申请日2000.09.20
公开(公告)日2003.01.15
IPC分类号A01K1/01; A01C3/02; C02F3/30; A01C3/00
摘要
本发明涉及一种集成畜牧业系统，包含至少一个圈栏以饲养牲畜，其中存在通过分离为固相和液相而用来基本上防止因固体肥料和尿液接触而形成氨气的设施，该系统进一步包含将固相和/或液相至少部分地再加工成有用产物的设施。
摘要附图
权利要求书
1.一种采用微生物纯化废水的方法，优选源自集成畜牧系统，该 方法包括，向生物废水纯化车间的不通风区域供应废水，将所述不通 风区域的料流供应到通风区域，将至少较大部分的微生物和通风区域 的至少一部分料流再循环到通风和/或不通风区域，然后采用膜过滤分 离至少一部分微生物，此废水处理方法中的微生物含量优选大于 10g/l。
2.按照权利要求1的方法，其中含有微生物的料流采用膜分离成 富含微生物、即将大量再循环的料流和基本上不含微生物的料流。
3.按照权利要求1的方法，其中通风区域内含有微生物的料流分 离成富含微生物、即将大量再循环的料流和通过预分离器和膜过滤器 减少微生物含量的料流。
4.按照权利要求1-3的方法，其中使用至少一个平面膜，并在膜 后采取减压。
5.按照权利要求1-4的方法，其中使用至少一部分生物质来洗涤 污染的空气，该空气源自集约式牧场的圈栏。
6.按照权利要求1-5的方法，其中含盐的纯化后废水，在分离生 物质和任选的分离其它杂质和/或浓缩之后，被用于将源自集约式牧场 的圈栏的污染空气干燥和/或去杂。
7.按照权利要求1-5的方法，其中含盐的纯化后废水，在分离生 物质和任选的分离其它杂质和/或浓缩之后，被电解处理，由此将盐离 解为酸和碱。
8.按照权利要求1-7的方法，其中源自废水纯化的热量被用来干 燥物料。
9.采用按照权利要求1-8中任何一项的方法来纯化废水的设备， 包含一个生物废水纯化车间，有不通风区域和通风区域，将至少较大 部分的微生物和通风区域的至少一部分料流再循环到通风和/或不通 风区域的设施，以及在膜过滤器的协助下分离至少一部分料流的设 施。
10.按照权利要求9的设备，包含至少一个圈栏以饲养牲畜，存 在通过分离为固相和液相而用来基本上防止因固体肥料和尿液接触而 形成氨气的设施，其中液相供应到废水纯化车间的不通风区域，该系 统进一步包含将固相和/或液相至少部分地再加工成有用产物的设 施。
11.按照权利要求10的系统，其中所述基本上防止形成氨气的设 施由用来分离固体组分和液体组分的分离系统组成，其中该分离系统 排列在动物隔间的下面或者是圈栏外面。
12.按照权利要求11的系统，其中所述分离系统由塑料传送带组 成，它的中轴高于至少一个侧面，以使液体沿侧面流出，同时进一步 存在一个收集排放沟，以收集和排放液体。
13.按照权利要求11的系统，其中该设施由旋转分离器、筛板弯 管、或螺旋分离器组成。
14.按照权利要求9-13的系统，其中在废水纯化中排列一个或多 个管，通过它们可以传送将要干燥的物料，该物料通过与热废水进行 热交换来干燥。
15.按照权利要求9-15的系统，其中通过发酵和/或燃烧和/或气 化进一步加工固相，任选地合并有采用上釉/玻璃发泡使残留产物惰性 化。
16.按照权利要求9-15的系统，其中一种或多种产物料流，如藻 类、浮萍、生物质和/或固体堆肥，任选地合并有其它组分，被用作饲 料。
17.按照权利要求16的系统，其中固体肥料组分，无论是否在预 处理(发酵、混合、矿物化)之后，都与玻璃粉末和任选的其它添加 剂混合，该混合物随后转化为多孔玻璃颗粒。
18.按照权利要求9-17的系统，其中圈栏作为一种传统系统或盒 状模块的模块化系统实施，而且是可移动的模块。
说明书
畜牧系统中的废水纯化
本发明涉及一种畜牧系统中的废水纯化系统，更具体地说涉及肥料 加工，其中由肥料产生的产物尽可能在产生排泄物的地方使用，这主 要是能源和水。
驯养的动物如猪、牛、马、兔和皮毛动物产生尿和粪便;而鸡与之 相反，只产生固体肥料。
在目前生产技术中产肉/蛋对环境造成较大影响，其中涉及从牧场 排放出排泄物。空气、土壤和地下水承受肥料的过度施用，以至于破 坏了自然平衡。按目前的观点，这些排泄物被认为是废料，但是在本 发明中，这些废料则被认为是用于再循环加工的原材料。出发点在于 加工/处理该废料以产生产品，该产品或是在牧场中直接、或是间接为 废料生产者产生附加值。在本发明中，肥料被认为是“原材料”，它 在加工后为畜牧场产生经济上的附加值。
在集约型畜牧业中，动物如牛、猪、绵羊、山羊、鸡、皮毛动物之 类都是圈养的，这些动物产生的肥料落到栅格，并在下面的坑中收集。 收集的肥料基本上由尿和固体肥料混合组成，这种混合物导致在圈栏 中和在外面储存时散发出氨气，这可能会导致酸化。同时对于人和动 物，不希望在圈栏/工作场所存在浓度太高的氨气。这可能导致肺和肝 部的疾病，并使生长减慢。
为了避免这个问题，尝试从圈栏中尽可能快地移出肥料混合物。例 如，通过提供冲刷排水沟/排放沟来进行，从而将产生的任何肥料尽可 能快地排出圈栏。
将尿液和粪便在传送带上保持分离，由此发现了另一个解决此问题 的方法。传送带排列在斜坡上，球状或半球状的传送带使肥料直接运 送到排放沟的最低点，或是运送到平行排放沟(排水沟)或沿排水沟 整体形成在带上。令人惊讶的是，随之而来的效果是酶不产生作用， 并且由于肥料和尿液之间不会直接接触，没有发生氨气的形成。
这种方法已经解决了许多问题，但是明显遗留的问题是必须要进一 步加工排泄物料流，诸如固体肥料组分和液体肥料组分，而且还有圈 栏中的污染空气。此外，目前还有一个需要，就是更进一步集成各种 加工系统。
因此，本发明涉及一种集成系统以纯化集约型畜牧业的各种排泄物 料流，这些均在废水纯化的范畴之内。
因此，在第一个实施方案中，本发明提供了一种利用微生物纯化废 水的方法，优选源自集成畜牧系统，该方法包括，向生物废水纯化车 间的不通风区域供应废水，将所述不通风区域的料流供应到通风区 域，将至少较大部分的微生物和通风区域的至少一部分料流再循环到 通风和/或不通风区域，然后采用膜过滤分离至少一部分料流。
与该废水纯化方法合并，已经开发了牧场集成系统，它基于可能达 到广泛的整合和集成这样一个惊奇的观点。
因此，如果在畜牧场中排列各种设施，以提供立即分离尿液和固体 肥料，重新利用畜牧场中的各种产物(废料)料流就成为可能，而不 需要过度的空间和复杂的操作(纯化)。
现在本发明提供了一种畜牧集成系统，其中从圈栏产生的物料流、 气体、固体、液体可以有用的方式重新加以利用。
在最广泛的实施方案中，本发明涉及一种利用微生物纯化废水的方 法，优选源自集成畜牧系统，该方法包括，向生物废水纯化车间的不 通风区域供应废水，将所述不通风区域的料流供应到通风区域，将至 少较大部分的微生物和通风区域的至少一部分料流再循环到通风和/ 或不通风区域，然后采用膜过滤分离至少一部分微生物，此废水处理 方法中的微生物含量优选大于10g/l。
圈栏中产生的液体肥料流可以在充分的加工之后转化为适用于在 系统中重新利用的产物。此外，要考虑到这种连接是在高载量生物纯 化车间中以生物方式纯化液体部分(生物氧化、硝化+去硝化)。该车 间优选配有将液体与生物质分离的设施，例如采用膜、旋转分离器、 锯屑过滤器之类。在任何情况下，该车间配有膜过滤器，以及任选的 前面的预纯化方法，以减轻膜。用作膜的是传统系统，例如基于圆管 或在平面膜上。在圆管的情况下，管内的压力降采用2-10巴，流速为 5-15m3/h，而平面膜则优选在减压操作，清洁水侧的压力优选在 0.25-0.75巴之间。
在生物膜反应器中，可以加工液体肥料组分，料流由后续的去硝化 和硝化纯化。这发生在反应器中，其中通过采用膜或其它技术将微生 物含量保持较高(>10kg/m3到60kg/m3或更高)。通过肥料流的最初分 离，这种生物纯化液体料流的效率得到提高，这在车间的集成及其操 作方面提供了很大的优点。
纯化后，如果需要，在藻类或浮萍培养反应器中或在芦苇塘中处理 之后，液体任选地通过反向渗透进行后纯化。
在圈栏中，优选存在基本上防止因固体肥料和尿液接触而形成氨气 的设施，以至于通过利用在部分工艺中圈栏产生的热量，还可以供应 至少一部分所需热量。另一个优点是很少需要通风，以至于在寒冷的 时候也很少损失热量。
由此得到的物料可以加工成混合或非混合的固体肥料、生物质、藻 类或浮萍，这可以所需比例混有任何添加剂以供应用于生产饲料的中 间产物。
按照一个优选的实施方案，带式分离器置于圈栏之下，例如将固体 和液体相相互分离的传送带。例如该分离器可以由安装在斜坡上的带 组成，在低的一侧有液体排放沟，或者带的中轴高于侧面，排放沟位 于两侧。
如果不可能放置带式分离器，可能也足以分离肥料，只要它存在于 沟中，这些沟(罐)可以位于圈栏内部和外部。收集的肥料尽可能快 地分离成稀和稠的肥料部分，可以通过使用聚电解质来进行分离，或 者不使用，并且随后将这些混合物置于分离设备中。这种设备可以是 离心机、旋转分离器、螺旋顶压机、筛板弯管、旋风分离器、或任何 其它已知的分离固体和液体料流的技术。
接下来的目的是分离水以达到固体百分比为约1.5-2%，而干燥的 肥料最少达到25重量%，明显地，与此百分比有偏差是可能的。
按照本发明的一个优选实施方案，畜牧场和肥料再加工系统由传统 的圈栏或模块化圈栏组成，即收集提供和排放液体及固体肥料的圈 栏。液体及固体肥料的混合物传送出圈栏，然后在离心分离器中分离 成固体组分和液体组分，后一组分仍含有少量固体，将其静置分离， 任选地在加入凝聚助剂之后。此后，液体在高载量硝化/去硝化作用下 纯化。该系统的生物质和液体通过反应系统循环，尽管在硝化后一部 分液体通过膜排出。剩余物再循环到反应器中，例如通过还提供通风 的喷洒器。
本发明还涉及如上所述配有肥料分离设施的圈栏与生物膜反应器 的组合。利用带有传送螺旋、流经反应器的传输管道，反应器中水的 热量被用来干燥(部分)固体肥料组分。由此水的热量提供干燥。
反应器之后，得到生物质的浓料流，其大部分回到反应器，以保持 其中生物质的高载量。此后，得到一种物料，其生物质和其它杂质的 含量已经下降到相当程度。接下来，任选的反向渗透处理之后，得到 纯化的物料，它基本上不含盐。
还可能利用盐水饲养贝类、蚝和其它海产动物，因为这些盐和其它 矿物质的含量使得水可用于此种用途。但是要考虑肥料组分的毒性。
还可能使用盐水作为介质用于从空气中吸收湿气，假设盐组合物和 含量足够吸湿以用于此用途。还可能通过用盐水处理来给圈栏中的空 气消毒。过量的盐水可以任选地通过电解转化为酸和碱，如果需要， 还可以进一步在系统中再次利用。
还有重要的是，按不使烃类和含氮化合物完全降解为二氧化碳和氮 气的方式操作任何插入的通风反应器，在此连接时注意，偶尔还可能 利用部分源自圈栏的热量作为部分供热源。
在所有这些实施方案中，对于最终的液体物流，可能希望在通风反 应器、藻类培养反应器、浮萍培养反应器中和/或用其它固氮微生物处 理后，进一步纯化以使其适于排放到下水道中，或者使其适于作为清 洗用水、饮用水、培养用水、或灌溉用水。为达到此目的，可能希望 安装一个后连接水处理系统，由此仍然存在的无机和有机组分进一步 从水中除去，以达到可接受的程度。例如，适当的系统有反向渗透， 而且与生物系统组合，如集成废水纯化车间或芦苇塘(阳生植物过滤 器)，并且反向渗透系统是可展开的。令人惊讶的结果是由于预连接 的生物膜技术，纯化结果是最理想的。以至于密集的后纯化变得可能。
由源自圈栏或分离车间的肥料组分，可以回收各种有价值的物质， 例如可能通过发酵产生沼气，它可以提供组合的加热和能源站。在该 连接中，进一步注意的是通过利用本发明的出发点，例如开始时分离 尿液和固体肥料，而且当从坑中分离后，提高了沼气车间的效率，因 为通过氨气的生成会抑制沼气生成。此外，反应器中的固体量(大于 10%-60%干物质或更多)可以显著提高，这还对操作及其空间有积极效 果。
因此，本发明涉及由可将固体和液体肥料组分分离的圈栏组成的系 统，同时还存在沼气车间以对固体肥料组分进行发酵。
所得物质可以任选地合并以进一步加工成例如饲料。还可能加工成 堆肥，无论是在发酵后、发酵物的干燥和/或使固体肥料物流矿物化以 及随后将其燃烧，或者如果需要，在加入玻璃和/或沙子，肥料上釉之 后。然后可以倒掉或以其它方式使用。另一种用途可以是用作蘑菇生 长的基质，如果需要，在适当处理之后使该物质可用于此目的，如混 以湿度调节纤维(如椰棕)。