CN112044919A - 一种无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺。该工艺，包括如下步骤：将畜禽粪便和/生物质经过固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入厌氧反应器进行发酵产沼气，固体部分送入水解反应容器，加入回用水、蒸汽和酸催化剂进行水解反应，水解反应结束后得到混合物，混合物分为水解渣和水解液两部分，水解渣进入生物质炭制备炉生产生物质炭，水解液中和后进入厌氧反应器与液体部分混合发酵产沼气，沼气经预处理后进行发电，厌氧反应器的发酵废液进入水生植物氧化塘深度净化后达标排放或回用至养殖场。本发明提出的工艺系统投料至产气时间≤24h，经过处理后，固体减量80％以上，整个工艺系统可实现自主供热。

Description

一种无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺
技术领域
本发明涉及生物质能源和环保技术领域，尤其涉及一种无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺。
背景技术
目前我国的规模养殖每年产生约38亿吨畜禽粪便，其处理率低于50％，COD排放达到了1000多万吨，为农村主要的面污染源。近年来，由于环保不达标，众多中小畜禽粪便养殖企业不得不关停，国家也出台了一系列政策和指导意见，大力推进畜禽粪便处理和资源化。
现有的畜禽粪便处理技术以堆肥生产有机肥、黑膜厌氧发酵和全混流式厌氧发酵产沼气三种为主。其中专利108546667A公开了一种畜禽粪便发酵剂，包括乳酸菌、芽孢杆菌、光合细菌、酵母菌、放线菌、醋酸菌。将畜禽粪便转化为有机肥。专利108774081A将畜禽粪便通过干湿分离后，固体发酵堆肥生产有机肥，液体在黑膜沼气中进行厌氧处理，然后采用陶瓷膜纳滤膜过滤器进行多级浓缩，浓缩后浓液最终制成有机水溶肥。一般有机肥发酵需要定期机械翻堆，时间为20-45天，且需要添加氮磷、秸秆等物质调节营养物质比例。黑膜发酵一般是将固体或液体全部进入黑膜中发酵，发酵周期为10-30天，需要定期排渣，占地面积大。全混流式厌氧发酵产沼气主要采用德国技术，将畜禽粪便与秸秆混合后搅拌，进行厌氧发酵，部分改良技术加入菌种进行预水解，通常发酵周期需要10-30天，存在占地面积大、沼液沼渣难以消纳，易产生二次污染的问题。上述技术均难以对畜禽粪便进行实现零排放处理，且设备占地面积均较大，易产生二次污染。基于此，畜禽养殖业的规模受到了很大的限制，尤其是禽流感、非洲猪瘟等疾病的爆发，政府亟需鼓励养殖，对新型无沼液沼渣的处理技术和工艺路线需求紧迫。
发明内容
本发明提供了一种无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，本发明提出的整个工艺系统可实现自主供热，水达标排放、固体减量后得到生物质炭这一土壤调理剂产品，无沼液沼渣产生；电耗、能耗为产生的能量的三分之一，还有三分之二的电量可产生经济效益。
本发明的目的是提出了一种无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，包括如下步骤：将畜禽粪便和/生物质经过固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入高效厌氧反应器进行发酵产沼气，固体部分送入水解反应容器，加入回用水、蒸汽和酸催化剂进行水解反应，水解反应结束后得到混合物，混合物经过闪蒸容器，混合物中的蒸汽通过闪蒸容器冷凝，经过闪蒸容器后的混合物通过固液分离分为水解渣和水解液两部分，水解渣进入生物质炭制备炉生产生物质炭，水解液通过碱中和后进入高效厌氧反应器与液体部分混合进行厌氧发酵产沼气，沼气经预处理后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，热电联产沼气发电机的余热为水解反应提供蒸汽，高效厌氧反应器的发酵废液经过好氧生物处理(溶氧量6～20PPM)后进入水生植物氧化塘深度净化后即达标排放、作为水解反应的回用水或回用至养殖场。
本发明提出的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，实现了畜禽粪便处理无污染零排放，该工艺系统投料至产气时间≤24h，经过处理后，固体减量80％以上。
优选地，水生植物氧化塘内的植物收集后打浆与畜禽粪便进行固液分离得到固体部分和液体部分，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。水生植物氧化塘内的植物与畜禽粪便进行固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入高效厌氧反应器进行发酵产沼气，固体部分送入水解反应釜，加入回用水、蒸汽和酸催化剂进行水解反应，水解反应结束后得到混合物，混合物经过闪蒸容器，混合物中的蒸汽通过闪蒸容器冷凝，经过闪蒸容器后的混合物通过固液分离分为水解渣和水解液两部分，水解渣进入生物质炭制备炉生产生物质炭，水解液通过碱中和后进入高效厌氧反应器与液体部分混合进行厌氧发酵产沼气，沼气经预处理后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，热电联产沼气发电机的余热为水解反应提供蒸汽，高效厌氧反应器的发酵废液经过好氧生物处理后进入水生植物氧化塘深度净化后即达标排放或回用至养殖场，从而实现整个工艺系统的循环。
进一步优选，所述的水生植物选自水葫芦、芦苇、大藻和水浮萍中的一种以上。
优选地，所述的固液分离后的固体部分含水量为50％-70％。
优选地，所述的酸催化剂选自硫酸、盐酸、乙酸和甲酸中的一种以上。
优选地，水解温度为100-180℃水解1～3h，酸催化剂的质量分数为0.5％-5％，固体部分的质量分数为8％～20％，回用水质量分数为75％～91.5％。
优选地，生物质炭的制备温度为400℃-600℃，制得的生物质炭含水量＜15％。
优选地，所述的高效厌氧反应器选自上流式厌氧污泥床反应器(UASB反应器)、厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB反应器)、内循环厌氧反应器(IC反应器)和双循环高效厌氧反应器中的一种。厌氧发酵的条件为温度35℃-40℃，停留时间为2-9小时，进水pH值为6.8-9.0。
优选地，中和所用的碱选自NaOH、CaO、Ca(OH)2和KOH中的一种。
优选地，所述的沼气预处理为沼气脱硫处理，所述的沼气脱硫处理方法选自干法脱硫、湿法脱硫和生物脱硫法中的一种。本发明中的沼气脱硫处理方法只要能实现脱硫即可，例如干法脱硫使用氧化钙、湿法脱硫使用氢氧化钠、生物脱硫使用脱硫菌。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺投料至产气时间≤24h，经过处理后，固体减量80％以上，整个工艺系统可实现自主供热，水达标排放、固体减量后得到生物质炭这一土壤调理剂产品，无沼液沼渣产生；电耗、能耗为产生的能量的三分之一，还有三分之二的电量可产生经济效益。
附图说明
图1为本发明无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺实施例3的工艺流程图；
附图标记说明：1、固液分离罐；2、高效厌氧反应器；3、水解反应釜；4、闪蒸罐；5、生物质炭制备炉；6、中和罐；7、热电联产沼气发电机；8、水生植物氧化塘；9、水生植物打浆机；10、输送泵。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。
如图1所示，本发明提出的一种无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，包括如下步骤：将畜禽粪便和/生物质经过固液分离罐1固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入高效厌氧反应器2进行发酵产沼气，固体部分送入水解反应釜3，加入回用水、蒸汽和酸催化剂进行水解反应，水解反应结束后得到混合物，混合物经过闪蒸罐4，混合物中的蒸汽通过闪蒸罐4冷凝，经过闪蒸罐4后的混合物通过固液分离分为水解渣和水解液两部分，水解渣进入生物质炭制备炉5生产生物质炭，水解液通过碱在中和罐6中和后进入高效厌氧反应器2与液体部分混合进行厌氧发酵产沼气，沼气经预处理后进入热电联产沼气发电机7进行发电并网，热电联产沼气发电机7的余热为水解反应提供蒸汽，高效厌氧反应器2的发酵废液经过好氧生物处理(溶氧量6～20PPM)后进入水生植物氧化塘8深度净化后即达标排放、作为水解反应的回用水或回用至养殖场。水生植物氧化塘8中种植水生植物，通过水生植物收集船收集后再通过水生植物打浆机9打浆得到水生植物浆料，水生植物浆料通过输送泵10送入工艺前端的固液分离，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。
实施例1
将含水量＞90％的猪粪经过固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入高效厌氧反应器进行发酵产沼气，含水量为70％的固体部分送入水解反应釜，配制质量分数为5％的甲酸，固体质量分数为20％，水质量分数为75％的物料，在100℃进行3h水解反应，水解反应结束后得到混合物，混合物通过闪蒸罐，混合物中的蒸汽通过闪蒸冷凝，通过闪蒸罐的混合物通过固液分离为水解渣和水解液两部分，水解渣通过螺旋送料进入生物质炭制备炉在400℃制备得到含水量为10％的生物质炭，水解液用NaOH中和至pH6.8后进入UASB高效厌氧反应器在35℃停留9h进行厌氧发酵产沼气，沼气经生物脱硫后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，发电机余热为水解提供蒸汽。生物质炭制备炉所需的热量由水解渣裂解过程中产生的可燃气体和焦油燃烧提供。UASB的发酵废水经过20ppm溶氧量的好氧生物处理后进入水葫芦氧化塘深度净化后即可达标排放或回用。水葫芦氧化塘中种植水葫芦、水浮萍，通过收集船收集后打浆通过输送泵送入工艺前端的固液分离，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。
该工艺系统投料至产气周期为24h，固体减量80％，每吨干基原料便可发电530kwh(扣除系统自用热源、电源)。
实施例2
将含水量约80％的牛粪经过固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入内循环高效厌氧反应器(IC反应器)进行发酵产沼气，含水量为50％的固体部分送入水解反应釜，配制硫酸质量分数为1％，固体物质质量分数为8％、回用水质量分数为91％的物料，电加热至180℃，水解2h进行反应，水解反应结束后得到混合物，混合物通过闪蒸罐，混合物中的蒸汽通过闪蒸冷凝，通过闪蒸罐的混合物通过固液分离为水解渣和水解液两部分，水解渣通过螺旋送料进入生物质炭制备炉在600℃制备得到含水量为10％的生物质炭，水解液用Ca(OH)2中和至pH9.0后进入IC反应器控制反应温度38℃停留2h，进行厌氧发酵产沼气，沼气经湿法脱硫后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，热电联产沼气发电机余热为水解提供蒸汽。生物质炭制备炉所需的热量由水解渣裂解过程中产生的可燃气体和焦油燃烧提供。高效厌氧反应器的发酵废水经过溶解氧8ppm的好氧生物处理后进入水葫芦氧化塘深度净化后即可达标排放或回用。水葫芦氧化塘中种植水葫芦、芦苇，通过收集船收集后打浆通过输送泵送入工艺前端的固液分离，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。
该工艺系统投料至产气周期为12h，固体减量90％，每吨干基原料便可发电600kwh(扣除系统自用热源、电源)。
实施例3
将含水量约80％的猪粪和水葫芦混合物经过固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入高效厌氧反应器进行发酵产沼气，含水量为60％的固体部分送入水解反应釜，配制盐酸质量分数为0.5％、固体质量分数为8％、回用水+蒸汽质量分数为91.5％，控制反应温度170℃、水解1h进行反应，水解反应结束后得到混合物，混合物通过闪蒸罐，混合物中的蒸汽通过闪蒸冷凝，通过闪蒸罐的混合物通过固液分离为水解渣和水解液两部分，水解渣通过螺旋送料进入生物质炭制备炉在，550℃制备得到含水量为10％的生物质炭，水解液用CaO中和至pH7.5后进入EGSB反应器在40℃停留6h进行厌氧发酵产沼气，沼气经湿法脱硫后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，热电联产沼气发电机余热为水解提供蒸汽。生物质炭制备炉所需的热量由水解渣裂解过程中产生的可燃气体和焦油燃烧提供。EGSB的发酵废水经过好氧生物处理后进入水葫芦氧化塘深度净化后即可达标排放或回用。水葫芦氧化塘中种植水葫芦、大藻，通过收集船收集后打浆通过输送泵送入工艺前端的固液分离，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。
该工艺系统投料至产气周期为20h，固体减量85％，每吨干基原料便可发电550kwh(扣除系统自用热源、电源)。
实施例4
将含水量约80％的猪粪和象草经过固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入高效厌氧反应器进行发酵产沼气，含水量为60％的固体部分送入水解反应釜，配制乙酸质量分数为1％、硫酸质量分数为1％，固体质量分数为15％、水83％的物料，乙酸和硫酸的体积比为1：1，在150℃水解2h，水解反应结束后得到混合物，混合物通过闪蒸罐，混合物中的蒸汽通过闪蒸冷凝，通过闪蒸罐的混合物通过固液分离为水解渣和水解液两部分，水解渣通过螺旋送料进入生物质炭制备炉在450℃制备得到含水量为10％的生物质炭，水解液用KOH中和至pH7.2后进入UASB反应器在35℃停留4h进行厌氧发酵产沼气，沼气经干法脱硫后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，热电联产沼气发电机余热为水解提供蒸汽。生物质炭制备炉的热量由水解渣裂解过程中产生的可燃气体和焦油燃烧提供。UASB反应器的发酵废水经过溶氧为10ppm好氧生物处理后进入水葫芦氧化塘深度净化后即可达标排放或回用。水葫芦氧化塘中种植水葫芦，通过收集船收集后打浆通过输送泵送入工艺前端的固液分离，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。
该工艺系统投料至产气周期为12h，固体减量80％，每吨干基原料便可发电530kwh(扣除系统自用热源、电源)。
实施例5
将含水量约80％的新鲜水稻杆经过固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入高效厌氧反应器进行发酵产沼气，含水量为55％的固体部分送入水解反应釜，加入回用水、蒸汽、质量分数为3％的硫酸，配制为固液比1:10的物料，在155℃、条件下水解2h进行反应，水解反应结束后得到混合物，混合物通过闪蒸罐，混合物中的蒸汽通过闪蒸冷凝，通过闪蒸罐的混合物通过固液分离为水解渣和水解液两部分，水解渣通过螺旋送料进入生物质炭制备炉在450℃制备得到含水量为10％的生物质炭，水解液用NaOH中和后进入IC高效厌氧反应器进行厌氧发酵产沼气，沼气经生物脱硫后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，热电联产沼气发电机余热为水解提供蒸汽。生物质炭制备炉的热量由系统自产的混合气体提供。高效厌氧反应器的发酵废水经过好氧生物处理后进入氧化塘深度净化后即可达标排放或回用。氧化塘中种植芦苇，收集后打浆通过输送泵送入工艺前端的固液分离，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。
该工艺系统投料至产气周期为12h，固体减量80％，每吨干基原料便可发电550kwh(扣除系统自用热源、电源)。
实施例6
将含水量约60％的甘蔗渣送入水解反应釜，配制硫酸质量分数1.5％、固体物质质量分数为9.1％、水质量分数为89.4％的物料质量分数为1.5％的盐酸，在145℃下水解3h进行反应，水解反应结束后得到混合物，混合物通过闪蒸罐，混合物中的蒸汽通过闪蒸冷凝，通过闪蒸罐的混合物通过固液分离为水解渣和水解液两部分，水解渣通过螺旋送料进入生物质炭制备炉在550℃制备得到含水量为13％的生物质炭，水解液用Ca(OH)2中和至pH7.8后进入IC反应器在40℃停留5h进行厌氧发酵产沼气，沼气经生物脱硫后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，热电联产沼气发电机余热为水解提供蒸汽。生物质炭制备炉所需的热量由水解渣裂解产生的可燃气体和焦油燃烧提供。高效厌氧反应器的发酵废水经过好氧生物处理后进入氧化塘深度净化后即可达标排放或回用。氧化塘中种植大藻，收集后打浆通过输送泵送入工艺前端的固液分离，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。
该工艺系统投料至产气周期为12h，固体减量85％，每吨干基原料便可发电660kwh(扣除系统自用热源、电源)。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，包括如下步骤：将畜禽粪便和/生物质经过固液分离后得到液体部分和固体部分，液体部分进入厌氧反应器进行发酵产沼气，固体部分送入水解反应容器，加入回用水、蒸汽和酸催化剂进行水解反应，水解反应结束后得到混合物，混合物经过闪蒸容器，混合物中的蒸汽通过闪蒸容器冷凝，经过闪蒸容器后的混合物通过固液分离分为水解渣和水解液两部分，水解渣进入生物质炭制备炉生产生物质炭，水解液通过碱中和后进入厌氧反应器与液体部分混合进行厌氧发酵产沼气，沼气经预处理后进入热电联产沼气发电机进行发电并网，热电联产沼气发电机的余热为水解反应提供蒸汽，厌氧反应器的发酵废液经过好氧生物处理后进入水生植物氧化塘深度净化后即达标排放或回用至养殖场。
2.根据权利要求1所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，水生植物氧化塘内的植物收集后打浆与畜禽粪便进行固液分离得到固体部分和液体部分，进而进行水解和厌氧发酵产沼气。
3.根据权利要求2所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，所述的水生植物选自水葫芦、芦苇、大藻和水浮萍中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，所述的固液分离后的固体部分含水量为50％-70％。
5.根据权利要求1所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，所述的酸催化剂选自硫酸、盐酸、乙酸和甲酸中的一种以上。
6.根据权利要求1或5所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，所述的水解反应具体条件为：水解体系中，酸催化剂的质量分数为0.5％-5％，固体部分的质量分数为8％～20％，回用水质量分数为75％～91.5％，蒸汽或电加热至水解温度为100-180℃水解1～3h。
7.根据权利要求1所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，其特征在于，生物质炭的制备温度为400℃-600℃，制得的生物质炭含水量＜15％。
8.根据权利要求1所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，所述的厌氧反应器选自上流式厌氧污泥床反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床反应器、内循环厌氧反应器、双循环高效厌氧反应器中的一种。
9.根据权利要求1所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，中和所用的碱选自NaOH、CaO、Ca(OH)2和KOH中的一种。
10.根据权利要求1所述的无沼液沼渣的畜禽粪便综合利用绿色工艺，其特征在于，所述的沼气预处理为沼气脱硫处理，所述的沼气脱硫处理方法选自干法脱硫、湿法脱硫和生物脱硫法中的一种。
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