CN109205971A - 一种畜禽粪污综合处理和利用的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种畜禽粪污综合处理和利用的装置,包括(a)能量回收系统:将畜禽粪污混合并配水后厌氧发酵获得沼气回收能量同时产生沼渣沼液;(b)物料回收系统:将所述沼渣沼液进行氧化改性,获得无害化和资源化物料;(c)产品精炼系统:将所述物料(氧化产物)进行固液分离,液体部分浓缩后产生含腐植酸水溶肥料、含腐植酸叶面肥、复合微生物肥料和大量元素或微量元素水溶肥料,固体通过喷爆和精炼后获得含腐植酸有机肥、生物有机肥和含腐植酸复混肥。本发明提供的技术方案,能实现有效回收能量和物料,实现最佳的无害化和资源化;同时三废排放量远远低于工业要求标准,可以实现节能减排的目的。该技术方案除了应用于畜禽粪污以外,还可应用于类似的有机废弃物处理,包括但不限于生活垃圾、农业秸秆、污泥等。

Description

一种畜禽粪污综合处理和利用的装置
技术领域
本发明涉及节能环保工艺及装置,具体涉及一种畜禽粪污综合处理和利用的装置。
背景技术
随着社会的不断发展,人们日益重视对环境的保护,促使有机固体废弃物处理行业越来越重视资源化技术的研究、开发和对传统工艺的改进,这是当前摆在国内每个有机固体废弃物处理企业面前的迫切问题,资源化处理成为现代工作和生活的需要。我国是一个畜禽养殖业大国。畜禽粪污是养殖业的一个副产品,也是一个主要环境污染物。目前国内每年的畜禽粪污产量多达约38亿吨。这么多的畜禽粪污,如果不进行恰当的处理和利用,不仅会造成环境污染的极大隐患,也是资源的极大浪费。
畜禽粪污中除了含有大量的氮和磷等营养物质以外,其中还含有畜禽未能彻底消化的有机物。这些有机物中不仅含有可用于有机肥的木质纤维素等成分,还含有高生物能量的易降解有机物,如糖类、脂肪和蛋白质等等。因此畜禽粪污虽然是一种废弃物,但同时又是一种重要的能量和物料资源。针对不同的资源利用方向,在畜禽粪污的处理处置中采用厌氧发酵产沼气和简易堆肥已成为主要的两种主流方式。厌氧发酵产沼气是一种能量回收方法。但是厌氧发酵很难彻底降解有机物质,一般在二、三周内仅能够去除进料中30%~50%的干物质,仍有大量的残余物需要改善。进料发酵后产生生化污泥,其中约有80%~90%也形成沼渣。很多试验证明经过厌氧消化后总干物质只能减量1/3到1/2左右的质量。故沼渣的产生量常在进料量的1/2到2/3,大部分固态易降解有机物没有得到降解。而厌氧发酵法基本上对进料液无法减量,同时厌氧发酵过程产生的厌氧污泥,也如其它污水厂一样造成污泥处置问题,此种易降解有机物未完全腐熟,故厌氧发酵后的沼渣沼液无法直接用为肥料。规模化的厌氧发酵处理工艺成功率极低,环保部有关单位的全国统计发现此工艺成功率不足20%,主因之一即此法产生难处理的沼渣沼液问题。简易堆肥方法则是一种物料回收方法。简易堆肥也存在稳定化和无害化不彻底、堆肥产品品质不高、堆肥环境恶劣等等不利影响,因此也无法进行规模化推广。此外,这两种方法都只能回收能量或物料的一种,因而只能实现部分资源化。
除上述废弃物减量化不明显且未充分腐熟的缺点之外,传统技术产生的沼渣沼液若直接用于园林或农作物的施肥,可能产生以下严重缺陷:
·有部份病毒、病菌、寄生虫、蛔虫卵、及杂草种子无法在厌氧发酵中去除。对此类生物有害物的“无害化”不完整而存于沼渣沼液中,存在影响健康及污染环境的问题;
·对有毒有机物,例如PCB’s、二噁英(dioxins)、抗生素、苯(benzene)、PAH’s、杀虫剂、除草剂等无法有效去除而存于沼渣沼液中,造成资源化产品的有害化;
·厌氧发酵处于还原环境,处理沼渣沼液过程会产生NH3、H2S、硫醇等臭气物质,易造成臭气污染。
申请号为201710397483.7的中国发明专利,公开了“秸秆发酵沼渣制备有机肥的方法”,通过有机溶剂对沼渣浸泡后进行好氧发酵,这种方法与本专利的技术思路有相通性。但是该方法存在以下问题:沼渣沼液被分离后,对沼液没有进行无害化和资源化处置;浸泡沼渣的有机溶剂为易燃易爆、有毒有害品,存储及使用时存在安全隐患;沼渣采用好氧堆肥的方法,故存在占地面积大、堆肥温度低、堆肥时间长、沼渣中的易降解有机物难以得到有效去除的问题。申请号为201510848543.3的中国发明专利,公开了“新型沼液有机肥及其制备方法”,通过将沼液与三酸合剂、复合菌剂、物理转光材料混合即制得新型沼液有机肥,该方法存在以下问题:仅用精滤后的沼液,即过滤后的沼渣没有进行无害化和资源化处置;所用灭菌剂为紫外线及臭氧,紫外线存在无持续杀菌能力、灭菌效果受沼液浊度影响较大和 UV灯套管容易结垢的缺点,臭氧为有毒有害物质,规模化使用存在制造费用高及使用要求高的缺点。
综上所述,畜禽粪污的综合处理和利用要在考虑无害化处理的同时考虑综合性的资源化利用,而核心问题是如何有效的解决无害化与资源化的协调进行的问题。这也是本专利技术要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术方法是提供一种畜禽粪污综合处理和利用的装置,该装置在实现畜禽粪污无害化和资源化处理的同时,通过热化处理的方法,避免了传统方法的弊端,将畜禽粪污中有害物质去除的同时将其他物质转化为可利用的有机肥料资源,不仅回收了畜禽粪污中的生物能量,同时回收有机物料,实现生态效益和环保效益的最大化,也是对国家规划节能减排和畜禽粪污资源化的号召的直接响应。
本发明重点为解决目前厌氧发酵法主流技术产生的沼渣沼液问题而开发的技术方案。本方案为将畜禽粪污进行厌氧发酵后沼气收集利用,然后将剩余沼渣沼液无害化和资源化的一个综合性处理与利用的工艺及装置,包括将畜禽粪污厌氧发酵后的沼渣沼液由水热化、氧化、喷爆及其它产品精炼法制取有机肥。本方案透过下述的流程及操作予以体现:
将所述有机固体废弃物厌氧发酵制沼气,即厌氧发酵系统:包括畜禽粪污(11)、粉碎机(12)、废水(13)、厌氧发酵罐(14)、沼气脱硫塔(15)、储气柜(16)、沼气提纯单元 (17)、净化天然气单元(18)、沼气发电单元(19)。
将上所述的流程及操作所产生的沼渣沼液资源化和无害化制有机肥,即制肥系统:包括沼渣沼液输送泵(21)、热交换单元(22~23)、水热釜(24)、氧化釜(251~254)、加压站(255)、氧化剂(256)、尾气除臭单元(261)、净化尾气(262)、疏水阀(263)、固液分离单元(271)。此流程及操作可产生氧化的固态及液态有机肥。
将上述固态及液态有机肥进行固液分离,液体通过MVR蒸发器浓缩后获得含腐植酸水溶肥料(NY1106-2010标准)、含腐植酸叶面肥(NY1106-2010标准)、复合微生物肥料(NY/T798-2015标准)和大量元素或微量元素水溶肥料(NY1107-2010标准),固体通过喷爆后获得含腐植酸有机肥(NY481-2002标准)、生物有机肥(NY/T798-2015标准)和含腐植酸复混肥(GB18877-2009标准)。此流程即为产品精炼系统,包括:液体配肥单元(272)、喷爆单元(281~284)、固体配肥单元(291)、精炼固体有机肥(292)、MVR浓缩进料泵(30)、热交换器(31)、强制循环蒸发器(32)、母液罐(331)、强制循环泵(332)、浓缩液态肥(333)、蒸汽压缩机(34)、冷凝液罐(351)、冷凝液泵(352)。
优选地,所述有机固体废弃物厌氧发酵制沼气采用3毫米粒径的有机固体废弃物,含水率87%~95%,温度35℃,碳氮比15~19,挥发性脂肪酸小于1500ppm。
优选地,所述沼渣沼液资源化和无害化制有机肥采用含水率89%~92%的沼渣沼液,氧化温度180~250℃,氧化压力2~5MPa,氧化反应时间1~2小时。
优选地,所述有机肥精炼及浓缩采用氮磷钾配肥及5~10倍浓缩系统。
本方案所提供的沼渣沼液的处理工艺及装置,采用高温高压的处理工艺,解决了厌氧发酵工艺不能解决的问题,杜绝了沼渣沼液对环境的污染,同时有效的使有机固体废弃物得到充分的资源化和无害化,大大提高了有机固体废弃物处理的企业效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
图1为本发明装置结构示意图。
图中:11.有机固体废弃物、12.粉碎机、13.废水、14.厌氧发酵罐、15.沼气脱硫塔、16.储气柜、17.沼气提纯单元、18.净化天然气、19.沼气发电单元、21.沼渣沼液输送泵、22~23.热交换单元、24.水热釜、251~254.氧化釜、255.空压站、256.氧化剂、261.尾气除臭单元、262.净化尾气、263.疏水阀、271.固液分离单元、272.液体配肥单元、281~284.喷爆单元、291.固体配肥单元、292.精炼固体有机肥、30.MVR浓缩进料泵、31.热交换器、32.强制循环蒸发器、331.母液罐、332.强制循环泵、333.浓缩液态肥、34.蒸汽压缩机、351.冷凝液罐、352.冷凝液泵。
具体实施方式
以下结合本发明实施例及附图,对本发明进行清晰、完整地描述:
如图1所示,所述有机固体废弃物11经过所述粉碎机12粉碎后,所述废水13、所述疏水阀263与所述冷凝液泵352的冷凝液一同进入所述厌氧发酵罐14进行厌氧发酵产生沼气,产生的沼气经过所述沼气脱硫塔15脱硫后进入所述储气柜16,经过所述沼气提纯单元17提纯后得到所述净化天然气18。所述储气柜16的沼气通过所述沼气发电单元19产生电力能源。
如图1所示,沼渣沼液通过所述沼渣沼液输送泵21输送至所述热交换器22~23进行热交换后进入所述水热釜24。
如图1所示,所述水热釜24通过高温高压热水解,将所述有机固体废弃物分解为小分子物质,所述水热釜24通过重力流的方式将热化物料送入到所述氧化釜251~254进行氧化。
如图1所示,所述氧化釜通过高温高压氧化反应,将所述有机固体废弃物中的易降解有机物、病毒、病菌、寄生虫、抗生素、恶臭物分解。
如图1所示,所述氧化釜251~254所需的所述氧化剂256经过所述空压站255加压后送至所述氧化釜251~254参与氧化反应。
如图1所示,所述氧化釜251~254通过压力差将所述后氧化釜251~254的固液混合物输送至所述热交换器22进行热交换。
如图1所示,通过所述热交换器22换热的固液混合物进入到所述固液分离单元271进行固液分离,固体输送至所述喷爆单元281~284进行喷爆后送入所述固体配肥单元291进行配肥,最后得到所述精炼固体有机肥292。
如图1所示,来自所述固液分离单元271的液体部分,通过所述液体配肥单元272配肥后,通过所述MVR进料泵30输送到所述热交换器31进行热交换。
如图1所示,来自所述强制循环蒸发器进料泵30的液体在所述热交换器31上与来自所述强制循环蒸发器32的蒸汽进行热交换后进入到所述强制循环蒸发器32内。来自所述强制循环蒸发器32的蒸汽通过所述热交换器31冷凝后进入所述冷凝液罐351内,所述冷凝液罐351内的冷凝液通过所述冷凝液泵352将冷凝液输送至所述厌氧发酵罐14内。
如图1所示,所述强制循环蒸发器32的底部物料通过重力流至所述母液罐331中,所述母液罐331内的蒸汽通过所述蒸气压缩机34压缩提温后送至所述强制循环蒸发器32进行热交换。
如图1所示,所述母液罐331内物料通过所述蒸汽压缩机34蒸发浓缩后,经过所述强制循环泵332将一部分浓缩液送至所述强制循环蒸发器32内,另一部分送出即得到所述浓缩液态肥333。
如图1所示,所述氧化釜251~254产生的蒸汽尾气与来自所述蒸汽压缩机34的蒸汽,通过所述热交换器23进行热交换后送至所述尾气除臭单元261除臭得到所述净化尾气262。
以上所述仅为本发明的典型实施方式。本发明不受上述实施例的限制,任何在此基础上进行的改进均在此发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种畜禽粪污的综合处理和利用装置,其特征在于,包括能量回收系统、物料回收系统和产品精炼系统三:
(a)能量回收系统(11~19):将畜禽粪污混合后配水通过厌氧发酵系统进行厌氧发酵后获得沼气和沼渣沼液,所述厌氧发酵系统包括:畜禽粪便(11)、粉碎机(12)、废水(13)、厌氧发酵罐(14)、沼气脱硫塔(15)、储气柜(16)、沼气提纯单元(17)、净化天然气单元(18)、沼气发电单元(19);
(b)物料回收系统(21~271):将所述沼渣沼液进行氧化改性,获得氧化产物,所述物料回收系统包括:沼渣沼液输送泵(21)、热交换单元(22~23)、水热釜(24)、氧化釜(251~254)、加压站(255)、氧化剂(256)、尾气除臭单元(261)、净化尾气(262)、疏水阀(263)、固液分离单元(271);
(c)产品精炼系统(272~352):将所述氧化产物进行固液分离,其中液体部分通过MVR蒸发器浓缩后获得液态有机肥,液态有机肥包括含腐植酸水溶肥(NY1106-2010标准)、含腐植酸叶面肥(NY1106-2010标准)、复合微生物肥(NY/T798-2015标准)和大量元素或微量元素水溶肥(NY1107-2010标准),固体部分通过喷爆和精炼后获得固态有机肥,固态有机肥包括含腐植酸有机肥(NY481-2002标准)、生物有机肥(NY/T798-2015标准)和含腐植酸复混肥(GB18877-2009标准),所述产品精炼系统包括:液体配肥单元(272)、喷爆单元(281~284)、固体配肥单元(291)、精炼固体有机肥(292)、MVR浓缩进料泵(30)、热交换器(31)、强制循环蒸发器(32)、母液罐(331)、强制循环泵(332)、浓缩液态肥(333)、蒸汽压缩机(34)、冷凝液罐(351)、冷凝液泵(352)。
2.根据权利要求1所述的一种畜禽粪污综合处理和利用的装置,其特征在于:在经过所述能量回收系统中采用的常规厌氧发酵通过沼气回收能量后,所述厌氧发酵罐(14)内的沼渣沼液通过所述热交换器单元(22~23)换热到80~210℃后进入所述水热釜(24),所述水热釜(24)内的物料停留时间保持在5~90分钟,所述水热釜(24)内的物料通过重力流方式进入到所述氧化釜(251~254)内,所述氧化釜(251~254)内的物料与来自所述加压站(255)的所述氧化剂(256)进行氧化反应,所述氧化釜(251~254)内的物料温度控制在160~320℃、压力0.1~10MPa、反应时间0.1~5小时,所述的氧化釜(251~254)内的物料通过所述固液分离单元(271)分离后将液体物料送至所述液体配肥单元(272)配置成含腐植酸水溶肥料、含腐植酸叶面肥、复合微生物肥料和大量元素或微量元素水溶肥料之后送入液态肥浓缩系统(30~352)浓缩至2~15倍,固体物料送至所述喷爆单元(281~284)进行喷爆后送至固体配肥单元(291)配置成含腐植酸有机肥、生物有机肥或含腐植酸复混肥,所述喷爆单元(281~284)中物料停留时间为5~90分钟,温度控制在90~250℃,压力0.1~5MPa。
3.根据权利要求1所述的一种畜禽粪污综合处理和利用的装置,其特征在于:所述的沼渣沼液输送泵(21)包括潜水排污泵、渣浆泵、活塞泵、柱塞泵、齿轮泵、隔膜泵、螺杆泵中的一种或几种,所述的沼渣沼液输送泵(21)材质包括塑料、铝合金、铸铁、铸钢、奥氏体不锈钢、陶瓷中的一种或几种,所述的热交换单元(22~23)设备包括列管式换热器、套管式换热器、热管式换热器、夹套式换热器、盘管式换热器中的一种或几种,所述的热交换单元(22~23)设备材质包括铝合金、铸铁、碳钢、奥氏体不锈钢、钛、钛合金、石墨中的一种或几种,所述的水热釜(24)是一种压力釜,材质包括碳钢、奥氏体不锈钢、哈氏合金、陶瓷、钛、钛合金中的一种或几种,所述的氧化釜(251~254)是一种压力釜,材质包括碳钢、奥氏体不锈钢、哈氏合金、陶瓷、钛、钛合金中的一种或几种,所述的加压站(255)设备包括螺杆式空压机、活塞式空压机空压站中的一种或两种,所述的固液分离单元(271)设备包括带式压滤机、板框式压滤机、离心机、螺旋压榨机中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的一种畜禽粪污综合处理和利用的装置,其特征在于:所述物料回收系统的沼渣沼液含水率可用范围87%~95%,最佳范围89%~92%℃;所述热交换器单元(22~23)换热温度可用范围80~210℃,最佳范围110~160℃;所述水热釜(24)内的物料停留时间可用范围5~90分钟、最佳范围20~60分钟,温度可用范围110~210℃、最佳范围140~180℃,压力可用范围0.15~10MPa、最佳范围2~5MPa;所述氧化釜(251~254)内的物料温度可用范围160~320℃、最佳范围180~250℃,压力可用范围0.1~10MPa、最佳范围2~5MPa,反应时间可用范围0.1~5小时、最佳范围0.5~2小时;所述氧化剂(256)包括空气、氧气、臭氧中的一种或几种;所述液态肥浓缩系统(30~352)浓缩倍数可用范围2~15倍、最佳范围5~10倍;所述喷爆单元(281~284)中物料停留时间可用范围为5~90分钟、最佳范围30~60分钟,温度可用范围90~250℃、最佳范围140~200℃,压力可用范围0.1~5MPa、最佳范围0.35~2MPa。
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