/m2·h，进口压力为2.5-3.5MPa；反渗透后得到反渗透浓液和反渗透清液，将反渗透浓液浓缩至反渗透原液体积的1/4-1/3时停止。

5.如权利要求1～4之一所述的沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水方法，其特征在于：

所述厌氧发酵装置采用序批式运行的全混式反应器，在搅拌作用下，原料与微生物充分接触，更好地降解转化有机物；搅拌器间歇运行，在停止搅拌后物料沉降，重物料下沉，固含量少的物料从反应器上部排出，进入后续厌氧膜生物反应器，排料后再次进料，完成循环过程；定期从反应器底部排出沼渣。

6.如权利要求1～4之一所述的沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水方法，其特征在于：

所述厌氧膜生物反应器采用浸没式平板膜生物反应器，膜孔径为0.2-0.4μm，工作压力为负压。

7.如权利要求1～4之一所述的沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水方法，其特征在于：

所述反渗透膜能有效截留一价离子，其孔径只允许NH3、H2O通过，膜通量为35-40L/m2·h，进口压力为2.5-3.5MPa；所述反渗透膜浓缩过程中对浓缩倍率在3-10倍之间进行调节，反渗透浓液中含有一价离子盐与低分子量有机物，溶解性的N、P、K、微量元素、营养元素被截留浓缩，用于制作液态有机肥，反渗透清液作为养殖场清洁回用水。

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一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水的方法

技术领域

[0001]本发明属于沼液资源化利用技术领域，具体涉及一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水的方法。

背景技术

[0002]随着我国畜牧业的规模化和集约化发展，养殖废弃物产生的量大且集中，是农业面源污染的主要来源。粪污中含有大量的易降解有机物和氮、磷等营养物质，还含有大量的水，是可进行资源化循环利用的重要对象。厌氧消化是一种处理畜禽粪污的有效技术，能够降解有机物产生沼气，保留氮、磷等营养成分。但是，厌氧处理产生大量的沼液，导致营养成分含量低，大量水分被污染无法进行有效的回用，了养殖废弃物的资源化处理。如何在粪污厌氧处理的同时，高效生产含有高浓度营养成分的液态有机肥和养殖场清洁回用水，是当前养殖废弃物处理的难点问题。

发明内容

[0003]本发明的目的在于提供一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水的方法，该方法同时完成生物降解和固液分离功能，出水水质稳定良好；利用反渗透膜对厌氧膜生物反应器膜透过液进行截留浓缩，达到高倍浓缩沼液有机小分子营养物质的目的，实现沼液的利用价值；液肥的品质得到了提高；不需额外添加物质，保证了产品品质最优化。[0004]本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

[0005]一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水的方法，该方法包括以下步骤：[0006]1)一次厌氧发酵：将畜禽废弃物加入到厌氧发酵装置中进行厌氧发酵，降解有机物，生产沼气，将沼渣进行稳定化处理；

[0007]2)二次厌氧发酵与原位微滤膜过滤：厌氧发酵后的沼液送入厌氧膜生物反应器进行二次发酵，采用微滤膜抽水的方式排水，膜分离后的浓液与一次发酵罐的沼渣混合，膜透过清液进入后续的沼液反渗透浓缩单元；[0008]3)反渗透：将厌氧膜生物反应器膜透过清液引入到反渗透装置进行反渗透处理，产生的反渗透浓液用于生产液态有机肥，反渗透清液作为养殖场清洁回用水。[0009]步骤1中，所述一次厌氧发酵中，采用中温或高温厌氧发酵，所采用的反应器为序批式全混式反应器，水力停留时间20-40天。[0010]步骤2中，所述二次厌氧发酵中，采用中温发酵，所采用的反应器为厌氧膜生物反应器，水力停留时间为5-15天，膜过滤通量5-15L/m2·h，膜孔径为0.2-0.4um，膜过滤压力为-6kPa--5kPa。[0011]步骤3中，反渗透膜的膜通量为35-40L/m2·h，进口压力为2.5-3.5MPa；反渗透后得到反渗透浓液和反渗透清液，将反渗透浓液浓缩至反渗透原液体积的1/4-1/3时停止。[0012]所述厌氧发酵装置采用序批式运行的全混式反应器，在搅拌作用下，原料与微生物充分接触，更好地降解转化有机物；搅拌器间歇运行，在停止搅拌后物料沉降，重物料下

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沉，固含量少的物料从反应器上部排出，进入后续厌氧膜生物反应器，排料后再次进料，完成循环过程；定期从反应器底部排出沼渣。

[0013]所述厌氧膜生物反应器采用浸没式平板膜生物反应器，膜孔径为0.2-0.4μm，工作压力为负压。

[0014]所述反渗透膜能有效截留一价离子，其孔径只允许NH3、H2O通过，膜通量为35-40L/m2·h，进口压力为2.5-3.5MPa；所述反渗透膜浓缩过程中对浓缩倍率在3-10倍之间进行调节，反渗透浓液中含有一价离子盐与低分子量有机物，溶解性的N、P、K、微量元素、营养元素被截留浓缩，用于制作液态有机肥，反渗透清液作为养殖场清洁回用水。[0015]本发明的有益效果在于：

[0016]1)将畜禽废弃物进入到厌氧发酵装置中进行厌氧发酵，降解有机物，生产沼气，厌氧发酵后的沼液进入厌氧膜生物反应器进行二次发酵，实现了有机物的深度降解，废物被充分的稳定化；

[0017]2)在厌氧膜生物反应器中进行的二次降解，实现了液体和固体的高效分离，膜透过清液不含悬浮固体，无需进一步处理就可以进入反渗透浓缩工艺，简化了膜处理工艺，降低了处理成本。

[0018]3)利用反渗透膜过滤对厌氧膜生物反应器膜透过液进行浓缩，达到高倍浓缩营养物质的目的，提高了沼液的利用价值，浓缩后的液体体积降低70％以上，反渗透得到的清液可以作为养殖场清洁回用水。

[0019]4)本方法采用生物-物理法进行，过滤去除了沼液中的有害成分并充分保留了沼液中的有效成分，液肥的品质得到了提高；不需额外添加物质，保证了产品品质最优化。附图说明

[0020]图1为本发明的一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水方法的流程图。具体实施方式

[0021]下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。[0022]如图1所示，本发明的一种沼液生产液态有机肥和养殖场清洁回用水方法，该方法包括以下步骤：[0023]1、一次厌氧发酵：将畜禽废弃物引入到厌氧发酵装置中进行厌氧发酵，降解有机物，生产沼气，沼渣进行稳定化处理；[0024]2、二次厌氧发酵：厌氧发酵后的沼液送入厌氧膜生物反应器进行二次发酵，同时也进行了固液分离，膜分离后的浓液与一次发酵罐的沼渣混合，膜透过清液进入后续的沼液浓缩利用单元；[0025]3、反渗透浓缩：将厌氧膜生物反应器膜透过清液引入到反渗透装置进行反渗透处理，产生的反渗透浓液用于生产液态有机肥，反渗透清液作为养殖场清洁回用水。[0026]进一步地，步骤1中，所述一次厌氧发酵中，采用中温或高温厌氧发酵，所采用的反应器为全混式反应器，发酵温度为33-40℃或50-60℃，水力停留时间20-40天，COD去除率为80％-90％，SS去除率达60-75％。[0027]进一步地，步骤2中，所述二次发酵中，采用中温发酵，发酵温度为33-40℃，所采用

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的反应器为厌氧膜生物反应器，水力停留时间为5-15天，膜过滤通量5-15L/m2·h，膜孔径为0.2-0.4um，膜过滤压力为-6kPa--5kPa，COD去除率达70％-90％。[0028]进一步地，步骤3中，反渗透膜的膜通量为35-40L/m2·h，进口压力为2.5-3.5MPa；反渗透后得到反渗透浓液和反渗透清液，将反渗透浓液浓缩至反渗透原液体积的1/4-1/3时停止，反渗透清液中NH4+浓度低于50mg/L。[0029]进一步地，所述厌氧发酵装置采用序批式运行的全混式反应器，在搅拌作用下，原料与微生物充分接触，更好地降解转化有机物，搅拌器间歇运行，在停止搅拌后沉降，重物料下沉，固含量少的物料从反应器上部排出，进入后续厌氧膜生物反应器，排料后再次进料，完成循环过程；定期从反应器底部排出沼渣。[0030]进一步地，所述厌氧膜生物反应器采用浸没式平板膜生物反应器，膜孔径为0.2μm或0.4μm，工作压力为负压。[0031]进一步地，所述反渗透膜能有效截留一价离子，其孔径只允许NH3、H2O通过，膜通量为35-40L/m2·h，进口压力为2.5-3.5MPa。所述反渗透膜浓缩过程中对浓缩倍率在3-10倍之间进行调节，反渗透浓液中含有一价离子盐与低分子量有机物，溶解性的N、P、K、微量元素、营养元素被截留浓缩，用于制作液态有机肥，反渗透清液作为养殖场清洁回用水。[0032]进一步地，所述厌氧发酵装置、厌氧膜生物反应器和反渗透各步骤采用PLC控制，实现了完全自动化，操作管理方便，同时大大提高膜浓缩效率。[0033]实施例1：[0034]1、将猪场粪水(水冲粪)送入到序批式全混式反应器进行一次厌氧发酵，发酵温度为37℃，水力停留时间30天，COD去除率达80％，在间歇搅拌和静止沉降的过程中，排放固含量低的沼液进行二次发酵处理，沼液中COD浓度为3000mg/L，悬浮固体浓度为10000-40000mg/L。[0035]2、将全混式反应器的沼液送入到厌氧膜生物反应器进行二次发酵处理，发酵温度为37℃，水力停留时间为10天，厌氧膜膜过滤通量10L/m2·h，膜孔径为0.4um，膜过滤压力为-5kPa。厌氧膜生物反应器一方面进行二次厌氧发酵，继续降解COD，降解率达90％，膜透过液中COD含量低于500mg/L；另一方面每日排出约1/10的浓液，与一次发酵罐的沼渣混合。[0036]3、将厌氧膜生物反应器膜透过液进入到反渗透装置进行反渗透处理。反渗透膜的膜通量为40L/m2·h，进口压力为3.5MPa；反渗透后得到反渗透浓液和反渗透清液，将反渗透浓液浓缩至反渗透原液体积的1/3时停止，此时溶解性的N、P、K、微量元素、营养元素几乎都存在于反渗透浓液中，浓缩液中的氨氮浓度为900mg/L，清液中NH4+含量低于50mg/L。[0037]所述反渗透浓液用于生产液态有机肥，反渗透清液作为养猪厂回用水。[0038]所述厌氧发酵装置、厌氧膜生物反应器和反渗透各步骤均采用PLC控制。采用PLC工控板内部的计时器控制时间，进而触发电磁铁通断电来控制液压和气动阀门的开闭，实现发酵系统的自动进出料。

[0039]该系统处理1t猪场废水，可得到580kg回用清洁水，280kg浓缩液体肥，产生沼气约8400L，沼渣(包括一级发酵罐的沼渣和二次厌氧膜生物反应器的浓相排料)约116kg。[0040]实施例2：[0041]1、将猪场粪水(干清粪)送入到序批式全混式反应器进行厌氧发酵，粪便中固体悬浮物浓度(SS)为6.5g/L，发酵温度为37℃，水力停留时间30天。在间歇搅拌和静止沉降的过

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程中，排放固含量低的沼液进行二次发酵处理，沼液中固体悬浮物浓度为1.8g/L。[0042]2、将全混式反应器的沼液送入到厌氧膜生物反应器进行二次发酵处理，发酵温度为37℃，水力停留时间为10天，厌氧膜膜过滤通量10L/m2·h，膜孔径为0.4um，膜过滤压力为-5kPa。厌氧膜生物反应器一方面进行二次厌氧发酵，继续降解有机物，膜透过液无色无味，无SS，未检出大肠杆菌；另一方面每日排出约1/10的浓液，与一次发酵罐的沼渣混合。[0043]3、将厌氧膜生物反应器膜透过液进入到反渗透装置进行反渗透处理。反渗透膜的膜通量为40L/m2·h，进口压力为3.5MPa；反渗透后得到反渗透浓液和反渗透清液，将反渗透浓液浓缩至反渗透原液体积的1/3时停止，此时溶解性的N、P、K、微量元素、营养元素几乎都存在于反渗透浓液中，浓缩液中的氨氮浓度为500mg/L，清液中NH4+含量低于50mg/L。[0044]所述反渗透浓液用于生产液态有机肥，反渗透清液作为养猪厂回用水。[0045]所述厌氧发酵装置、厌氧膜生物反应器和反渗透各步骤均采用PLC控制。采用PLC工控板内部的计时器控制时间，进而触发电磁铁通断电来控制液压和气动阀门的开闭，实现发酵系统的自动进出料。

[0046]该系统处理1t猪场粪水，可得到530kg回用清洁水，260kg浓缩液体肥，产生沼气约2800L，沼渣(包括一级发酵罐的沼渣和二次厌氧膜生物反应器的浓相排料)约150kg。[0047]实施例3：[0048]1、将鸡场粪便送入到序批式全混式反应器进行一次厌氧发酵，粪便总固体浓度(TS)为7.5％，固体悬浮物浓度(SS)为45-55g/L，氨氮浓度为5360mg/L，发酵温度为37℃，水力停留时间25天，SS去除率达60％，沼液中氨氮浓度为2500-2800mg/L。在间歇搅拌和静止沉降的过程中，排放固含量低的沼液进行二次发酵处理。[0049]2、将全混式反应器的沼液送入到厌氧膜生物反应器进行二次发酵处理，发酵温度为37℃，水力停留时间为8天，厌氧膜膜过滤通量12L/m2·h，膜孔径为0.4um，膜过滤压力为-5kPa。厌氧膜生物反应器一方面进行二次厌氧发酵，继续降解有机物，SS去除率达90％，膜透过液中氨氮浓度为150-250mg/L；另一方面每日排出约1/10的浓液，与一次发酵罐的沼渣混合。[0050]3、将厌氧膜生物反应器膜透过液进入到反渗透装置进行反渗透处理。反渗透膜的膜通量为40L/m2·h，进口压力为3.5MPa；反渗透后得到反渗透浓液和反渗透清液，将反渗透浓液浓缩至反渗透原液体积的1/3时停止，此时溶解性的N、P、K、微量元素、营养元素几乎都存在于反渗透浓液中，浓缩液中的氨氮浓度为4500mg/L，清液中NH4+含量低于40mg/L。[0051]所述反渗透浓液用于生产液态有机肥，反渗透清液作为养鸡厂回用水。[0052]所述厌氧发酵装置、厌氧膜生物反应器和反渗透各步骤均采用PLC控制。采用PLC工控板内部的计时器控制时间，进而触发电磁铁通断电来控制液压和气动阀门的开闭，实现发酵系统的自动进出料。

[0053]该系统处理一吨鸡场粪便，可得到555kg回用清洁水，277kg浓缩液体肥，产生沼气约3360L，沼渣(包括一级发酵罐的沼渣和二次厌氧膜生物反应器的浓相排料)约130kg。[00]实施例4：[0055]1、将牛场粪水送入到序批式全混式反应器进行厌氧发酵，粪水中COD浓度为20000mg/L，氨氮浓度为1000mg/L，发酵温度为37℃，水力停留时间30天。在间歇搅拌和静止沉降的过程中，排放固含量低的沼液进行二次发酵处理，沼液中COD浓度为2000-4000mg/L。

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2、将全混式反应器的沼液送入到厌氧膜生物反应器进行二次发酵处理，发酵温度

为37℃，水力停留时间为10天，厌氧膜膜过滤通量10L/m2·h，膜孔径为0.4um，膜过滤压力为-5kPa。厌氧膜生物反应器一方面进行二次厌氧发酵，继续降解有机物，COD浓度低于500mg/L左右，膜透过液无色无味，未检出大肠杆菌；另一方面每日排出约1/10的浓液，与一次发酵罐的沼渣混合。[0057]3、将厌氧膜生物反应器膜透过液进入到反渗透装置进行反渗透处理。反渗透膜的膜通量为40L/m2·h，进口压力为3.5MPa；反渗透后得到反渗透浓液和反渗透清液，将反渗透浓液浓缩至反渗透原液体积的1/3时停止，此时溶解性的N、P、K、微量元素、营养元素几乎都存在于反渗透浓液中，浓缩液中的氨氮浓度为600mg/L，清液中NH4+含量低于50mg/L。[0058]所述反渗透浓液用于生产液态有机肥，反渗透清液作为养牛厂回用水。[0059]所述厌氧发酵装置、厌氧膜生物反应器和反渗透各步骤均采用PLC控制。采用PLC工控板内部的计时器控制时间，进而触发电磁铁通断电来控制液压和气动阀门的开闭，实现发酵系统的自动进出料。

[0060]该系统处理1t牛场废水，可得到550kg回用清洁水，270kg浓缩液体肥，产生沼气约11200L，沼渣(包括一级发酵罐的沼渣和二次厌氧膜生物反应器的浓相排料)约130kg。

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