CN104773938A - 一种畜禽粪便厌氧处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种畜禽粪便厌氧处理方法，属于畜禽粪便资源化和能源化的技术领域。本发明通过如下技术方案实现：原粪(含固率约25％～30％)不稀释，直接进入热水解罐进行1天～3天的70℃±5℃干式低温热水解，之后进行含固率10％～12％的高固厌氧消化。厌氧消化可以采用固液分离后的沼液稀释，也可以采用其它来源的水稀释。厌氧消化的反应温度可以采用35℃±5℃或55℃±5℃。干式低温热水解能突破畜禽粪便厌氧消化的瓶颈——水解酸化，使得沼气产率增加60％左右。与传统厌氧消化方法相比，本方法能够缩小反应器体积，节省投资运行能耗，所产生的沼液、沼渣量小。此外，本方法能够降低沼渣、沼液农用的卫生风险，满足美国环保署关于生物固体进行巴氏消毒的要求。

Description

一种畜禽粪便厌氧处理方法
技术领域
本发明属于畜禽粪便的资源化和能源化技术，主要涉及畜禽粪便厌氧消化处理方法。
背景技术
禽畜粪便属于高有机物、高氨氮、高含固率的污染物，还散发恶臭，严重影响空气质量。此外，禽畜粪便中含有大量病原菌和寄生虫卵，对人类健康和环境安全都有很大的潜在危害。厌氧消化是粪便处理常用的工艺之一，能够在降解有机物的同时回收沼气，也能去除部分恶臭，灭活病原菌和寄生虫卵。传统厌氧消化沼气产率较高，但由于含固率低(1％～5％)，反应器体积大，加热能耗高，投资和运行成本高，且产生大量沼液、沼渣，后处理难。高固厌氧消化是含固率8％～18％的厌氧消化工艺，所需反应器体积小，能耗低，投资和运行成本低，沼液、沼渣量少，但沼气产率较低，能源回收少。
热水解能够加速固体水解酸化，促进其中的蛋白质、多糖、脂质等大分子有机物分解为小分子有机物，以此转化为甲烷，提高有机固体的甲烷产率。按温度，热水解分为低温热水解和高温热水解。40℃～100℃为低温热水解，100℃以上为高温热水解。低温热水解通常只作为污泥厌氧消化的预处理手段，作为粪便厌氧消化预处理的报道尚少，且现有低温热水解工艺采用的含固率较低(1％～5％)，导致出现增加的产气不足以弥补热水解额外所需能耗的尴尬局面，即净产气量(沼气产能与热能耗之差)反而降低。目前含固率高于8％的低温热水解有关报道较少。禽畜粪便的低温热水解的机理与污泥不同，前者是固体有机物的热水解，而后者主要是加热促进细胞内含物溶出。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，依据粪便本身特性，提出一种畜禽粪便资源化和能源化的新方法——“干式低温热水解-高固厌氧消化”，使其具有沼气净产率高、反应器体积小、投资运行成本低、产生沼液和沼渣少等优点；同时使沼渣能够满足美国环保署(UnitedStates Environmental Protection Agency，USEPA)关于生物固体(Biosolid)巴氏消毒的要求，大部分病原菌被灭活，卫生风险低。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种畜禽粪便厌氧处理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)原粪不稀释,直接进入热水解罐，进行干式低温热水解，反应温度为70℃±5℃，固体停留时间为1天～3天；
2)将干式低温热水解后的粪便在混合池内用稀释液稀释至含固率12％～15％；
3)混合后粪便进入厌氧罐，进行温度为35℃±5℃或55℃±5℃，固体停留时间为14天～20天的厌氧消化；
4)收集利用厌氧消化所产生的沼气。
上述技术方案中，所述原粪的含固率为25％～30％；厌氧消化的含固率为10％-12％，稀释液采用水；或粪便进行厌氧消化后，采用固液分离，沼渣、沼液农用，将部分沼液回流至混合池内作为稀释液。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：原粪含固率高，且原粪不需稀释。干式低温热水解比现有热水解能耗低，且反应器体积明显减小。与传统厌氧消化相比，本发明克服了反应器体积大、投资成本和运行能耗高、沼液多的不足，净产能提高40％左右，反应器体积缩小了80％左右；与现有的高固厌氧消化相比，含固率进一步提高，克服了甲烷产率低的瓶颈，沼气产率提高60％左右，净产能提高70％左右，反应器体积降低10％左右；沼液、沼渣所含病原菌、寄生虫较少，满足美国EPA巴氏消毒要求，农用的卫生风险低。
附图说明
图1为畜禽粪便“干式低温热水解+高固厌氧消化”工艺流程图。
图2为本发明的另一实施方式的工艺流程图。
具体实施方式
该厌氧消化工艺包括70℃±5℃干式低温热水解与高固厌氧消化两个阶段，见图1。原粪未经稀释直接进入热水解罐，其温度为70℃±5℃，固体停留时间为1天～3天的干式低温热水解；随后将粪便稀释至含固率12％～15％，进行厌氧消化，其温度为35℃±5℃或55℃±5℃，SRT为14天～20天。干式低温热水解后粪便进行厌氧消化时，可以采用其它来源水进行稀释，也可以采用固液分离后的沼液稀释，此过程能够产生沼气，提供生活燃料或者用于发电；沼液沼渣可直接农用。
本发明提出“干式低温热水解+高固厌氧消化”畜禽粪便处理新方法。干式低温热水解温度采用70℃±5℃，固体停留时间(solid retention time，SRT)1天～3天，干式低温热水解粪便含固率高达25％～30％，且原粪不需稀释。相比现有热水解工艺，本方法的干式低温热水解能耗低，且反应器体积明显减小。厌氧消化阶段，该工艺含固率为12％～15％，温度为35℃±5℃或55℃±5℃，SRT为14天～20天。此外，70℃的高温对粪便中的绝大部分蛔虫卵、病原菌具有灭活作用。美国环保署指出有机废弃物经70℃高温消化30min以上可以认为已经进行巴氏消毒。巴氏消毒能够有效降低畜禽粪便农用的卫生风险。
实施例1：含固率为25.6％猪粪直接进入热水解罐，进行干式低温热水解，加热温度为70℃，固体停留时间为1天；将干式低温热水解后的粪便稀释至含固率为12％后，进行厌氧消化，反应温度为35℃，固体停留时间为14天，甲烷产率为284.4mL/g(以CH4/VS计)，较原粪的甲烷产率提高49.7％。
实施例2：含固率为28.6％鸡粪直接进入热水解罐，进行干式低温热水解，加热温度为70℃，固体停留时间为3天；将干式低温热水解后的粪便稀释至含固率为13.7％后，进行厌氧消化，反应温度为37℃，固体停留时间为18天，甲烷产率为296.3mL/g(以CH4/VS计)，较原粪的甲烷产率提高55.9％。
实施例3：含固率为25.2％牛粪直接进入热水解罐，进行干式低温热水解，加热温度为70℃，固体停留时间为3天；将干式低温热水解后的粪便稀释至含固率为14.8％后，进行厌氧消化，反应温度为58℃，固体停留时间为14天，甲烷产率为309.2mL/g(以CH4/VS计)，较原粪的甲烷产率提高82.7％。

Claims (4)

1.一种畜禽粪便厌氧处理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)原粪不稀释,直接进入热水解罐，进行干式低温热水解，反应温度为70℃±5℃，固体停留时间为1天～3天；
2)将干式低温热水解后的粪便在混合池内用稀释液稀释至含固率12％～15％；
3)混合后粪便进入厌氧罐，进行温度为35℃±5℃或55℃±5℃，固体停留时间为14天～20天的厌氧消化；
4)收集利用厌氧消化所产生的沼气。
2.如权利要求1所述的一种畜禽粪便厌氧处理方法，其特征在于：所述原粪的含固率为25％～30％；厌氧消化的含固率为10％-12％。
3.如权利要求1或2所述的一种畜禽粪便厌氧处理方法，其特征在于：所述的稀释液采用水。
4.如权利要求1或2所述的一种畜禽粪便厌氧处理方法，其特征在于：粪便进行厌氧消化后，采用固液分离，沼渣、沼液农用，将部分沼液回流至混合池内作为稀释液。
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