CN102173507A

CN102173507A - 一种规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法

Info

Publication number: CN102173507A
Application number: CN201110005485XA
Authority: CN
Inventors: 周楚新; 支银芳; 薛利华
Original assignee: NANJING CASCADE CLEAN ENERGY Inc
Current assignee: Cascade Clean Energy, Inc. Jiangsu
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: CN102173507B

Abstract

一种规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法：步骤是（1）厌氧消化：将畜禽粪便污水调节固含量至5%~10%，加入厌氧消化接种物进行厌氧消化产沼气；（2）沼气能源利用：将步骤（1）所得沼气净化后作为燃气或发电后进行能源利用；（3）固液分离：将步骤（1）所得沼渣沼液进行固液分离，得到沼液及含水率约60%的沼渣；（4）沼液用于制取生物有机复合肥、沼渣与部分沼液和秸秆及部分粪便混合进行好氧堆肥；（5）混合好氧堆肥：将步骤（3）所得部分沼液与粉碎的秸秆混合，混合物调节含水率至50~60%；进行好氧堆肥；本发明通过厌氧消化回收清洁能源，沼液用于生产高附加值的生物有机复合肥。

Description

一种规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法

技术领域

本发明属于可再生能源开发利用与环境保护领域，具体来说涉及一种规模化畜禽养殖场粪便污水厌氧消化、沼气利用、沼液制肥、沼渣与秸秆等混合好氧堆肥的资源化利用方法。

背景技术

随着畜禽养殖业的快速发展，规模化、集约化型畜禽养殖场不断增加，养殖产生的粪便排放量剧增。畜禽粪便中含有丰富的氮、磷、钾和有机质，也含有很多挥发性物质、病原微生物、寄生虫卵及重金属等，若未经处理而直接施用于农田，会给生态环境和人畜健康带来负效应。

针对此问题，世界各国均采用不同的处理方法对畜禽废弃物进行综合利用处理。在日本，针对畜禽粪尿主要采用干燥处理、堆肥化处理、厌氧消化处理及固液分离后对废水的处理四种方法。干燥处理容易受到气象条件的影响，且设施占地面积较大。目前日本利用较多的是燃烧和厌氧消化回收畜禽粪污的沼气能源。在养殖业发达的美国，奶牛粪污的常规处理方法是好氧堆积较长时间后还田（半年以上），约有90%的养殖场采用这种还田方法处理畜禽废弃物。欧洲则以综合处理畜禽粪污为主，通过工业化模式生产沼气、有机肥和饲料添加剂等产品。

畜禽粪便制取有机肥是我国农村普遍采取的形式。我国秦岭、淮河以北地区，因为降雨量较少，多采用堆肥的方法，沤肥在南方则较为普遍。但对于规模化畜禽养殖场来说，90%以上尚没有粪污处理工程设施。在采用工程设施处理粪污的养殖场中，为取得较好的经济效益，大多数以能源与综合利用为主要目的，即兴建相应的沼气工程，产生沼气、沼渣、沼液等产品。

沼气是一种混合气体，主要成分是甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)。甲烷占60％~70％，二氧化碳占30％~40％，还有少量氢、一氧化碳、硫化氢、氧和氮等气体。沼气可净化后作为燃气或发电后进行能源利用。

沼渣是沼气发酵后经固液分离所得的半固体物质，含有丰富的有机质、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、钾和微量元素等，沼渣中的主要养分含量为：30~50%的有机质、10~20%的腐殖酸、0.8~2.0%的全氮、0.4~1.2%的全磷、0.6~2.0%的全钾，是一种优质肥料和养殖饵料。

沼液则是沼气发酵后经固液分离所得的液体，其总固体含量约小于1%。沼液中含有作物生长所需的多种营养元素，据测定，沼液中全氮含量为0.062%~0.11%，铵态氮为200~600mg/kg，速效磷20~90 mg/kg，速效钾400~1100 mg/kg，是很好的有机肥料。

在沼气工程实际应用中，未有连续产生沼气且对粪便物料固含量高效减量的方法，存在沼气产量的减少影响后续净化和发电系统，所产生的沼渣沼液量过大，附近的土地容量无法有效吸纳等问题，成为沼气工程综合利用过程中有效利用的障碍。厌氧消化后的沼渣沼液经固液分离后，每产生1t含水量为60%的沼渣，就会产生约19t的沼液。对于小型畜禽养殖场，沼渣沼液可用做农田肥料，但对于大规模的畜禽养殖场，厌氧消化所得的大量沼渣沼液用于肥料面临土地利用不够或无法消纳的问题，是一个迫切需要解决的问题。若将沼渣沼液加工成高效有机肥出售，不仅解决了土地利用限制的问题，同时具有很好的经济效益。

由于在沼气发酵过程中所产气体的主要成分为CH₄和CO₂，其他营养成分如氮、磷、钾及各种矿质均为损失，因此经过厌氧消化后的沼渣C/N较低，若能补充一定的碳源提高C/N，则可形成理想的好氧堆肥条件。农田作物秸秆是一种理想的碳源补充物。我国农村每年约生产7×10⁸t左右的农作物秸秆，作物秸秆含有丰富的有机质、氮磷钾和微量元素成分，是我国重要的有机肥源之一。但在目前的利用中，除少量秸秆被作为牲畜饲料、农家肥和农村燃料外，大多数秸秆被堆放或直接焚烧，不但生物质资源浪费，而且造成了严重的环境污染问题。

本发明以畜禽粪便污水为原料，通过厌氧消化回收清洁能源，沼液用于生产高附加值的生物有机复合肥，沼渣则与农田作物秸秆等成分混合进行好氧堆肥，进行了一系列资源化利用，提供了一种规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化利用的新方法。同常规方法相比，该工艺除可产生清洁能源沼气，获得高效生物有机复合肥外，还可克服厌氧消化产生的大量沼渣沼液无法有效利用的现实困境，将秸秆引入混合好氧堆肥也进一步降低了秸秆焚烧对环境产生的危害，具有良好的经济效益和环境效益。

发明内容

本发明的目的在于：针对规模化畜禽养殖场产生的粪便污水进行综合有效处理。包括厌氧消化产生沼气能源并进行回收利用，对厌氧消化过程中产生的沼液制取生物有机复合肥，产生的沼渣、部分沼液和农田作物秸秆及部分粪便进行混合好氧堆肥。本发明提供了一种规模化畜禽养殖场大量粪便污水及农田作物秸秆资源化综合利用的新方法。

本发明技术方案是：一种规模化畜禽养殖场粪便污水与秸秆资源化综合利用方法，步骤如下：

（1）厌氧消化：将畜禽粪便污水调节固含量至5%~10%，加入厌氧消化接种物进行厌氧消化产沼气，消化温度35℃~40℃，消化周期20~30d。

（2）沼气能源利用：将步骤（1）所得沼气净化后作为燃气或发电后进行能源利用。

（3）固液分离：将步骤（1）所得沼渣沼液进行固液分离，得到沼液及含水率约60%的沼渣。

（4）沼液用于制取生物有机复合肥、沼渣与部分沼液和秸秆及部分粪便混合进行好氧堆肥；

（5）混合好氧堆肥：将步骤（3）所得部分沼液与粉碎的秸秆混合，调节含水率至50~60%；将步骤（3）所得沼渣与处理过的秸秆、部分粪便混合，调节含水率至50~60%，C/N调至25~35后，进行好氧堆肥，定期进行通风或人工翻堆。好氧堆肥周期约为25~35d，所有比例均为质量比。

（6）生物强化：在步骤（1）中加入微生物菌剂进行生物强化。微生物菌剂可由厌氧消化过程关键功能菌种复配而成：微生物菌剂由厌氧消化过程中水解阶段的纤维素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌，产氢产乙酸阶段的产氢产乙酸菌，产甲烷阶段的甲烷菌等关键功能菌种复配而成。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供了一套规模化畜禽养殖场粪便污水及农田秸秆资源化综合利用新方法。

（2）本发明的厌氧消化工艺可加入微生物菌剂进行生物强化，可提高产气量，并缩短发酵周期，克服实际工程中沼气产量不足的问题。

（3）本发明中的厌氧消化工艺可以提取沼气能源，沼气净化后可作为燃气或发电，可缓解了目前能源燃料不足的问题。

（4）部分沼液用于调节后续好氧堆肥中秸秆的含水率，以利于好氧堆肥的顺利进行；剩余沼液用于制取生物有机复合肥，以高效、高附加值商品肥进入市场销售。

（5）厌氧消化产生的沼渣与处理过的秸秆、部分粪便混合后，进行了C/N调节，更有益于形成良好的好氧堆肥条件。

（6）本发明以畜禽粪便污水为原料，通过厌氧消化回收清洁能源，沼液用于生产高附加值的生物有机复合肥，沼渣则与农田作物秸秆等成分混合进行好氧堆肥，进行了一系列资源化利用，提供了一种规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化利用的新方法。

（7）同常规方法相比，该方法除可产生清洁能源沼气，获得高效生物有机复合肥外，还可克服厌氧消化产生的大量沼渣沼液无法有效利用的现实困境，将秸秆引入混合好氧堆肥也进一步降低了秸秆焚烧对环境产生的危害，具有良好的经济效益和环境效益。

总之，本发明以畜禽粪便污水为原料，通过厌氧消化回收清洁能源，沼液用于生产高附加值的生物有机复合肥，沼渣则与农田作物秸秆等成分混合进行好氧堆肥，进行了一系列资源化利用，提供了一种规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化利用的方法。同常规方法相比，该方法除可产生清洁能源沼气，获得高效生物有机复合肥外，还可克服厌氧消化产生的大量沼渣沼液无法有效利用的现实困境，将秸秆引入混合好氧堆肥也进一步降低了秸秆焚烧对环境产生的危害，具有良好的经济效益和环境效益。

附图说明

图1为畜禽粪便污水与农田作物秸秆资源化利用方法示意图。

图2为牛粪污水与农田作物秸秆资源化利用方法示意图。

具体实施方法

以万头奶牛养殖场的沼气工程为例，具体实施如下：

（1）预处理：收集牛粪及其冲洗水，以1:4的比例进入沉砂池除砂，经水解酸化池调节pH至6.8~7.2之间。

（2）厌氧消化：经预处理的粪便污水加入厌氧消化罐中，加入接种物（厌氧消化污泥或正常运行的沼气池中污泥）进行接种，混合，接种物的加入量为发酵物干重的10%~30%，调节反应器（厌氧消化罐）中总固含量TS负荷在5%~10%。反应温度控制在35~40℃，消化过程中通过搅拌装置对物料进行搅拌。

（3）沼气利用：产生的沼气由气柜收集，经脱水脱硫净化后进行发电。

（4）固液分离：将厌氧消化所得沼渣液固液分离后得到沼液和沼渣。

（5）沼液：将所得沼液部分用于后续好氧堆肥中调节秸秆的含水率，其余用于制取生物有机复合肥，进入市场进行销售。

（6）混合好氧堆肥：将秸秆粉碎至1~2cm长度，用沼液浸透，干秸秆与沼液的比例一般为1:1.8，使秸秆的含水量达到50%~60%，再将含水率为60%的沼渣、浸湿的秸秆及粪便污水以1:1:0.5的比例进行混合，调节含水率至50~60%，加入0.1%的腐熟剂进行好氧堆肥，定期进行通风或人工翻堆。

（7）生物强化：在厌氧消化调试运行稳定后（一般三个月），一次性排出10-20%的罐内物料，将复配的高效微生物菌剂按照罐内总质量1±0.05%接种量一次性投加入厌氧消化罐，并加入3.3-6.6%的新鲜物料，其后两天每天加入3.3-6.6%的新鲜物料，不出料，使菌种富集，三天后开始正常进出料。

Claims

1.一种规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法：其特征是步骤如下：

（1）厌氧消化：将畜禽粪便污水调节固含量至5%~10%，加入厌氧消化接种物进行厌氧消化产沼气，消化温度35℃~40℃，消化周期20~30d；

（2）沼气能源利用：将步骤（1）所得沼气净化后作为燃气或发电后进行能源利用；

（3）固液分离：将步骤（1）所得沼渣沼液进行固液分离，得到沼液及含水率约60%的沼渣；

（5）混合好氧堆肥：将步骤（3）所得部分沼液与粉碎的秸秆混合，混合物调节含水率至50~60%；将步骤（3）所得沼渣与处理过的秸秆、部分粪便混合，调节含水率至50~60%，C/N调至25~35后，进行好氧堆肥，定期进行通风或人工翻堆；好氧堆肥周期约为25~35d，所有比例均为质量比。

2.根据权利要求1所述的规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法，其特征在于进行生物强化：在步骤（1）中加入微生物菌剂进行生物强化，微生物菌剂由厌氧消化过程中水解阶段的纤维素分解菌、碳水化合物分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌，产氢产乙酸阶段的产氢产乙酸菌，产甲烷阶段的甲烷菌等关键功能菌种复配而成。

3.根据权利要求1或2所述的规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法，其特征在于将沼渣、部分沼液和粉碎秸秆、部分粪便进行混合好氧堆肥；混合堆肥时，可定期进行机械通风或人工翻堆。

4.根据权利要求3所述的规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法，其特征在于混合好氧堆肥：所得沼渣与处理过的秸秆、部分粪便混合，调节含水率至50~60%，C/N调至25~35后，进行好氧堆肥，定期进行通风或人工翻堆；

沼渣、部分沼液和粉碎秸秆、部分粪便混合好氧堆肥周期为25~35d。

5.根据权利要求3或4所述的规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法，其特征在于混合好氧堆肥：将秸秆粉碎至1~2cm长度，用沼液浸透，干秸秆与沼液的比例一般为1:1.8，使秸秆的含水量达到50%~60%，再将含水率为60%的沼渣、浸湿的秸秆及粪便污水以1:1:0.5的比例进行混合，调节含水率至50~60%，加入0.1%的腐熟剂进行好氧堆肥，定期进行通风或人工翻堆。

6.根据权利要求1或2所述的规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法，其特征在于厌氧消化时进行生物强化：一次性排出10-20%的厌氧罐内物料，将复配的高效微生物菌剂每种按照罐内总质量1±0.05%接种量一次性投加入厌氧消化罐，并加入3.3-6.6%的新鲜物料，其后两天每天加入3.3-6.6%的新鲜物料，不出料，使菌种富集，三天后开始正常进出料。

7.根据权利要求6所述的规模化畜禽养殖场粪便污水和农田作物秸秆资源化综合利用方法，其特征在于混合好氧堆肥：将秸秆粉碎至1~2cm长度，用沼液浸透，干秸秆与沼液的比例一般为1:1.8，使秸秆的含水量达到50%~60%，再将含水率为60%的沼渣、浸湿的秸秆及粪便污水以1:1:0.5的比例进行混合，调节含水率至50~60%，加入0.1%的腐熟剂进行好氧堆肥，定期进行通风或人工翻堆。