申请日2018.04.28
公开(公告)日2018.11.02
IPC分类号C05G3/00; C01B25/45; C02F9/14; C02F103/20
摘要
本发明公开了利用猪养殖废水制备肥料的方法，具体方法为：将猪养殖废水排入沉淀池，加入MgCl2和Na3PO4，再加入薄荷醇，调节pH，鸟粪石沉淀后，自然分离得鸟粪石沉淀和尾水;将尾水排入沼气池，接种污泥，发酵，沼液过滤后进行反渗透得浓缩液和清水，将污泥压滤;将浓缩液和压滤后污泥混合均匀，加入发酵菌剂发酵，发酵结束后加入鸟粪石、电气石粉和复硝酚钠，混匀后机造粒，即得有机‑无机复合肥料。有益效果为：本发明制备方法能将废水转化为具商业价值的肥料和能源，氮、磷资源的回收率高，制得的肥料兼具有机肥料和无机肥料的性能，且该制备方法使得鸟粪石的产量和纯度高，沼气的产量也较高，提高资源使用率。
权利要求书
1.利用猪养殖废水制备肥料的方法，包括养殖废水预处理、养殖废水发酵、肥料制备，其特征在于：所述养殖废水发酵步骤为：将尾水排入沼气池，接种污泥，调节pH，在沼气池中发酵，制沼后得到沼气、沼液和污泥，将沼液的pH值调至中性后泵至活性炭过滤罐中过滤，然后反渗透得到浓缩液和清水，同时污泥经污泥压滤机压滤，备用，所述接种的污泥中含有Fe3O4纳米粒子和4-氨基苯磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的利用猪养殖废水制备肥料的方法，其特征在于：所述养殖废水发酵步骤中接种的污泥中含有污泥重量0.36-0.46%的Fe3O4纳米粒子和污泥重量0.13-0.18%的4-氨基苯磺酸钠。
3.根据权利要求1所述的利用猪养殖废水制备肥料的方法，其特征在于：所述养殖废水发酵步骤中收集的沼气经脱水、脱硫处理后可用作能源。
4.根据权利要求1所述的利用猪养殖废水制备肥料的方法，其特征在于：所述养殖废水预处理步骤为：将猪养殖废水排入沉淀池，测定养殖废水中NH4+、Mg2+和PO43-的浓度，以NH4+的去除率达到90%以上为标准，向猪养殖废水中加入MgCl2和Na3PO4，再加入薄荷醇，调节废水的pH，发生鸟粪石沉淀反应，结束后自然分离得鸟粪石沉淀和尾水，备用。
5.根据权利要求4所述的利用猪养殖废水制备肥料的方法，其特征在于：所述养殖废水预处理步骤中鸟粪石沉淀反应的废水中n(Mg):n(P):n(N)为1.1-1.2:0.9-1:1，废水的pH调至9.0-10.0。
6.根据权利要求4所述的利用猪养殖废水制备肥料的方法，其特征在于：所述养殖废水预处理步骤中薄荷醇的添加量为MgCl2重量的0.35-0.42‰，所述薄荷醇中左旋薄荷醇和右旋薄荷醇的重量比为100:2.64-4.56。
7.根据权利要求1所述的利用猪养殖废水制备肥料的方法，其特征在于：所述肥料制备步骤为：将发酵步骤得到的浓缩液和压滤后污泥混合均匀，加入物料总重0.3-1.2%的发酵菌剂，进行发酵处理，发酵结束后向发酵混合物中加入鸟粪石、电气石粉和复硝酚钠，混匀后经造粒机造粒，即得有机-无机复合肥料。
8.根据权利要求7所述的利用猪养殖废水制备肥料的方法，其特征在于：所述肥料制备步骤中发酵菌剂为枯草芽孢杆菌或黑曲霉或裂殖酵母，其有效活菌总数≥5×109cfu/mL。
9.根据权利要求7所述的利用猪养殖废水制备肥料的方法，其特征在于：所述肥料制备步骤中肥料的成分及其重量份为：发酵混合物50-70份、鸟粪石15-25份、电气石粉2-3份、复硝酚钠0.1-0.2份。
说明书
利用猪养殖废水制备肥料的方法
技术领域
本发明涉及猪养殖技术领域，特别涉及利用猪养殖废水制备肥料的方法。
背景技术
从2007年至今，我国优化了畜牧业生产结构，我国生猪养殖业得到了迅猛发展，逐渐由小规模、散户饲养向规模化、集约化养殖发展。这些大型养殖场因为具有养殖周期短、成本低、易于管理等优点而受到人们的青睐，但它们也相应的带来了许多问题。伴随着养殖业规模的日益扩大，养猪场产生的废弃物对环境的污染也来越大，其中具有代表性的是废水污染、畜禽粪便处理及养殖过程中产生的臭气问题。其中，畜禽养殖废水因排放量大、处理难度大而逐渐成为人们关注的焦点。养猪场废水污染主要来自养猪过程中产生的尿液及冲洗猪舍的污水，属于高浓度有机废水，废水的化学需氧量(CODcr)达5000～20000mg/L，氨氮(NH3-N)为600～1600mg/L，磷浓度达100～250mg/L，并携带大量病原菌，散发极浓的臭味，污水中还含有大量的有机物、悬浮物、重金属及残余兽药等物质，因此，养猪废水如果直接排入自然水体，极易造成水体富营养化，从而破坏水体环境。所以畜禽养殖废水在排放前需要进行有效处理，否则会对环境造成严重的环境污染，甚至威胁当地的生态安全。因此，对畜禽养殖废水进行集中而有效的处理是非常必要的。
目前，国内外有关养猪废水的处理技术大体可分为3大类：(1)源头控制技术，如生物发酵床技术;(2)末端废水处理技术，即对养猪废水采用物理化学和生物学方法进行处理，达标后排放或资源化回用利用;(3)资源化利用技术，即对高浓度的养猪废水直接进行资源化回收和利用技术，猪场废水是一种肥料能源，废水中含有大量的氮、磷等植物营养元素，经处理达标后用于农田灌溉，可有效提高土壤肥力，改善土质结构。因此如何将养殖业废水有效利用，而又不造成环境污染，成为处理养猪场废水的新思路。
现有技术如授权公告号为CN105110523B的中国发明专利，公开了一种畜禽养殖废水的资源利用和处理方法，包括以下步骤：(1)厌氧消化产沼气;(2)除渣;(3)曝气生物滤池生化;(4)消毒;(5)有机肥制造。上述处理方法基于厌氧消化产沼气技术、BAF技术、消毒技术相结合，以畜禽养殖废水为资源，将其通过厌氧发酵处理，生产沼气，生产沼气后的废水再经固液分离，固态渣用于作为生产有机肥料的原料，生产有机肥料，废水再经过BAF技术和消毒后循环利用和达标排放，处理效果好、能耗低，综合利用资源同时具有经济效益。但是该处理方法直接对养殖废水进行发酵处理，对养殖废水中溶解性氮、磷的去除率较低，氮、磷资源的回收率不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用猪养殖废水制备肥料的方法，该制备方法能将废水转化为具商业价值的肥料和能源，氮、磷资源的回收率高，制得的肥料兼具有机肥料和无机肥料的性能，且该制备方法使得鸟粪石的产量和纯度高，沼气的产量也较高，提高资源使用率。
本发明针对上述技术中提到的问题，采取的技术方案为：
利用猪养殖废水制备肥料的方法，包括养殖废水预处理、养殖废水发酵、肥料制备，具体方法为：
发酵菌剂购自杭州雪域生物技术有限公司。
养殖废水预处理：将猪养殖废水排入沉淀池，测定养殖废水中NH4+、Mg2+和PO43-的浓度，以NH4+的去除率达到90%以上为标准，向猪养殖废水中加入MgCl2和Na3PO4，使得猪养殖废水中n(Mg):n(P):n(N)为1.1-1.2:0.9-1:1，再加入薄荷醇，用碱液调节废水的pH至9.0-10.0，发生鸟粪石沉淀反应，结束后自然分离得鸟粪石沉淀和尾水，备用，上述薄荷醇的添加量为MgCl2重量的0.35-0.42‰，薄荷醇中左旋薄荷醇和右旋薄荷醇的重量比为100:2.64-4.56，该薄荷醇的加入能使NH4+、Mg2+和PO43-快速处于过饱和状态，迅速形成鸟粪石沉淀，提高养殖废水中NH4+、Mg2+和PO43-的去除率，同时在pH值稍高时，该薄荷醇的加入能避免其他副反应的发生，产生更难溶于水的Mg3(PO4)2和Mg(OH)2沉淀等，影响鸟粪石的产量和纯度，鸟粪石沉淀法兼具废水脱氮除磷和资源化回收氮構的特点，当废水或溶液中有Mg、磷酸、铵三种离子存在时，且离子浓度积大于MgNH4PO4·6H2O溶度积常数，发生鸟粪石沉淀反应，生成鸟粪石，鸟粪石易溶于酸，不溶于碱、水、及乙醇溶液，施入农田后有缓释氮、磷的特点，被视为极有价值的农业缓释肥，其中的氮磷营养元素缓慢的释放到止壤中，促进植物有效吸收，此外氨氮的去除效果较好，磷残留量也相对较低，生成的鸟粪石沉淀产物具有良好的沉降性能，易于分离，且回收的鸟粪石不需洗涤;
养殖废水发酵：将尾水排入沼气池，接种污泥，调节pH，在沼气池中发酵，制沼后得到沼气、沼液和污泥，将沼液的pH值调至中性后泵至活性炭过滤罐中过滤，能够降低沼液的氧化还原电位，然后反渗透得到浓缩液和清水，同时污泥经污泥压滤机压滤，备用，上述接种的污泥中含有污泥重量0.36-0.46%的Fe3O4纳米粒子和污泥重量0.13-0.18%的4-氨基苯磺酸钠，该污泥中Fe3O4纳米粒子和4-氨基苯磺酸钠相互配合，发挥协同作用，可参与甲烷菌的生长增殖和胞内外代谢反应中关键酶的合成与激活，使系统中产甲烷菌群的优势菌种发生改变并提高微生物代谢活性，进而提高厌氧系统运行效率，同时Fe3O4纳米粒子和4-氨基苯磺酸钠的加入也能提高产氢菌的活性，使发酵能更快地进入产氢阶段，提高氢气和二氧化碳等的产量，节约发酵时间，同时提高沼气的产量，沉淀后尾水中仍含有大量的有机、无机污染物，COD、TOC、TC浓度仍然很高，特别是溶解性有机污染物几乎没有被去除，所以仍需对沉淀后的尾水进一步的处理，经过沼气池中厌氧菌、兼氧菌的吸附、发酵、产甲烷共同作用下将有机物分解成甲烷和二氧化碳，通过厌氧处理提高废水的B/C值，改善废水的可生化性，产生的甲烷和二氧化碳通过气体收集装置收集得沼气，厌氧发酵动力消耗少、处理成本低，且产生的沼气作为能源物质加以利用，产生经济效益，同时清水灭菌后即可回收利用，节约水资源;
肥料制备：将发酵步骤得到的浓缩液和压滤后污泥混合均匀，加入物料总重0.3-1.2%的发酵菌剂，进行发酵处理，发酵结束后向发酵混合物中加入鸟粪石、电气石粉和复硝酚钠，混匀后经造粒机造粒，即得有机-无机复合肥料，该有机复合肥料兼具有机肥料和无机肥料的性能，具有利用率高、吸收好、养分全、肥效长，活土肥地等特点，生产成本低，使用方便，在满足作物生长所需的全面营养的同时，长期使用还有改土活地之功效，引领未来农业生产用肥的发展方向，适合经济作物和粮食作物产区大面积使用，同时复合肥料中的氮磷营养元素能缓慢地释放到止壤中，促进植物有效吸收，从而提高农作物产量，同时改善农作物品质。
作为优选，养殖废水发酵中收集的沼气经脱水、脱硫处理后可用作能源。
作为优选，肥料制备步骤中发酵菌剂为枯草芽孢杆菌或黑曲霉或裂殖酵母，其有效活菌总数≥5×109cfu/mL。
作为优选，肥料制备步骤中肥料的成分及其重量份为：发酵混合物50-70份、鸟粪石15-25份、电气石粉2-3份、复硝酚钠0.1-0.2份。电气石是一种含硼的带有附加阴离子的环状硅酸盐类矿物，主要化学成分为SiO2、FeO、Fe2O3等，其矿物的晶体结构非常复杂，普遍认为其基本单元主要是硅氧四面体(SiO4)的复三方环，电气石具有永久的辐射远红外线、释放负离子和生物电等特性，且富含农作物生长所必需的铁、硒、钴等十几种微量元素，此外电气石能够稳定和提高、平衡土壤的物理机能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1)本发明制备方法将废水转化为具商业价值的肥料和能源，实现养殖场废水零排放，节能、环保，真正意义上解决了规模化养猪场环保问题的瓶颈，优化了生态系统的内部结构，增强了生态农业系统内的物质循环和能量流动，适合在畜禽养殖场中大批推广利用;2)本发明肥料兼具有机肥料和无机肥料的性能，具有利用率高、吸收好、养分全、肥效长，活土肥地等特点，生产成本低，使用方便，肥料中的氮磷营养元素能缓慢地释放到止壤中，促进植物有效吸收;3)本发明采用的鸟粪石沉淀法使得氨氮的去除效果较好，磷残留量也相对较低，能避免其他副反应的发生，使鸟粪石沉淀的产量和纯度较高;4)采用的发酵方法采用的污泥能提高厌氧系统运行效率，同时也能提高产氢菌的活性，使发酵能更快地进入产氢阶段，提高氢气和二氧化碳等的产量，节约发酵时间，同时提高沼气的产量。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：
实施例1：
利用猪养殖废水制备肥料的方法，包括养殖废水预处理、养殖废水发酵、肥料制备，具体方法为：
1)养殖废水预处理：将猪养殖废水排入沉淀池，测定养殖废水中NH4+、Mg2+和PO43-的浓度，以NH4+的去除率达到90%以上为标准，向猪养殖废水中加入MgCl2和Na3PO4，使得猪养殖废水中n(Mg):n(P):n(N)为1.1:1:1，再加入薄荷醇，用碱液调节废水的pH至9.0，鸟粪石沉淀后，自然分离得鸟粪石沉淀和尾水，备用，上述鸟粪石(鸟粪石)沉淀步骤中薄荷醇的添加量为MgCl2重量的0.42‰，薄荷醇中左旋薄荷醇和右旋薄荷醇的重量比为100:2.64，该薄荷醇的加入能使NH4+、Mg2+和PO43-快速处于过饱和状态，迅速形成鸟粪石沉淀，提高养殖废水中NH4+、Mg2+和PO43-的去除率，同时在pH值稍高时，该薄荷醇的加入能避免其他副反应的发生，产生更难溶于水的Mg3(PO4)2和Mg(OH)2沉淀等，影响鸟粪石的产量，鸟粪石沉淀法兼具废水脱氮除磷和资源化回收氮構的特点，当废水或溶液中有Mg、磷酸、铵三种离子存在时，且离子浓度积大于MgNH4PO4·6H2O溶度积常数，发生鸟粪石沉淀反应，生成鸟粪石，鸟粪石易溶于酸，不溶于碱、水、及乙醇溶液，施入农田后有缓释氮、磷的特点，被视为极有价值的农业缓释肥，其中的氮磷营养元素缓慢的释放到止壤中，促进植物有效吸收，此外氨氮的去除效果较好，磷残留量也相对较低，生成的鸟粪石沉淀产物具有良好的沉降性能，易于分离，且回收的鸟粪石不需洗洚;
2)养殖废水发酵：将尾水排入沼气池，接种污泥，调节pH，在沼气池中发酵，制沼后得到沼气、沼液和污泥，将沼液的pH值调至中性后泵至活性炭过滤罐中过滤，能够降低沼液的氧化还原电位，然后反渗透得到浓缩液和清水，同时污泥经污泥压滤机压滤，备用，上述发酵步骤中接种的污泥中含有污泥重量0.46%的Fe3O4纳米粒子和污泥重量0.13%的4-氨基苯磺酸钠，该污泥中Fe3O4纳米粒子和4-氨基苯磺酸钠相互配合，发挥协同作用，可参与甲烷菌的生长增殖和胞内外代谢反应中关键酶的合成与激活，使系统中产甲烷菌群的优势菌种发生改变并提高微生物代谢活性，进而提高厌氧系统运行效率，同时Fe3O4纳米粒子和4-氨基苯磺酸钠的加入也能提高产氢菌的活性，使发酵能更快地进入产氢阶段，提高氢气和二氧化碳等的产量，节约发酵时间，同时提高沼气的产量，沉淀后尾水中仍含有大量的有机、无机污染物，COD、TOC、TC浓度仍然很高，特别是溶解性有机污染物几乎没有被去除，所以仍需对沉淀后的尾水进一步的处理，经过沼气池中厌氧菌、兼氧菌的吸附、发酵、产甲烷共同作用下将有机物分解成甲烷和二氧化碳，通过厌氧处理提高废水的B/C值，改善废水的可生化性，产生的甲烷和二氧化碳通过气体收集装置收集得沼气，厌氧发酵动力消耗少、处理成本低，且产生的沼气作为能源物质加以利用，产生经济效益，同时清水灭菌后即可回收利用，节约水资源，收集的沼气经脱水、脱硫处理后可用作能源;
3)肥料制备：将发酵步骤得到的浓缩液和压滤后污泥混合均匀，加入物料总重1.2%的枯草芽孢杆菌，进行发酵处理，发酵结束后向发酵混合物中加入鸟粪石、电气石粉和复硝酚钠，混匀后经造粒机造粒，即得有机-无机复合肥料，上述肥料的成分及其重量份为：发酵混合物50份、鸟粪石25份、电气石粉2份、复硝酚钠0.2份，该有机复合肥料兼具有机肥料和无机肥料的性能，具有利用率高、吸收好、养分全、肥效长，活土肥地等特点，生产成本低，使用方便，在满足作物生长所需的全面营养的同时，长期使用还有改土活地之功效，引领未来农业生产用肥的发展方向，适合经济作物和粮食作物产区大面积使用，同时复合肥料中的氮磷营养元素能缓慢地释放到止壤中，促进植物有效吸收，从而提高农作物产量，同时改善农作物品质。
实施例2：
利用猪养殖废水制备肥料的方法，包括养殖废水预处理、养殖废水发酵、肥料制备，具体方法为：
1)养殖废水预处理：将猪养殖废水排入沉淀池，测定养殖废水中NH4+、Mg2+和PO43-的浓度，以NH4+的去除率达到90%以上为标准，向猪养殖废水中加入MgCl2和Na3PO4，使得猪养殖废水中n(Mg):n(P):n(N)为1.2:0.9:1，再加入薄荷醇，用碱液调节废水的pH至10.0，鸟粪石沉淀后，自然分离得鸟粪石沉淀和尾水，备用，上述鸟粪石(鸟粪石)沉淀步骤中薄荷醇的添加量为MgCl2重量的0.35‰，薄荷醇中左旋薄荷醇和右旋薄荷醇的重量比为100:4.56;
2)养殖废水发酵：将尾水排入沼气池，接种污泥，调节pH，在沼气池中发酵，制沼后得到沼气、沼液和污泥，将沼液的pH值调至中性后泵至活性炭过滤罐中过滤，能够降低沼液的氧化还原电位，然后反渗透得到浓缩液和清水，同时污泥经污泥压滤机压滤，备用，上述发酵步骤中接种的污泥中含有污泥重量0.36%的Fe3O4纳米粒子和污泥重量0.18%的4-氨基苯磺酸钠，收集的沼气经脱水、脱硫处理后可用作能源;
3)肥料制备：将发酵步骤得到的浓缩液和压滤后污泥混合均匀，加入物料总重0.5%的发酵菌剂，进行发酵处理，发酵结束后向发酵混合物中加入鸟粪石、电气石粉和复硝酚钠，混匀后经造粒机造粒，即得有机-无机复合肥料，上述发酵菌剂为重量比为1:0.8的黑曲霉和裂殖酵母混合发酵菌剂，肥料的成分及其重量份为：发酵混合物70份、鸟粪石16份、电气石粉2.8份、复硝酚钠0.12份。
实施例3：
利用猪养殖废水制备肥料的方法，包括养殖废水预处理、养殖废水发酵、肥料制备，具体方法为：
1)养殖废水预处理：将猪养殖废水排入沉淀池，测定养殖废水中NH4+、Mg2+和PO43-的浓度，以NH4+的去除率达到90%以上为标准，向猪养殖废水中加入MgCl2和Na3PO4，使得猪养殖废水中n(Mg):n(P):n(N)为1.15:0.95:1，再加入薄荷醇，用碱液调节废水的pH至9.5，鸟粪石沉淀后，自然分离得鸟粪石沉淀和尾水，备用，上述鸟粪石(鸟粪石)沉淀步骤中薄荷醇的添加量为MgCl2重量的0.38‰，薄荷醇中左旋薄荷醇和右旋薄荷醇的重量比为100:3.0;
2)养殖废水发酵：将尾水排入沼气池，接种污泥，调节pH，在沼气池中发酵，制沼后得到沼气、沼液和污泥，将沼液的pH值调至中性后泵至活性炭过滤罐中过滤，能够降低沼液的氧化还原电位，然后反渗透得到浓缩液和清水，同时污泥经污泥压滤机压滤，备用，上述发酵步骤中接种的污泥中含有污泥重量0.36-0.46%的Fe3O4纳米粒子和污泥重量0.15%的4-氨基苯磺酸钠;
3)肥料制备：将发酵步骤得到的浓缩液和压滤后污泥混合均匀，加入物料总重0.8%的发酵菌剂，进行发酵处理，发酵结束后向发酵混合物中加入鸟粪石、电气石粉和复硝酚钠，混匀后经造粒机造粒，即得有机-无机复合肥料，上述发酵菌剂为重量比为1:1:1的枯草芽孢杆菌、黑曲霉和裂殖酵母混合发酵菌剂，肥料的成分及其重量份为：发酵混合物60份、鸟粪石20份、电气石粉2.5份、复硝酚钠0.15份。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。