CN103723906B

CN103723906B - 禽畜粪便深度脱水回收方法

Info

Publication number: CN103723906B
Application number: CN201310710646.4A
Authority: CN
Inventors: 袁兴中; 肖智华; 李辉; 蒋龙波; 吴志斌; 陈晓红; 曾光明
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103723906A

Abstract

本发明涉及禽畜粪便处理方法领域，具体是涉及到一种禽畜粪便深度脱水回收方法，步骤为将禽畜粪便的pH调节至2～4；向调节好pH的禽畜粪便中加入亚铁盐或铁盐，搅拌均匀，然后将双氧水加入上述禽畜粪便中，并搅拌50～180min；向上述处理后的禽畜粪便中加入固磷剂，调节pH值为8.5～10.5，并搅拌均匀；将上述处理后的禽畜粪便经压滤机压滤脱水，本发明速度快、周期短、固体回收率高、脱水程度高、能耗低、成本低。

Description

禽畜粪便深度脱水回收方法

技术领域

本发明涉及禽畜粪便处理方法领域，具体是涉及到一种禽畜粪便深度脱水回收方法。

背景技术

2003年我国禽畜粪便产生量约为31.90亿吨，是当年工业产生固体废物(10亿吨)的3.2倍，而且禽畜粪便产生量正逐年提高。禽畜粪便总量大的同时，禽畜养殖业的集约化程度不断提高，2009年，生猪、奶牛和蛋鸡的规模化程度分别达到了61%、42%、79%，这使得禽畜粪便与环境之间的矛盾逐渐凸显，禽畜粪便对水体、土壤和大气环境产生的不利影响倍受关注。

禽畜粪便的含水率很高，新鲜猪粪的含水量高达70-85%，新鲜牛粪含水率为80-90%，新鲜鸡粪含水率约为75-90%，水冲粪的含水率为95-98%，水泡粪的含水率为90-95%。中国要求颗粒性生物有机肥含水率不大于15%。堆肥最优的初始含水率是50-65%。用作燃烧的禽畜粪便要求含水率不超过20%。由上可知，降低含水率是禽畜粪便资源化利用的关键。

禽畜粪便是由未消化的饲料养分、体内代谢产物、消化道粘膜、分泌物、肠道微生物及其分解产物等共同组成。这些物质使得禽畜粪便的水分以难去除的吸附水、毛细管水为主，容易去除的重力水比例少。如何破坏禽畜粪便内的蓄水结构,将不易去除的吸附水、毛细管水转为易去除的重力水是降低禽畜粪便含水率的重点。

芬顿试剂（Fenton）是利用H₂O₂与Fe²⁺的联合作用，在Fe²⁺的催化作用下，使H₂O₂的氧化能力迅速反映出来，故Fenton氧化法具有过氧化氢分解速度快，氧化速率高，操作简单，容易实现等优点。

在国内外，禽畜粪便脱水采用的方法主要有高温快速干燥、生物脱水和机械脱水。与加热脱水方式和生物脱水相比，机械挤压的能量消耗相对较低，周期短。因此，机械脱水被广泛应用于脱水。现有技术中，流行的禽畜粪便固液分离机虽然在固液分离后固体部分含水率均低于60%，但固液分离机的固体回收率不高(均低于30%)，且总氮、总磷回收率更低。这会造成资源的浪费，大大增加后期污水处理费用，加重对环境的影响。

通过对比絮凝剂、表面活性剂和酸对禽畜粪便进行处理，发现絮凝法只能够提高脱水速率，而表面活性剂和酸化能够提高脱水程度。加入絮凝剂脱水后，禽畜粪便的含水率还是很高。

近年来，国内也有一些专利报道了禽畜粪便脱水的方法，例如：

1、《一种对畜禽粪便进行生物脱水的堆肥方法》(申请号：201010104194.1)的专利中将猪粪在添加生物发酵菌剂的情况下将畜禽粪便平摊后添加蝇蛆进行发酵处理，使得猪粪中的含水率下降到能够堆肥处理的程度。该方法周期长，要7-12天才能完成脱水。因此基础建设投资大，占用场地也大，不适宜大规模工业化生产。

2、《固液分离一专性生物菌好氧堆肥无害化资源化生态化综合利用畜禽废弃物》(申请号：200610020734.1)的专利中通过固液分离技术将含湿量较高的畜禽粪便进行固液分离，从而降低其含湿量，固液分离机配有0.3、0.5、0.75、1.0mm等不同型号网孔的筛网。该方法筛孔大则固体回收率低；筛孔小则固体回收率高，但筛孔容易堵塞。相对滤布来说，该固液分离机的筛网非常大，导致畜禽粪便的固体回收率非常低，皆低于30%。这不利于固体的后期资源化利用，也会大大加重污水处理的难度。

3、《一种粪便无害化资源化处理方法》（申请号：201210251613.3）的专利中用泵送粪液至絮凝反应罐内，加入高分子絮凝药剂进行絮凝反应，絮凝后的粪液在脱水机内经螺旋挤压分离出细小固体物和胶体颗粒成分的粪渣，滤液进入集聚鳌合处理。该方法加入絮凝剂后脱水只能够提高脱水速率而不能提高脱水程度，故脱水后的畜禽粪便的含水率还是很高，高含水量的粪便不利于后期资源化利用。

4、《一种禽粪处理方法》（申请号：201010233989.2）的专利中将禽粪置于500-650℃的高温下烘干，能将含水率为80%左右的禽粪烘干至20%左右的水分。采用高温烘干的方式干燥畜禽粪便往往能耗很高，由此导致的成本很高，因而难以推广开来。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种速度快、周期短、固体回收率高、脱水程度高、能耗低、成本低的禽畜粪便深度脱水回收方法。

本发明禽畜粪便深度脱水回收方法，步骤是，

a.将禽畜粪便的pH调节至2～4；

b.向调节好pH的禽畜粪便中加入亚铁盐或铁盐，搅拌均匀，然后将双氧水加入上述禽畜粪便中，并搅拌50～180min；

c.向上述处理后的禽畜粪便中加入固磷剂，调节pH值为8.5～10.5，并搅拌均匀，所述固磷剂为生石灰、熟石灰、氯化钙、硫酸镁或氯化镁中的一种或多种；

d.将上述处理后的禽畜粪便经压滤机压滤脱水。

本发明中，所述固磷剂的加入量优选为每千克禽畜粪便干重投加10～40g固磷剂。禽畜粪便干重是指通过用含水量换算出来的假设水分蒸发后的重量。

所述亚铁盐或铁盐的加入量为每千克禽畜粪便干重投加0.1～0.4mol亚铁离子或铁离子。

所述双氧水的加入量为每千克禽畜粪便干重投加1.0～1.6mol双氧水。

所述步骤a中，调节pH值的物质为硫酸、硝酸或盐酸中的一种或多种。

所述亚铁盐或铁盐为FeCl₂、FeS0₄、FeCl₃、Fe₂(S0₄)₃或[Fe₂(OH)_n(SO₄)_(3-n)/2]_m。

所述步骤d中压滤机采用的滤布的孔隙孔径范围为20～80μm。

所述步骤d中的压滤机是隔膜压滤机、板框压滤机或厢式压滤机。

所述禽畜粪便是通过以下方法一或方法二中的任意一种得到：

方法一：由水冲粪工艺、水泡粪工艺得到的禽畜粪便；

方法二：将干清粪工艺得到的禽畜粪便的含水率调节至90～92%后的禽畜粪便。

所述禽畜粪便为猪粪、牛粪、羊粪、兔粪、鸡粪、鸭粪、鹅粪、鸽粪、鹌鹑粪、火鸡粪中的一种或多种。

本发明的有益效果是，

1.本发明处理范围广，无论是水冲粪工艺、水泡粪工艺、干清粪工艺得到的禽畜粪便，还是猪粪、牛粪、羊粪、兔粪、鸡粪、鸭粪、鹅粪、鸽粪、鹌鹑粪、火鸡粪等都能够处理。

2.本发明采用Fenton试剂或类Fenton试剂氧化技术，将禽畜粪便中的难以脱去的毛细水和吸附水变成易去除的重力水，使得禽畜粪便脱水程度高，禽畜粪便含水率能达到50%以下。禽畜粪便的重量和体积大大减少，极大地降低了后续处理费用，并有利于禽畜粪便的后续处置。

3.本发明脱水后禽畜粪便的总氮回收率达80%以上，总磷回收率达90%以上。保留了大部分植物营养元素N、P，有利于后期的资源化利用，也防止造成水体富营养化。

4.本发明采用Fenton试剂或类Fenton试剂氧化技术，在处理的过程中不需要加热，能耗低、成本低。

5.本发明经处理后的禽畜粪便热值下降不到10％。固体回收率高达90%，脱水后的禽畜粪便非常适用于堆肥、干化、焚烧、生产生物质燃料。本发明处理后的滤液中的化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷含量少，其含量均低于《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）所规定的集约化禽畜养殖业水污染物最高允许日均排放浓度，不需要建立额外的污水处理设施，为处理禽畜粪便节约成本，脱水产生滤液无需处理即达到国家标准，可直接排放。

6.本发明操作简单，处理速度快，便于大规模化工业生产。

7.本发明采用装有孔隙孔径极小的滤布的压滤机压滤，经Fenton试剂或类Fenton试剂氧化处理后的禽畜粪便难以堵塞滤布。不仅压滤速度快，而且固体回收率高达90%。

具体实施方式

实施例1

一种禽畜粪便深度脱水回收方法，包括以下步骤：

a.用硫酸将经水冲粪法得到的猪粪的pH调节至4，该猪粪的含水率为97%。

b.按每千克猪粪干重投加0.4mol铁离子的比例向调节好pH值的猪粪内加入[Fe₂(OH)_n(SO₄)_(3-n)/2]_m（聚合硫酸铁），搅拌均匀，然后按每千克猪粪干重投加1.0mol双氧水的比例加入双氧水，快速搅拌50min。

c.向上述处理后的猪粪加入生石灰，每千克猪粪干重投加30g生石灰，调节猪粪的pH值为10.5，并搅拌均匀。

d.将加入生石灰后的猪粪经隔膜压滤机压滤脱水得到脱水后的猪粪，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为25μm左右。

本实施例中未处理的猪粪的毛细吸水时间239S，干基热值16.29MJ/kg。经实施例1的b步骤处理后得到的猪粪毛细吸水时间（CST）为9.7S，脱水后的猪粪含水率为47%，固体回收率93.5%，总氮回收率84.5%，总磷回收率95.1%，干基热值15.47MJ/kg。步骤d中压滤脱水后的滤液中化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷的含量见表1。

实施例2

一种禽畜粪便深度脱水回收方法，包括以下步骤：

a.将干清粪工艺得到的牛粪（初始含水率为85%）的含水率调节至92%后，用盐酸将调节好含水率的牛粪pH调节至3。

b.按每千克牛粪干重投加0.3mol亚铁离子的比例向调节好pH值的牛粪内加入FeCl₂，搅拌均匀，然后按每千克牛粪干重投加1.4mol双氧水的比例加入双氧水，快速搅拌100min。

c.向上述处理后的牛粪加入熟石灰，每千克牛粪干重投加10g熟石灰，调节牛粪的pH值为9.5，并搅拌均匀。

d.将加入熟石灰后的牛粪经隔膜压滤机压滤脱水得到脱水后的牛粪，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为70μm左右。

本实施例中未处理的牛粪的毛细吸水时间大于3000S（毛细吸水时间仪的量程是3000s），干基热值17.43MJ/kg。经实施例2的b步骤处理后得到的牛粪的毛细吸水时间为102S，脱水后的牛粪含水率为47%，固体回收率94.3%，总氮回收率80.5%，总磷回收率92.7%，干基热值16.83MJ/kg。步骤d中压滤脱水后的滤液中化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷的含量见表1。

实施例3

一种禽畜粪便深度脱水回收方法，包括以下步骤：

a.用硝酸将经水泡粪法得到的猪粪的pH调节至4，该猪粪的含水率为90%。

b.按每千克猪粪干重投加0.15mol亚铁离子的比例向调节好pH值的猪粪内加入FeS0₄，搅拌均匀，然后按每千克猪粪干重投加1.1mol双氧水的比例加入双氧水，快速搅拌60min。

c.向上述处理后的猪粪加入氯化钙，每千克猪粪干重投加40g氯化钙，调节猪粪的pH值为8.5，并搅拌均匀。

d.将加入氯化钙后的猪粪经厢式压滤机压滤脱水得到脱水后的猪粪，该隔厢式压滤机滤布孔隙孔径为60μm左右。

本实施例中未处理的猪粪的毛细吸水时间817S，干基热值16.47MJ/kg。经实施例3的b步骤处理后的猪粪毛细吸水时间为97S，脱水后的猪粪含水率为47%，固体回收率93.1%，总氮回收率81.4%，总磷回收率96.8%，干基热值15.95MJ/kg。步骤d中压滤脱水后的滤液中化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷的含量见表1。

实施例4

一种禽畜粪便深度脱水回收方法，包括以下步骤：

a.将干清粪工艺得到的猪粪（初始含水率为72%）的含水率调节至90%后，用硫酸将调节好含水率的猪粪pH调节至3。

b.按每千克猪粪干重投加0.2mol铁离子的比例向调节好pH值的猪粪内加入FeCl₃，搅拌均匀，然后按每千克猪粪干重投加1.6mol双氧水的比例加入双氧水，快速搅拌180min。

c.向上述处理后的猪粪加入硫酸镁，每千克猪粪干重投加35g硫酸镁，调节猪粪的pH值为9，并搅拌均匀。

d.将加入硫酸镁后的猪粪经隔膜压滤机压滤脱水得到脱水后的猪粪，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为55μm左右。

本实施例中未处理的猪粪的毛细吸水时间大于3000S，干基热值15.89MJ/kg。经实施例4的b步骤处理后的猪粪毛细吸水时间为95S，脱水后的猪粪含水率48%，固体回收率93.8%，总氮回收率82.7%，总磷回收率95.3%，干基热值15.31MJ/kg。步骤d中压滤脱水后的滤液中化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷的含量见表1。

实施例5

一种禽畜粪便深度脱水回收方法，包括以下步骤：

a.用硫酸将经水冲粪法得到的羊粪的pH调节至2，该羊粪的含水率为95%。

b.按每千克羊粪干重投加0.3mol铁离子的比例向调节好pH值的羊粪内加入Fe₂(S0₄)₃，搅拌均匀，然后按每千克羊粪干重投加1.3mol双氧水的比例加入双氧水，快速搅拌70min。

c.向上述处理后的羊粪加入氯化镁，每千克羊粪干重投加15g氯化镁，调节羊粪的pH值为10，并搅拌均匀。

d.将加入氯化镁后的羊粪经隔膜压滤机压滤脱水得到脱水后的羊粪，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为40μm左右。

本实施例中未处理的羊粪的毛细吸水时间为395.3S，干基热值14.36MJ/kg。经实施例5的b步骤处理后的羊粪毛细吸水时间为68S，脱水后的羊粪含水率为47%，固体回收率92.1%，总氮回收率80.9%，总磷回收率93.2%，干基热值13.65MJ/kg。步骤d中压滤脱水后的滤液中化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷的含量见表1。

实施例6

一种禽畜粪便深度脱水回收方法，包括以下步骤：

a.将干清粪工艺得到的鸡粪（初始含水率为81%）的含水率调节至91%后，用盐酸将调节好含水率的鸡粪pH调节至4。

b.按每千克鸡粪干重投加0.15mol铁离子的比例向调节好pH值的鸡粪内加入[Fe₂(OH)_n(SO₄)_(3-n)/2]_m，搅拌均匀，然后按每千克鸡粪干重投加1.5mol双氧水的比例加入双氧水，快速搅拌170min。

c.向上述处理后的鸡粪加入固磷剂（固磷剂由氯化钙、硫酸镁、氯化镁按质量比1:1:1组成），每千克鸡粪干重投加25g固磷剂，调节鸡粪的pH值为8.5，并搅拌均匀。

d.将加入固磷剂后的鸡粪经板框压滤机压滤脱水得到脱水后的鸡粪，该板框压滤机滤布孔隙孔径为70μm左右。

本实施例中未处理的鸡粪的毛细吸水时间大于3000S（量程3000s），干基热值为13.49MJ/kg。经实施例6的b步骤处理后的鸡粪毛细吸水时间为85.2S。脱水后的鸡粪含水率48%，固体回收率94.5%，总氮回收率82.4%，总磷回收率96.1%，干基热值为12.87MJ/kg。步骤d中压滤脱水后的滤液中化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷的含量见表1。

实施例7

一种禽畜粪便深度脱水回收方法，包括以下步骤：

a.用硝酸将经水冲粪法得到的鸭粪的pH调节至3，该鸭粪的含水率为95%。

b.按每千克鸭粪干重投加0.25mol亚铁离子的比例向调节好pH值的羊粪内加入FeS0₄，搅拌均匀，然后按每千克鸭粪干重投加1.3mol双氧水的比例加入双氧水，快速搅拌100min。

c.向上述处理后的鸭粪加入固磷剂（固磷剂由熟石灰和氯化钙按质量比1:5组成），每千克鸭粪干重投加20g固磷剂，调节鸭粪的pH值为10，并搅拌均匀。

d.将加入固磷剂后的鸭粪经隔膜压滤机压滤脱水得到脱水后的鸭粪，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为30μm左右。

本实施例中的未处理的鸭粪的毛细吸水时间为362.8S，干基热值为11.16MJ/kg。经实施例7的b步骤处理后的鸭粪毛细吸水时间61S，脱水后的鸭粪含水率45%，固体回收率94.5%，总氮回收率82.1%，总磷回收率92.7%，干基热值10.59MJ/kg。步骤d中压滤脱水后的滤液中化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷的含量见表1。

实施例8

一种禽畜粪便深度脱水回收方法，包括以下步骤：

a.将干清粪工艺得到的鹅粪（初始含水率为75%）的含水率调节至90%后，用硫酸将调节好含水率的鹅粪pH调节至3。

b.按每千克鹅粪干重投加0.35mol铁离子的比例向调节好pH值的鹅粪内加入FeCl₃，搅拌均匀，然后按每千克鹅粪干重投加1.1mol双氧水的比例加入双氧水，快速搅拌160min。

c.向上述处理后的鹅粪加入固磷剂（固磷剂由氯化镁、硫酸镁按质量比1:3组成），每千克鹅粪干重投加30g固磷剂，调节鹅粪的pH值为9，并搅拌均匀。

d.将加入固磷剂后的鹅粪经隔膜压滤机压滤脱水得到脱水后的鹅粪，该隔膜压滤机滤布孔隙孔径为40μm左右。

本实施例中的未处理的鹅粪的毛细吸水时间大于3000S，干基热值12.53MJ/kg。经实施例8的b步骤处理后的鹅粪毛细吸水时间为103S，脱水后的鹅粪含水率48%，固体回收率92.3%，总氮回收率85.8%，总磷回收率96.5%，干基热值11.94MJ/kg。步骤d中压滤脱水后的滤液中的化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷含量见表1。

本发明的毛细吸水时间采用305型SSVI污泥毛细吸水时间测试仪测定；干基热值采取氧弹燃烧法测定；固体回收率是指脱水后禽畜粪便干重与初始的禽畜粪便的干重的比值，实际上就是有多少禽畜粪便没有随滤液流走。

实施例1-8滤液中的化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷含量这些指标的含量均低于《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）所规定的集约化禽畜养殖业水污染物最高允许日均排放浓度。不需要建立额外的污水处理设施，为处理禽畜粪便节约成本，脱水产生滤液无需处理即达到国家标准，就可直接排放。

表1滤液中化学需氧量、悬浮物、氨氮、总磷的含量

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，步骤为，

a.将禽畜粪便的pH调节至2～4；

d.将上述处理后的禽畜粪便经压滤机压滤脱水。

2.如权利要求1所述的禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，所述固磷剂的加入量为每千克禽畜粪便干重投加10～40g固磷剂。

3.如权利要求1或2所述的禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，所述亚铁盐或铁盐的加入量为每千克禽畜粪便干重投加0.1～0.4mol亚铁离子或铁离子。

4.如权利要求1或2所述的禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，所述双氧水的加入量为每千克禽畜粪便干重投加1.0～1.6mol双氧水。

5.如权利要求1或2所述的禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，所述步骤a中，调节pH值的物质为硫酸、硝酸或盐酸中的一种或多种。

6.如权利要求1或2所述的禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，所述亚铁盐或铁盐为FeCl₂、FeS0₄、FeCl₃、Fe₂(S0₄)₃或聚合硫酸铁。

7.如权利要求1或2所述的禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，所述步骤d中压滤机采用的滤布的孔隙孔径范围为20～80μm。

8.如权利要求1或2所述的禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，所述步骤d中的压滤机是隔膜压滤机、板框压滤机或厢式压滤机。

9.如权利要求1或2所述的禽畜粪便深度脱水回收方法，其特征是，所述禽畜粪便是通过以下方法一或方法二中的任意一种得到：

方法一：由水冲粪工艺、水泡粪工艺得到的禽畜粪便；

方法二：将干清粪工艺得到的禽畜粪便的含水率调节至90～92％后的禽畜粪便。