一種規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法
2023-07-02 20:25:26 1
專利名稱：一種規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法
技術領域：
本發明屬於可再生能源開發利用與環境保護領域，具體來說涉及一種規模化畜禽養殖場糞便汙水厭氧消化、沼氣利用、沼液制肥、沼渣與秸稈等混合好氧堆肥的資源化利用方法。
背景技術：
隨著畜禽養殖業的快速發展，規模化、集約化型畜禽養殖場不斷增加，養殖產生的糞便排放量劇增。畜禽糞便中含有豐富的氮、磷、鉀和有機質，也含有很多揮發性物質、病原微生物、寄生蟲卵及重金屬等，若未經處理而直接施用於農田，會給生態環境和人畜健康帶來負效應。針對此問題，世界各國均採用不同的處理方法對畜禽廢棄物進行綜合利用處理。 在日本，針對畜禽糞尿主要採用乾燥處理、堆肥化處理、厭氧消化處理及固液分離後對廢水的處理四種方法。乾燥處理容易受到氣象條件的影響，且設施佔地面積較大。目前日本利用較多的是燃燒和厭氧消化回收畜禽糞汙的沼氣能源。在養殖業發達的美國，奶牛糞汙的常規處理方法是好氧堆積較長時間後還田(半年以上)，約有90%的養殖場採用這種還田方法處理畜禽廢棄物。歐洲則以綜合處理畜禽糞汙為主，通過工業化模式生產沼氣、有機肥和飼料添加劑等產品。畜禽糞便製取有機肥是我國農村普遍採取的形式。我國秦嶺、淮河以北地區，因為降雨量較少，多採用堆肥的方法，慪肥在南方則較為普遍。但對於規模化畜禽養殖場來說， 90%以上尚沒有糞汙處理工程設施。在採用工程設施處理糞汙的養殖場中，為取得較好的經濟效益，大多數以能源與綜合利用為主要目的，即興建相應的沼氣工程，產生沼氣、沼渣、沼液等產品。沼氣是一種混合氣體，主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)。甲烷佔60% 70%，二氧化碳佔30% 40%，還有少量氫、一氧化碳、硫化氫、氧和氮等氣體。沼氣可淨化後作為燃氣或發電後進行能源利用。沼渣是沼氣發酵後經固液分離所得的半固體物質，含有豐富的有機質、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、鉀和微量元素等，沼渣中的主要養分含量為3(Γ50%的有機質、1(Γ20%的腐殖酸、0. 8 2. 0%的全氮、0. Π. 2%的全磷、0. 6 2. 0%的全鉀，是一種優質肥料和養殖餌料。沼液則是沼氣發酵後經固液分離所得的液體，其總固體含量約小於1%。沼液中含有作物生長所需的多種營養元素，據測定，沼液中全氮含量為0. 0629Γ0. 11%，銨態氮為 20(T600mg/kg，速效磷2(T90 mg/kg，速效鉀40(Tll00 mg/kg，是很好的有機肥料。在沼氣工程實際應用中，未有連續產生沼氣且對糞便物料固含量高效減量的方法，存在沼氣產量的減少影響後續淨化和發電系統，所產生的沼渣沼液量過大，附近的土地容量無法有效吸納等問題，成為沼氣工程綜合利用過程中有效利用的障礙。厭氧消化後的沼渣沼液經固液分離後，每產生It含水量為60%的沼渣，就會產生約19t的沼液。對於小型
3畜禽養殖場，沼渣沼液可用做農田肥料，但對於大規模的畜禽養殖場，厭氧消化所得的大量沼渣沼液用於肥料面臨土地利用不夠或無法消納的問題，是一個迫切需要解決的問題。若將沼渣沼液加工成高效有機肥出售，不僅解決了土地利用限制的問題，同時具有很好的經濟效益。由於在沼氣發酵過程中所產氣體的主要成分為CH4和CO2，其他營養成分如氮、磷、 鉀及各種礦質均為損失，因此經過厭氧消化後的沼渣C/N較低，若能補充一定的碳源提高 C/N，則可形成理想的好氧堆肥條件。農田作物秸稈是一種理想的碳源補充物。我國農村每年約生產7X108t左右的農作物秸稈，作物秸稈含有豐富的有機質、氮磷鉀和微量元素成分，是我國重要的有機肥源之一。但在目前的利用中，除少量秸稈被作為牲畜飼料、農家肥和農村燃料外，大多數秸稈被堆放或直接焚燒，不但生物質資源浪費，而且造成了嚴重的環境汙染問題。本發明以畜禽糞便汙水為原料，通過厭氧消化回收清潔能源，沼液用於生產高附加值的生物有機複合肥，沼渣則與農田作物秸稈等成分混合進行好氧堆肥，進行了一系列資源化利用，提供了一種規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化利用的新方法。同常規方法相比，該工藝除可產生清潔能源沼氣，獲得高效生物有機複合肥外，還可克服厭氧消化產生的大量沼渣沼液無法有效利用的現實困境，將秸稈引入混合好氧堆肥也進一步降低了秸稈焚燒對環境產生的危害，具有良好的經濟效益和環境效益。
發明內容
本發明的目的在於針對規模化畜禽養殖場產生的糞便汙水進行綜合有效處理。 包括厭氧消化產生沼氣能源並進行回收利用，對厭氧消化過程中產生的沼液製取生物有機複合肥，產生的沼渣、部分沼液和農田作物秸稈及部分糞便進行混合好氧堆肥。本發明提供了一種規模化畜禽養殖場大量糞便汙水及農田作物秸稈資源化綜合利用的新方法。本發明技術方案是一種規模化畜禽養殖場糞便汙水與秸稈資源化綜合利用方法，步驟如下
(1)厭氧消化將畜禽糞便汙水調節固含量至59TlO%，加入厭氧消化接種物進行厭氧消化產沼氣，消化溫度35°C 40°C，消化周期2(T30d。(2)沼氣能源利用將步驟(1)所得沼氣淨化後作為燃氣或發電後進行能源利用。(3)固液分離將步驟(1)所得沼渣沼液進行固液分離，得到沼液及含水率約60% 的沼渣。(4)沼液用於製取生物有機複合肥、沼渣與部分沼液和秸稈及部分糞便混合進行好氧堆肥；
(5)混合好氧堆肥將步驟(3)所得部分沼液與粉碎的秸稈混合，調節含水率至 50^60% ；將步驟(3)所得沼渣與處理過的秸稈、部分糞便混合，調節含水率至5(T60%，C/N調至25 35後，進行好氧堆肥，定期進行通風或人工翻堆。好氧堆肥周期約為25 35d，所有比例均為質量比。(6)生物強化在步驟(1)中加入微生物菌劑進行生物強化。微生物菌劑可由厭氧消化過程關鍵功能菌種復配而成微生物菌劑由厭氧消化過程中水解階段的纖維素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌，產氫產乙酸階段的產氫產乙酸菌，產甲烷階段的甲烷菌等關鍵功能菌種復配而成。本發明的有益效果
(1)本發明提供了一套規模化畜禽養殖場糞便汙水及農田秸稈資源化綜合利用新方法。(2)本發明的厭氧消化工藝可加入微生物菌劑進行生物強化，可提高產氣量，並縮短發酵周期，克服實際工程中沼氣產量不足的問題。(3)本發明中的厭氧消化工藝可以提取沼氣能源，沼氣淨化後可作為燃氣或發電， 可緩解了目前能源燃料不足的問題。(4)部分沼液用於調節後續好氧堆肥中秸稈的含水率，以利於好氧堆肥的順利進行；剩餘沼液用於製取生物有機複合肥，以高效、高附加值商品肥進入市場銷售。(5)厭氧消化產生的沼渣與處理過的秸稈、部分糞便混合後，進行了 C/N調節，更有益於形成良好的好氧堆肥條件。(6)本發明以畜禽糞便汙水為原料，通過厭氧消化回收清潔能源，沼液用於生產高附加值的生物有機複合肥，沼渣則與農田作物秸稈等成分混合進行好氧堆肥，進行了一系列資源化利用，提供了一種規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化利用的新方法。(7)同常規方法相比，該方法除可產生清潔能源沼氣，獲得高效生物有機複合肥外，還可克服厭氧消化產生的大量沼渣沼液無法有效利用的現實困境，將秸稈引入混合好氧堆肥也進一步降低了秸稈焚燒對環境產生的危害，具有良好的經濟效益和環境效益。總之，本發明以畜禽糞便汙水為原料，通過厭氧消化回收清潔能源，沼液用於生產高附加值的生物有機複合肥，沼渣則與農田作物秸稈等成分混合進行好氧堆肥，進行了一系列資源化利用，提供了一種規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化利用的方法。同常規方法相比，該方法除可產生清潔能源沼氣，獲得高效生物有機複合肥外，還可克服厭氧消化產生的大量沼渣沼液無法有效利用的現實困境，將秸稈引入混合好氧堆肥也進一步降低了秸稈焚燒對環境產生的危害，具有良好的經濟效益和環境效益。
圖1為畜禽糞便汙水與農田作物秸稈資源化利用方法示意圖。圖2為牛糞汙水與農田作物秸稈資源化利用方法示意圖。具體實施方法
以萬頭奶牛養殖場的沼氣工程為例，具體實施如下
(1)預處理收集牛糞及其衝洗水，以1:4的比例進入沉砂池除砂，經水解酸化池調節 pH至6. 8 7. 2之間。(2)厭氧消化經預處理的糞便汙水加入厭氧消化罐中，加入接種物(厭氧消化汙泥或正常運行的沼氣池中汙泥)進行接種，混合，接種物的加入量為發酵物乾重的109Γ30%， 調節反應器(厭氧消化罐)中總固含量TS負荷在59TlO%。反應溫度控制在35、0°C，消化過程中通過攪拌裝置對物料進行攪拌。(3)沼氣利用產生的沼氣由氣櫃收集，經脫水脫硫淨化後進行發電。(4)固液分離將厭氧消化所得沼渣液固液分離後得到沼液和沼渣。
(5)沼液將所得沼液部分用於後續好氧堆肥中調節秸稈的含水率，其餘用於製取生物有機複合肥，進入市場進行銷售。(6)混合好氧堆肥將秸稈粉碎至廣2cm長度，用沼液浸透，幹秸稈與沼液的比例一般為1:1.8，使秸稈的含水量達到50%飛0%，再將含水率為60%的沼渣、浸溼的秸稈及糞便汙水以1:1:0. 5的比例進行混合，調節含水率至50飛0%，加入0. 1%的腐熟劑進行好氧堆肥， 定期進行通風或人工翻堆。(7)生物強化在厭氧消化調試運行穩定後(一般三個月)，一次性排出10-20%的罐內物料，將復配的高效微生物菌劑按照罐內總質量1 士0. 05%接種量一次性投加入厭氧消化罐，並加入3. 3-6. 6%的新鮮物料，其後兩天每天加入3. 3-6. 6%的新鮮物料，不出料，使菌種富集，三天後開始正常進出料。
權利要求
1.一種規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法其特徵是步驟如下(1)厭氧消化將畜禽糞便汙水調節固含量至59TlO%，加入厭氧消化接種物進行厭氧消化產沼氣，消化溫度35°C 40°C，消化周期2(T30d ；(2)沼氣能源利用將步驟(1)所得沼氣淨化後作為燃氣或發電後進行能源利用；(3)固液分離將步驟(1)所得沼渣沼液進行固液分離，得到沼液及含水率約60%的沼渣；(4)沼液用於製取生物有機複合肥、沼渣與部分沼液和秸稈及部分糞便混合進行好氧堆肥；(5)混合好氧堆肥將步驟(3)所得部分沼液與粉碎的秸稈混合，混合物調節含水率至 50^60% ；將步驟(3)所得沼渣與處理過的秸稈、部分糞便混合，調節含水率至5(T60%，C/N調至25 35後，進行好氧堆肥，定期進行通風或人工翻堆；好氧堆肥周期約為25 35d，所有比例均為質量比。
2.根據權利要求1所述的規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法，其特徵在於進行生物強化在步驟(1)中加入微生物菌劑進行生物強化，微生物菌劑由厭氧消化過程中水解階段的纖維素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌，產氫產乙酸階段的產氫產乙酸菌，產甲烷階段的甲烷菌等關鍵功能菌種復配而成。
3.根據權利要求1或2所述的規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法，其特徵在於將沼渣、部分沼液和粉碎秸稈、部分糞便進行混合好氧堆肥；混合堆肥時，可定期進行機械通風或人工翻堆。
4.根據權利要求3所述的規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法，其特徵在於混合好氧堆肥所得沼渣與處理過的秸稈、部分糞便混合，調節含水率至5(T60%，C/N調至25 35後，進行好氧堆肥，定期進行通風或人工翻堆；沼渣、部分沼液和粉碎秸稈、部分糞便混合好氧堆肥周期為25 35d。
5.根據權利要求3或4所述的規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法，其特徵在於混合好氧堆肥將秸稈粉碎至廣2cm長度，用沼液浸透，幹秸稈與沼液的比例一般為1:1.8，使秸稈的含水量達到50%飛0%，再將含水率為60%的沼渣、浸溼的秸稈及糞便汙水以1:1:0. 5的比例進行混合，調節含水率至50飛0%，加入0. 1%的腐熟劑進行好氧堆肥，定期進行通風或人工翻堆。
6.根據權利要求1或2所述的規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法，其特徵在於厭氧消化時進行生物強化一次性排出10-20%的厭氧罐內物料，將復配的高效微生物菌劑每種按照罐內總質量1 士0. 05%接種量一次性投加入厭氧消化罐， 並加入3. 3-6. 6%的新鮮物料，其後兩天每天加入3. 3-6. 6%的新鮮物料，不出料，使菌種富集，三天後開始正常進出料。
7.根據權利要求6所述的規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法，其特徵在於混合好氧堆肥將秸稈粉碎至廣2cm長度，用沼液浸透，幹秸稈與沼液的比例一般為1:1.8，使秸稈的含水量達到50%飛0%，再將含水率為60%的沼渣、浸溼的秸稈及糞便汙水以1:1:0. 5的比例進行混合，調節含水率至50飛0%，加入0. 1%的腐熟劑進行好氧堆肥，定期進行通風或人工翻堆。
全文摘要
一種規模化畜禽養殖場糞便汙水和農田作物秸稈資源化綜合利用方法步驟是(1)厭氧消化將畜禽糞便汙水調節固含量至5%~10%，加入厭氧消化接種物進行厭氧消化產沼氣；(2)沼氣能源利用將步驟(1)所得沼氣淨化後作為燃氣或發電後進行能源利用；(3)固液分離將步驟(1)所得沼渣沼液進行固液分離，得到沼液及含水率約60%的沼渣；(4)沼液用於製取生物有機複合肥、沼渣與部分沼液和秸稈及部分糞便混合進行好氧堆肥；(5)混合好氧堆肥將步驟(3)所得部分沼液與粉碎的秸稈混合，混合物調節含水率至50~60%；進行好氧堆肥；本發明通過厭氧消化回收清潔能源，沼液用於生產高附加值的生物有機複合肥。
文檔編號C02F3/28GK102173507SQ20111000548
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月12日 優先權日2011年1月12日
發明者周楚新, 支銀芳, 薛利華 申請人:南京加德綠色能源研發有限公司