畜牧业营养物和气味管理系统技术方案

一种显著减少由氨和其他有害气体引起的气味排放并降低畜牧业废水中的氮水平的方法和系统，该方法和系统有效且高效地通过使用冲洗水进行，该冲洗水已经被生化地调节以降低pH，从而降低可以挥发到大气中的包括NH3的未离子化的化合物的水平，并且该方法和系统还可以用于从废水系统中去除氨和氮。本公开包括使用已经被生化调节以降低其pH的冲洗水，因此杜绝非离子化的氨作为氨气从液体中释放。本公开涉及硝化用于废水的生化调节的新用途，该废水用作冲洗水以减少大气氨排放。用作冲洗水以减少大气氨排放。用作冲洗水以减少大气氨排放。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】畜牧业营养物和气味管理系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是非临时申请，根据35USC 119要求于2020年2月20日提交的标题为“畜牧业营养物和气味管理系统”的美国临时申请号62/979,122的优先权。
[0003]本申请还根据35USC 119要求于2019年11月1日提交的标题为“畜牧业鸟粪石控制系统”的美国临时申请号62/929,488的优先权。
[0004]本申请还根据35USC 119要求于2019年9月20日提交的标题为“营养物管理系统”的美国临时申请号62/902,999的优先权。
[0005]所有申请特此通过引用以其全文并入。
[0006]政府许可权
[0007]本专利技术是在政府支持下根据由美国农业部授予的USDA第1阶段SBIR2018
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33610
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28501进行的。政府拥有本专利技术的某些权利。

技术介绍

[0008]本公开包括一种显著减少由氨和其他有害气体引起的气味排放并降低畜牧业废水中的氮水平的方法和系统，该方法和系统有效且高效地通过使用冲洗水(术语冲洗水也指冲洗后用于补给坑的水)进行，该冲洗水已经被生化地调节以降低pH，从而降低可以挥发到大气中的包括NH3的未离子化的化合物的水平，并且该方法和系统还可以用于从废水系统中去除氨和氮。
[0009]问题描述
[0010]营养物和气味管理是畜牧业中一个重要且经常未解决的问题。来自畜棚、污水池(lagoon)、喷灌和其他养殖场系统的氨和气味散发给生活在周围社区的人带来问题，并对动物产量产生负面影响(包括死亡率增加和增重减少)。另外，过高的营养物水平可能使营养物的有益再利用更加困难。例如，虽然氮可以用作肥料，但是在再利用的废水中超过其规定的限度就会限制可用于灌溉目的的量。类似地，高营养物水平可能导致通过甲烷生成(或其他生物燃料)进行有益再利用更加困难，因为来自这些活动的废物流通常气味更大，并且由于其高氮含量而难以处理。
[0011]大规模的畜牧业产生大量具有显著氮水平的粪肥。由于这些高水平的氮会产生问题，包括来自氨排放的气味以及液体和固体应用限制，因此在这些情况下需要一种负担得起且有效的方法来管理氮，并且这对于工业来说是一大福音。
[0012]不利的环境影响导致北卡罗来纳州在1997年提出了增加猪生产的禁令，据估计在1998年该州每年要花费超过1亿美元。虽然该禁令在2007年被取消，但由于环境和健康问题，养猪户不能建造新的厌氧污水池。然而，该禁令并没有解决现有的厌氧污水池问题，这些厌氧污水池在该州的多于3,000个猪污水池中占很大一部分，仍然存在环境和健康问题。
[0013]这种猪生产的爆炸性增长每年产生100亿加仑的湿动物废物作为废水，这不仅对环境，而且对人类健康具有显著的不利影响。仅在北卡罗来纳州，对人类健康的影响估计超过3亿美元。环境保护基金会指出，养猪场的氨排放造成了严重的健康问题，并且是区域范
围内动物饲养操作的最大公共健康威胁。
[0014]高水平的氨排放已经成为诉讼的主要目标，特别是在北卡罗来纳州，其中一项研究已经将其与周边社区到养殖场附近的3亿美元健康(主要是呼吸问题)联系起来。与这些气味相关的问题仅在北卡罗来纳州就导致了30起重大诉讼，前五起案件原告胜诉，总赔偿金额超过5亿美元。
[0015]随着基于动物粪肥的沼气工程成为大规模的现实，用作原料的含氨废水产生了不希望的后果。尽管在被遮封的污水池中碳捕获和转化为沼气被最大化，但污水池的遮封使畜棚中的氨排放加倍，损害猪的健康和生产力，并增加到达周围社区的有害氨排放。
[0016]在2019年，道明尼能源公司(Dominion Energy)和史密斯菲尔德食品公司(Smithfield Foods)宣布成立5亿美元的合资企业，以遮封猪污水池并生产沼气，创造了国家最大的可再生天然气供应商。该工程涵盖了遮封数百个猪污水池、数百英里管道以及气体净化和注入
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所有这些都在十年内完成！北卡罗来纳州处于清洁能源的最前沿，并且最近已发布了其清洁能源计划，该计划具有远大的里程碑以增加清洁能源技术，并到2030年将来自发电机的温室排放减少70％，到2050年实现碳中和。由于猪和家禽的数量大(全国排名分别为第2和第3)，该州的沼气潜力排名第三。然而，由于“利益相关者对养猪操作使用依赖于污水池和喷洒场废物管理系统的沼气技术造成的空气和水污染表示担忧”，从猪身上产生沼气可能会受到威胁。对附近和下游社区的水道污染、气味和公共卫生问题，包括由少数民族人口的不成比例的影响，是反对沼气生产的主要原因。出于这些考虑，一场研讨会建议不将猪沼气视为
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清洁
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技术。
[0017]使用猪污水池中的有机材料发展大规模沼气回收为养殖户提供了一个机会，使他们通过废物处理赚钱并开发多种多样的额外收入来源，其波动可能不会像猪肉商品价格那么大。解决猪废水中的氨去除问题将有助于确保这些项目的推进不受有关过量氨对人、环境和猪的不利影响的担忧的阻碍。
[0018]遮封猪污水池以产生沼气将防止氨从污水池中释气，但它将不会消除氨释气(这占氨去除的25％)。它只是将释气转移到其他地方，包括动物畜棚和喷灌。更糟糕的是，遮封污水池还将防止氨还原成氮气，因为产生沼气的厌氧过程防止了未遮封的污水池中另外25％的氮通过硝化/反硝化(N/D)被去除。因此，除非该问题得到解决，否则污水池流出物的总氨水平将增加50％的范围。将这些污水池的流出物中的氨水平增加50％将导致猪棚中氨排放的相应增加，因为流出物用作冲洗水和用于喷灌的流出物(污水池流出物的两种主要用途)。
[0019]在过去二十年中，北卡罗来纳州已经投入了1700万美元用于研究，以寻求开发从养猪操作中去除氨气味的系统。对17项技术进行了正式评估，并证明它们能够成功解决养猪操作中的氨气味。然而，根据为评估设定的财务基线，所有选项的成本都很高。该技术的安装和操作成本太高，而且养猪的利润率极低，不可能有更大的支出。
[0020]气味封盖是全面处理的替代方法，可用于减少由污水池的排放。关于用于猪污水池的气味封盖系统，一种容易获得的处理形式是添加化学和/或生物制剂。在2001年，美国农业部和农业研究服务国家猪研究和信息中心对35种市售添加剂进行了广泛的调查，以防止来自污水池的气味排放。35种添加剂中只有8种显示出减少氨排放，且这8种添加剂的平均氨减少量为7％。最有效的添加剂可减少15％的氨排放。
[0021]仍然迫切需要提供一种综合系统来管理营养物、特别是氮，以及控制畜牧业系统内的气味。大多数先前研究都集中在从畜棚中冲洗出来之后且在进入储存污水池之前，从废物系统中去除大部分的氨，因为氨是与大多数气味相关的化合物。通过去除几乎所有的氨，废水的氮含量也显著降低。然而，当氨离开畜棚时，去除氨需要额外的单元工艺，如固体去除(通过消化和/或脱水)或遮封的污水池操作(以防止氨排放和/或降低氮的量)。已经对氮的全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种或多种用于再利用含有动物废物的流体的装置，所述装置包括：至少四个部件，第一部件，其提供至少沉降能力，所述装置选自由污水池、消化池、沉降槽和浓缩槽组成的组，在浓缩槽中在有或没有浓缩剂的情况下发生浓缩，并且其中所述装置提供从含有动物废物的再利用流体中去除至少50％的可沉降有机固体的能力；第二部件，其接收来自第一槽的再利用流体并使所述再利用流体硝化以实现废水中至少50％的氨的年平均去除量，并且从而将所述再利用流体的pH降低至少0.3pH单位，从而使得所述再利用流体中的pH读数等于或小于7.7的pH；第三部件，其使用来自硝化工艺的流体，其中来自临时废物储存槽的废物在冲洗期间累积；以及第四部件，其提供对所述临时废物储存槽中的氨气排放的抑制，所述临时废物储存槽利用硝化流体来抑制所述氨气排放。2.如权利要求1所述的一种或多种装置，其中，所述装置调节来自动物的废水，并且其中调节过的废水含有与原废水相比至少25％的被去除的有机固体，并且其中所述装置用在原废水内发生的生化反应将氨转化为亚硝酸盐和硝酸盐，这导致所述调节过的废水的pH降低至少0.3pH单位至不大于7.7的pH。3.如权利要求1所述的一种或多种装置，其中，所述装置调节用于去除动物废物的废水，其中在所述废水已经通过处理工艺处理之后，使用一个或多个部件从废水中去除一些有机碳，并且添加氧来培养硝化生物体，这导致更低的碱度，其中使用向所述废水中添加氧以使所述硝化生物体硝化并且降低所述废水的碱度以将所述废水的pH降低至少0.3pH单位并且降低至处于或低于7.7的pH的水平。4.如权利要求1所述的一种或多种装置，其中，调节过的废水是用于去除动物废物的水，从而向所述调节过的废水中添加用于培养硝化生物体的氧，以便使生物体硝化将所述调节过的废水中的至少50％的氨硝化。5.如权利要求1所述的一种或多种装置，其中，使用至少一个装置调节用于容纳动物的结构中的冲洗水，使得所述至少一个装置调节冲洗水，其经历包括硝化的生化反应并且降低所述废水的pH以便防止形成大于2％的氨，并且其中所述氨以非离子化形式存在。6.一种用于减少从来自一个或多个污水池的废水中释放的氨气的方法，所述方法包括将所述废水的pH降低至少0.3pH单位至7.7或更低的pH，这由所述废水中的氨到亚硝酸盐和硝酸盐的生化转化引起，使得释放出一定量的氢离子以将所述pH降低至7.7或更低，从而有效地降低所述废水中的氨浓度，使得从所述废水中释放的所述氨气减少至少50％。7.如权利要求6所述的方法，所述方法包括通过测量和控制一组选自由以下组成的组的测量参数来控制所述工艺的一种或多种方法：溶解氧(DO)水平、pH、氧化还原电位(ORP)、碱度、氨废气水平、温度、水力停留时间(HRT)、固体停留时间(SRT)、一个或多个废水池的计算机建模、以及视觉和嗅觉检查。8.如权利要求6所述的方法，其中，所述方法确定并利用冲洗圈养动物的结构中的废物坑和/或槽所需的时间间隔。9.如权利要求6所述的方法，其中，所述废水是携带含有已经从所述废水中去除的有机固体的动物废物的水，并且其中所述废水是用于从包括猪生产的饲养操作中去除废物的水。
10.一种用于再利用含有动物废物的流体的方法，所述方法包括：至少四个提供沉降能力的工艺单元，所述沉降能力通过选自污水池、消化池、沉降槽和浓缩槽的组中的一个或多个实现，其中所述方法包括：第一工艺，其从含有动物废物的再利用流体中去除至少50％的可沉降有机固体；第二工艺单元，其接收来自所述第一工艺的再利用流体并使所述再利用流体硝化以实现废水中至少50％的氨的年平均去除量，并且从而将所述再利用流体的pH降低至少0.3pH单位，使得实现所述再利用流体中等于或小于7.7的pH的pH读数；第三工艺单元，其使用来自硝化工艺的流体，所述硝化工艺冲洗来自临时废物储存结构的废物；以及第四工艺单元，其抑制临时废物储存结构中的氨气排放，所述临时废物储存结构利用硝化流体来抑制所述氨气排放。11.如权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括至少两个部件，包括：i)第一部件，其提供从含有动物废物的再利用流体中去除至少25％的可沉降有机固体，其中所述第一部件是选自污水池、消化池、沉降槽和浓缩槽的组中的至少一种；ii)第二部件，其将调节过的废水中含有的氨转化成亚硝酸盐和硝酸盐，从而将所述调节过的废水的pH降低至少0.3pH单位至不大于7.7的pH。12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第二部件将所述调节过的废水中含有的至少50％的氨转化...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉，
申请(专利权)人：潘科皮亚股份有限公司，
类型：发明
国别省市：