一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法
阅读：375发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种秸秆和禽畜 粪便 的混合物资源化处理方法，包括如下步骤：一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：(1) 粉碎 秸秆：将秸秆粉碎成段；(2) 生物 料腐熟：将秸秆和禽畜粪便逐层堆积进行腐熟；(3)闪蒸 水 热处理 ：将腐熟好的秸秆与禽畜粪便混合物进行多级闪蒸水热处理至混合物完全 水解 ；(4)一级脱 水处理 ：将水解后的混合物进行固液分离；(5)制备沼气：将步骤(4)中滤液加入到厌 氧 罐中，进行 厌氧消化 反应得到沼气。本发明通过水热处理技术对秸秆和禽畜粪便的混合物进行水解，无需添加酸性或 碱 性水解液，不仅加快了水解的速度，缩短了资源化处理周期，提高了生产效率，而且减少了环境污染。，下面是一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法专利的具体信息内容。
1.一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)粉碎秸秆：将秸秆粉碎成段，备用；
(2)生物料腐熟：将步骤(1)粉碎后的秸秆和禽畜粪便逐层堆积进行腐熟，将腐熟完成的秸秆和禽畜粪便搅拌混合，备用；
(3)闪蒸水热处理：将步骤(2)中腐熟好的秸秆与禽畜粪便混合物进行多级闪蒸水热处理，直至混合物反应完全，备用；
(4)一级脱水处理：将步骤(3)水解后的混合物进行固液分离，并将分离得到的滤液，备用；
(5)制备沼气：将步骤(4)中得到滤液加入到厌氧罐中，并向厌氧罐中接入菌泥进行厌氧消化反应得到沼气。
2.根据权利要求1所述的秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，还包括(6)二级脱水处理：将步骤(5)中厌氧消化反应后的溶液进行二级脱水，分离得到的滤渣可用于制备生物有机肥。
3.根据权利要求2所述的秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(6)中分离得到的滤液可作为发酵液，用于步骤(2)的腐熟反应喷淋。
4.根据权利要求1所述的秸秆和禽畜粪便的混合资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(4)脱水得到的滤渣可用于造纸。
5.根据权利要求1所述的一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中粉碎后的秸秆长度为20～45mm。
6.根据权利要求1所述的秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述腐熟后的秸秆和禽畜粪便混合物的含固率为8～15％。
7.根据权利要求1所述的秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中闪蒸水热处理的温度为150～220℃，压力0.48～2.5Mpa，反应时间为30～60min。
8.根据权利要求7所述的秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中的闪蒸水热处理中采用的水热处理装置，包括至少两个相互串联的闪蒸反应器。
9.根据权利要求1所述的秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，所述秸秆与禽畜粪便混合的碳氮比为20:1～30:1。
一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法
技术领域
背景技术
[0002] 我国是农业大国，每年产生大量的生物质废物，主要包括农作物废物和养殖废物。农作物废物通常是以玉米、油菜、水稻、小麦等农业生产当中的秸杆为主，据统计，近年来我国秸秆的年均理论资源量超过8亿吨，可综合利用量约为5亿吨，但是由于缺乏有效的处理方法，每年一半以上的秸秆采用直接回填和焚烧，造成严重的环境污染。同时，我国养殖业也十分发达，各种畜禽排泄物含有大量有机质(例如：氮、磷等)，如果不经妥善处理而直接利用或排放，也会对环境生态造成严重破坏。因此，在当前全国狠抓环境整治，不断深化环境督察的情况下，如何有效处理生物质废物，不仅有利于提高环保质量，也有利于人民生活的服务保障。
[0003] 当前，环保企业已经提出了许多农作物废物和/或养殖废物的处理方法，利用这些方法在实际使用产生了较好环境和经济效益。比如：CN201821620340、CN201610850503、CN201811579152等专利所述的生物质的资源化处理方法及装置。此外，我公司根据已授权专利CN109020113A，研制生产的多级闪蒸的污泥连续水热处理装置对城市固体废弃处理具有很好的效果，实际也完全能够用于环保领域的农作物废物和养殖废物的生物质水解处理。
[0004] 在农业生物质废弃物中，秸秆和禽畜粪便均属于含纤维量高，生物降解周期较长的废物。目前针对此类废物的资源化处理处置技术产品普通存在资源化处理周期较长、效率不高，或处理处置不彻底、资源化产品单一等问题。比如单独进行水解提取纤维造纸，或进行厌氧产沼气回收能源，但一般需要20天以上的处理周期。此外，这类技术在物料预处理时，基本上都要添加酸性或碱性水解液，这些酸性或碱性水解液也会对环境造成较大的破坏。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于；针对现有技术的缺点和不足，提出一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，采用高温高压对秸秆和禽畜粪便的混合物进行热水解，并利用回收的发酵液对该混合物进行喷淋发酵腐熟，同时将难水解的纤维回收作为纸浆原料，降解后的沼渣作为有机肥原料，并快速回收沼气能源，实现CO2减排，缩短了资源化处理周期，减少了药剂投加，提高了生产效率，大大减少了环境污染。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008] (1)粉碎秸秆：将秸秆粉碎成段，备用；
[0009] (2)生物料腐熟：将步骤(1)粉碎后的秸秆和禽畜粪便逐层堆积进行腐熟，将腐熟完成的秸秆和禽畜粪便搅拌混合，备用；
[0010] (3)闪蒸水热处理：将步骤(2)中腐熟好的秸秆与禽畜粪便混合物进行多级闪蒸水热处理，直至混合物完全水解，备用；
[0013] 禽畜粪便与秸秆混合进行发酵是一种常见的生物废料的应用，常规技术中多会添加酸或碱将其进行水解再利用，其降解液可能会对周围环境造成污染。本申请通过对混合物进行进行多级闪蒸水热处理，不添加酸性或碱性水解液，可以有效的避免酸性或碱性水解液后对环境的污染。水热处理可以加快混合物当中有机物的水解速度，提高了后续厌氧过程的有机物转化率，极大地缩短停留时间，实现高效快速产气。本方法进行资源化处理的一个生产周期不超过10天，最短的7天左右，因此比同类型资源化处理效率更高。
[0014] 进一步的，所述步骤(6)中分离得到的滤液可作为发酵液，用于步骤(2)的腐熟反应。
[0015] 秸秆和禽畜粪便混合物中含有大量有机物，经过水解和厌氧消化反应后的溶液中仍含有大量有机物，直接排放会造成环境污染。而厌氧消化反应需要微生物进行发酵，这些微生物是利用秸秆和禽畜粪便的水解有机溶液进行生长发酵，其生长条件与禽畜粪便和秸秆混合物的成分相似，在厌氧发酵过程中对菌种即实现了对菌种的筛选，发酵完成后的溶液可以再进行回收，再将回收的发酵液用于禽畜粪便和秸秆进行预混合时进行喷淋，用于对混合物进行初步腐熟，提高了腐熟效率。
[0016] 进一步的，所述步骤(4)脱水得到的滤渣可用于造纸。
[0017] 将禽畜粪便与秸秆混合一起发酵制备沼气和生物有机肥是对秸秆和禽畜粪便再利用的常规技术。通常碳氮比在20:1～30:1之间使微生物发酵产生沼气速度最快，而禽畜粪便的碳氮比为13～25左右，干稻草等秸秆的碳氮比大于50，所以通常将秸秆和禽畜粪便混合进行发酵。但是由于农作物秸秆通常是由木质素、纤维素、半纤维素、果胶和蜡质等化合物组成，其分解速度较慢，不仅产气周期较长，而且不易被土壤利用，同时还会造成沼气池的堵塞。
[0018] 由于采用上述技术方案，将禽畜粪便和秸秆混合物中的易降解的纤维等固相有机物溶解、大分子有机物水解成小分子有机物，将水热处理后的混合物固态进行分离，剩余的滤渣主要以秸秆中的纤维为主，可用作生产过程中产生的纤维浆料进行造纸或直接生成纸板等用途。同时减少了造纸过程中使用化学添加剂的使用和有机物的排放，进一步降低了对环境的污染。
[0019] 进一步的，其特征在于，还包括(6)二级脱水处理：将步骤(5)中厌氧消化反应后的溶液进行二级脱水，分离得到的滤渣可用于制备生物有机肥。
[0020] 进一步的，所述步骤(1)中粉碎后的秸秆长度为20～45mm。
[0021] 进一步的，所述步骤(2)中所述腐熟后的秸秆和禽畜粪便混合物的含固率为8～15％。
[0022] 如果含水量过低或过高，均不利于秸秆和禽畜粪便混合物进行充分水解，以及后续的厌氧消化反应，在反复生产实践中，我们确定其含固率较佳的范围为8～15％，其中以含固率为12％能产生更好的生产效果。
[0024] 在此条件下进行水热处理，秸秆和禽畜粪便水解速度最高，通常水解时间在30～50min即可。
[0026] 由于采用上述方案，可以提高将秸秆与禽畜粪便混合水解效率。
[0027] 进一步的，所述秸秆与禽畜粪便混合的碳氮比为25:1～30:1。
[0028] 有机物的碳氮比在此区间内，其产气速度最快。
[0029] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0030] 1、本发明通过水热处理技术在对秸秆和禽畜粪便的混合物进行水解，无需添加酸性或碱性水解液，减少了环境污染；同时提高了生产效率，将沼气发酵时间从20～30天缩短至6～8天(缩短了70％)。
[0031] 2、在禽畜粪便和秸秆混合物水解将秸秆中的氮磷钾等有机物分解出来，将后的混合物固态进行分离，剩余的滤渣主要以秸秆中的纤维为主，可用作生产过程中产生的纤维浆料进行造纸或直接生成纸板等用途。同时减少了造纸过程中使用化学添加剂的使用和有机物的排放，进一步降低了对环境的污染。
[0032] 3、厌氧发酵制备沼气后的溶液虽然含有大量有机物，同时其中含有大量微生物，本发明通过将该溶液回收用于对该混合物进行喷淋发酵腐熟，加快了腐熟速度同时进一步降低了有机物对环境的污染。
[0034] 图1为一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化处理方法的流程图；
[0035] 图2是一种秸秆和禽畜粪便的混合物资源化系统的示意图。
[0036] 附图标记：
[0037] 1-粉碎机，2-预混罐，3-水热闪蒸装置，4-脱水机A，5-厌氧罐，6-脱水机B，7-有机肥生产装置。
具体实施方式
[0038] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0039] 实施例1
[0040] 本实施例以牛粪和小麦秸杆作为原料进行应用。
[0041] 如图1所示，一种秸秆和牛粪的混合物资源化处理方法，包括如下步骤：
[0042] (1)将300kg小麦秸杆(含固率90％)在粉碎机1中粉碎为20～45mm左右的段；
[0043] (2)将步骤(1)中的秸秆段和200kg牛粪(含固率20％)一层秸秆段一层牛粪的一层一层层积进行腐熟，然后将腐熟后的牛粪与秸秆运输到预混罐2中，将其混合在一起；
[0044] (3)将预混罐2中的秸秆与牛粪的混合物运输到水热闪蒸装置3中进行处理，在温度为200℃、压力为2.0Mpa的条件下，进行三级水解反应，反应时间控制在50min左右；
[0045] (4)一级脱水：将经高温高压热水解的混合物冷却之后进行在脱水机A4处进行一级脱水，脱水方式为离心机进行脱水，并收集滤液备用，将分离出来的滤渣进行干燥处理，作为造纸的原材料可以打包送造纸厂进行工业造纸；
[0046] (5)将步骤(4)分离出的脱水滤液输送至厌氧罐5，向厌氧罐内加入滤液质量的30％的沼气池底泥，然后在32±2℃温度下进行厌氧消化反应，反应时间8d，反应生成甲烷为主的沼气；
[0047] (6)二级脱水：将厌氧发酵后厌氧罐5内的剩余的溶液，通过脱水机B6进行二级脱水处理，脱水机B6可以采用板框脱水机进行脱水，脱水得到的滤液中含有大量微生物，可以用于下次生产中步骤(2)腐熟的发酵液进行发酵，滤渣再运送至有机肥生产装置7加工生产为生物有机肥应用。
[0048] 本实施例300kg秸秆和200kg牛粪可以生产沼气约108m3，产生造纸干纤维170kg，有机肥140kg。
[0049] 本实施例牛粪厌氧产气率由200～300Nm3/tTS提高到250～350Nm3/tTS，小麦秸杆厌氧产气率由300～320Nm3/tTS提高到330～350Nm3/tTS。
[0050] 实施例2
[0051] 本实施例以鸡粪和水稻秸秆作为原料进行应用。
[0052] 一种秸秆和牛粪的混合物资源化处理方法，包括如下步骤：
[0053] (1)将350kg水稻秸杆(含固率90％)粉碎为20～45mm左右的段；
[0054] (2)将步骤(1)中的秸秆段和150kg鸡粪(含固率30％)一层秸秆段一层鸡粪的一层一层层积进行腐熟，然后将腐熟后的鸡粪与秸秆混合在一起；
[0055] (3)将步骤(2)中的秸秆与鸡粪的混合物进行水热处理，将混合后的鸡粪与秸秆送入高温高压水解系统中的水热反应器和闪蒸反应器，进行三级水热闪蒸的水解反应，该水解过程设定的水解温度为150℃、压力为2.5Mpa，水解时间控制在40min左右；
[0056] (4)一级脱水：将经高温高压水解的混合物冷却之后进行脱水，脱水方式为离心机进行脱水，并收集滤液备用，将分离出来的滤渣进行干燥处理，作为造纸的原材料可以打包送造纸厂进行工业造纸；
[0058] (6)二级脱水：将步骤(5)反应后剩余的溶液进行脱水处理，可以采用板框脱水机进行脱水，脱水得到的滤液中含有大量微生物，可以用于下次生产中步骤(2)腐熟的发酵液进行发酵，滤渣可以回收生产为生物有机肥应用。
[0059] 本实施例350kg水稻秸秆和150kg鸡粪可以生产生产沼气超过118m3，产生造纸干纤维189kg，有机肥118kg。
[0060] 本实施例鸡粪厌氧产气率由320～360Nm3/tTS提高到350～380Nm3/tTS，水稻秸杆厌氧产气率由300～310Nm3/tTS提高到310～320Nm3/tTS。
[0061] 实施例3
[0062] 本实施例以猪粪和玉米芯作为原料进行应用。
[0063] 一种玉米芯和猪粪的混合物资源化处理方法，包括如下步骤：
[0064] (1)将425kg玉米芯(含固率80％)粉碎为20～25mm左右颗粒；
[0065] (2)将步骤(1)中的玉米芯段和75kg猪粪(含固率20％)一层玉米芯段一层猪粪的一层一层层积进行腐熟，然后将腐熟后的猪粪与玉米芯混合在一起；
[0066] (3)将步骤(2)中的玉米芯与猪粪的混合物进行水热处理，将混合后的猪粪与玉米芯送入高温高压水解系统中的水热反应器和闪蒸反应器，进行三级水热闪蒸的水解反应，该水解过程设定的水解温度为220℃、压力为0.48Mpa，水解时间控制在60min左右；
[0067] (4)一级脱水：将经高温高压水解的混合物冷却之后进行脱水，脱水方式为离心机进行脱水，并收集滤液备用，将分离出来的滤渣进行干燥处理，作为造纸的原材料可以打包送造纸厂进行工业造纸；
[0068] (5)将步骤(4)分离出的脱水滤液输送至厌氧罐进行厌氧消化反应，向厌氧罐内加入滤液质量的35％的啤酒厂厌氧污泥，温度控制在32±2℃，反应为6d，反应生成甲烷为主的沼气；
[0069] (6)二级脱水：将步骤(5)反应后剩余的溶液进行脱水处理，可以采用板框脱水机进行脱水，脱水得到的滤液中含有大量微生物，可以用于下次生产中步骤(2)腐熟的发酵液进行发酵，滤渣生产为生物有机肥应用。
[0070] 本实施例425kg玉米芯和75kg猪粪可以生产生产沼气超过125m3，产生造纸干纤维206kg，有机肥99kg。
[0071] 本实施例猪粪厌氧产气率由200～300Nm3/tTS提高到250～350Nm3/tTS，玉米芯厌氧产气率由300～350Nm3/tTS提高到330～360Nm3/tTS；比常规停留时间缩短了70％以上。
[0072] 实施例4
[0074] 一种秸秆和牛粪的混合物资源化处理方法，包括如下步骤：
[0075] (1)将300kg小麦秸杆(含固率90％)在粉碎机1中粉碎为20～45mm左右的段；
[0076] (2)将步骤(1)中的秸秆段和200kg牛粪(含固率20％)一层秸秆段一层牛粪的一层一层层积进行腐熟，在每层牛粪和秸秆的表面均匀喷淋实施例1中步骤(6)得到的滤液，滤液喷淋的量为牛粪质量的一半；然后将腐熟后的牛粪与秸秆运输到预混罐2中，将其混合在一起；
[0077] (3)将预混罐2中的秸秆与牛粪的混合物运输到水热闪蒸装置3中进行处理，在温度为200℃、压力为2.0Mpa的条件下，进行三级水解反应，反应时间控制在50min左右；
[0078] (4)一级脱水：将经高温高压热水解的混合物冷却之后进行在脱水机A4处进行一级脱水，脱水方式为离心机进行脱水，并收集滤液备用，将分离出来的滤渣进行干燥处理，作为造纸的原材料可以打包送造纸厂进行工业造纸；
[0079] (5)将步骤(4)分离出的脱水滤液输送至厌氧罐5向厌氧罐内加入滤液质量的30％的沼气池底泥，然后在32±2℃温度下进行厌氧消化反应，反应时间6d，反应生成甲烷为主的沼气；
[0080] (6)二级脱水：将厌氧发酵后厌氧罐5内的剩余的溶液，通过脱水机B6进行二级脱水处理，脱水机B6可以采用板框脱水机进行脱水，脱水得到的滤液中含有大量微生物，可以用于下次生产中步骤(2)腐熟的发酵液进行发酵，滤渣再运送至有机肥生产装置7加工生产为生物有机肥应用。
[0081] 本实施例300kg秸秆和200kg牛粪可以生产沼气超过115m3，产生造纸干纤维162kg，有机肥138kg。
[0082] 本实施例牛粪厌氧产气率由200～300Nm3/tTS提高到300～360Nm3/tTS，小麦秸杆厌氧产气率由300～320Nm3/tTS提高到330～360Nm3/tTS。
[0083] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，皆应属于本发明的保护范围。
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