专利名称：畜牧系统中的废水纯化的制作方法
技术领域：
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)。
本发明的一个具体实施方案中，包括将固体肥料与玻璃粉末和添加剂混合，如水玻璃。由该混合物形成颗粒，它在干燥后加热。肥料的有机组分由此燃烧，得到多孔矿物颗粒，它没有细菌和疾病微生物。
对于还包含磷酸盐和矿物质的燃烧肥料和灰烬残留物，也可能与玻璃和/或水玻璃以及任选的其它添加剂一起加热到至少650℃的温度，以形成多孔玻璃基质，由此矿物质随时间缓慢释放。
可以采用在燃烧中轮流释放热量，例如圈栏中的热量。可以通过传统技术轮流清洁管道气体，例如旋转颗粒分离器之类。
至于附图，本发明将作如下说明。在
图1中，给出目前圈栏情况的一个实施例。图2表示圈栏的一种新概念，由此组合了大量模块式盒状房屋。图3给出了集成各种产品物流的许多可能性的总体流程图。
在图1中，代表了进行肥料生产的圈栏中目前的房屋情况，也就是说，圈栏是一个伸长的盒状空间，其中在地板面上已经制作有大量的栅格部分。动物站在这些栅格部分上。从上面引入热和冷空气，沿栅格纵向排出。
圈栏中的圈养动物产生肥料和尿，它们可以收集在栅格下的收集坑中。按照更先进的系统，这些产物用冲刷液体迅速排放出圈栏，以减少氨气散发。
在图2中，表明圈栏的一种新流程，由此大量模块式房屋沿纵向彼此组合，并且还是可堆砌的。在这些类似容器的房屋中，放置一个肥料除去系统，例如传送系统。
在这些模块中，栅格形地面沿整个宽度以及沿整个长度放置。这种栅格形地面可以作为一个整体单元从模块中除去，包括栅格上圈养的动物。为此目的，第二个模块置于该将要空置的模块之前，并且它固定地定位于该静止模块之前。门打开后，栅格可以随后从静止模块中移去，并且可以按照需要替换为另一个模块。根据需要，随后移出整个栅格或动物。
此概念还包括采用一个或多个模块的可能性，其中基于系统中的残留物质进行蘑菇生长。
在图3中，它代表如何将肥料废料流在牧场中重新利用。最终选择的实施方案取决于技术的具体选择。
在图4中，用流程图代表了本发明集成系统的各方面。
在本发明中，尿液从分离设备中流到通风反应器中(如果需要，在前面的化学物理处理之后)。该反应器由两个室组成，它们用一个隔板彼此分离，同时起流通容器的作用。水引入到不通风区域，然后经过向下的运动流到通风室。纯化后的水随后通过膜过滤器或旋转分离器与生物质分离，生物质引回到反应器中，然后分布在通风和不通风室。
废水处理后，如果需要，可以收集生物质或部分再循环到水料流中。选择取决于是考虑制备饲料所需的生物质体积还是后续连接的工艺部分的产率。
已经发现在水中，特别是烃化合物会产生盐和硝酸盐。对于藻类这些水明显适合作为营养介质，或用于纯化燃烧步骤的烟气。藻类与光合作用结合可以固定硝酸盐以形成蛋白质并转化为碳水化合物。干燥的藻类是重要的食品。
在上述系统中，各种营养组分释放出来。
分离器取出的固体肥料包含大量有机物，它们可以厌氧地转化为甲烷气体。因此由密集的发酵物可以生产出沼气，这可以提供合并的加热和能源站。产生的能量和热量可以在牧场中使用。混合或发酵以及矿物化的固体肥料物流可以根据需要马上与从通风反应器取出的生物质合并，以及与从密集反应器中取出的培养藻类、浮萍和/或其它固氮有机体合并。
取决于各种组分的所需组合物，可以加入一种添加剂，如糖浆、淀粉、酒糟或类似添加剂，以生产营养丰富的物质，同时提供以干燥。结果是，以简单的方式，通过较小的颗粒破碎，可以生产出料条，它随后可以进一步干燥。干燥可以通过风干进行，但是还有一种可能是利用传送螺旋将物料流经水纯化后的管道，由此利用废水的显热。
研究已经表明圈栏中的废物并不限于肥料流，而可能是圈栏中动物产生的相当大量的二氧化碳。因此，一头重100公斤的猪1小时将产生约52.8克二氧化碳以及一定量的热。
所述的废料是环境中温室效应的一个重要原因。
通过马上将圈栏中的废料流引入到反应器中，热量和二氧化碳量可以有用地消耗掉，而没有该集成系统则会在两方面导致温室效应。如果需要，热量可以转化为电力，这可以在该系统中采用。
固体肥料物质，如前面已经描述，可以通过另一种工艺重新利用，或者可以用作营养介质和用作园林霉菌，堆肥混以椰棕或其它营养丰富的天然产品。椰棕有湿气调节功能。如果需要，其它类型的纤维也可以使用。按照本发明在系统中还可能利用此处所述的上釉颗粒。
权利要求
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。
全文摘要
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。
文档编号C02F1/44GK1391436SQ00815938
公开日2003年1月15日 申请日期2000年9月20日 优先权日1999年9月20日
发明者艾德里安·约翰尼斯·休伯图斯·范德温加特 申请人:艾德里安·约翰尼斯·休伯图斯·范德温加特