CN105668971A - 畜禽粪便消化设施 - Google Patents

Abstract

针对“先筛后榨”粪污处理工艺设备问题，提出了换级化粪，粪泥脱水，粪肥发酵，粪水过滤；公开了一种适用、可靠、经济的粪污厌氧消化设施。该设施有化粪池及通粪阀构成的换级化粪池，操作通粪阀进入四级或者三级厌氧消化粪污模式；有粪沟或者粪管，利用势能送粪；还有滤筒和泵/管，可以沉到中止化粪腔内去抽水，使粪泥脱水成粪肥，然后挖出粪肥运出去堆积发酵；亦可用过滤布袋包覆滤筒，将滤筒沉入粪水腔，抽出清水，送去冲洗。

Description

畜禽粪便消化设施

技术领域

本发明涉及畜禽粪便的厌氧消化利用，特别是畜禽养殖场通过化粪池厌氧消化粪便设施。所述畜禽包括鸡鸭鹅、牛马驴、猪羊狗、乃至生活粪污。

背景技术

畜禽养殖场，特别是奶牛养殖场，粪污处理工艺设备的基本特征是：设有集粪池收集粪便和污水，并简称粪污；搅拌器深入集粪池搅拌，阻止粪污沉淀；粪污泵深入集粪池将粪污送给高台上的固液筛分器进行浓缩；被浓缩的粪泥进入螺旋挤压机脱水；脱水粪渣由链板提升机抛洒到粪堆上，用作牛床垫料或者堆肥；筛分器、挤压机和提升机排出的粪液去生产沼气；因沼气设施的投资大、管理难，故普遍将粪液直接排放。

针对上述工艺设备的实际使用情况，我们检索到几分文献，摘要如下。

关于机械脱水效果。根据[2014]CN203370353U号公告记载：采用振动筛和螺旋挤压机分离粪污，存在以下缺陷：【1】对粪污进行剧烈振动和重度挤压，致使分离出来的是动物没有消化的饲料残渣，分离效率极低，大部分粪污及其营养成分却排入了下一道工序，加重了污水处理系统的负荷，难以实现污染治理目标。【2】污水中固态粪污沉淀到后续的处理设备中，易造成设备堵塞和清渣困难。【3】设备的投资大，寿命短，维修费用较高，运行费用极高。【4】振动筛滤和螺旋挤压机，无法满足畜禽场达标治理工艺的减量化要求，是亟待解决的重大技术问题。

关于粪渣利用问题。根据[2015]CN104961317A号公告记载：牧场粪污中固体物分离提取后，作为牛床垫料，要求降低含水率。以前国内部分牧场采用一个巨大的水泥场，使用人工翻晒的办法解决水分超标的问题。大部分牧场，因回收利用成本太高而直接丢弃，导致非常严重的环境污染问题。如果直接烘干、灭菌、消毒使用，并使含水量低于55％的话，每立方垫料的处理成本约为23(RMB)元/m³。一座存栏10000头牛的牧场每天需要回填的垫料约160m³，牧场无法承受如此高昂的运行费。CN101665312B号公告记载：许多畜禽养殖场的废弃物得不到及时处理，长期堆放，任其日晒雨淋，导致圈舍内蚊蝇孽生，瘟疫蔓延，畜禽死亡率增加，企业损失惨重。

关于粪液利用问题。根据CN101665312B号公告记载：厌氧发酵沼气，其缺点是NH3挥发损失多，处理池体积大，而且只能就地处理与利用。沼液利用受地域环境、耕作方式、作物种类限制，成为沼气工程运行的瓶颈；且工程投资大、回收期长，故业主积极性不高，推广应用受到制约。CN102344232A号公告记载：目前主要采用湿发酵技术，就是将粪便与冲洗污水混合，调配成总固体浓度(TS)10％以下的料液，再进入沼气发酵装置。该技术的主要问题是：沼液和沼渣数量大，养分含量低，利用困难。另外，对于含砂多的粪便，如鸡粪、牛粪，预处理除砂困难，沼气发酵装置容易积砂，并且不易排出，从而减少装置有效容积，最终导致系统报废。

针对上述问题，我们探讨了化粪池的利用。根据{2015}CN105152320A号公告记载：化粪池利用颗粒沉淀和厌氧发酵原理，去除生活污水中悬浮性的有机物。生活污水进入化粪池经过12-24h的沉淀，可去除50％-60％的悬浮物，沉淀下来的污泥经过三个月以上的厌氧消化，易腐败的污泥转化为稳定的熟污泥，降低了污泥的含水率。定期将污泥清掏外运，填埋处理或者用作肥料。这种处理方式的特点是：能量消耗低、装置简单、容易实现。化粪池对减轻环境污染起到了重要作用。

CN105152320A号公告指出化粪池的缺陷是：化粪池担负着生活污水的接纳和简单处理的功能，污水中的有机物在厌氧条件下会分解出多种有毒有害、易燃易爆的气体，如甲烷、硫化氢气体。如若通风状况不好，容易造成气体堆积，当达到一定程度后，会泄漏造成人员中毒，如遇明火则极易发生爆炸，造成伤亡事故。目前，化粪池的设计已经标准化，系列化，虽然设计中也考虑了通气的问题，但是将通气管设置在进水管的上方，当建筑排水立管横干管的水流进入化粪池时携带的大量气体，会直接从通气管排出，并没有起到更新化粪池内气体的作用，堆积在上方的有害气体也不能排出。

此外，污泥含水率高达90％，无法储存运输，无法作为肥料利用，只好废弃或者填埋，造成二次污染。

利用标准化粪池处理畜禽粪便，国内报道较少。有个废弃不用化粪池的公告是一个美国人申请的中国专利CN1313835A。公告指出，化粪池处理猪粪存在着臭气污染、渗漏危害、废水污染、挖泥困难等问题，因此提出替代方案。

探索发现，利用化粪池处理畜禽粪便，最大的问题是：(1)用什么输送强蚀、恶臭、粘稠的粪污，而且不堵塞，耐腐蚀。(2)粪污浓度大，消化粪泥多，废弃不用行不通。(3)粪泥含水多，运输储存难，储运费用大，有效利用是难题。(4)粪泥多，泥池大，造价高。(5)化粪池排出的污水，必须经过再次净化，才能达到排放标准，其净化设备的建设投资和运行费用，养殖场接受不了。

发明内容

针对上述问题，本发明公开一个技术构思：换级化粪，粪泥脱水，粪肥发酵，粪水过滤；公开一种适用、可靠、经济的粪污厌氧消化设施。该设施的特征是：有化粪池及通粪阀构成换级化粪池；还有滤筒和泵/管，可以沉到池底抽出渗水。

所述化粪池及通粪阀的配置方案是：化粪期间构成四级化粪池，掏粪期间构成三级化粪池；由通粪阀切换化粪级，在掏粪期间照常进行化粪。

所述换级化粪池有ABCD四个空腔，C腔有通粪阀分别连通ABD三个空腔，A腔有通粪阀连通B腔；ABCD或者BACD依次通粪构成四级化粪池，强化厌氧消化效果；ACD或者BCD依次通粪构成三级化粪池，可对中止化粪腔进行粪泥浓缩脱水。ABC三个空腔，用于沉淀粪渣和虫卵，厌氧消化有机物，消灭寄生虫卵和病原微生物；D腔用于储存、澄清、净化粪水，供给回用或者排放。

D腔的优选方案是：(1)D腔有滤板分隔，滤清液有溢流管排放；滤板有滤布、滤棉或者滤纸，透过滤板的滤清液无菌、无毒、清亮、达到回用标准或者排放标准。(2)D腔有滤床分层，滤清液有溢流管排放；滤床由石和砂等下粗上细地铺垫，自下而上渗出滤床的滤清液无菌、无毒、清亮、达到回用标准。

滤筒的优选方案是：(1)滤筒的滤料是丝网，用于粪泥浓缩脱水得到粪肥；粪肥可以堆垛、储存、运输。(2)滤筒的滤料是滤布、滤棉或者滤纸，用于粪水净化，得到无菌、无毒、无味、清亮的水。(3)要将池底的污泥脱水，可借助重力或和振动将丝网滤筒和泵/管沉入池底，然后抽出渗水，掏出粪肥。(4)要使粪水净化利用，可将滤布滤筒泵/管沉入池底，然后抽出清水，送去冲洗。

其他优选方案是：(1)有势能送粪的粪沟或者粪管；(2)有转子泵或者隔膜泵送粪；(3)粪沟或者粪管、转子泵或者隔膜泵的出粪口可接过滤筒，劫取粪渣到化粪池外；(4)有挖机或者抓机揭盖掏粪，并转移滤筒；(5)有标准化粪池的所有技术特征，如通风管、防爆口和粪池盖。

粪污厌氧消化设施的工作原理是：

粪污通过粪沟或者粪管流入A或B腔后，随即发生重力沉降和浮力分层：较轻的粪渣浮在上面，经流体扰动和腐化作用往下沉；较重的颗粒和虫卵，与粪渣汇流沉入池底发酵灭活；位于中层的粪液和细菌，进入下一个腔发酵灭活。池底粪污经过3个月以上厌氧消化，有机物被分解成无机物，易腐的粪渣转化为稳定的粪泥。流进D腔的粪液，经澄清、过滤后，供给回用或者排放。

当粪泥厚度达到粪池限位后，即可停止该池受粪，将滤筒和泵/管沉到池底，使粪泥中粪液渗进滤筒，然后抽吸到D腔内进一步厌氧消化；池底粪泥脱水以后成为粪肥，再用挖机或者抓机揭盖挖粪、装车运走。

粪肥含水少，可以堆放在田间等待施肥时机。与此同时，还会发生好氧发酵，进而将混入粪肥内粪渣和杂草腐烂成肥。好氧发酵，必然发热，耗散水分，松散粪肥，便于抛洒。

粪液经过四级、至少三级厌氧消化以后，各种细菌基本杀灭；透过D腔内滤床、滤板、或者滤筒的滤清液，符合回用标准和排放标准，可以送去冲洗场地、设备和粪便，亦可直接排放到大环境。

换级化粪池的工作模式有两种：(1)常态化粪，是四级化粪，粪污依次通过ABCD或者BACD四腔，经历四级厌氧消化，强化厌氧消化效果。(2)掏粪化粪，是三级化粪，粪污依次通过ACD或者BCD三个腔，经历三级厌氧消化；等到中止化粪腔完成粪泥浓缩脱水以后，换向常态四级化粪。四级化粪长期使用，三级化粪用于掏粪，二者交替轮换，因此叫做换级化粪。

本发明的积极效果是：

适用性是好的。化粪池具有灭活功能，滤筒具备过滤作用，无须论证。将滤筒沉入粪泥，粪泥中水分渗进滤筒，粪泥脱水后体积浓缩为粪肥，属于自然规律。粪肥发酵和化粪池换级，自然可以缩短化粪周期。因此，将化粪池和滤筒组成粪污厌氧消化设施，消灭粪污有害成分，得到两样终端产品——粪肥和清水，非常适用。粪肥，可以堆垛、储存、运输、不臭；清水，无菌、无毒、清亮、能用；其产品效果是好的。

可靠性是好的。化粪池的历史悠久，遍及城镇小区，其可靠性不言而喻。化粪池的变级，实质是两个通粪阀的开关过程，可靠性毋容置疑。采用滤筒浓缩浆糊、过滤污水，早已普及石油、化工等行业。将生活实践证明可靠的化粪池，与工业生产实践证明可靠的泵阀和滤筒，组成化粪设施，自然可靠。

经济性是好的。举例计算说明：例如某奶牛养殖场，有奶牛1000头，每天平均产生粪污50立方米，新鲜粪污含水率80％，消化粪泥含水率80％，粪污发酵后体积缩减系数0.8，粪泥清掏周期180天，污水在池内停留时间24小时，计算得到普通化粪池的有效容积为1778立方米，换级化粪池的有效容积为482立方米，有效容积减少72.8％，“换级化粪池”和“滤筒和泵/管”的经济效益是显著的。因为“换级化粪池”和“滤筒和泵/管”，可将粪泥清掏周期缩减一半，消化粪泥含水率降到60％，甚至周期更短、含水率更低。

针对性是好的。利用势能送粪，即可避免机械腐蚀和堵塞问题。转子泵，特别是橡胶转子泵，以及隔膜泵，亦可可靠地输送粪污。化粪过程换级，沉入滤筒和泵，使粪泥脱水、粪液过滤，自然可以缩小粪肥体积，减小化粪池容积，降低化粪池造价，使粪水达到排放或者回用标准。换级化粪协同粪泥脱水，使粪泥脱水为粪肥，解决了粪泥利用和储运问题。一套简易设施，完成各种粪污终极处理，积极效果是显著的。可见，本发明实际解决了在前所述的五个问题，针对性是好的。

具体实施方式

根据日处理粪污量大小，按照普通化粪池标准，构筑一个有效容积相应的水泥池。将水泥池分隔成ABCD四个空腔，用通粪阀将C腔分别连通ABD三个空腔，A腔连通B腔。ABC三个空腔，用于沉淀粪渣和虫卵，厌氧消化有机物，消灭寄生虫卵和病原微生物；D腔用于澄清、净化粪水，供给回用或者排放。

常态化粪期间，粪污依次通过ABCD或者BACD四腔，经历四级厌氧消化。掏粪化粪期间，粪污依次通过ACD或者BCD三个腔，经历三级厌氧消化。等到中止化粪腔完成粪泥浓缩脱水以后，换向常态化粪。常态化粪长期使用，三级化粪用于掏粪，二者交替轮换。

在普通通粪管的出口加上蝶阀，构成通粪阀。操作通粪阀，ABCD或者BACD依次通粪，具有四级化粪池的厌氧消化效果；ACD或者BCD依次通粪，具有三级化粪池的厌氧消化效果。化粪期间采用四级化粪，掏粪期间采用三级化粪，腾出一个腔进行粪泥浓缩脱水。

按照普通过滤池标准，在D腔下粗上细地铺垫石头、粗砂和细砂，在细砂上面覆盖一层针刺无纺布，使D腔的下部成为滤床，自下而上地渗出无菌、无毒、清亮、透明的滤清液。滤清液的一部分泵送到牛舍和挤奶厅去冲洗，一部分从溢流口排放。粪水过滤是经济的。小型养殖场可以不要滤床、用过滤布袋包覆滤筒，将滤筒泵/管沉入池底，然后抽出清水，送去冲洗。

用于粪泥脱水的滤筒，具有锥底和敞口，周围包覆不锈钢丝网布或者尼龙网布。水泵或者吸管从敞口伸入滤筒抽水。任意空腔内粪泥到达限位后，即可进入三级化粪模式，进行粪泥浓缩脱水工作。浓缩期间，可将滤筒和泵/管沉入中止化粪腔的底部，将粪水抽出来。脱水期间，因粪泥丧失了流动性，可用重力或/和振动，将滤筒沉入池底抽水；还可以先用直径稍大的重锤将泥床挤压出一些渗水井，然后将滤筒和泵/管沉入每个井底抽水，如此很快即可致使粪泥脱水成为粪肥。最后采用挖机或者抓机，掏出粪肥，装上车，运出去。

送粪到化粪池的粪沟或者粪管，是利用地势、重力等势能送粪的。粪沟或者粪管的出粪口可接过滤筒，劫取粪渣到化粪池外，供给堆肥、垫床、燃烧。换级化粪池具有标准化粪池的所有技术特征，如通风管、防爆口和粪池盖。

Claims (9)

1.一种粪污厌氧消化设施，其特征包括，化粪池及通粪阀构成的换级化粪池；还有滤筒和泵/管，可以沉到池底。

2.根据权利要求所述粪污厌氧消化设施，其特征在于化粪池和通粪阀的配置方案是：化粪期间构成四级化粪池，掏粪期间构成三级化粪池。

3.根据权利要求1所述粪污厌氧消化设施，其特征在于换级化粪池设有ABCD四个空腔，C腔有通粪阀分别连通ABD三个空腔，A腔有通粪阀连通B腔；ABCD或者BACD依次通粪构成四级化粪池，ACD或者BCD依次通粪构成三级化粪池。

4.根据权利要求3所述粪污厌氧消化设施，其特征在于D腔有滤板分隔或者滤床分层，滤清液有溢流管排放。

5.根据权利要求3所述粪污厌氧消化设施，其特征在于滤板有滤布、滤棉或者滤纸。

6.根据权利要求3所述粪污厌氧消化设施，其特征在于滤床由石砂滤料下粗上细地铺垫。

7.根据权利要求1至6之一所述粪污厌氧消化设施，其特征在于滤筒结构至少具有下列特征之一：(1)滤筒的滤料是丝网，用于粪泥浓缩；(2)滤筒的滤料是滤布、滤棉或者滤纸，用于粪水过滤；(3)有过滤布袋可以套装滤筒。

8.根据权利要求7所述粪污厌氧消化设施，其特征至少具有下列特征之一：(1)有势能送粪的粪沟或者粪管；(2)有转子泵或者隔膜泵送粪；(3)有挖机或者抓机揭盖掏粪，并转移滤筒；(4)粪沟或者粪管的出粪口可接过滤筒，劫取粪渣到化粪池外；(5)有标准化粪池的所有技术特征，如通风管、防爆口和粪池盖。

9.根据权利要求1至6之一所述粪污厌氧消化设施，其特征至少具有下列特征之一：(1)有势能送粪的粪沟或者粪管；(2)有转子泵或者隔膜泵送粪；(3)粪沟或者粪管、转子泵或者隔膜泵的出粪口可接过滤筒，劫取粪渣到化粪池外；(4)有挖机或者抓机揭盖掏粪，并转移滤筒；(5)有标准化粪池的所有技术特征，如通风管、防爆口和粪池盖。