一种黑膜沼气池、养殖废水处理系统及处理方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112573650 A(43)申请公布日 2021.03.30

(21)申请号 202011315239.X(22)申请日 2020.11.20

(71)申请人 中信建设有限责任公司

地址 100027 北京市朝阳区东三环北路丙2

号天元港中心B座27层

申请人 山水环境科技股份有限公司(72)发明人 申献江　郝彤遥　史和平　赵飞翔　

李艳　(74)专利代理机构 北京五洲洋和知识产权代理

事务所(普通合伙) 11387

代理人 荣红颖　刘春成(51)Int.Cl.

C02F 3/28(2006.01)C02F 103/20(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图2页

CN 112573650 A(54)发明名称

养殖废水处理系统及处理一种黑膜沼气池、

方法

(57)摘要

本发明提供了一种黑膜沼气池、养殖废水处理系统及处理方法，该黑膜沼气池包括坑基础、土工布、下层黑膜、上层黑膜、导气通道和导气管；其中，下层黑膜铺设于土工布上面；上层黑膜铺设于下层黑膜上，上、下层黑膜边缘固定后在二者之间形成封闭空间，用于容纳发酵物；导气通道悬浮于待发酵物中，用于起支撑作用并使沼气扩散至导气管；导气管设置于坑基础上沿四周，用于向外排放沼气池内生成的沼气。该养殖废水处理系统包括固液分离单元和厌氧反应单元；厌氧反应单元包括上述黑膜沼气池；本发明的黑膜沼气池无混凝土，解决了混凝土沼气池因温度变化而产生收缩、胀裂引起的渗水、漏水、漏气等问题；养殖废水处理系统能耗低、处理量大、安全系数高。

CN 112573650 A

权　利　要　求　书

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1.一种黑膜沼气池，其特征在于，所述黑膜沼气池包括坑基础、土工布、下层黑膜、上层黑膜、导气通道和导气管；其中，

所述土工布铺设于所述坑基础底面和坑基础壁上；所述下层黑膜铺设于所述土工布上面；所述上层黑膜铺设于所述下层黑膜上，所述上层黑膜和所述下层黑膜边缘被固定在一起，所述上层黑膜和所述下层黑膜之间形成封闭空间，用于容纳待发酵物；

所述导气通道，悬浮于所述待发酵物中，用于起支撑作用，并通过其周围空间使沼气池内生成的沼气扩散至导气管；

所述导气管，设置于坑基础上沿四周且位于所述封闭空间内，用于向外排放沼气池内生成的沼气。

2.根据权利要求1所述的黑膜沼气池，其特征在于，所述导气通道为多个，优选地，相邻所述导气通道的间距为20～30米；优选地，所述导气通道主要由多块轻质材料形成；再优选地，所述多块轻质材料为泡沫材料。

3.根据权利要求2所述的黑膜沼气池，其特征在于，所述导气通道包括泡沫材料和由膜材料制成的套筒，其中所述套筒中填充有所述泡沫材料；所述膜材料为不透气材料。

4.根据权利要求2或3所述的黑膜沼气池，其特征在于，所述黑膜沼气池还包括盲管，所述盲管一端设置于坑基础底部且位于土工布的下方，另一端沿坑基础通向坑基础外部，用于消除地下水对下层黑膜的影响。

5.根据权利要求1所述的黑膜沼气池，其特征在于，所述导气管为PVC管，优选地，所述导气管每隔3米有10mm～30mm的孔洞。

6.根据权利要求1所述的黑膜沼气池，其特征在于，所述上层黑膜和所述下层黑膜的边缘由坑基础外围设置的锚固沟固定在一起；优选地，所述锚固沟为凹型锚固沟。

7.根据权利要求6所述的黑膜沼气池，其特征在于，所述黑膜的材料为HDPE材质；优选地，所述黑膜的厚度为1.5mm～2mm。

8.一种养殖废水处理系统，其特征在于，所述系统包括：固液分离单元、厌氧反应单元；其中，所述厌氧反应单元包括如权利要求1‑7任一项所述的黑膜沼气池；

所述固液分离单元用于将养殖粪污进行固液分离，得到固相污染物和液相废水；所述厌氧反应单元与所述固液分离单元的液相废水出口连接，用于将所述固液分离单元中得到的液相废水进行厌氧发酵，得到液态肥。

9.一种养殖废水处理方法，其特征在于，采用如权利要求8所述的养殖废水处理系统，所述方法包括：

固液分离步骤：用于对养殖粪污进行固液分离得到固相污染物和液相废水；厌氧处理步骤：用于对固液分离后的液相废水进行厌氧发酵反应获得液态肥；其中，所述厌氧发酵反应在黑膜沼气池中进行。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述厌氧反应在常温条件下反应40‑60天。

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一种黑膜沼气池、养殖废水处理系统及处理方法

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技术领域

[0001]本发明涉及废水处理环保技术领域，具体涉及一种黑膜沼气池、包含黑膜沼气池的养殖废水处理系统及处理方法。

背景技术

[0002]目前，我国畜禽粪污年产量约38亿吨，由此带来大量养殖废水，但如果处理不好，会给环境和居民生活带来严重负面影响。根据清粪方式(即水冲粪、水泡粪和干清粪)的不同，养殖废水的水质特点也有所不同。其中，干清粪具有氨氮(NH4+‑N)浓度高和碳氮比(C/N)低的特点，而水冲粪和水泡粪废水的有机物浓度较高，一般需先经过厌氧工艺去除部分有机物，由此形成的水冲粪/水泡粪厌氧消化液也具有高氨氮低C/N比特点。过低的C/N比给这

由于有机碳源的不足，采用传统的硝化反硝化工艺对类养殖废水的处理带来很大的挑战，

其处理，很难实现经济有效的生物脱氮。外加有机碳源的工程措施，虽然可以满足反硝化对C/N值的需求并保障生物脱氮的进行，但无疑增加了污水处理成本。[0003]目前，常见的处理养殖废水的沼气池有混凝土沼气池和钢构设备(UASB、CSTR、ABR等)。一般来说，常规沼气池可以解决养殖废水的处理问题，但是存在运行成本高、运行不稳定、安全性差等缺点。其中，混凝土沼气池因温度变化会产生收缩、胀裂，从而引起渗水、漏水、漏气等问题。地面式钢构处理设备存在钢板易腐蚀、设备易损坏和运行费用高等问题。[0004]因此，提供一种高效、低成本的养殖废水处理系统是十分必要的。发明内容

[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种黑膜沼气池、包含黑膜沼气池的养殖废水处理系统及处理方法，该沼气池能够高效地进行养殖废水处理，成本低；该养殖废水处理系统，能耗低、处理量大、产生的液态肥可以作农业底肥和追肥、安全系数高。[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：[0007]一种黑膜沼气池，包括坑基础、土工布、下层黑膜、上层黑膜、导气通道和导气管；其中，

[0008]所述土工布铺设于所述坑基础底面和坑基础壁上；[0009]所述下层黑膜铺设于所述土工布上面；[0010]所述上层黑膜铺设于所述下层黑膜上，所述上层黑膜和所述下层黑膜边缘被固定在一起，所述上层黑膜和所述下层黑膜之间形成封闭空间，用于容纳待发酵物；[0011]所述导气通道，悬浮于所述待发酵物中，用于起支撑作用，并通过其周围空间使沼气池内生成的沼气扩散至导气管，避免膜内沼气局部聚集，降低了生产过程中的爆炸风险；[0012]所述导气管，设置于坑基础上沿四周且位于所述封闭空间内，用于向外排放沼气池内生成的沼气。

[0013]在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述导气通道为多个；优选地，相邻所述导气通道间距为20～30米。

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在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述导气通道由多块轻质材料形

成；优选地，所述多块轻质材料为泡沫材料。[0015]在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述导气通道包括泡沫材料和由膜材料制成的套筒，其中所述泡沫材料填充在所述套筒中；所述膜材料为不透气材料。[0016]在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述黑膜沼气池还包括盲管，所述盲管一端设置于坑基础底部且位于土工布的下方，另一端沿坑基础通向坑基础外部，用于消除地下水对下层黑膜的影响。[0017]在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述导气管为PVC管，优选地，所述导气管每隔3米有10mm～30mm的孔洞。[0018]在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述上层黑膜和所述下层黑膜的边缘由坑基础外围设置的锚固沟固定在一起；优选地，所述锚固沟为凹型锚固沟。[0019]在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述黑膜的材料为HDPE材质；优选地，所述黑膜的厚度为1.5mm～2mm。[0020]在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述黑膜沼气池还包括进水口、排泥管道和排水管道；其中，

[0021]所述进水口位于池壁上方，用于导入固液分离后的液体；[0022]所述排泥管道与排泥泵相连，用于将在所述黑膜沼气池中的沉积的污泥通过所述排泥泵排出沼气池；

[0023]所述排水管道与排水泵相连，用于将沼气池内生产的液态肥通过所述排水泵排出沼气池。

[0024]在上述黑膜沼气池中，作为一种优选实施方式，所述排水泵和所述排泥泵前方分别设置有真空罐，用于增加排水和排泥的吸程，节省投资、运行效果更好。[0025]本发明还提供一种养殖废水处理系统，该养殖废水处理系统，能耗低、处理量大、产生的液态肥可以作农业底肥和追肥、安全系数高。[0026]一种养殖废水处理系统，包括：固液分离单元、厌氧反应单元；其中，所述厌氧反应单元包括上述黑膜沼气池；

[0027]所述固液分离单元用于将养殖粪污进行固液分离，得到固相污染物和液相废水；所述厌氧反应单元与所述固液分离单元的液相废水出口连接，用于将所述固液分离单元中得到的液相废水进行厌氧发酵，得到液态肥。

[0028]本发明还提供了一种采用上述养殖废水处理系统进行养殖废水处理的方法，采用如下技术方案：

[0029]一种养殖废水处理方法，采用上述的养殖废水处理系统，所述方法包括：[0030]固液分离步骤：用于对养殖粪污进行固液分离得到固相污染物和液相废水；[0031]厌氧处理步骤：用于对固液分离后的液相废水进行厌氧发酵反应获得液态肥；其中，

[0032]所述厌氧发酵反应在黑膜沼气池中进行。[0033]上述方法中，作为一种优选实施方式，所述厌氧发酵反应在常温条件下反应40～60天。

[0034]与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

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(1)本发明中黑膜沼气池无混凝土，解决了混凝土沼气池因温度变化而产生收缩、

胀裂引起的渗水、漏水、漏气等问题。[0036](2)与地面式钢构处理设备相比，本发明中黑膜沼气池未采用地面式钢构处理设备，解决了钢板易腐蚀、设备易损坏和运行费用高等问题。[0037](3)本发明在黑膜沼气池设计了导气通道，避免厌氧产生的沼气局部聚集，造成鼓泡现象，避免发生爆炸。[0038](4)本发明在黑膜沼气池设计了用于排水的盲管，消除了地下水对膜池的影响。[0039](5)本发明提供的养殖废水处理系统能耗低、处理量大、产生的液态肥可以作农业底肥和追肥、安全系数高。[0040](6)采用本发明的养殖废水处理系统，处理后的养殖废水COD平均去除率为90.0％、NH4+‑N平均去除率为92.0％，TN平均去除率为85.0％。附图说明

[0041]为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图，也可对其中的某一部分进行调整后使用。

[0042]图1为本发明具体实施方式中的黑膜沼气池的结构示意图。其中，1为坑基础，2为土工布，3为下层黑膜，4为上层黑膜，5为导气通道，6为导气管，7为盲管。[0043]图2为本发明具体实施方式中的导气通道的结构示意图。其中，8为套筒，9为泡沫材料。

[0044]图3为本发明具体实施方式中的上下黑膜在黑膜沼气池中的安装固定方式示意图。其中，10为黑膜沼气池，11为锚固沟。

[0045]图4为本发明具体实施方式中的养殖废水处理系统的平面图。其中，12为进水口，13为排水管道，14为排水泵，15为真空罐，16为排泥管道，17为排泥泵，18为去往沼气净化系统。

具体实施方式

[0046]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0047]在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于

仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方附图所示的方位或位置关系，

位构造和操作，因此不能理解为对本发明的。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

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参见图1，本发明的具体实施方式提供了一种黑膜沼气池10，包括坑基础1、土工布

2、下层黑膜3、上层黑膜4、导气通道5和导气管6；其中，土工布2铺设于坑基础1底面和坑基础1壁上；下层黑膜3铺设于土工布2上面；上层黑膜4铺设于下层黑膜3上，上层黑膜4和下层黑膜3边缘被固定在一起，上层黑膜4和下层黑膜3之间形成封闭空间，用于容纳待发酵物；导气通道5悬浮于待发酵物中，用于起支撑作用，并通过其周围空间使沼气池内生成的沼气扩散至导气管6，避免膜内沼气局部聚集，降低了生产过程中的爆炸风险；导气管6设置于坑基础1上沿四周且位于封闭空间内，用于向外排放沼气池内生成的沼气。[0049]本发明中，在下层黑膜3和沼气池的坑基础1间铺设土工布2，用于防止有沙砾等尖锐物体破坏黑膜。

[0050]作为一种优选实施方式，导气通道5为多个。优选地，相邻导气通道5间距为20～30米。

[0051]作为一种优选实施方式，导气通道5主要由多块轻质材料形成；优选地，多块轻质材料为泡沫材料。

[0052]作为一种优选实施方式，导气通道5包括泡沫材料9和由膜材料制成的套筒8，其中，套筒8中填充有泡沫材料9，膜材料为不透气材料。图2显示了本发明具体实施方式中的导气通道5的结构。[0053]如图2所示，该导气通道5中，泡沫材料被HDPE膜包裹，由于HDPE膜是不透气材料，气体不会通过导气通道5的组成材料。在本发明中，导气通道5起到支撑的作用，形成一定空间，气体能够通过导气通道5的周围空间扩散到排气管道，保证膜内不会发生沼气的局部聚集；导气通道5的设置避免了厌氧初期产生的沼气局部聚集造成的鼓泡现象，从而避免发生爆炸。

[0054]本发明采用在膜材料焊接成的套筒中填充泡沫材料形成导气通道5，其原因在于，直接在膜材料中填充泡沫材料形成的导气通道5的重量相对较轻，水流对导气通道5的位置会有产生一定影响，且废水具有一定的腐蚀性，会影响导气通道5的使用寿命。[0055]本发明中，上层黑膜4和导气通道5可随待发酵物排入以及待发酵物的发酵逐渐升高。在厌氧反应初期，沼气量较少时，上层黑膜4易与液面粘连，故在上层黑膜4、下层黑膜3间添加泡沫或轻质多孔塑料形成导气通道5，使沼气能及时排出。该导气通道5自由漂浮与沼气池内，由于水流相对缓慢，导气通道5的位置不会有大的漂移。随着进入黑膜沼气池10废水量的增加或沼气产生量的增加，该黑膜沼气池10的容积也不断增大，因而，本发明具体实施方式中提供的黑膜沼气池10能够贮存的沼气是常规沼气池的沼气储存量的10倍以上。[0056]作为一种优选实施方式，本发明提供的黑膜沼气池10还包括盲管7，该盲管7一端设置于坑基础1底部且位于土工布2的下方，另一端沿坑基础1通向坑基础1外部，用于消除地下水对下层黑膜3的影响。

[0057]作为一种优选实施方式，导气管6为PVC管，优选地，导气管6每隔3米有10mm～30mm

沼气通过气体扩散到导气管6外排处理。孔洞。本发明中，

[0058]作为一种优选实施方式，上层黑膜4和下层黑膜3的边缘由坑基础1外围设置的锚固沟11固定在一起；优选地，该锚固沟11为凹型锚固沟。

[0059]图3显示了本发明具体实施方式中的上层黑膜4和下层黑膜3在黑膜沼气池10中的安装固定方式示意图。

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作为一种优选实施方式，本发明具体实施方式中，所述黑膜的材料为HDPE材质；优

选地，所述黑膜的厚度为1.5mm～2mm。[0061]在实际应用中，由于需要专业的焊接，可根据现场所需条件选择HDPE膜的不同的厚度。本发明中，所述黑膜是比较硬质的一种材料，不同于常见的塑料膜。所述黑膜具有吸热功能，能减少厌氧反应能耗。[0062]作为一种优选实施方式，所述黑膜沼气池10还包括进水口12、排泥管道16和排水管道13。如图4所示，所述进水口12位于池壁上方，用于导入固液分离后的液体，不需要添加额外的自来水。排泥管道16与排泥泵17相连，用于将在黑膜沼气池10中的沉积的污泥通过排泥泵17排出沼气池。排水管道13用于将沼气池内生产的液态肥通过排水泵14排出沼气池。

[0063]作为一种优选实施方式，排水泵14和排泥泵17前方分别设置了真空罐15，用于增加排水和排泥的吸程，节省投资、运行效果更好。[00]本发明中，在施工时，上层黑膜4和下层黑膜3是紧贴的，中间有进水口12，随着待发酵物的排入，上层黑膜4随液面逐渐升高，随着厌氧反应的进行，沼气量逐渐增多，上层黑膜4最终呈蒙古包形状。

[0065]本发明具体实施方式还提供一种养殖废水处理系统，该养殖废水处理系统，能耗低、处理量大、产生的液态肥可以作农业底肥和追肥、安全系数高。[0066]一种养殖废水处理系统，包括：固液分离单元、厌氧反应单元；其中，所述厌氧反应单元包括上述黑膜沼气池10；

[0067]所述固液分离单元用于将养殖粪污进行固液分离，得到固相污染物和液相废水；所述厌氧反应单元与所述固液分离单元的液相废水出口连接，用于将所述固液分离单元中得到的液相废水进行厌氧发酵，得到液态肥。[0068]作为一种优选实施方式，所述系统还包括好氧堆肥单元，所述好氧堆肥单元用于将固液分离单元中得到的固相污染物进行好氧堆肥，生产有机肥。

[0069]本发明具体实施方式还提供了一种利用上述养殖废水处理系统进行养殖废水处理的方法，采用如下技术方案：[0070]一种养殖废水处理方法，采用上述的养殖废水处理系统，所述方法包括：[0071]固液分离步骤：用于对养殖粪污进行固液分离得到固相污染物和液相废水；[0072]厌氧处理步骤：用于对固液分离后的液相废水进行厌氧发酵反应获得液态肥；其中，所述厌氧发酵反应在黑膜沼气池10中进行。[0073]作为一种优选实施方式，所述厌氧发酵反应在常温条件下反应40～60天；所述液态肥可作为农业的底肥或追肥。[0074]实施例1

[0075]本实施例提供的一种养殖废水处理系统，包括：固液分离系统、好氧堆肥系统、厌

如图1所示，该黑膜沼气池10包括坑基氧反应系统。其中，该厌氧反应系统包括黑膜沼气池。

础1、土工布2、下层黑膜3、上层黑膜4、盲管7、导气通道5和导气管6。其中，盲管7的一端设置于坑基础1底部且位于土工布2的下方，另一端沿坑基础1通向坑基础1外部，用于消除地下水对沼气池下层黑膜3的影响。[0076]如图1所示，黑膜沼气池10的坑底基础尺寸为：82m*116m*5m(宽*长*高)，坡度为1:

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2，在坑基础1上铺设一层土工布2，然后将下层黑膜3铺设在土工布2上，将尺寸为300mm*300mm*3000mm的泡沫材料9填充在用HDPE膜材料长焊接成的密封套筒8中，形成82米长的导气通道5(如图2所示)，将导气通道5平铺在下层黑膜3上，每两个导气通道5之间间隔20米；在坑基础1四周铺设导气管6；上层黑膜4铺设在导气通道5的上方，且，上层黑膜4和下层黑膜3由坑基础1外围的锚固沟11固定(如图3所示)，形成一个封闭的厌氧发酵空间。其中，黑膜的材料为HDPE。

[0077]根据生产情况，如图4所示，废水通过压力管道由进水口12排入黑膜沼气池池10，由于上层黑膜4和下层黑膜3紧贴，形成密闭无氧环境，依靠黑膜吸收的太阳能热量，废水进行厌氧发酵，生产沼气，沼气经沼气净化系统18净化后可发电或燃烧排放，沼液可根据设计，半年或一年排放一次用于农灌。[0078]排入废水后不需要任何操作，自动运行。[0079]当在厌氧反应初期沼气量较少时，上层黑膜4易与液面粘连，而在上层黑膜4和下层黑膜3间添加的泡沫材料或轻质多孔塑料形成的导气通道5，能够使沼气及时排出。[0080]随着进入沼气池废水量的增加，上层黑膜4随液面逐渐升高，且随着厌氧反应的进行，沼气量逐渐增多，上层黑膜4最终呈蒙古包形状。同时，导气通道5悬浮于废水中，随着厌氧反应的进行，避免厌氧产生的沼气局部聚集，造成鼓泡现象，避免发生爆炸。[0081]由于进入沼气池废水量的增加或沼气产生量的增加，该黑膜沼气池10的容积也不断增大，因而，黑膜沼气池10能够贮存的沼气是常规沼气池的沼气储存量的10倍以上。[0082]实施例2

[0083]本实施例提供的养殖废水处理方法，利用实施例1中提供的养殖废水处理系统，包括：

[0084]固液分离步骤：用于对养殖粪污进行固液分离得到固相污染物和液相废水；[0085]厌氧处理步骤：用于对固液分离后的液相废水进行厌氧发酵获得液态肥；其中，[0086]所述厌氧发酵反应在黑膜沼气池10中进行。具体内容如下：[0087]处理来自养猪场的养殖粪污，养殖粪污经过固液分离后，固相进行好氧堆肥，生产有机肥，液相进入黑膜沼气池进行厌氧发酵。进入黑膜的液相的平均水质为COD：52800mg/L，NH4+‑N：4800mg/L。

[0088]将20t/d经固液分离得到的液相养殖废水通入黑膜沼气池10，在常温条件下进行厌氧反应50天，处理后的养殖废水的水质为COD5280mg/L，NH4+‑N384mg/L；处理后的养殖废水COD平均去除率为90.0％、NH4+‑N平均去除率为92.0％，TN平均去除率为85.0％。该处理后的养殖废水直接通过管网进行农灌，作为液态肥使用，或作为农业的底肥或追肥。[00]分析可知，本发明在黑膜沼气池设计了导气通道，避免厌氧产生的沼气局部聚集，造成鼓泡现象，避免发生爆炸；在黑膜沼气池设计的排水盲管，消除了地下水对膜池的影响。本发明提供的养殖废水处理系统能耗低、处理量大、产生的液态肥可以作农业底肥和追肥、安全系数高。

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图3

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