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規模化養雞場種養結合循環利用系統及方法
技術領域
本發明涉及養殖設備技術領域，具體涉及一種規模化養雞場種養結合循環利用系統及方法。

背景技術
畜禽養殖行業中，肉雞、蛋雞等禽類的養殖占比(按出欄量計算)約為24～38％，較高的養殖量給畜禽糞污的處理帶來了很大的壓力。然而，由于雞類獨特的消化系統結構，僅能吸收食物中30-60％的營養成分，導致其糞便中約含有粗蛋白18.7％、脂肪2.5％、灰分13％、碳水化合物11％、纖維7％，并含有氨基酸、微量元素以及維生素等營養物質，是一種比較優質的有機肥，存在較高的農業利用價值。根據統計，現階段，我國禽類糞污基本全部采用干清糞工藝，并主要采用堆(漚)肥方式處理固體糞便，約占養殖場總數的91％；少數養殖場糞便用于商品有機肥和栽培基質生產，僅占總數的8％和1％。
在現有的利用雞糞產商品有機肥的工藝中，多經過固體厭氧消化后直接腐熟制肥，然而，固體厭氧消化效率低、發酵時間長，極大地限制了處理量和處理效果。并且未完全發酵的有機物會在腐熟階段釋放大量惡臭氣體，為尾氣處理帶來了極大的壓力。此外，糞污中的碳、氮、磷等元素會在腐熟過程中造成大量流失，增加了糞污處理的碳排放的同時，造成資源浪費，并導致了在制肥步驟中額外投加氮磷鉀元素的需求。
現階段針對于養雞場廢棄物的處理方式，如雞糞、病死雞等，多是直接進行腐熟制肥，如公開號為CN108640733A的中國發明專利申請公開的一種畜禽糞便資源化處理方法；或通過固體厭氧消化的方式進行廢棄物減量及能源回收，其沼渣經腐熟后直接制肥或動物飼料，如公開號為CN102320712A的中國發明專利申請公開了一種雞糞的處理和再利用過程。然而，養雞場廢棄物的直接腐熟會導致48.7％的碳和27.7％的氮元素損失，進而釋放了大量的CH4
、CO2
、N2
O等溫室氣體，并加劇了逸散氣體中H2
S、NH3
等組分對環境的污染，造成了極高的碳排放及環境治理成本。另一方面，上述技術在腐熟制肥后均會重新添加外源氮磷元素組分，來豐富制得有機肥中的氮、磷、鉀元素含量，其他與以上所述類似工藝的專利，如公開號為CN112430159A的中國發明專利申請，將腐熟后的餐廚垃圾沼渣制肥，也在制肥前重新添加NH4
+
、P2
O5
、K2
O營養物，提高了制肥成本并造成資源流失。

發明內容
本發明的目的在于提供一種規模化養雞場種養結合循環利用系統及方法，以解決上述背景技術中存在的至少一項技術問題。
為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：
第一方面，本發明提供一種規模化養雞場種養結合循環利用系統，包括：
預處理系統，用于將粉碎處理后的病死雞、廠區生活污水、其他畜禽糞污、第二膜處理系統中的濃水和未灌溉使用的出水與固體雞糞進行充分混合制漿，得到固液混合物，保持固液混合物中含固率為15～20％；
兩級厭氧消化系統，用于將所述固液混合物通過全混合厭氧反應器進行發酵產甲烷，對固體廢棄物進行有效的減量；沼渣進入制肥系統，出水進入升流式厭氧污泥床繼續發酵，兩級厭氧消化系統所產沼氣進入沼氣凈化系統進行進一步除雜；
深度脫氮系統，以短程硝化/厭氧氨氧化顆粒污泥反應器單元為主，用于實現氨氮濃度從1500～2300mg/L降解至＆lt;40mg/L，實現總氮去除率＆gt;95％；
深度處理系統，包含高效過濾器及膜處理系統；高效過濾器去除污水中大部分懸浮物、污泥及部分難降解有機顆粒物，使固體顆粒物濃度＆lt;30mg/L；所截留固體物質進入制肥系統；
制肥系統，沉砂池截留物、CSTR殘留沼渣、UASB反應器排泥及高效過濾器截留物均作為原料進入制肥系統進行制肥，實現種養結合循環利用；
沼氣凈化系統，兩級厭氧消化系統的產氣首先進入生物脫硫塔，用于制備硫化氫含量＆lt;100mg/Nm3
粗沼氣，所得粗沼氣再經過干法脫硫塔對氣體中硫化氫進一步去除，使沼氣中硫化氫含量＆lt;30mg/m3
，通過脫水罐進行干化，并進入雙膜氣柜儲存。
進一步的，預處理系統中，固液混合物經過格柵截留大尺寸固體廢棄物，并重新回到前段工藝進行粉碎處理。
進一步的，固液混合物進入沉砂池以去除粒徑為0.2mm以上的顆粒物質，同時調節pH至6～9。
進一步的，全混合厭氧反應器的出水進入升流式厭氧污泥床繼續發酵，水力停留時間4～6d，將液體中COD從5000～6000mg/L降解至1500～1800mg/L。
進一步的，升流式厭氧污泥床的污水經第一膜處理系統實現大分子有機物的截留，避免影響后續深度脫氮系統性能；其中，第一膜處理系統中為超濾膜，孔徑為0.001-0.02μm。
進一步的，第一膜處理系統的污水進入氮磷回收單元，NH4
+
和PO4
3
-
與投加鎂鹽反應生成MgNH4
PO4
沉淀，實現氨氮濃度從3000～4800mg/L降至1500～2300mg/L，磷酸根濃度降至＆lt;50mg/L，污水最終進入PN/A顆粒污泥反應器單元處理。
進一步的，顆粒污泥外部附著的氨氧化細菌在溶解氧濃度0.3～0.8mg/L氛圍下，將50％的氨氮氧化為亞硝態氮，隨后殘留的氨氮與新產生的亞硝態氮進入顆粒污泥內部，由厭氧氨氧化菌實現高效去除；若運行過程中出現出水硝態氮過高的情況，則將曝氣量調至0.5mg/L以下可以得到有效緩解；運行時體系中污泥濃度不低于4000mg/L。
進一步的，深度處理系統中，污水經膜過濾系統處理，實現有效的抗生素去除，避免造成抗生素污染及抗性基因轉移，并進一步去除水體中微粒后達到排放標準，同時能夠用于種植業灌溉，實現種養結合；其中，膜過濾系統中超濾膜，孔徑為0.001-0.02μm。
進一步的，制肥系統中，原料首先經旋轉干燥器，使其含水率從大于85％降至65％以內，所汲取的污水重新進入UASB單元進行發酵；旋轉干燥后的固體廢物進入好氧腐熟單元，調節pH至中性并堆置5-8天，以充分氧化固體廢物中的易降解還原態物質；所得原料與氮磷回收單元所產鳥糞石充分混合，增加肥料中的氮磷元素含量至10％以上，并進入噴漿制粒干燥機實現干燥、殺菌以及高價值顆粒有機肥的最終制備。
進一步的，全混合厭氧反應器和升流式厭氧污泥床末端接水封器以防止反應器壓力異常，隨后沼氣進入生物脫硫塔，其中，氧化亞鐵硫桿菌、脫氮硫桿菌及排硫桿菌作為主要脫硫細菌，塔內水力停留時間為50～120min，pH為5～7，溶解氧維持在0.8～1.2mg/L。
進一步的，沼氣從脫硫塔底部進入，其中，所含硫化氫被富含Na2
CO3
的堿液吸收后，被脫硫菌氧化為單質硫，并制得硫化氫含量＆lt;100mg/Nm3
粗沼氣；隨后，富含單質硫的堿液進入堿液再生器，加入濃縮堿液以調節pH至7～8，并通過曝氣增加堿液中溶解氧含量，同時將單質硫吹脫成泡沫以便分離；所得粗沼氣再經過干法脫硫塔對氣體中硫化氫進一步去除，使沼氣中硫化氫含量＆lt;30mg/m3
。
本發明有益效果：通過增設沼液厭氧消化、生物脫硫、氮磷回收、厭氧氨氧化脫氮等工藝單元，避免了雞糞中營養物質的過度損失，并提高了有機肥的肥力和安全性。
本發明附加方面的優點，將在下述的描述部分中更加明顯的給出，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例所述的規模化養雞場種養結合循環利用系統功能原理結構框圖。
其中：1-均質器；2-格柵；3-沉砂池；4-全混合厭氧反應器；5-升流式厭氧污泥床；6-第一膜處理系統；7-氮磷回收單元；8-PN/A顆粒污泥反應器；9-高效過濾器；10-第二膜處理系統；11-水封器；12-生物脫硫塔；13-堿液再生器；14-干法脫硫塔；15-脫水罐；16-雙膜氣柜；17-旋轉干燥器；18-好氧腐熟單元；19-噴漿制粒干燥機。

具體實施方式
下面詳細敘述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。
還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復數形式。應該進一步理解的是，本發明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件和/或它們的組。
在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。
為便于理解本發明，下面結合附圖以具體實施例對本發明作進一步解釋說明，且具體實施例并不構成對本發明實施例的限定。
本領域技術人員應該理解，附圖只是實施例的示意圖，附圖中的部件并不一定是實施本發明所必須的。
實施例
如圖1所示，本實施例中，提供一種規模化養雞場種養結合循環利用系統及方法，通過設置均質器1和兩段厭氧消化的方式，增加固體廢棄物中氮磷元素的溶解程度，同時增加微生物與有機污染物的接觸程度，提高了產甲烷率，避免在腐熟階段造成大量的碳、氮、磷、硫元素損失。在CSTR單元中，對高含固率的固液混合污染物進行初級水解發酵消化，并通過全混攪拌的方式將高密度硬質難降解物質(如碎骨、果核、砂礫等)與低密度可降解污染物(如糞污中未消化飼料、病死雞碎肉、其他畜禽糞便等)分離，增加了其與功能微生物的接觸程度。此外，加強了其中的可溶污染物(如無機鹽離子、蛋白質、腐殖質、維生素等)的溶解程度，避免了大量營養元素隨固體物質進入制肥階段的問題。
規模化養雞場種養結合循環利用系統，其使用工作流程含有以下步驟：
預處理系統：該規模化養雞場種養結合循環利用系統中的預處理系統，一共由三部分組成。本實施例的預處理系統，主要面向于規模化養雞場中雞糞處理，然而由于雞糞含固率較高(為80％以上)，因此在預處理系統中首先設置均質器1，將粉碎處理后的病死雞、廠區生活污水、其他畜禽糞污、第二膜處理系統10中的濃水和未使用出水與雞糞充分混合，保持混合物中含固率為15～20％。隨后，固液混合物經過格柵2截留大尺寸固體廢棄物，并重新回到前段工藝進行粉碎處理，以減小后續工藝流程壓力。最后，固液混合物進入沉砂池3以去除粒徑為0.2mm以上的顆粒物質(如無機砂粒、果核、碎骨等)，同時調節pH至6～9。
兩級厭氧消化系統：所述固液混合物經過沉砂池3處理后進入全混合厭氧反應器4(CSTR)進行發酵產甲烷，水力停留時間18-22d，對固體廢棄物進行有效的減量。隨后，沼渣進入制肥系統，出水進入升流式厭氧污泥床5(UASB)繼續發酵，水力停留時間4～6d，將液體中COD從5000～6000mg/L降解至1500～1800mg/L。所產沼氣進入沼氣凈化系統進行進一步除雜，污水經第一膜處理系統6(超濾膜，孔徑為0.001-0.02μm)實現大分子有機物(如蛋白質、腐殖質等)的截留，避免影響后續深度脫氮系統性能。隨后，污水進入氮磷回收單元7，NH4
+
和PO4
3-
與投加鎂鹽反應生成MgNH4
PO4
(鳥糞石)沉淀，實現氨氮濃度從3000～4800mg/L降至1500～2300mg/L，磷酸根濃度降至＆lt;50mg/L，污水最終進入PN/A顆粒污泥反應器8處理。
深度脫氮系統：該系統以PN/A(短程硝化/厭氧氨氧化)顆粒污泥反應器單元為主，該階段能夠實現氨氮濃度從1500～2300mg/L降解至＆lt;40mg/L，實現總氮去除率＆gt;95％。首先，顆粒污泥外部附著的氨氧化細菌在溶解氧濃度0.3～0.8mg/L氛圍下，將50％的氨氮氧化為亞硝態氮，隨后殘留的氨氮與新產生的亞硝態氮進入顆粒污泥內部，由厭氧氨氧化菌實現高效去除。若運行過程中出現出水硝態氮過高的情況，則將曝氣量調至0.5mg/L以下可以得到有效緩解。運行時體系中污泥濃度不低于4000mg/L(其中顆粒占比＆gt;75％)。由于PN/A顆粒污泥具有較好的沉降性能(沉速＆gt;50m/h)，且污泥生長速度較慢，因此在后端無需設置沉淀池，僅設置高效過濾器9防止第二膜處理系統10堵塞即可。
深度處理系統：深度處理系統包含高效過濾器及膜處理系統。高效過濾器去除污水中大部分懸浮物、污泥及部分難降解有機顆粒物，使固體顆粒物濃度＆lt;30mg/L，大大降低了后續處理難度。隨后，所截留固體物質進入制肥系統，污水經膜過濾系統(超濾膜，孔徑為0.001-0.02μm)處理，實現有效的抗生素去除，避免造成抗生素污染及抗性基因轉移，并進一步去除水體中微粒后達到排放標準，同時能夠用于種植業灌溉，實現種養結合。
制肥系統：上述過程中的沉砂池截留物、CSTR殘留沼渣、UASB反應器排泥及高效過濾器截留物均作為原料進入制肥系統，實現種養結合循環利用。上述原料首先進入旋轉干燥器17，使其含水率從大于85％降至65％以內，所汲取的污水重新進入UASB單元進行發酵。旋轉干燥后的固體廢物進入好氧腐熟單元18，調節pH至中性并堆置5-8天，以充分氧化固體廢物中的易降解還原態物質，防止肥料施用過程中燒苗，此外好氧腐熟也將原料含水率降至50％以內。最后，所得原料與氮磷回收單元所產鳥糞石充分混合，增加肥料中的氮磷元素含量至10％以上，并進入噴漿制粒干燥機19實現干燥、殺菌以及高價值顆粒有機肥的最終制備。所得肥料為粒徑2.5～4mm，并富含腐殖酸(30％以上)、氨基酸和大量的微量元素，肥效長同時有助于土壤改善。
沼氣凈化系統：CSTR和UASB反應器末端接水封器11以防止反應器壓力異常，隨后沼氣進入生物脫硫塔12，其中，氧化亞鐵硫桿菌、脫氮硫桿菌及排硫桿菌等作為主要脫硫細菌，塔內水力停留時間為50～120min，pH為5～7，溶解氧維持在0.8～1.2mg/L。沼氣從脫硫塔底部進入，其中所含硫化氫被富含Na2
CO3
的堿液快速吸收后，被上述化能自養型微生物緩慢氧化為單質硫，并制得硫化氫含量＆lt;100mg/Nm3
粗沼氣。隨后，富含單質硫的堿液進入堿液再生器13，加入濃縮堿液以調節pH至7～8，并通過曝氣增加堿液中溶解氧含量，同時將單質硫吹脫成泡沫以便分離。所得粗沼氣再經過干法脫硫塔14對氣體中硫化氫進一步去除，使沼氣中硫化氫含量＆lt;30mg/m3
。隨后沼氣通過脫水罐15進行干化，并進入雙膜氣柜16儲存。
綜上所述，本發明實施例所述的規模化養雞場種養結合循環利用系統及方法，相較于傳統對于規模化養雞場的雞糞好氧腐熟(或厭氧消化)后直接作為高價值肥料(或飼料)以實現高價值利用，本發明通過增設沼液厭氧消化、生物脫硫、氮磷回收、厭氧氨氧化脫氮等工藝單元，避免了雞糞中營養物質的過度損失，并提高了有機肥的肥力和安全性，具體工藝單元帶來的優點如下：
通過增設均質器的方式，使固體雞糞與病死雞、生活污水以及回用水等其他低含固率污染物充分混合，從而將雞糞的含固率從80～90％降至10～20％，利于后續工段關鍵功能微生物生長的同時，最大限度地從固體基質中汲取碳、氮、磷、硫等元素，避免了在好氧腐熟制肥階段的過度能量資源損失。
通過設置全混合厭氧反應器(CSTR)對高懸浮固體物的混合原液進行處理，其沼液經過發酵后進入升流式厭氧污泥床(UASB)繼續發酵，最大限度地回收污水中的化學能。相較于傳統雞糞處理工藝中的單一發酵工段，本工藝采用兩段發酵的方式，提高了糞污及其他廠區污染物(病死雞及其他畜禽糞污等)的難降解有機物(如脂質、蛋白、纖維素等)的產甲烷率，最大化地提取了其中的化學能并對糞污中污染物進行減量化處理，減小后端處理的負擔，同時避免了好氧腐熟過程中污染物逸散量過大、元素易損失的問題。
在UASB出水端設置第一膜處理系統(超濾)，能夠有效截留懸浮固體物質，避免了后端氮磷回收單元的堵塞問題及PN/A(短程硝化/厭氧氨氧化)顆粒污泥反應器的崩潰問題。此外，第一膜處理系統能夠實現有效的溶解性有機物(DOM，包括腐殖酸、富里酸、氨基酸、甾醇、脂肪酸和烴類等)截留，避免傳統工藝中的UASB出水需先經過微生物好氧處理單元去除DOM后，再進入PN/A顆粒污泥反應器的需求。有效簡化了工藝流程，降低了占地面積及假設費用，并保證了后端關鍵工藝單元的微生物活性。
在PN/A顆粒污泥反應器前端設置的氮磷回收單元，該單元通過投加鎂鹽的方式，于污水中的NH4
+
和PO4
3-
反應生成MgNH4
PO4
(鳥糞石)沉淀，以最大限度的回收水體中的氮磷元素。鳥糞石是一種農業常用的緩釋肥，對農作物生長和土質改善等方面有較為顯著的作用。本工段所回收的鳥糞石將與腐熟后的固體廢棄物混合后制肥，極大地避免了傳統畜禽糞污制肥過程中，由于脫氮單元和好氧腐熟階段所導致的氮磷元素損失，并強化了肥料的肥效。
以PN/A顆粒污泥反應器為核心構建了深度脫氮系統，其中，厭氧氨氧化系統由于代謝途徑存在優勢，相較于傳統污水處理工藝可降低60％的曝氣能耗，并且無需額外投加碳源，因此具有顯著的的低碳排優勢。而現階段，多數工程中采用的絮體式或生物膜式厭氧氨氧化工藝在實際運行過程中會存在出水水質波動(抗沖擊性能差、處理負荷低等)的情況，而由于顆粒污泥具有較高的生物量和更為復雜的微生物群落交互關系，能有效避免上述問題，同負荷占地面積僅為絮體厭氧氨氧化污泥工藝的25％，運行能耗也僅為其60％，且出水水質穩定。
本發明實現了溫和優質的有機緩釋肥的制備。針對于沉砂池分離物、CSTR沼渣和UASB剩余污泥等固液混合廢棄物，首先，采用旋轉干燥的方式使其含水率從大于85％降至65％以內，所汲出水分回流至UASB工段重新處理，并將物體廢棄物進行好氧腐熟，以有效將其中還原態碳氮元素轉化為氧化態，避免所制肥料在使用過程中發生有害氣體逸散及燒苗情況，同時實現固體廢棄物的含水率降至50％以內。隨后，將氮磷回收單元所回收的鳥糞石與腐熟后的固體廢棄物充分混合，提高肥料中的氮磷元素含量，并通過噴漿制粒烘干機實現制粒，所制肥料為粒徑2.5～4mm的緩釋肥料，并富含腐殖酸、氨基酸和大量的微量元素，肥效長同時有助于土壤改善。此外，噴漿制粒烘干機中的高溫氣體氛圍能夠有效殺滅剩余污泥、糞便、病死雞中的病原體，保證了肥料的安全性問題。
上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明公開的技術方案的基礎上，本領域技術人員在不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。