CN109369222A - 干清牛粪的电脱水制备有机肥系统及方法 - Google Patents

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CN109369222A CN201811374203.1A CN201811374203A CN109369222A CN 109369222 A CN109369222 A CN 109369222A CN 201811374203 A CN201811374203 A CN 201811374203A CN 109369222 A CN109369222 A CN 109369222A
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张蕾
杨增军
王文杰
夏树立
李佳佳
李倩
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    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses

Abstract

本发明涉及一种干清牛粪的电脱水制备有机肥系统及方法，包括集粪池、输送泵、电脱水装置、双螺杆输送机以及回转式堆肥筒，堆粪池的物料出口连接输送泵的进料口，输送泵的出料口连接电脱水装置的布泥斗，对电脱水装置进料，电脱水装置的干粪出口对应双螺杆螺旋输送机进料口，双螺杆螺旋输送机出料口对应回转式堆肥筒的进料口，回转式堆肥筒的出料口对应通过输送履带连接腐熟车间。干清粪脱水后固相含水率可低于55％，无需添加辅料即可上堆堆肥化处理，减少了辅料成本。脱水过程，离子态重金属可以在电场下迁移出干粪，降低了后续肥料的重金属含量，减少环境面源污染。

Description

干清牛粪的电脱水制备有机肥系统及方法
技术领域
本发明涉及一种规模化养牛场牛粪的电脱水及脱水牛粪制备有机肥方法。特别适用于干清牛粪的直接脱水和制取有机肥，属于肥料、肥料制造的有机肥料领域。
背景技术
规模化奶牛场的粪污排放量大、排放集中，已成为制约我国奶牛养殖业迅速发展的瓶颈。牛粪经固液分离后堆肥化处理以制取有机肥或回床垫料的处理处置方式，已成为其主要出路。而牛粪的堆肥化处理都需要前置的固液分离工序，将牛粪含水率降低到65％以下，以保证好氧消化的通风和空隙率要求[1]。目前广泛应用的螺旋挤压式固液分离技术，在具有结构简单、操作方便的同时，也有诸如原料水分含量要求高(大于90％，以满足设备在泵送和挤压过程中对流动性的要求)，分离效率低(经机械固液分离后，奶牛粪便中大于50％的固体物、75％以上的养分进入了液体部分)，分离效果差(经固液分离后，固形物中水分含量普遍高于65％)，易堵塞等问题；同时任何粪污堆肥应用都存在的敏感问题---重金属污染无法得到妥善解决，是实现牛粪堆肥处理的主要限制因素和安全隐患。
电脱水方法作为一种高效固液分离方法，可实现粪污的原料含水率在
75％-85％的情况下直接固液分离，无需进行混合其他水分的均质和提高流动性处理，将极大的降低分离后液相总量，降低后续废水处理容量，同时可实现由50％到70％的任意固液分离后固形物含水率要求，根据后续堆肥处理设施和设备类型，进行含水率设定；所形成的固形干粪为0.5cm左右厚度的薄片状，在混料过程即可实现等效粒径约0.5cm的颗粒，在不添加辅料的情况下，可实现堆肥处理的水分，自由空域和形状要求。牛粪中所含有的重金属离子，在电场力作用下，可随液相部分分离出干粪，降低了重金属在肥料中的富集。对于牛粪等纤维素，木质素含量高，C/N无需进一步调节的粪污类型，可以进一步降低辅料费用和混料设备投入。因此，将规模化牛场干清牛粪单独收集，利用电脱水在含水率50％-85％的优势脱水阶段进行固液分离，分离后固相直接进行好氧发酵制取有机肥的方法，可实现快速，低成本，高效率，无重复工艺的牛粪制有机肥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种规模化养牛场干清牛粪的快速电脱水及脱水牛粪制备有机肥方法。与其他脱水和堆肥方法相比，本方法具有固液分离效率高，污水产生量少，自由空隙率高，无需添加辅料等特点。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种干清牛粪的电脱水制备有机肥系统，包括集粪池、输送泵、电脱水装置、双螺杆输送机、回转式堆肥筒、腐熟车间，堆粪池的物料出口连接输送泵的进料口，输送泵的出料口连接电脱水装置的布泥斗，完成对电脱水装置进料，电脱水装置的干粪出口通过输送带对应双螺杆螺旋输送机进料口，双螺杆螺旋输送机出料口对应回转式堆肥筒的进料口，回转式堆肥筒的出料口对应通过输送履带连接腐熟车间；
所述回转式堆肥筒的结构为：包括转座、转筒、电机、曝气管以及温度传感器，两对称设置的转座上共同同轴安装一圆筒形转筒，转座与转筒之间通过转链铰接，在两转座之间安装旋转电机，旋转电机通过铰链驱动转筒同轴旋转；
转筒的一端为进料口，另一端为出料口，在转筒内轴心位置水平安装曝气管，所述曝气管分为从左至右为等长的三段管，三段管端部同轴密封连接，管壁设置出气条口，在三段管外缘分别同轴包覆曝气膜，三段管从左至右膜孔数量不同，通过曝气膜孔数量，调节该段转筒内的曝气量，在进料口侧还安装曝气风机，风机连接连通曝气管，为曝气管供气，在曝气管的三段管上分别安装温度传感器。
而且，还应包括除臭设施，电脱水装置配备的清洗装置以及滤液装置。
而且，在转筒内按照在不同曝气量的区域内分别设置加热装置。
一种干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，包括以下步骤：
⑴将牛粪通过刮粪板，清粪车，人工清粪等方式单独收集于集粪池存储；
⑵通过位于集粪池底部的粘稠介质输送泵对牛粪进行搅拌输送到电脱水设备的布泥斗；
⑶通过电脱水设备对牛粪进行固液分离，分离液相收集后用于冲洗电脱水设备过滤介质，分离固相进入双轴螺旋输送机；
⑷通过双螺杆输送机对脱水牛粪进行破碎成型，同时，加入堆肥熟料，与脱水牛粪进行混合；
⑸将混合后的牛粪在双轴螺旋的输送作用下，回转式堆肥筒，进行堆肥处理，处理后排料进入到堆肥腐熟车间。
而且，所述步骤⑴中的牛粪主要为牛的排便和牛尿，以及少量混入牛粪中的牛床垫料，严格控制不与养殖场其他废水混合，以降低粪污总量，牛粪含水率低于85％；
所述步骤⑴中的集粪池，池壁与水平面保持35-45°夹角，池底部预留尺寸不小于25*40cm出料口，配合粘稠介质输送泵的进料口使用，为混凝土浇筑成型或板材焊接制作，防止粪污在池壁残留和架桥现象。
而且，所述步骤⑵中的粘稠介质输送泵为带破桥铰刀和螺旋喂料器的大进料口单螺杆泵，其定转子长度的压力等级不低于0.6MPa，以保证牛粪在定转子的充分挤压搅动下，提高流动性，视输送水平和竖直距离可进一步提高泵的压力等级，但不宜高于2.4MPa；
所述步骤⑵中将牛粪输送到电脱水设备的布泥斗过程，所采用的输送方式为封闭式压力管道输送，管道内壁内衬尼龙或PE等材质，降低输送沿程阻力，并且弯头半径宜大于5倍管道直径。
而且，所述步骤⑶中牛粪的电脱水过程，控制牛粪布料厚度宜小于1.5cm，操作电场强度低于20V/cm，机械压力为0.5-1.5kgf/cm2，脱水时间控制在6-10min，控制牛粪层在电脱水后期电阻热升温到70℃以上，并维持1-2min，实现大部分病原体和杂菌的灭活，同时实现牛粪的快速脱水，脱水程度控制在含水率55-60％；
所述步骤⑶中牛粪的电脱水过程，所采用的过滤介质透气量大于2200L/㎡S，降低脱水阻力，同时控制过滤介质等效孔径为0.2-0.3cm；
所述步骤⑶中分离液相收集后用于冲洗电脱水设备过滤介质，为泵压力高于1.5MPa的压力冲洗，选用喷嘴为等效孔径大于0.3cm的防堵塞扇形均流喷嘴，扇面覆盖角度宜为65-80°；
而且，所述步骤⑷中的脱水牛粪为厚度为0.5-0.75cm的薄片状松散结构，所述的双轴螺旋，同时起到将薄片状的脱水牛粪进行破碎成平均尺寸约为0.5cm的颗粒，实现脱水牛粪与堆肥熟料充分接种混合，和实现脱水牛粪的输送功能，所述的堆肥熟料与脱水牛粪的混合质量比为1:3。
而且，所述步骤⑸中的回转式堆肥筒所采用的堆肥方式可以为强制通风静态垛或强制通风动态垛两种方式，强制通风量与堆粪量体积比宜为0.3-1.1，通风方式宜采用CTB温度反馈控制方式，采用仓式堆粪，底部鼓风或顶部引风，轨道式翻抛机日均翻堆次数为0.5-1次，堆肥周期为22-30日；堆肥设备可以采用回转式堆肥筒，转速小于3转/min，堆粪周期为7-10天。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明直接采用含水率低于85％的干清牛粪作为脱水原料，相比传统的螺旋挤压式固液分离机，无需添加液相来满足泵送和脱水的流动性要求，分离后产生的废水量少，固液分离效率高达90％以上，远高于螺旋挤压式固液分离机的50％，养分保存率高，有助于后续堆肥肥效。干清粪脱水后固相含水率可低于55％，无需添加辅料即可上堆堆肥化处理，减少了辅料成本。脱水过程，离子态重金属可以在电场下迁移出干粪，降低了后续肥料的重金属含量，减少环境面源污染。
附图说明
图1为干清牛粪的电脱水制备有机肥系统结构示意图。
图2为回转式堆肥筒的结构示意图。
图3为干清牛粪的电脱水制备有机肥方法工艺图。
图4为曝气管剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本申请的发明内容作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种干清牛粪的电脱水制备有机肥系统，包括集粪池1-1、输送泵1-2、电脱水装置1-4、双螺杆输送机1-6、回转式堆肥筒1-7、腐熟车间1-8，堆粪池的物料出口连接输送泵的进料口，输送泵的出料口连接电脱水装置的布泥斗，完成对电脱水装置进料，电脱水装置的干粪出口通过输送带1-5对应双螺杆螺旋输送机进料口，双螺杆螺旋输送机出料口对应回转式堆肥筒的进料口，回转式堆肥筒的出料口对应通过输送履带连接腐熟车间。电脱水装置利用自身配备的清洗装置1-3以及滤液装置进行自我清洗和滤液排放。
本申请推荐使用CN207031220(CN2017207207255119)中公布的污泥电脱水装置，但不限于仅仅使用该装置，具有自清洗功能的电脱水装置均可。输送泵采用粘稠介质输送泵。该CN207031220中的原泥仓由集粪池个输送泵取代。
本申请中回转式堆肥筒的结构为：包括转座4、转筒3、电机7、曝气管10以及温度传感器，两对称设置的转座上共同同轴安装一圆筒形转筒，转座与转筒之间通过转链铰接，在两转座之间安装旋转电机7，旋转电机通过铰链8驱动转筒同轴旋转。
转筒的一端为进料口2，另一端为出料口13，在转筒内轴心位置水平安装曝气管10，所述曝气管分为从左至右为等长的三段管，三段管端部同轴密封连接，管壁设置出气条口，在三段管外缘分别同轴包覆曝气膜6、12，三段管从左至右膜孔数量不同，通过曝气膜孔数量，调节该段转筒内的曝气量，在进料口侧还安装曝气风机1，风机连接连通曝气管，为曝气管供气。为了显示清楚，附图2中中间段的曝气膜省略未画出。
本申请将不同膜孔数量的转筒内区域分为三个曝气区域，分别是1区、2区、3区，在通气和温度上介绍上方便下述方法论述，本申请在1区、2区、3区内的曝气管上安装温度传感器5、9、11，实时测温，实现对熟化过程的精细控制。
为了提高加热效率，在转筒内按照在不同曝气量的区域内分别设置加热装置，三个独立设置的加热装置能够实现转筒内的分段控温。
配合上述装置，本申请还提高一种干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，包括以下步骤：
⑴将牛粪通过刮粪板，清粪车，人工清粪等方式单独收集于集粪池存储；
⑵通过位于集粪池底部的粘稠介质输送泵对牛粪进行搅拌输送到电脱水设备的布泥斗；
⑶通过电脱水设备对牛粪进行固液分离，分离液相收集后用于冲洗电脱水设备过滤介质，分离固相进入双轴螺旋输送机；
⑷通过双螺杆输送机对脱水牛粪进行破碎成型，同时，加入堆肥熟料，与脱水牛粪进行混合；
⑸将混合后的牛粪在双轴螺旋的输送作用下，回转式堆肥筒，进行堆肥处理，处理后排料进入到堆肥腐熟车间。
优选的是，所述步骤⑴中的牛粪主要为牛的排便和牛尿，以及少量混入牛粪中的牛床垫料，严格控制不与养殖场其他废水混合，以降低粪污总量，牛粪含水率低于85％。
优选的是，所述步骤⑴中的集粪池，池壁与水平面保持35-45°夹角，池底部预留尺寸不小于25*40cm出料口，配合粘稠介质输送泵的进料口使用，为混凝土浇筑成型或板材焊接制作，防止粪污在池壁残留和架桥现象。
优选的是，所述步骤⑵中的粘稠介质输送泵为带破桥铰刀和螺旋喂料器的大进料口单螺杆泵，其定转子长度的压力等级不低于0.6MPa，以保证牛粪在定转子的充分挤压搅动下，提高流动性，视输送水平和竖直距离可进一步提高泵的压力等级，但不宜高于2.4MPa。
优选的是，所述步骤⑵中将牛粪输送到电脱水设备的布泥斗过程，所采用的输送方式为封闭式压力管道输送，管道内壁内衬尼龙或PE等材质，降低输送沿程阻力，并且弯头半径宜大于5倍管道直径。
优选的是，所述步骤⑵中的电脱水设备的布泥斗，要具有布料量检测方法，可以为专利(CN207031220U)中所述的压力式检测方法，或其他容积式、料位式检测方法。
优选的是，所述步骤⑶中牛粪的电脱水过程，控制牛粪布料厚度宜小于1.5cm，操作电场强度低于20V/cm，机械压力为0.5-1.5kgf/cm2，脱水时间控制在6-10min，控制牛粪层在电脱水后期电阻热升温到70℃以上，并维持1-2min，实现大部分病原体和杂菌的灭活，同时实现牛粪的快速脱水。脱水程度宜控制在含水率55％。
优选的是，所述步骤⑶中牛粪的电脱水过程，所采用的过滤介质透气量大于2200L/㎡S，降低脱水阻力，同时控制过滤介质等效孔径为0.2-0.3cm，减少分离液相的固体含量，提高分离效率。同时保证离子态重金属氧离子在电场力作用下，随电渗透液流方向，顺利通过过滤介质，降低分离固相中重金属含量。
优选的是，所述步骤⑶中分离液相收集后用于冲洗电脱水设备过滤介质，为泵压力高于1.5MPa的压力冲洗，选用喷嘴为等效孔径大于0.3cm的防堵塞扇形均流喷嘴，扇面覆盖角度宜为65-80°。
优选的是，所述步骤⑷中的脱水牛粪为厚度为0.5-0.75cm的薄片状松散结构，所述的双轴螺旋，同时起到将薄片状的脱水牛粪进行破碎成平均尺寸约为0.5cm的颗粒，实现脱水牛粪与堆肥熟料充分接种混合，和实现脱水牛粪的输送功能。所述的堆肥熟料与脱水牛粪的混合质量比为1:3。
优选的是，所述步骤⑶、⑷、⑸中的双轴螺旋输送机转速宜为30-55转/min，有轴结构。
优选的是，所述步骤⑸中的回转式堆肥筒所采用的堆肥方式可以为强制通风静态垛或强制通风动态垛两种方式，强制通风量与堆粪量体积比宜为0.3-1.1，通风方式宜采用CTB温度反馈控制方式。堆粪设施可以采用仓式堆粪，底部鼓风或顶部引风，轨道式翻抛机日均翻堆次数为0.5-1次，堆肥周期为22-30日；堆肥设备可以采用回转式堆肥筒，转速小于3转/min，堆粪周期为7-10天。
优选的是，本发明所述的一种干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，在电脱水工艺和堆粪工艺步骤，还应包括除臭设施。
实施例1
一种干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，如附图1所示，包括以下步骤：
(1)将牛粪通过刮板机刮到位于牛舍一侧的集粪池，牛粪含水率约80％。
(2)控制集粪池底部的单螺杆泵转速为70转/min，不设置防架桥铰刀，将牛粪输送到电脱水设备的布泥斗。
(3)电脱水设备的布泥斗顶部设置平面膜压力传感器，检测到压力发生突变后停止单螺杆泵，同时开启电脱水设备的滤带旋转过程，通过料斗出口的限高装置将牛粪的布料厚度限制在1.5cm。当牛粪布满阳极覆盖区域后进行电脱水操作。
(4)控制电脱水设备输出电压为30V，加压装置机械压力为1kgf/cm2，脱水时间10min，通过阳极板上安装的热电偶监测阳极温度，当温度高于70℃时，适当降低电压值，通过监测电源总电流，当阳极面电流密度高于650A/m2时，适当降低机械压力。检测出口脱水牛粪含水率，当含水率低于55％时，适当降低脱水时间，以保证脱水牛粪含水率在55-60％。
(5)脱水牛粪通过双轴螺旋输送机的进料口进行收集后输送，同时在双轴螺旋的进料侧开堆肥熟料添加口，熟料添加量与脱水牛粪质量比为1:3，控制双轴螺旋转速为40转/min，输送长度为12m，检测出料侧脱水牛粪尺寸，当存在较多未有效破碎的片状脱水牛粪时，提高双轴螺旋的转速，同时，关小出料口的开口，提高脱水牛粪在双轴螺旋的停留时间，提高破碎程度。
(6)将混合后的牛粪在双轴螺旋的输送作用下，进入回转式辊筒发酵设备，如附图2所示，在辊筒中心位置布置微孔曝气管，管体分为三个区域，每个区域有单独的温度监测热电偶和独立曝气管，根据各段监测温度差异，采用不同的曝气量，见附表。
(7)脱水牛粪在回转式堆肥筒发酵设停留7日，充分好氧消化后由(13)出料口排出，通过皮带输送机输送到腐熟车间，进行为期15天的腐熟处理。之后添加其他营养成分，分装得到成品有机肥。

Claims (9)

1.一种干清牛粪的电脱水制备有机肥系统，其特征在于：包括集粪池、输送泵、电脱水装置、双螺杆输送机、回转式堆肥筒、腐熟车间，堆粪池的物料出口连接输送泵的进料口，输送泵的出料口连接电脱水装置的布泥斗，完成对电脱水装置进料，电脱水装置的干粪出口通过输送带对应双螺杆螺旋输送机进料口，双螺杆螺旋输送机出料口对应回转式堆肥筒的进料口，回转式堆肥筒的出料口对应通过输送履带连接腐熟车间；
所述回转式堆肥筒的结构为：包括转座、转筒、电机、曝气管以及温度传感器，两对称设置的转座上共同同轴安装一圆筒形转筒，转座与转筒之间通过转链铰接，在两转座之间安装旋转电机，旋转电机通过铰链驱动转筒同轴旋转；
转筒的一端为进料口，另一端为出料口，在转筒内轴心位置水平安装曝气管，所述曝气管分为从左至右为等长的三段管，三段管端部同轴密封连接，管壁设置出气条口，在三段管外缘分别同轴包覆曝气膜，三段管从左至右膜孔数量不同，通过曝气膜孔数量，调节该段转筒内的曝气量，在进料口侧还安装曝气风机，风机连接连通曝气管，为曝气管供气，在曝气管的三段管上分别安装温度传感器。
2.根据权利要求1所述的干清牛粪的电脱水制备有机肥系统，其特征在于：还应包括除臭设施，电脱水装置配备的清洗装置以及滤液装置。
3.根据权利要求1所述的干清牛粪的电脱水制备有机肥系统，其特征在于：在转筒内按照在不同曝气量的区域内分别设置加热装置。
4.一种干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴将牛粪通过刮粪板，清粪车，人工清粪等方式单独收集于集粪池存储；
⑵通过位于集粪池底部的粘稠介质输送泵对牛粪进行搅拌输送到电脱水设备的布泥斗；
⑶通过电脱水设备对牛粪进行固液分离，分离液相收集后用于冲洗电脱水设备过滤介质，分离固相进入双轴螺旋输送机；
⑷通过双螺杆输送机对脱水牛粪进行破碎成型，同时，加入堆肥熟料，与脱水牛粪进行混合；
⑸将混合后的牛粪在双轴螺旋的输送作用下，回转式堆肥筒，进行堆肥处理，处理后排料进入到堆肥腐熟车间。
5.根据权利要求4所述的干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，其特征在于：所述步骤⑴中的牛粪主要为牛的排便和牛尿，以及少量混入牛粪中的牛床垫料，严格控制不与养殖场其他废水混合，以降低粪污总量，牛粪含水率低于85％；
所述步骤⑴中的集粪池，池壁与水平面保持35-45°夹角，池底部预留尺寸不小于25*40cm出料口，配合粘稠介质输送泵的进料口使用，为混凝土浇筑成型或板材焊接制作，防止粪污在池壁残留和架桥现象。
6.根据权利要求4所述的干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，其特征在于：所述步骤⑵中的粘稠介质输送泵为带破桥铰刀和螺旋喂料器的大进料口单螺杆泵，其定转子长度的压力等级不低于0.6MPa，以保证牛粪在定转子的充分挤压搅动下，提高流动性，视输送水平和竖直距离可进一步提高泵的压力等级，但不宜高于2.4MPa；
所述步骤⑵中将牛粪输送到电脱水设备的布泥斗过程，所采用的输送方式为封闭式压力管道输送，管道内壁内衬尼龙或PE等材质，降低输送沿程阻力，并且弯头半径宜大于5倍管道直径。
7.根据权利要求4所述的干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，其特征在于：所述步骤⑶中牛粪的电脱水过程，控制牛粪布料厚度宜小于1.5cm，操作电场强度低于20V/cm，机械压力为0.5-1.5kgf/cm2，脱水时间控制在6-10min，控制牛粪层在电脱水后期电阻热升温到70℃以上，并维持1-2min，实现大部分病原体和杂菌的灭活，同时实现牛粪的快速脱水，脱水程度控制在含水率55-60％；
所述步骤⑶中牛粪的电脱水过程，所采用的过滤介质透气量大于2200L/㎡S，降低脱水阻力，同时控制过滤介质等效孔径为0.2-0.3cm；
所述步骤⑶中分离液相收集后用于冲洗电脱水设备过滤介质，为泵压力高于1.5MPa的压力冲洗，选用喷嘴为等效孔径大于0.3cm的防堵塞扇形均流喷嘴，扇面覆盖角度宜为65-80°。
8.根据权利要求4所述的干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，其特征在于：所述步骤⑷中的脱水牛粪为厚度为0.5-0.75cm的薄片状松散结构，所述的双轴螺旋，同时起到将薄片状的脱水牛粪进行破碎成平均尺寸约为0.5cm的颗粒，实现脱水牛粪与堆肥熟料充分接种混合，和实现脱水牛粪的输送功能，所述的堆肥熟料与脱水牛粪的混合质量比为1:3。
9.根据权利要求4所述的干清牛粪的电脱水制备有机肥方法，其特征在于：所述步骤⑸中的回转式堆肥筒所采用的堆肥方式可以为强制通风静态垛或强制通风动态垛两种方式，强制通风量与堆粪量体积比宜为0.3-1.1，通风方式宜采用CTB温度反馈控制方式，采用仓式堆粪，底部鼓风或顶部引风，轨道式翻抛机日均翻堆次数为0.5-1次，堆肥周期为22-30日；堆肥设备可以采用回转式堆肥筒，转速小于3转/min，堆粪周期为7-10天。
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