CN109626774A - 一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于养殖业废弃物资源化利用方向，公开了一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置及其方法。该方法包括以下步骤：将猪粪放置渗滤床产沼气单元，加入沼液浸泡；将水泡粪渗滤床处理后的渗滤液排放到CSTR发酵产沼气单元中，通过产甲烷菌厌氧消化产沼气；CSTR发酵产沼气单元的上清液作为过程水回流至水泡粪渗滤床单元；往复循环水泡粪渗滤床单元与CSTR发酵产沼气单元之间的液体；将水泡粪渗滤床单元的渗滤渣取出，通过生物干化，产物可用作基肥。本发明有效解决了养猪场粪污处理及沼液的排放问题，本发明具有处理效率高、工艺条件简单、二次污染少、经济效益高等优点，适用于养猪场的粪污和沼液处理。
Description
技术领域
本发明属于养殖业废弃物资源化利用方向，具体涉及一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置及其方法。
背景技术
目前，养猪场清粪工艺主要分为水冲粪、水泡粪和干清粪三种。水冲粪工艺耗水量大，水资源浪费严重，污水中的可溶性有机物高，处理难度高。干清粪工艺分为机械清粪和人工清粪两种，机械清粪主要采用刮板式清粪机械，耗电量较大，拖拉刮板的钢丝绳易被腐蚀损坏，清理效果和耐久性较差；人工清粪劳动强度大，劳动生产率低，需要大量的劳动力资源。水泡粪工艺，粪便中的可溶性有机物经过浸泡后，便于后续处理，相对于水冲粪方式，能够节约冲洗用水量，可降低劳动强度，提高劳动效率。因此在规模化养殖场中，常常采用水泡粪工艺。
目前我国关于水泡粪的专利较少，主要集中在水泡粪装置改良和工艺改良。专利(CN206354146U)为一种活动式小型漏缝地板水泡粪整体装置，处理量低，不适合用于大型规模化养殖场；专利(CN206314370U)中采用液压与柱塞配合的方式排粪，机械易损耗，清理效果差，且成本高；专利(CN105309320A)将本发明将漏粪口设在检修口底部，需工作人员使用长铁钩拉开；专利(CN105248289A)在漏缝地板处设有专门的检修口，方便检修人员进入水泡粪池内进行检修或清理；专利(CN204298222U)为一种水泡粪专用固液分离机，效力更高，更省电，而且更加的耐用，减少了人工维修。
专利(CN206314368U)中采用粪水沉降后用于回流冲洗储粪池，不经过厌氧-好氧处理，会导致粪水中有机污染物浓度高，散发臭气，增加了处理难度；专利(CN203457629U)可通过漏粪槽上的漏眼直接或经猪践踏后漏入下部蓄水的水槽中，每天每头猪可节约冲洗粪便用水10公斤以上；专利(CN103172244A)将水泡粪为原料的沼气池出水固液分离后，分别将污泥和沼液转化为有机肥料和液态有机肥，为农业提供优质的肥料资源。专利(CN102690025A)需将动物粪便在水中浸泡存储1～2个月，在长期存储中，易产生臭气对猪产生影响，并增加了后续出水的处理难度；专利(CN102219333A)将水泡粪固液分离，形成的固形物和污水分别厌氧消化，工艺复杂；专利(CN104987214A)为一种减少尿泡粪工艺中污染气体排放的高效生物发酵剂，以脱氢的形式使猪粪便脱臭，除臭效果较好，起到消除有害气体产生的作用。
传统的水冲粪或水泡粪工艺污水量较大，厌氧发酵后产生的沼液量大，如果采用沼液还田或自然处理，则需要周边有大量农田进行消化。利用猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的新装置和方法处理养猪场产生的粪污，具有一定的研究价值，是一种易于推广使用的工艺。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述装置进行猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的方法，该方法是一种原位处理粪污，沼气产率高、工艺条件简单、二次污染少、经济效益高，且实现了污水零排放的规模化养猪场粪污处理工艺。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置，该装置包括水泡粪渗滤床单元和CSTR发酵产沼气单元；
所述水泡粪渗滤床单元包括第一搪瓷钢板盖和不锈钢箱体；不锈钢箱体上端开口处四周设置第一水封槽；不锈钢箱体侧面和底部套有第一热水夹层，第一热水夹层设有两个第一热水口；不锈钢箱体底部设有排水口，不锈钢箱体内部设有进水粗管，第一搪瓷钢板盖设有出气管和进水细管，当第一搪瓷钢板盖盖在不锈钢箱体上，进水细管插入进水粗管中；不锈钢箱体内距离底部20mm处设有筛板；
所述CSTR发酵产沼气单元包括第二搪瓷钢板盖和不锈钢罐体；不锈钢罐体上端开口处四周设置第二水封槽；不锈钢罐体侧面和底部套有第二热水夹层，第二热水夹层设有两个第二热水口；不锈钢罐体内部设有搅拌器，不锈钢罐体底部设有排泥口，不锈钢罐体侧面设有出水口和进水管；第二搪瓷钢板盖设有出气口；
水泡粪渗滤床单元的排水口和CSTR发酵产沼气单元的进水管以管道相连，管道上设置第一水泵；CSTR发酵产沼气单元的出水口和水泡粪渗滤床单元的进水细管以管道相连，管道上设置第二水泵；水泡粪渗滤床单元的两个第一热水口，和CSTR发酵产沼气单元的两个第二热水口，以及热水箱依次连接，形成热水循环通道。
所述水泡粪渗滤床单元的不锈钢箱体的规格长220mm、宽220mm、高350mm；所述筛板的长210mm、宽210mm，孔径40目；所述第一热水夹层的宽为20mm。
所述CSTR发酵产沼气单元的不锈钢罐体的规格为直径300mm、高600mm的圆柱体；所述第二热水夹层的宽为20mm。
一种利用上述的装置进行猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的方法，包括以下操作步骤：
(1)将猪粪置入水泡粪渗滤床单元的不锈钢箱体内，加入沼液浸泡；盖上第一搪瓷钢板盖；调节第一热水夹层中的热水温度，控制不锈钢箱体内温度为35±1℃；
(2)打开第一水泵，将水泡粪渗滤床处理后的渗滤液通过排水口排放到CSTR发酵产沼气单元的不锈钢罐体中，加入产甲烷菌，盖上第二搪瓷钢板盖；调节第二热水夹层中的热水温度，控制不锈钢罐体内温度为35±1℃，在不锈钢罐体中产甲烷菌厌氧消化产沼气；
(3)打开第二水泵，将CSTR发酵产沼气单元中的上清液作为过程水通过出水口回流至水泡粪渗滤床单元；
(4)往复循环水泡粪渗滤床单元与CSTR发酵产沼气单元之间的液体；
(5)将水泡粪渗滤床单元的渗滤渣取出，通过生物干化，产物用作基肥。
步骤(1)所述猪粪体积为2L；所述沼液为CSTR发酵产沼气单元产生的沼液，体积4L。
步骤(1)所述浸泡的次数为两次，即为每天早上6点和晚上6点各两次，每次浸泡时间为3h。
步骤(5)所述水泡粪渗滤床单元的渗滤渣为渗滤液排放到CSTR发酵产沼气单元中已经不产气了，此时渗滤床单元中的产物。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用猪粪渗滤床与CSTR高效耦合两相厌氧发酵系统，促进粪便中的可溶性有机物水解酸化，从固体进入到液体中，便于后续厌氧发酵处理；
(2)本发明通过每天早晚进水与出水，减少了猪粪恶臭气味以及使其稳定化；
(3)本发明CSTR发酵产沼气单元只处理水泡粪池的上清液，相比混合发酵，沼气产量提高了15％-30％，并节约了50％-80％的厌氧反应器体积，减少了固液分离环节，简化了运行工艺和设施，减少了运营成本和投资成本。
(4)本发明CSTR发酵产沼气单元出水回流至水泡粪渗滤床中，不仅解决了水泡粪渗滤床微生物接种问题，还减少了沼液排放，具有良好的环保效益。
(5)本发明在产气结束后，对猪粪生物干化，使猪粪渗滤渣更加稳定化且可作基肥。
附图说明
图1是本发明猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的装置示意图，其中1为第一水封槽，2为进水粗管，3为第一热水夹层，4为筛板，5为第二水封槽，6为第二热水夹层，7为搅拌器，8为不锈钢罐体，9为第二搪瓷钢板盖，10为第一热水口，11为不锈钢箱体，12为第一搪瓷钢板盖，13为出气管，14为提手，15为热水箱，16为泵，17为排泥口，18为第二水泵，19为排水口，20为第一水泵，21为出气口，22为进水细管，23为进水管，24为第二热水口，25为出水口。
图2为利用本发明装置进行猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的方法产生沼气的日产沼气量。
图3为利用本发明装置进行猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的方法产生沼气的VS累积沼气产率。
图4为利用本发明装置进行猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的方法产生沼气的日产甲烷浓度。
图5为利用本发明装置进行猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的方法产生沼气的VS累积甲烷产率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置，具体结构如图1所示：
一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置，该装置包括水泡粪渗滤床单元和CSTR发酵产沼气单元；
所述水泡粪渗滤床单元包括第一搪瓷钢板盖12和不锈钢箱体11；不锈钢箱体11上端开口处四周设置第一水封槽1；不锈钢箱体11侧面和底部套有第一热水夹层3，第一热水夹层3设有两个第一热水口10；不锈钢箱体11底部设有排水口19，不锈钢箱体11内部设有进水粗管2，第一搪瓷钢板盖12设有出气管13和进水细管22，当第一搪瓷钢板盖12盖在不锈钢箱体11上，进水细管22插入进水粗管2中；不锈钢箱体11内距离底部20mm处设有筛板4；第一搪瓷钢板盖12上面设置提手14。
所述CSTR发酵产沼气单元包括第二搪瓷钢板盖9和不锈钢罐体8；不锈钢罐体8上端开口处四周设置第二水封槽5；不锈钢罐体8侧面和底部套有第二热水夹层6，第二热水夹层6设有两个第二热水口24；不锈钢罐体8内部设有搅拌器7，不锈钢罐体8底部设有排泥口17，不锈钢罐体8侧面设有出水口25和进水管23；第二搪瓷钢板盖9设有出气口21；
水泡粪渗滤床单元的排水口19和CSTR发酵产沼气单元的进水管23以管道相连，管道上设置第一水泵20；CSTR发酵产沼气单元的出水口25和水泡粪渗滤床单元的进水细管22以管道相连，管道上设置第二水泵18；水泡粪渗滤床单元的两个第一热水口10，和CSTR发酵产沼气单元的两个第二热水口24，以及热水箱15依次连接，形成热水循环通道，热水箱15和CSTR发酵产沼气单元的其中一个第二热水口24之间以泵16连接。
所述水泡粪渗滤床单元的不锈钢箱体的规格长220mm、宽220mm、高350mm；所述筛板的长210mm、宽210mm，孔径40目；所述第一热水夹层的宽为20mm。
所述CSTR发酵产沼气单元的不锈钢罐体的规格为直径300mm、高600mm的圆柱体；所述第二热水夹层的宽为20mm。
实施例2：利用上述的装置进行猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的方法，包括以下操作步骤：
(1)将猪粪置入水泡粪渗滤床单元的不锈钢箱体内，加入沼液浸泡；盖上第一搪瓷钢板盖；调节第一热水夹层中的热水温度，控制不锈钢箱体内温度为35±1℃；
(2)打开第一水泵，将水泡粪渗滤床处理后的渗滤液通过排水口排放到CSTR发酵产沼气单元的不锈钢罐体中，加入产甲烷菌，盖上第二搪瓷钢板盖；调节第二热水夹层中的热水温度，控制不锈钢罐体内温度为35±1℃，在不锈钢罐体中产甲烷菌厌氧消化产沼气；
(3)打开第二水泵，将CSTR发酵产沼气单元中的上清液作为过程水通过出水口回流至水泡粪渗滤床单元；
(4)往复循环水泡粪渗滤床单元与CSTR发酵产沼气单元之间的液体；
(5)将水泡粪渗滤床单元的渗滤渣取出，通过生物干化，产物用作基肥。
步骤(1)所述猪粪体积为2L；所述沼液为CSTR发酵产沼气单元产生的沼液，体积4L。
步骤(1)所述浸泡的次数为两次，即为每天早上6点和晚上6点各两次，每次浸泡时间为3h。
步骤(5)所述水泡粪渗滤床单元的渗滤渣为渗滤液排放到CSTR发酵产沼气单元中已经不产气了，此时渗滤床单元中的产物。
通过上述方法实现沼液减排、猪粪减量化：
沼气产量如图2、图3、图4、图5，日产沼气量第3d可达25.93L，VS累积沼气产量282.04ml/g。日产甲烷浓度可达50％以上，VS累积甲烷产率167.6ml/g。
堆肥产品特性如下表1，2450g猪粪经过本发明上述猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的新工艺处理后重量为65g，减量97.35％。VS降解率97.53，生物干化产物呈中性，盐分含量低，可做基肥。
表1堆肥产品特性
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置，其特征在于：该装置包括水泡粪渗滤床单元和CSTR发酵产沼气单元；
所述水泡粪渗滤床单元包括第一搪瓷钢板盖和不锈钢箱体；不锈钢箱体上端开口处四周设置第一水封槽；不锈钢箱体侧面和底部套有第一热水夹层，第一热水夹层设有两个第一热水口；不锈钢箱体底部设有排水口，不锈钢箱体内部设有进水粗管，第一搪瓷钢板盖设有出气管和进水细管，当第一搪瓷钢板盖盖在不锈钢箱体上，进水细管插入进水粗管中；不锈钢箱体内距离底部20mm处设有筛板；
所述CSTR发酵产沼气单元包括第二搪瓷钢板盖和不锈钢罐体；不锈钢罐体上端开口处四周设置第二水封槽；不锈钢罐体侧面和底部套有第二热水夹层，第二热水夹层设有两个第二热水口；不锈钢罐体内部设有搅拌器，不锈钢罐体底部设有排泥口，不锈钢罐体侧面设有出水口和进水管；第二搪瓷钢板盖设有出气口；
水泡粪渗滤床单元的排水口和CSTR发酵产沼气单元的进水管以管道相连，管道上设置第一水泵；CSTR发酵产沼气单元的出水口和水泡粪渗滤床单元的进水细管以管道相连，管道上设置第二水泵；水泡粪渗滤床单元的两个第一热水口，和CSTR发酵产沼气单元的两个第二热水口，以及热水箱依次连接，形成热水循环通道。
2.根据权利要求1所述的一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置，其特征在于：所述水泡粪渗滤床单元的不锈钢箱体的规格长220mm、宽220mm、高350mm；所述筛板的长210mm、宽210mm，孔径40目；所述第一热水夹层的宽为20mm。
3.根据权利要求1所述的一种猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化装置，其特征在于：所述CSTR发酵产沼气单元的不锈钢罐体的规格为直径300mm、高600mm的圆柱体；所述第二热水夹层的宽为20mm。
4.一种利用权利要求1所述的装置进行猪粪渗滤床产沼气及堆肥一体化的方法，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)将猪粪置入水泡粪渗滤床单元的不锈钢箱体内，加入沼液浸泡；盖上第一搪瓷钢板盖；调节第一热水夹层中的热水温度，控制不锈钢箱体内温度为35±1℃；
(2)打开第一水泵，将水泡粪渗滤床处理后的渗滤液通过排水口排放到CSTR发酵产沼气单元的不锈钢罐体中，加入产甲烷菌，盖上第二搪瓷钢板盖；调节第二热水夹层中的热水温度，控制不锈钢罐体内温度为35±1℃，在不锈钢罐体中产甲烷菌厌氧消化产沼气；
(3)打开第二水泵，将CSTR发酵产沼气单元中的上清液作为过程水通过出水口回流至水泡粪渗滤床单元；
(4)往复循环水泡粪渗滤床单元与CSTR发酵产沼气单元之间的液体；
(5)将水泡粪渗滤床单元的渗滤渣取出，通过生物干化，产物用作基肥。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述猪粪体积为2L；所述沼液为CSTR发酵产沼气单元产生的沼液，体积4L。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述浸泡的次数为两次，即为每天早上6点和晚上6点各两次，每次浸泡时间为3h。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(5)所述水泡粪渗滤床单元的渗滤渣为渗滤液排放到CSTR发酵产沼气单元中已经不产气了，此时渗滤床单元中的产物。
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