申请日2014.10.10
公开(公告)日2015.01.07
IPC分类号C02F3/10; C02F3/00
摘要
本发明公开了一种处理畜禽废水的生物复合填料及其制备方法和应用，属于畜禽养殖废水处理领域。其步骤如下：(1)将小麦秸秆和大豆秸秆洗净风干并切割;(2)将混合秸秆加热热解;(3)配置(NH4)2HPO4溶液;(4)混合秸秆投入到(NH4)2HPO4溶液;(5)取柳木块加热热解;(6)将秸秆、小麦淀粉和小麦麸皮混合搅拌;(7)生物质块浸泡，烘干;(8)生物质块经过压缩机压缩成块状，得到生物复合填料。该生物复合填料投入畜禽废水中后能大量吸附废水中的植酸磷、残留的兽药、尿素、悬浮物等大分子营养元素以及铜、铁、锌等金属元素，有效的解决了畜禽废水处理难的问题。
权利要求书
1.一种处理畜禽废水的生物复合填料的制备方法，步骤如下：
(1)将小麦秸秆和大豆秸秆洗净风干并切割成长度为8-15mm的颗粒，按照(3-5)： 1的质量比选择小麦秸秆和大豆秸秆混合，得到颗粒状的混合秸秆;
(2)将上述颗粒状的混合秸秆在缺氧或无氧中加热热解，热解温度为230-310℃，热解 时间为0.5-1.5小时，热解后冷却，得到热解后的混合秸秆;
(3)称取磷酸二铵和水配置浓度为120-150g/L的(NH4)2HPO4溶液;
(4)将步骤(2)中热解后的混合秸秆投入到步骤(3)配制的(NH4)2HPO4溶液 中，振荡10-50分钟，然后向溶液中投加氯化钾，其中氯化钾的投加量为控制溶液中氯化钾 的浓度为90-120g/L，振荡20-40分钟，放置5-8小时之后，过滤并收集固体，得到改性后的秸 秆;
(5)取柳木切成块，然后在无氧环境中加热热解，热解温度为200-280℃，热解时间为 1-3小时，得到热解后的柳木块;
(6)将步骤(4)中改性后的秸秆、小麦淀粉和小麦麸皮混合搅拌，其中改性后的秸 秆、小麦淀粉和小麦麸皮的质量比为(6-9):(1-1.8):1，得到混合外料;将混合外料包裹 在热解后的柳木块的外侧，经过压力机压缩成块，得到生物质块;其中混合外料和柳木块的 质量比为(5-9):1;
(7)将步骤(6)中生物质块重新放入步骤(4)中用过的浸泡溶液中浸泡1-2.5小时; 浸泡后取出，烘干;
(8)将步骤(7)中烘干的生物质块经过压缩机压缩成块状，得到生物复合填料。
2.根据权利要求1所述的一种处理畜禽废水的生物复合填料的制备方法，其特征在于， 所述的步骤(6)中压力机的压强为1.8-2.3MPa，生物质块的长度为20-29cm，宽度为9- 13cm，厚度为5-9cm。
3.根据权利要求1所述的一种处理畜禽废水的生物复合填料的制备方法，其特征在于， 所述的步骤(8)中压力机的压强为2.4-2.7MPa，生物复合填料的长度为20-29cm，宽度为9- 13cm，厚度为4-8cm。
4.根据权利要求1所述的一种处理畜禽废水的生物复合填料的制备方法，其特征在于， 所述的步骤(7)中再次浸泡后的溶液直接排入沼气池中或者发酵3天后排入农田中作为肥料 使用。
5.根据权利要求1所述的一种处理畜禽废水的生物复合填料的制备方法，其特征在于， 所述的发酵是指放置在一个敞口容器中自然反应。
6.权利要求1-5中任意一项所述的一种处理畜禽废水的生物复合填料的制备方法制备的 生物复合填料。
7.权利要求6所述的生物复合填料在螃蟹养殖池作为底层铺料的应用。
8.权利要求6所述的生物复合填料在处理畜禽废水中的应用。
9.小麦秸秆在处理畜禽废水的生物复合填料的制备中的应用。
说明书
一种处理畜禽废水的生物复合填料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于畜禽养殖废水处理领域;具体地说，涉及一种处理畜禽废水的生物复合填料 及其制备方法和应用，更具体来说，是指针对畜禽养殖废水氨氮负荷高，出水不易达标，残 留药物多、处理成本高，提供一种能处理使之达标的生物复合填料。
背景技术
近年来，随着我国集约化养殖业以及规模化养殖业的发展，农村出现了大量的养殖场， 这些养殖场每天排放的废水量大、集中，并且废水中含有大量污染物，如重金属、残留的兽 药和大量的病原体等，已造成我国新的环境污染问题。畜禽养殖业带来的环境问题已日趋严 重，其化学需氧量的排放量已超过我国工业和生活废水排放量的总和，是形成农村污染的主 要因素之一。由于畜禽粪尿的淋溶性很强，粪尿中的氮、磷及水溶性有机物等淋溶量很大， 如不妥善处理，就会通过地表径流和渗滤进入地下水层污染地下水。对地表水的影响则主要 表现为，大量有机物质进入水体后，有机物的分解将大量消耗水中的溶解氧，使水体发臭; 当水体中的溶解氧大幅度下降后，大量有机物质可在厌氧条件下继续分解，分解中将会产生 甲烷、硫化氢等有毒气体，导致水生生物大量死亡;废水中的大量悬浮物可使水体浑浊，降 低水中藻类的光合作用，限制水生生物的正常活动，使对有机物污染敏感的水生生物逐渐死 亡，从而进一步加剧水体底部缺氧，使水体同化能力降低;氮、磷可使水体富营养化，富营 养化的结果会使水体中硝酸盐和亚硝酸盐浓度过高，人畜若长期饮用会引起中毒，而一些有 毒藻类的生长与大量繁殖会排放大量毒素于水体中，导致水生动物的大量死亡，从而严重地 破坏了水体生态平衡;粪尿中的一些病菌、病毒等随水流动可能导致某些流行病的传播等。
目前，畜禽废水的处理主要采用厌氧-好氧的组合工艺，对COD及悬浮物的去除非常有 效，但脱氮除磷效果不明显，特别是针对高氨氮含量的畜禽废水，脱氮处理往往不能达标。 究其原因：畜禽废水经过厌氧处理后负荷降低，部分大分子有机物变成小分子，提高了后续 好氧生化的能力，但厌氧出水中污染负荷仍然很大;特别对于较大养殖规模的高氨氮畜禽废 水来说，色度高，难降解物质较多，此外还含有金属、残留的兽药(抗生素)以及大量的病 原体等污染物，这些物质对水体环境污染大，难分解;仅仅依靠单纯的厌氧水解酸化无法分 解这些物质，因为来水对微生物影响大，污染物负荷高，往往会造成进行后续好氧处理时的 处理效果差、氮磷的去除效果不佳等问题，无害化处理率低。同时，畜禽废水的好氧处理后 C/N较低，不利于反硝化过程，影响TN(氮含量)的去除效果，尤其是在处理过程中存在 臭味难闻的情况，这往往是周围居民最不乐意的现象，也是改善人居环境所必须解决的问 题。因此寻求一种更为经济有效的畜禽废水的处理方法，具有非常现实的社会效益、经济效 益和环境效益。
所以，如何高效处理畜禽养殖废水已成为一项重要课题。一方面，在畜禽饲料中大量添 加的无机磷约75%为植酸磷，由于植酸磷不能被动物吸收利用而直接排出体外，引起污染。 另一方面，各饲料厂和养殖场均普遍采用高铜、高铁、高锌等微量元素添加剂，由于这些金 属元素的吸收率和利用率都很低易随粪便排出体外进入环境，已成为我国的一大环境公害， 而养殖场是设置在农村，而这些铜、铁、锌等微量元素添加剂以及氮和磷恰恰是农作物所需 要的，所以直接排放到水体有害的物质如果能直接被农田给利用则是最佳方案，可是要想完 成这些铜、铁、锌等微量元素添加剂以及氮和磷的转移则要经过一系列的处理工艺。
现有的资料检索发现，中国专利申请号：200810120397.2，公开日2009年1月14日， 公开了一份名称为畜禽养殖废水综合处理方法的专利申请文件，该发明涉及一种废水处理方 法，该处理方法采用如下措施：(1)用上流式厌氧污泥床处理器(UASB)进行厌氧生物 处理;(2)用改进型移动床生物膜反应器(MBBR)进行好氧生物处理;(3)用磷酸铵镁 结晶反应法除N、P。但该发明厌氧后出水负荷依然很高，且畜禽养殖废水中含有许多难降 解物质，此外还含有金属、残留的兽药(抗生素)以及大量的病原体等污染物，对后续好氧 微生物有抑制作用，无法保证好氧处理效率，同时UASB产生的沼气没有合理处理，最主 要的处理过程复杂，成本高，而且味道难闻，很难让周围的居民接受。
中国专利申请号：201010250262.5，公开日2010年12月22日，公开了一份名称为一 种两级厌氧-塔式滤池畜禽废水处理系统及处理方法的专利申请文件，该发明涉及畜禽废水 的处理系统及处理方法，其包括：一级厌氧池、二级厌氧池和塔式滤池，所述塔式滤池出水 连接砾石人工湿地，通过两级厌氧、好氧以及人工湿地去除有机物和氮磷。该发明的氨氮去 除依靠两级厌氧，但无法保证总氮能够有效去除，反硝化的作用不明显，并且设置两级厌 氧，产生的大量沼气直接进入大气中，无法得到有效利用。还是无法解决金属含量的问题。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有畜禽废水处理无法解决金属含量高、含有氮磷和处理过程异味重的问题，本发 明提供一种处理畜禽废水的生物复合填料及其制备方法和应用，生物复合填料孔隙率和填料 机械强度高，投入畜禽废水中后能大量吸附废水中的植酸磷、残留的兽药(抗生素)、尿 素、悬浮物等大分子营养元素以及铜、铁、锌等金属元素，生物膜挂膜性能强，在吸附的同 时还具有消毒作用，能杀灭废水中的病原体，有效的解决了畜禽废水处理难的问题。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种处理畜禽废水的生物复合填料的制备方法，步骤如下：
(1)将小麦秸秆和大豆秸秆洗净风干并切割成长度为8-15mm的颗粒，按照(3-5)： 1的质量比选择小麦秸秆和大豆秸秆混合，得到颗粒状的混合秸秆;
(2)将上述颗粒状的混合秸秆在缺氧或无氧中加热热解，热解温度为230-310℃，热解 时间为0.5-1.5小时，热解后冷却，得到热解后的混合秸秆;
(3)称取磷酸二铵和水配置浓度为120-150g/L的(NH4)2HPO4溶液;
(4)将步骤(2)中热解后的混合秸秆投入到步骤(3)配制的(NH4)2HPO4溶液 中，振荡10-50分钟，然后向溶液中投加氯化钾，其中氯化钾的投加量为控制溶液中氯化钾 的浓度为90-120g/L，振荡20-40分钟，放置5-8小时之后，过滤并收集固体，得到改性后的秸 秆;
(5)取柳木切成块，然后在无氧环境中加热热解，热解温度为200-280℃，热解时间为 1-3小时，得到热解后的柳木块;
(6)将步骤(4)中改性后的秸秆、小麦淀粉和小麦麸皮混合搅拌，其中改性后的秸 秆、小麦淀粉和小麦麸皮的质量比为(6-9):(1-1.8):1，得到混合外料;将混合外料包裹 在热解后的柳木块的外侧，经过压力机压缩成块，得到生物质块;其中混合外料和柳木块的 质量比为(5-9):1;
(7)将步骤(6)中生物质块重新放入步骤(4)中用过的浸泡溶液中浸泡1-2.5小时; 浸泡后取出，烘干;
(8)将步骤(7)中烘干的生物质块经过压缩机压缩成块状，得到生物复合填料。
优选地，所述的步骤(6)中压力机的压强为1.8-2.3MPa，生物质块的长度为20-29cm， 宽度为9-13cm，厚度为5-9cm。
优选地，所述的步骤(8)中压力机的压强为2.4-2.7MPa，生物复合填料的长度为20- 29cm，宽度为9-13cm，厚度为4-8cm。
优选地，所述的步骤(7)中再次浸泡后的溶液直接排入沼气池中或者发酵3天后排入农 田中作为肥料使用。
优选地，所述的发酵是指放置在一个敞口容器中自然反应。
前面所述的一种处理畜禽废水的生物复合填料的制备方法制备的生物复合填料。该生物 复合填料能应用于处理畜禽废水。
前面所述的生物复合填料在螃蟹养殖池作为底层铺料的应用。将该填料投加到螃蟹养殖 池中使用，能大大的净化水质，提高螃蟹的成活率。
本发明解决了小麦秸秆在处理畜禽废水的生物复合填料的制备中的应用问题，扩大了小 麦秸秆的应用范围。
上面制备的生物复合填料处理畜禽废水的方法，其步骤如下：
(a)将生物复合填料投入到待处理的畜禽废水中，浸泡3-10小时，其中生物复合填料 与畜禽废水的体积比为1:(10-20);
(b)浸泡后，取出步骤(a)中的生物复合填料，将浸泡后的生物复合填料堆成锥形， 然后在表面覆盖一层小麦秸秆或者玉米秸秆，进行高温堆肥，堆肥的环境日平均温度设为 T，其中T的取值范围为0-45℃，堆肥时间为t，单位为h，其中t的值为240-(T-10)× 2.4;通过合理的控制时间，起到最大的腐化效果;
(c)将步骤(b)中浸泡过生物复合填料的畜禽废水溶液直接排入沼气池中或者发酵3 天后排入农田中作为肥料使用;
(d)将步骤(b)中高温堆肥后的产物晾干，作为有机肥使用。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明综合考虑原料的经济成本及使用效果，经过大量实验，最终确定采用小麦 秸秆和大豆秸秆，并且经过大量的优选实验，确定热解温度为230-310℃，热解时间为0.5- 1.5小时，这样热解后的秸秆的吸附性能和后续的力学性能都能达到最佳状态，同时起到了 以废治废的作用，不但解决了畜禽废水处理难的问题，而且解决了秸秆的问题，如果推广使 用，则秸秆焚烧问题可以给与解决;
(2)本发明对秸秆的改性处理采用的是磷酸二铵和氯化钾，这些元素都是植物生长所 必须的元素，使用后可以直接作为肥料处理，本发明最大的成本是柳木，柳木热解之后能形 成大量的空隙，尤其是柳木中的微量元素对尿素等含氮大分子和抗生素有良好的吸附效果;
(3)本发明压块时采用秸秆、小麦淀粉和小麦麸皮混合搅拌，原料来源成本低，为后 续的高温堆肥提供铺垫，有利于使用时生物膜挂膜，吸附抗生素，也能提高后续高温堆肥的 效果;
(4)本发明步骤(6)中压力机的压强为1.8-2.3MPa，生物质块的尺寸的长度为20- 29cm，宽度为9-13cm，厚度为5-9cm，步骤(8)中压力机的压强为2.4-2.7MPa，生物复合 填料的长度为20-29cm，宽度为9-13cm，厚度为4-8cm，这是因为处理畜禽废水要控制合适 的时间，合适的压力来确保合适的空隙和吸附能力，而大小则决定吸附时间，如果太小，吸 附效果不明显，太大则会延长吸附时间，这样导致在吸附的过程中可能还会有尿素等含氮物 质重新溢出，会在处理过程中释放微量的难闻气体，影响周围居民，也不利于工人的身体健 康，而按照本发明的要求操作，则不会产生难闻气体;
(5)本发明的步骤(7)中再次浸泡后的溶液直接排入沼气池中或者发酵3天后排入农 田中作为肥料使用，发酵是指放置在一个敞口容器中自然反应，这时候由于含氮大分子和抗 生素以及铜、铁、锌等金属元素已经被吸附，这样基本上没有难闻气体释放，经过沼气池中 或者发酵3天，ph值中性，可以直接排入农田中，不但起到浇灌的作用，其内部含有的微 量的磷和钾也是对农田肥料的补充;
(6)本发明在解决畜禽废水的同时，也能解决小麦和大豆秸秆的处理难题，以废治 废，制备的生物复合填料廉价、易得、环保，吸附饱和的填料经高温堆肥后继续作为有机肥 使用，无废料排出。
