CN104710091B - 一种奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法，其具体步骤为：（1）将奶牛粪便收集在储粪池内进行搅拌、混合，实现固液均匀；（2）将粪便打入固液分离机进行固液分离；（3）固液分离所得的液体经固液分离机出水口排入调浆池中，所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口；（4）湿物料粉碎机将固体进行粉碎，粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中，然后加入自来水、地表水或者沼液，并开动调浆池搅拌机进行搅拌调节；（5）将调节好的物料经进料泵打入厌氧消化器进行厌氧发酵生产沼气。本发明解决了奶牛粪便厌氧发酵中可能造成进料设备及管道堵塞、厌氧消化时间长、原料利用率低、原料产气率低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种奶牛粪便厌氧发酵前的预处理工艺，属大中型沼气工程中的预处理技术。
背景技术
大中型沼气工程是解决农村能源供给的重要手段之一，而畜禽养殖场畜禽粪便大中型沼气工程占到全国大中型沼气工程总量的80%以上。由于奶牛粪便中含有未消化完全的粗饲料、精饲料等大颗粒、长纤维类杂质，直接进入厌氧消化器容易产生进料设备及管道、分布器、出料管道堵塞等问题，并在厌氧消化器内产生较多的浮渣和沉渣，大量浮渣漂浮在液体表面，不能和甲烷菌进行充分接触，导致产气率低且阻止了沼气的通过；并且沉渣造成厌氧消化器有效容积减少，混合十分困难。
虽然国内有采用先对畜禽粪尿进行固液分离，固体部分干燥或堆沤后作为有机肥，而液体部分进入厌氧消化器进行发酵产沼气的方法。但此法存在沼气产率低（大量的固体部分并未能进入厌氧消化器）、存在二次污染（分离出来的固体中存在大量的病原微生物）等问题，而且难以大面积推广。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法。
本发明采取的技术方案是：一种奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法，包括混合、输送、固液分离、粉碎和调浆，具体步骤如下：
（1）将每天产生的奶牛粪便收集在储粪池内，所述储粪池内安装有混合设备，其对粪便进行搅拌、混合，以实现粪便中的固液均匀；
（2）混合均匀后，采用SP双绞刀粉碎式潜污泵将粪便打入螺旋挤压式固液分离机进行固液分离；
（3）固液分离所得的液体经固液分离机出水口直接排入调浆池中，固液分离所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口；
（4）湿物料粉碎机将固体进行粉碎，粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中，然后向调浆池内加入自来水、地表水或者沼液，并开动调浆池搅拌机，调节物料的固体浓度在3%～10%范围内；
（5）将调节好的物料经进料泵打入厌氧消化器进行厌氧发酵生产沼气。
所述的规模奶牛养殖场所收集的奶牛粪便是粪便、尿液、冲洗水的混合物，其水分含量在90%～97%，总固体含量为3%～10%，呈泥浆状。通常奶牛粪便中粒径大于2mm的固体颗粒及长度大于5mm的纤维类固体的含量占总固体40%～60%。纤维类固体主要是未消化完全的干草、秸杆、青绿饲料、青贮饲料等粗饲料，固体颗粒主要是未消化完全的玉米、高梁、大麦、燕麦、稻谷等精饲料。
所述的储粪池和调浆池为地下式砖混或钢筋砼结构，湿物料粉碎机安装在调浆池池顶，固液分离机安装在粉碎机上部，以便固液分离所得的固体从分离机卸料口靠重力落入粉碎机进料口、粉碎后的固体从粉碎机出料口靠重力落入调浆池、固液分离所得的液体从分离机出水口靠重力自流进入调浆池。
所述的储粪池内的混合设备采用的是潜水搅拌机，潜水搅拌机又称潜水推进器，适用于污水处理厂的工艺流程中推进搅拌含有悬浮物的污水、稀泥浆、工业过程液体等，并创建水流，加强搅拌功能，防止污泥沉淀；其适用于奶牛粪便的潜水搅拌机的功率在8w～15w／m3物料，材质可选用碳钢也可选用不锈钢。
所述的SP双绞刀粉碎式潜污泵采用独有双重切割水力部件，在其切割式叶轮前加装切割旋转刀头，进水口部装固定刀，所述切割式叶轮、旋转刀头与固定刀均采用不锈钢硬质合金锻制而成；被输送介质中的杂质在进入叶轮流道前即被绞碎，该SP双绞刀粉碎式潜污泵能将污水中的各种麻袋、塑料编织袋、帆布手套、皮手套、棉线编织手套，以及日用塑料袋、布、卫生纸、卫生巾、棉纱一类的物体粉碎成絮状随污水一同排出，使用时不必设置昂贵的拦污和除污装置。
所述的螺旋挤压式固液分离机主要由主机、控制柜、 管道等组成，主机由机体、网筛、挤压绞龙、电机、减速机、配重、 卸料装置等部件组成；其工作过程如下：双绞刀粉碎式潜污泵将混合均匀的奶牛粪便泵入机体，电机经减速机带动绞龙转动，绞龙将粪水逐渐推向机体前方，同时不断提高前缘的压力，迫使物料中的水分挤出网筛，从出水口流出；随着粪便不断泵入机体和绞龙的连续挤压，机体中截留的固体越来越多，机体前缘的压力不断增大，当大到一定程度时，固体物料就将卸料口顶开，经卸料装置排出卸料口。为了掌握出料的速度与含水量，可以调节主机下方的配重块，以达到满意适当的出料状态；其中适用于奶牛粪便的螺旋挤压式固液分离机的机体箱体为铸铁铸造，绞龙主轴及螺旋叶片为304不锈钢，网筛为楔形304不锈钢条形网筛，网筛间隙在0.75mm～2mm。
所述的湿物料粉碎机是专业粉碎高湿度、多纤维物质的专业粉碎设备，多用于有机肥生产加工环节，用于粉碎牛粪、羊粪、鸡粪等半湿物料。物料由粉碎机上部进入粉碎机的粉碎室内，经粉碎室内高速旋转刀片的切割，将大颗粒、长纤维的物料粉碎机成细小的颗粒，然后经粉碎机出料口直接落入调浆池内。湿物料粉碎机没有设计筛网筛底，这样不会因湿料粉碎而堵塞，造成烧坏电机，影响生产。
本发明采用自来水、地表水或者沼液作为稀释剂，稀释后的物料的固体浓度优选范围是在3%～8%。
本发明的有益效果是解决了奶牛粪便直接厌氧发酵过程中存在的浮渣、沉渣、进料设备及管道堵塞、厌氧消化时间长、产气率低等问题；同时本发明的工艺流程易操作、设备少、原料利用率高，且易于实践应用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
某规模奶牛养殖场，每天产奶牛粪污800吨，水分含量在96%，总固体含量为4%，奶牛粪便中粒径大于1mm的固体颗粒及长度大于5mm的纤维类固体的含量占总固体60%。采用刮板机将粪便刮到污水管道中，然后经污水管道自流进入储粪池中。
奶牛粪污的比重为1，则储粪池的有效容积为V1=800000kg÷1000kg／m3=800m3，设储粪池的装填系数为80%，则堆粪池的全容积为V2=800m3÷80%=1000m3，取储粪池总高度H1=5m，则储粪池的面积S1=1000m3÷5m=200m2，取储粪池的长度L1=20m，则宽度W1=10m，则储粪池的总体尺寸为L×W×H=20m×10m×5m，数量为1座。
储粪池中设置潜水搅拌机，功率取10w／m3物料，则储粪池潜水搅拌机总装机功率为10w／m3×800m3=8000w=8kw，设置两台型号为QJB4/6-320/3-960C的潜水搅拌机，叶轮直径320mm，叶轮转速960rpm。开动潜水搅拌机，约30分钟物料混合均匀，待物料混合均匀后用设置在储粪池内SP双绞刀粉碎式潜污泵打入螺旋挤压固液分离机进行固液分离。
取固液分离时间为10小时，则潜污泵的输送能力为800 m3÷10h=80 m3／h，选用两台潜污泵，则每台潜污泵的输送能力为80 m3／h ÷2=40 m3／h，按照这些要求，选择两台型号为80SP40-15SP双绞刀粉碎式潜污泵，该泵进料酒瓯为DN80，流量为40 m3／h，扬程为15m，电机功率为4kw，转速为2900rpm，电压为380V。
取固液分离时间为10小时，则固液分离机的分离能力为800 m3÷10h=80 m3／h，选用两台固液分离机，则每台分离机的分离能力为80 m3／h ÷2=40 m3／h，按照这些要求，选择CT280-3型号的螺旋挤压固液分离机，外形尺寸为2400×800×1300mm,电压为380V，电机功率为5.5kw，进料口DN65、溢流口DN65、出水口DN100，数量为2台。
固液分离所得的液体经固液分离机出水口直接排入调浆池中，固液分离所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口；经湿物料粉碎机将固体进行粉碎，粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中。
固液分离机每小时过滤出来的固体重量（折干）为800000kg×4%×60%÷10h=1920kg／h，固体含水量为40%，则固液分离机每小时过滤出来的固体重量（湿重）为1920kg／h÷60%=3200 kg／h，则选择粉碎能力大于3200 kg／h的 BSFS—40型号的湿物料粉碎机即可，该粉碎机的粉碎能力为4000kg／h、电极功率22kw。
过滤、粉碎完毕，调浆池内物料的固体浓度在4%，不需要再进行稀释，开动调浆池搅拌机混合均匀后经进料泵打入厌氧罐即可。则调浆的有效容积为V1=800000kg÷1000kg／m3=800m3，设调浆的的装填系数为80%，则调浆的的全容积为V2=800m3÷80%=1000m3，取调浆的总高度H1=5m，则调浆的的面积S1=1000m3÷5m=200m2，取调浆的的长度L1=20m，则宽度W1=10m，则调浆的的总体尺寸为L×W×H=20m×10m×5m，数量为1座。
实施例2
某规模奶牛养殖场，每天产奶牛粪污700吨，水分含量在91%，总固体含量为9%，奶牛粪便中粒径大于1mm的固体颗粒及长度大于5mm的纤维类固体的含量占总固体60%。采用刮板机将粪便刮到污水管道中，然后经污水管道自流进入储粪池中。
奶牛粪污的比重为1，则储粪池的有效容积为V1=700000kg÷1000kg／m3=700m3，设储粪池的装填系数为80%，则堆粪池的全容积为V2=700m3÷80%=875m3，取储粪池总高度H1=5m，则储粪池的面积S1=875m3÷5m=175m2，取储粪池的长度L1=17.5m，则宽度W1=10m，则储粪池的总体尺寸为L×W×H=17.5m×10m×5m，数量为1座。
储粪池中设置潜水搅拌机，功率取10w／m3物料，则储粪池潜水搅拌机总装机功率为10w／m3×700m3=7000w=7kw，设置两台型号为QJB4/6-320/3-960C的潜水搅拌机，叶轮直径320mm，叶轮转速960rpm。开动潜水搅拌机，约30分钟物料混合均匀，待物料混合均匀后用设置在储粪池内SP双绞刀粉碎式潜污泵打入螺旋挤压固液分离机进行固液分离。
取固液分离时间为10小时，则潜污泵的输送能力为700 m3÷10h=70 m3／h，选用两台潜污泵，则每台潜污泵的输送能力为70 m3／h ÷2=35 m3／h，按照这些要求，选择两台型号为80SP40-15SP双绞刀粉碎式潜污泵，该泵进料酒瓯为DN80，流量为40 m3／h，扬程为15m，电机功率为4kw，转速为2900rpm，电压为380V。
取固液分离时间为10小时，则固液分离机的分离能力为700 m3÷10h=70 m3／h，选用两台固液分离机，则每台分离机的分离能力为70 m3／h ÷2=35 m3／h，按照这些要求，选择CT280-3型号的螺旋挤压固液分离机，外形尺寸为2400×800×1300mm,电压为380V，电机功率为5.5kw，进料口DN65、溢流口DN65、出水口DN100，数量为2台。
固液分离所得的液体经固液分离机出水口直接排入调浆池中，固液分离所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口；经湿物料粉碎机将固体进行粉碎，粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中。
固液分离机每小时过滤出来的固体重量（折干）为700000kg×9%×60%÷10h=3780kg／h，固体含水量为40%，则固液分离机每小时过滤出来的固体重量（湿重）为3780kg／h÷60%=6300 kg／h，则选择两台 BSFS—40型号的湿物料粉碎机即可，该粉碎机的粉碎能力为4000kg／h、电极功率22kw。
过滤、粉碎完毕，调浆池内物料的固体浓度在9%，在调浆池内加入沼液调节物料的固体浓度在6%，则需要加入的沼液质量M沼液=700000kg×9%／6%-700000kg=350000kg；调浆池内物料的总质量为M总=700000kg×9%）9／6%=1050000kg，设物料的比重为1000kg／m3，则调浆池的有效容积V调浆=1050000kg÷1000kg／m3=1050m3，设调浆池的装填系数为84%，则调浆池的全容积V全=1050m3÷84%=1250m3，取调浆池为圆柱形，高度为5m，则截面积为250m2，则直径选择18m即可。然后开动调浆池搅拌机混合均匀后经进料泵打入厌氧罐即可。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法，其特征在于：包括混合、输送、固液分离、粉碎和调浆，具体步骤如下：
（1）将每天产生的奶牛粪便收集在储粪池内，所述储粪池内安装有混合设备，其对粪便进行搅拌、混合，以实现粪便中的固液均匀；
（2）混合均匀后，采用SP双绞刀粉碎式潜污泵将粪便打入螺旋挤压式固液分离机进行固液分离；
（3）固液分离所得的液体经固液分离机出水口直接排入调浆池中，固液分离所得的固体经固液分离机的卸料口落入湿物料粉碎机的进料口；
（4）湿物料粉碎机将固体进行粉碎，粉碎后的固体经粉碎机的出料口掉落至调浆池中，然后向调浆池内加入自来水、地表水或者沼液，并开动调浆池搅拌机，调节物料的固体浓度在3%～10%范围内；
（5）将调节好的物料经进料泵打入厌氧消化器进行厌氧发酵生产沼气；
其中所述调浆池为地下式砖混或钢筋砼结构；所述湿物料粉碎机安装在调浆池池顶，固液分离机安装在湿物料粉碎机上部，以便固液分离所得的固体从固液分离机卸料口靠重力落入粉碎机进料口、粉碎后的固体从粉碎机出料口靠重力落入调浆池、固液分离所得的液体从固液分离机出水口靠重力自流进入调浆池；
所述螺旋挤压式固液分离机包括主机、控制柜和管道，所述主机包括机体、网筛、绞龙、电机、减速机、配重和卸料装置；螺旋挤压式固液分离机的工作步骤为：首先双绞刀粉碎式潜污泵将混合均匀的奶牛粪便泵入机体，电机经减速机带动绞龙转动，绞龙将粪水逐渐推向机体前方，同时不断提高前缘的压力，迫使物料中的水分挤出网筛，从出水口流出，随着粪便不断泵入机体和绞龙的连续挤压，机体中截留的固体越来越多，机体前缘的压力不断增大，当大到一定程度时，固体物料就将卸料口顶开，经卸料装置排出卸料口；其中可以通过调节主机下方的配重块来控制出料的速度与含水量；述机体的箱体为铸铁铸造，所述绞龙的主轴及安装在主轴上的螺旋叶片为304不锈钢，所述网筛为楔形304不锈钢条形网筛，网筛间隙在0.75mm～2mm。
2.根据权利要求1所述的奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法，其特征在于：所述收集在储粪池内的奶牛粪便是粪便、尿液、冲洗水的混合物，其水分含量在90%～97%，呈泥浆状，所述粪便中含有未消化完全的大颗粒、长纤维饲料；所述储粪池为地下式砖混或钢筋砼结构。
3.根据权利要求1所述的奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法，其特征在于：所述储粪池内的混合设备采用潜水搅拌机，其功率在8w～15w／m3物料，材质选用碳钢或不锈钢。
4.根据权利要求1所述的奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法，其特征在于：所述SP双绞刀粉碎式潜污泵采用双重切割，在其切割式叶轮前加装切割旋转刀头，进水口部装固定刀，所述切割式叶轮、旋转刀头与固定刀均采用不锈钢硬质合金锻制而成。
5.根据权利要求1所述的奶牛粪便厌氧发酵前的预处理方法，其特征在于：所述湿物料粉碎机没有筛网筛底，从而避免造成被堵塞。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170222 Termination date: 20180403 |