猪场的废水处理设备(物联网技术建立智能猪场废水处理系统)

农村养殖畜牧网养猪技术 2023-07-24 16:32:49 136

传统的猪舍废水处理系统主要是手动操作系统，可能会被有经验的技术人员很好地管理。然而，猪农必须同时管理他们的猪生产以及他们的养殖场废水处理设施。

为了本研究，物联网应用被引入到一个1000头猪的养殖场，建立了一个智能猪舍废水处理系统，这个系统是从一个自主开发的全自动废水处理系统升级而来的。

结果表明，在水质传感器校准前后基于传感器数据的猪舍废水的生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）和悬浮固体（SS）的去除效率分别为89%、94%和93%以及94%、86%和96%。

此外，在水质传感器校准前后基于化学分析数据的BOD、COD和SS的去除效率分别为93%、89%和97%以及94%、86%和96%。实验结果表明，水质传感器校准后猪舍废水的BOD、COD和SS的总体去除效率分别为94%、86-87%和96%。

结果表明，农场规模的智能猪舍废水处理系统可行应用并扩展到更多商业猪场，以建立可持续的猪养殖。

智能化系统

为了确保2050年世界粮食安全，畜牧业食品，例如肉类、蛋类和牛奶，生产必须在10年内增加70％。必须采取减少畜牧场的数量、增加农场规模和减轻环境影响的方法。

因此，引入并逐步实施精准畜牧业（PLF）的概念。PLF的主要概念是根据动物福利指南提供在线监测和管理系统，并促进畜牧业生产效率。

除了PLF的在线监测和管理系统之外，自1995年以来，台湾已经开发出了自动化的畜牧废水处理系统。猪舍废水，即粪便、尿液和清洁水的混合物，必须得到很好的处理，以满足台湾环保局的排放限值。

猪舍废水处理系统的关键设施是由传统计时器或可编程逻辑控制器（PLC）控制的农场规模顺序批处理反应器（SBR）。全尺寸演示站包括500-2000头猪场、200头奶牛场和国立台湾大学实验畜牧场。

瑞典研究团队已经应用仪器控制和自动化（ICA）进行生物废水处理厂。实验结果表明，由于ICA安装，废水处理系统可以促进10-30％的养分去除效率，甚至在未来10到20年内可以实现20-50％的养分去除效率。

ICA系统还应用于污水处理控制、饮用水处理和水资源分配控制，已有超过40年的历史。在英国伦敦。ICA监测系统主要由计算机（从传感器收集和计算数据）、传感器仪器、执行器等组成。

传感器用于监测流量、污泥毯水平、污泥沉降速度、活性污泥呼吸速率、悬浮固体（SS）、短期生化需氧量（BOD）、铵、硝酸盐和磷酸盐。一些养分，例如氮和磷，在线原位传感器包括离子选择性电极（ISE）和紫外线（UV）探头，用于分别确定铵、硝酸盐和亚硝酸盐离子。

此外，几种基于发光技术的光学传感器已应用于在线监测溶解氧（DO），而不是传统的膜传感器。在使用传感器网络方面仍有巨大的潜力。

它们由一组传感器和通信基础设施组成，目的是在不同位置监测变量。执行器是机器的组成部分，负责通过气压、油压或电动运动移动和控制机械或系统的机构。

一支意大利研究团队应用全尺寸SBR系统处理养猪场废水。Magreta工厂的化学需氧量（COD）去除效率超过90％。

该SBR系统还应用于处理屠宰场废水超过一年。实验结果表明，影响因素和流出水的BOD，COD和SS以及铵态氮分别为478，780，148和54.8 mg / L和13.6，50.1，50和3.02 mg / L 。

此外，SBR系统还应用于处理鸭舍废水。实验结果表明，不经处理的鸭舍废水的COD去除效率分别为5天，3天，1天和0.5天的不同水力停留时间（HRT）为98.4％，98.4％，87.8％和72.5％。

此外，未经处理的鸭舍废水的BOD去除效率分别为99.6％，99.3％，90.4％和58.0％。小型SBR系统是有效的，并被认为可以应用于处理鸭舍废水。

一些研究应用SCADA与自动污水处理系统的PLC。 SCADA / PLC污水处理系统可以提高处理效率并降低人力需求。常用的自动化工具包括PLC，人机界面（HMI），分布式控制系统（DCS），SCADA，实验室信息管理系统（LIMS），可编程自动控制器（PAC）和制造执行系统（MES）。

物联网（IoT）的组成部分是使废水处理更安全，更有效。 IoT的原则是将物理对象和空间连接到互联网上，以更有效地监控和利用它们。在中国，IoT已应用于猪的运动行为和养猪环境的远程监控系统。

此外，英国已开发了智能下水道资产信息模型（SSAIM），通过应用IoT应用程序进行实时预测洪水。一些IoT应用已应用于支持智能和可持续的畜牧业生产和智能废水监测和控制系统。废水设施在其水管理系统的各个点安装智能传感器。

这些传感器收集有关水质和其他环境条件的数据。这些数据可以发送回Web应用程序，将信息综合为可操作的见解。

本研究的目的是构建一个自设计的智能养猪场废水处理设施的农场尺度演示站，通过IoT应用程序进行远程监控和控制。希望本研究的成果可以促进养猪场废水处理效率，降低人力需求并升级畜牧业，以及减少畜牧业对环境的影响。

材料和方法

在选定的猪场上设计猪舍废水处理系统

选定的商业猪场位于台湾宜兰县。该猪场约有1000头猪，每天估计产生30 m3/天的废水（30 L/头/天 × 1000头 × 10−3 m3/L），但实际每天的废水量约为48 m3/天（即大部分雨水与生产废水混合在猪场上）。

新设计和建造的废水处理系统由生产废水池、初级沉淀池、厌氧消化池、调节池、顺序批处理反应器（SBR）、出水池和污泥储存池组成。

一些池塘被建造在地下（长度×宽度×水深），如生产废水池（1.8 m × 1.8 m × 4 m）、调节池（6.1 m × 2.7 m × 4.5 m）、出水池（5.7 m × 2 m × 4.5 m）和污泥储存池（5.7 m × 6.1 m × 4.5 m）。其他池塘则建造在地面上（长度×宽度×水深），约为5 m高，如初级沉淀池（5.7 m × 2 m × 4.5 m）、厌氧消化池（每个消化池为4 m × 2.7 m × 4.5 m）和SBR（6.1 m × 2.7 m × 4.5 m）。

废水处理系统的外观和带有人机界面（HMI）的PLC面板箱。生产废水池、初级沉淀池、消化池、调节池、SBR和污泥储存池的水力停留时间（HRT）分别为0.3、1.1、8.1、1.5、1.5和3.3天。

SBR由一台5马力的根风机运行，采用交替曝气过程，以确保节能曝气和增强处理过程中的氨去除效果。

猪场废水处理系统的自动控制模式

猪舍每天的清洁时间为09:00-11:00和14:00-16:30。每天的猪场废水量为48 m3/天，SBR的可用容积为74 m3（即6.1 m × 2.7 m × 4.5 m；长 × 宽 × 水深）。

每天的废水排放量为48 m3，由一个4英寸的聚氯乙烯（PVC）电动阀门在15分钟内排出。因此，每天从调节池泵入同等体积的进水48 m3到SBR中。

整个猪场废水系统的过程由可编程逻辑控制器（PLC）和人机界面（HMI）控制，具体流程为：猪舍→原始废水池（水位控制用水泵）→固液分离器→初级沉淀池（溢流）→厌氧消化池#1（溢流）→厌氧消化池#2（溢流）→厌氧消化池#3（溢流）→厌氧消化池#4（溢流）→厌氧消化池#5（溢流）→厌氧消化池#6（溢流）→厌氧消化池#7（溢流）→厌氧消化池#8（溢流）→调节池（由PLC控制的水泵）→SBR→出水池→出水排放。