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一种兼顾 能源化与 肥料化的畜禽粪便处置系统及方法

阅读：542发布：2024-02-13

专利汇可以提供一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置方法，包括以下步骤：粪便浆化液配置：粪便与水按比例进行混合，制成进料浓度为10％的粪便浆化液；粪便浆化液发酵预处理：将粪便浆化液进行临界水氧化反应，杀灭细菌打破细胞间隙，为深度脱水做好准备，反应后的浆液进行冷却降温；厌氧发酵：降温的浆液进行中温厌氧发酵反应，产生沼气；脱水干化：发酵完成浆液进行脱水干化，实现沼渣和沼液的分离。，下面是一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统，其特征在于，包括通过输送泵依次连接配制罐(1)、高温裂解反应罐(3)、降温罐(4)、厌氧发酵反应罐(5)；
高温裂解反应罐(3)连接氧气进气管；厌氧发酵反应罐(5)设有沼气出口与沼液出口，沼液出口通过输送泵接入固液分离装置(6)进口，固液分离装置(6)设有沼渣出口与沼液出口；固液分离装置(6)的沼液出口通过输送泵接入沼液罐(7)。
2.根据权利要求1所述一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统，其特征在于，还包括预热罐(2)，所述预热罐(2)、高温裂解反应罐(3)、降温罐(4)内安装有换热管道，预热罐(2)的换热管道与降温罐(4)内的换热管道通过输送泵形成闭环；高温裂解反应罐(3)的换热管道外界蒸汽设备。
3.根据权利要求1所述一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统，其特征在于，所述固液分离装置(6)的沼液出口通过输送泵接入沼液罐(7)；沼渣出口下方设有料斗；厌氧发酵反应罐(5)的沼气出口通过风机引入生物质炉膛。
4.根据权利要求3所述一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统，其特征在于，还包括集水罐，所述沼液罐(7)连接膜浓缩组件，膜浓缩组件设有浓缩液口与透过液口，透过液口通过输送泵接入集水箱。
5.根据权利要求1所述一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统，其特征在于，所述固液分离装置(6)为压滤机。
6.一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置方法，其特征在于，包括以下步骤：
粪便浆化液配置：粪便与水按比例进行混合，制成进料浓度为10％的粪便浆化液；
粪便浆化液发酵预处理：将粪便浆化液进行临界水氧化反应，杀灭细菌打破细胞间隙，为深度脱水做好准备，反应后的浆液进行冷却降温；
厌氧发酵：降温的浆液进行中温厌氧发酵反应，产生沼气；
脱水干化：发酵完成浆液进行脱水干化，实现沼渣和沼液的分离。
7.根据权利要求6所述一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置方法，其特征在于，还包括以下步骤：
沼气处理：产生的沼气送入供汽的生物质炉膛进行燃烧；
沼液处理：对分离后的沼液进行浓缩处理，获得的浓缩液用于生产叶面肥；所述粪便浆化液配置时用水为沼液处理时浓缩分离后的透过液；
沼渣处理：沼渣进行机械压缩脱水后与生物质炉膛燃烧排渣(富含钾的草木灰)进行混合掺制成有机肥。
8.根据权利要求6所述一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置方法，其特征在于，所述临界水氧化反应通常压力增加到0.5MPa，介质温度加热至140～160℃。
9.根据权利要求6所述一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置方法，其特征在于，对临界水氧化反应后的浆液进行余热回收实现浆液降温，利用回收余热在粪便浆化液进行临界水氧化反应前进行预升温，利用电站蒸汽作为热源进行加热；中温厌氧发酵所需的温度来自生物质电厂废热。
10.根据权利要求6所述一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置方法，其特征在于，所述中温厌氧发酵工艺采用中温发酵的全混式厌氧消化工艺进行发酵，厌氧发酵设计停留时间为10天，设置厌氧发酵池10台，每台容积为360m3，内设搅拌器以提高传质效率和破除浮渣。

说明书全文

一种兼顾能源化与 肥料化的畜禽粪便处置系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生物质电厂灰渣与畜禽粪便的联合处置生产有机肥的方法，尤其涉及一种通过临界水氧化粪便干燥并兼顾能源化、肥料化的粪便处理系统及方法。

背景技术

[0002] 随着经济社会的迅猛发展，畜禽养殖业的发展显著改善了居民生活，但同时也带来了严重的污染问题。主要表现在三个方面：(1)水体污染，大量的氮、磷等营养元素排入水体后，会造成严重的水体富营养化问题；(2)大气污染，禽畜粪便不仅含有NH3、H2S、胺等有害气体，还能在后续的反应中产生甲基硫醇、甲硫醚、二甲胺及多种低级脂肪酸等有恶臭的气体，影响居住环境，不利居民的健康。不仅如此，粪便堆放还会排放大量的温室气体CH4。(3)土地污染，堆粪场的粪水外渗可直接侵蚀农田，粪尿中大量氮、磷渗入地下，也会使地下水中硝态氮、硬度和细菌总数超标。

[0003] 截止2014年，中国的猪、牛及家禽出栏量分别达到7.15亿头、0.48亿头和119.04亿只，每年的畜禽粪便产出量超过38亿吨，排名世界第一。畜禽粪便作为环境的一个主要污染源，但目前处理的数量还很有限，只有20％的粪便污水进行不同程度的处理，其中采用沼气工程仅为10％，多为养牛场和养猪场，80％左右的养殖场则直接将粪水排出场外。因此，亟需构建一种规模化、资源化的粪便处置工艺。

[0004] 禽畜粪便的处理技术主要有两大类型：(1)能源化技术，包含通常的热化学处置技术如燃烧、热解、气化以及液化技术，也包含通过厌氧发酵过程将粪便中的有机物转化为甲烷和二氧化碳的沼气生产技术。(2)肥料化技术，通过好氧发酵、自然堆肥或者干燥处理等方式，杀灭有害细菌，实现对畜禽粪便中的有机物和氮、磷、钾等营养元素的肥料化利用。

[0005] 根据已有技术的特点进行分析，单纯的肥料化处置利用需要场地规模较大、处置周期较长，因此不能及时处理大量的畜禽粪便，而且生产过程中也不能完全控制刺激性气味排放，无法直接满足当前环境需求。而畜禽粪的直接热化学处置技术又受限于其高水分和高灰分等自身性质，热处置效率低下，工业生产的运维成本高。

发明内容

[0006] 针对上述两类技术在实际处置环节上的不足，提出一种临界水氧化粪便干燥的处理系统及工艺，并与生物质电厂灰渣进行协同处置，联合生产有机肥、叶面肥以及沼气的粪便资源化利用技术。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统，包括通过输送泵依次连接配制罐、高温裂解反应罐、降温罐、厌氧发酵反应罐；

[0008] 高温裂解反应罐连接氧气进气管；厌氧发酵反应罐设有沼气出口与沼液出口，沼液出口通过输送泵接入固液分离装置进口，固液分离装置设有沼渣出口与沼液出口。

[0009] 为了实现能源合理利用，还包括预热罐，所述预热罐、高温裂解反应罐、降温罐内安装有换热管道，预热罐的换热管道与降温罐内的换热管道通过输送泵形成闭环；高温裂解反应罐的换热管道外界蒸汽设备。

[0010] 进一步的进行产物处置，所述固液分离装置的沼液出口通过输送泵接入沼液罐；沼渣出口下方设有料斗；厌氧发酵反应罐的沼气出口通过风机引入生物质炉膛。

[0011] 为了实现能源合理利用，还包括集水罐，所述沼液罐连接膜浓缩组件，膜浓缩组件设有浓缩液口与透过液口，透过液口通过输送泵接入集水箱。

[0012] 优选的，所述固液分离装置为压滤机。

[0013] 进一步的，所述固液分离装置的沼液出口通过输送泵接入沼液罐；沼渣出口下方设有料斗；厌氧发酵反应罐的沼气出口通过风机引入生物质炉膛。

[0014] 进一步的，还包括安装于各罐体内的搅拌装置。

[0015] 一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置方法，包括以下步骤：

[0016] 粪便浆化液配置：粪便与水按比例进行混合，制成进料浓度为10％的粪便浆化液；

[0017] 粪便浆化液发酵预处理：将粪便浆化液进行临界水氧化反应，杀灭细菌打破细胞间隙，为深度脱水做好准备，反应后的浆液进行冷却降温；

[0018] 厌氧发酵：降温的浆液进行中温厌氧发酵反应，产生沼气；

[0019] 脱水干化：发酵完成浆液进行脱水干化，实现沼渣和沼液的分离。

[0020] 进一步的，还包括以下步骤：

[0021] 沼气处理：产生的沼气送入供汽的生物质炉膛进行燃烧；

[0022] 沼液处理：对分离后的沼液进行浓缩处理，获得的浓缩液用于生产叶面肥；所述粪便浆化液配置时用水为沼液处理时浓缩分离后的透过液；

[0023] 沼渣处理：沼渣进行机械压缩脱水后与生物质炉膛燃烧排渣(富含钾的草木灰)进行混合掺制成有机肥。

[0024] 优选的，所述临界水氧化反应通常压力增加到0.5MPa，介质温度加热至140～160℃。

[0025] 进一步的，为了实现能源合理利用，对临界水氧化反应后的浆液进行余热回收实现浆液降温，利用回收余热在粪便浆化液进行临界水氧化反应前进行预升温，利用电站蒸汽作为热源进行加热；中温厌氧发酵所需的温度来自生物质电厂废热。

[0026] 优选的，所述中温厌氧发酵工艺采用中温发酵的全混式厌氧消化工艺进行发酵，厌氧发酵设计停留时间为10天，设置厌氧发酵池10台，每台容积为360m3，内设搅拌器以提高传质效率和破除浮渣。

[0027] 本发明的有益效果：通过系统构建，在厌氧发酵前先进入高温裂解反应罐进行临界水化工艺，可以促进植物组织中木质素与纤维的分离，经过发酵后可以大大降低发酵后沼液中的COD浓度，为后续沼液的处理提供便利；同时，杀灭细菌、打破细胞间隙，为深度脱水做好准备，降低肥料化处置时间；由于已经具有的前序杀菌系统，发酵分离后沼液或其浓缩液可直接作为叶面肥，沼渣则可以在开放空间内自然干化后与生物质电厂的高含钾灰渣进行混合，配置成富含氮、磷、钾固态有机肥；即实现了能源化与肥料化。附图说明

[0028] 图1为本发明的工艺原理图。

[0029] 图2为本发明的系统框图。

具体实施方式

[0030] 如图1、2所示，一种兼顾能源化与肥料化的畜禽粪便处置系统，包括通过输送泵依次连接配制罐1、高温裂解反应罐3、降温罐4、厌氧发酵反应罐5；高温裂解反应罐3连接氧气进气管；厌氧发酵反应罐5设有沼气出口与沼液出口，沼液出口通过输送泵接入固液分离装置6进口，所述固液分离装置6为压滤机，压滤机设有沼渣出口与沼液出口，压滤机的沼液出口通过输送泵接入沼液罐7，沼渣出口下方设有料斗；厌氧发酵反应罐5的沼气出口通过风机引入生物质炉膛；

[0031] 还包括预热罐2，所述预热罐2、高温裂解反应罐3、降温罐4内安装有换热管道，预热罐2的换热管道与降温罐4内的换热管道通过输送泵形成闭环；高温裂解反应罐3的换热管道外界蒸汽设备。

[0032] 其处置工艺方法包括以下步骤：

[0033] 在配制罐1内粪便与水按比例进行混合，制成进料浓度为10％的粪便浆化液；

[0034] 将粪便浆化液泵入高温裂解反应罐3进行临界水氧化反应，经蒸汽换热管道维持高温，并通入氧气，通常压力增加到0.5MPa，介质温度加热至140～160℃，杀灭细菌打破细胞间隙，为深度脱水做好准备，反应后的浆液进行冷却降温；

[0035] 降温的浆液泵入厌氧发酵反应罐5进行中温厌氧发酵反应，厌氧发酵反应罐5掺混厌氧发酵菌种，产生沼气；可以在厌氧发酵反应罐5同理布置换热管道维持中温；

[0036] 发酵完成浆液泵入压滤机进行脱水干化，实现沼渣和沼液的分离；

[0037] 沼气处理：产生的沼气送入供汽的生物质炉膛进行燃烧，可提升炉膛燃烧效率；

[0038] 沼液处理：分离后的沼液由于已经杀菌可以用于生产叶面肥，也可以再经浓缩处理用于生产叶面肥，清水回用；

[0039] 沼渣处理：沼渣进行机械压缩脱水或晾干(相比现有方式水分含量低)与生物质炉膛燃烧排渣(富含钾的草木灰)进行混合掺制成有机肥；沼渣和无机肥、草木灰分别进入调速皮带秤按比例进行配料，配好的物料由输送设备送至搅拌机进行搅拌。混合后物料含水率≤33％，自然晾干至含水率≤30％。然后打包装袋销售。

[0040] 刚产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体，除含有气体燃料CH4和惰性气体CO2外，还含有H2S等气体。H2S不仅有毒，而且有很强的腐蚀性。每个中温厌氧发酵池平均每天产生约900m3沼气，十个发酵池每天共产生沼气9000m3，经沼气防爆防腐引风机输送到生物质电厂进行燃烧发电。沼气用于发电是生物质能转换为更高品位能源的一种表现方式，其资金回报率较高，属于国家积极提倡和扶持的项目。沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷含量一般为50％～65％，二氧化碳含量一般为45％～30％。此外，还有少量的氮气、硫化氢、一氧化碳等其它气体，沼气作为发电燃料是可行的。本系统不另外建设沼气发电系统，沼气利用依托生物质电厂进行，按照每天产沼气9000m3，1m3沼气发电1.7kW·h(沼气热值≥21.0MJ/Nm3)，预计每天发电量16200kW·h。

[0041] 综上，实现了能源化与肥料化的畜禽粪便处置。

[0042] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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