CN113024062A - 基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，包括第一粪污调节池、一级固液分离系统、干式厌氧发酵罐、二级固液分离系统、沼渣烘干机，第二粪污调节池、湿式厌氧发酵罐、沼液缓存池和三级氧化塘。本发明适用大多数规模化的养牛场，对养殖场硬件要求较低，特别适合新建或改扩建的项目；既解决了牛粪污污染的问题，减少了污染排放，又控制了温室气体排放，得到了部分清洁能源，同时还得到经过无害化处理的无菌清洁牛床垫料。

Description

基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统及工艺

技术领域

本发明涉环保工程领域，更具体的说，本发明涉及一种基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统及工艺。

背景技术

目前随着我国经济发展迅速，人民生活水平提高，奶产品在我国居民日常生活中所占比重越来越大，奶业的发展已经成为农产品中发展最快的一项产业，特别是最近几年，乳品加工业欣欣向荣，一批现代化的乳品加工企业迅速崛起并不断壮大，大量的中小型乳品加工企业也迅速发展起来，这些加工业的崛起和发展，有力地推动了奶牛养殖业的发展，大规模的集中养殖带来的粪污如果不能很好的合理处理和利用，将带来一系列的污染问题。

已有部分奶牛养殖场将牛粪生产再生垫料，与现有的沙（沙土）垫床、橡胶垫床、木屑（花生壳等）垫床等相比，牛粪再生垫料蓬松，舒适度高，能增加牛的躺卧时间。牛粪再生垫料也存在缺点，当牛粪处理不到位时，再生垫料卫生不合格，易携带或滋生病菌，威胁奶牛场的生物安全。因此，满足牧场垫料卫生标准，并为奶牛提供舒适的躺卧垫床是牛粪再生垫料工艺必须攻克的难点。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统及工艺。

为实现以上目的，本发明的技术方案是一种基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统及工艺，其特征是，包括第一粪污调节池、一级固液分离系统、干式厌氧发酵罐、二级固液分离系统、沼渣烘干机；第二粪污调节池、湿式厌氧发酵罐、沼液缓存池和三级氧化塘，所述的第一粪污调节池内的粪污输送到一级固液分离系统，所述的干式厌氧发酵罐、二级固液分离系统和沼渣烘干机依次与一级固液分离系统相连接，所述的第二粪污调节池、湿式厌氧发酵罐、沼液缓存池和三级氧化塘依次与一级固液分离系统相连接，所述的沼液缓存池与二级固液分离系统相连接。

可选的，所述的第一粪污调节池和第二粪污调节池上均设置粪污搅拌器，所述的粪污搅拌器均可调节搅拌速度与搅拌深度和方向。

可选的，所述的一级固液分离系统与干式厌氧发酵罐之间设置螺旋进料机，所述的螺旋进料机与固液分离机和干式厌氧发酵罐相连接。

可选的，第一粪污调节池与一级固液分离系统之间、第二粪污调节池与湿式厌氧发酵罐之间、干式厌氧发酵罐与二级级固液分离系统之间和湿式厌氧发酵罐与二级固液分离系统之间均设置出料泵。

可选的，所述的干式厌氧发酵罐设置卧式横轴搅拌器和出料装置，所述干发酵罐通过出料装置与二级固液分离系统相连。

可选的，所述的湿式厌氧发酵罐上设置发酵搅拌器，所述的沼液缓存池内固定设置潜水搅拌机和潜污泵，所述的潜污泵与三级氧化塘相连接。

可选的，所述的二级固液分离系统与沼渣烘干机之间设置沼渣上料机，所述的沼渣烘干机出口设置沼渣出料机。

可选的，所述的一级固液分离系统包括第一水力挤压机和第二水力挤压机，所述的第一水力挤压机与第二水力挤压机串联。

可选的，所述的二级固液分离系统包括螺旋挤压机、第三水力挤压机和第四水力挤压机，所述的螺旋挤压机、第三水力挤压机和第四水力挤压机依次串联。

一种基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料系统的工艺，包括以下步骤：牛粪尿经过第一粪污调节池匀浆后，通过泵送至一级固液分离系统的第一水力挤压机，第一水力挤压机滤液进入第二水力挤压机进行再次筛分挤压分离，第一水力挤压机和第二水力挤压机筛分后的牛粪固渣经过螺旋进料机直接输送至干式高温厌氧发酵罐中发酵产沼气，滤液进入第二粪污调节池中，通过泵泵入湿式中温厌氧发酵罐中发酵产沼气；高温干发酵出料经过二级固液分离系统的螺旋挤压机、第三水力挤压机和第三水力挤压机分离筛分，产生的牛粪沼渣经过沼渣喂料机和上料机进入沼渣烘干机，产生的沼液进入三级氧化塘中存放，在用肥季节直接用于农田，产生的沼气通过锅炉用于厂区和本工艺设备用热，多余的沼气用于发电或提纯。

本发明具有以下有益效果：适用大多数规模化的养牛场，对养殖场硬件要求较低，特别适合新建或改扩建的项目；既解决了牛粪污污染的问题，减少了污染排放，又控制了温室气体排放，得到了部分清洁能源，同时还得到经过无害化处理的无菌清洁牛床垫料；通过该工艺方法得到的牛粪沼渣状态蓬松，含水适中，杀菌彻底，舒适度高，能够增加牛的躺卧时间，不伤牛体；本发明中用牛粪沼渣生产卫生牛床垫料，原料来源于牛场，又返回牛场，达到了资源的循环利用，使得牛场的运行成本大大降低，同时隔绝了外源病菌的输入；实现了牛粪污的高效处理，具有一次性投资省，运行成本低，运行管理方便；产生的沼气作为清洁能源收集并利用，供场区内供热或用电，处理后的沼液作为优质的肥料用于农田，可以用于种植牧草、水稻、玉米小麦等，具有一定的经济效益；不产生二次污染，对环境友好，基本无臭气排放，将可用的资源全部回收利用，对于规模化牛场养殖具有可持续发展的作用，具有很好的社会效益和环境效益。

附图说明

图1是本发明的一种工艺流程结构示意图；

图2是本发明的一种机械设备结构示意图。

1、第一粪污调节池；2、一级固液分离系统；3、干式厌氧发酵罐；4、二级固液分离系统；5、沼渣烘干机；6、第二粪污调节池；7、湿式厌氧发酵罐；8、沼液缓存池；9、三级氧化塘；10、粪污搅拌器；11、螺旋进料机；12、沼渣出料机；13、发酵搅拌器；14、出料泵；21、第一水力挤压机；22、第二水力挤压机；41、螺旋挤压机；42、第三水力挤压机；43、第四水力挤压机；81、潜水搅拌机；82、潜污泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明：

实施例：一种基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料的系统及其工艺方法（见附图1、2），主要包括第一粪污调节池1、第二粪污调节池6、一级固液分离系统2、干式厌氧发酵罐3、湿式厌氧发酵罐7、二级固液分离系统4、沼渣烘干机5、沼液缓存池8和三级氧化塘9，所述的第一粪污调节池内的粪污输送到一级固液分离系统，所述的干式厌氧发酵罐3、二级固液分离系统4和沼渣烘干机5依次与一级固液分离系统2相连接，所述的第二粪污调节池6、湿式厌氧发酵罐7、沼液缓存池8和三级氧化塘9依次与一级固液分离系统2相连接，所述的沼液缓存池8与二级固液分离系统4相连接，第一粪污调节池1与一级固液分离系统2之间、第二粪污调节池6与湿式厌氧发酵罐7之间、干式厌氧发酵罐3与二级固液分离系统4之间、湿式厌氧发酵罐7与二级固液分离系统4之间均设置出料泵。

牛粪污处理方法为每天在牛舍产生的牛粪污经过收集后进入后续处理单元，牛粪尿经过第一粪污调节池1匀浆后，通过泵送至一级固液分离系统2的第一水力挤压机21，第一水力挤压机滤液进入第二水力挤压机22进行再次筛分挤压分离，第一水力挤压机21和第二水力挤压机22筛分后的牛粪固渣经过螺旋进料机11直接输送至干式高温厌氧发酵罐3中发酵产沼气，滤液进入第二粪污调节池6中，通过泵泵入湿式中温厌氧发酵罐7中发酵产沼气；高温干发酵出料依次经过二级固液分离系统4的螺旋挤压机41、第三水力挤压机42和第三水力挤压机43分离筛分，产生的牛粪沼渣经过沼渣喂料机和上料机进入沼渣烘干机5，产生的沼液进入三级氧化塘9中存放，在用肥季节直接用于农田。产生的沼气通过锅炉用于厂区和本工艺设备用热，多余的沼气用于发电或提纯。

所有的牛粪污通过管渠或吸粪车收集至收集池中，粪污的TS浓度为8%-15%，粪污收集池和粪污调节池中有粪污搅拌器10，粪污提升泵，回冲泵，所有的粪污均通过提升泵泵入固液分离机筛分，溢流的液体重新回流至粪污调节池；筛分的固体经过皮带和螺旋输送至干式高温厌氧发酵罐3中，进料固体TS浓度在25%-30%之间，物料停留时间在15-20天，干式高温厌氧发酵罐3温度控制在55℃，出料装置采用柱塞泵，经过干式厌氧消化后的出料TS浓度在18%-22%之间。

干式高温厌氧发酵罐3采用卧式横轴形式搅拌器，是一根中心带桨叶的横轴，搅拌机为变频电机，经过多级减速，转速在1-2转每分钟，发酵罐外侧罐壁紧贴一层增温盘管，增温盘管采用无缝钢管制作，增温盘管外包10-30cm防火岩棉保温层，保温层外覆0.3-0.5mm厚彩钢瓦，彩瓦颜色可不同；干式厌氧发酵出料经过多级固液分离筛分，筛网孔径分别为1~1.5mm,0.75~0.9mm,0.3~0.5mm，沼渣固体物料含水率在65%-75%，沼液TS浓度在10-15%之间；湿式厌氧发酵出料经过一级固液分离筛分，筛网孔径为0.3~0.5mm，牛粪沼渣固体物料含水率在65%-75%，沼液TS浓度在3-5%之间，含水率在65%-75%的牛粪沼渣固体通过螺旋和上料机进入沼渣烘干机5，通过网带式传送履带输送，经过干燥热风将水汽带走，其中传送履带通过变频电机控制，可以调节传送速度，控制出料沼渣含水率低于45%，沼渣通过沼渣出料机12出料。

粪污液体通过螺杆泵泵送进入湿式厌氧发酵罐7中，粪污的进料TS浓度在6-8%，出料可通过溢流和出料泵14出料，出料TS浓度在3~5%之间，整体水力停留时间在10-15天，控制温度在35℃±1℃；湿式中温厌氧发酵罐采用立式钢罐顶搅拌形式，搅拌机为变频电机，转速在10-18转每分钟，搅拌机的桨叶为三层，发酵罐内侧罐壁底部有一层增温盘管，增温盘管采用无缝钢管制作，发酵罐外侧罐壁紧贴一层10-30cm防火岩棉保温层，保温层外覆0.3-0.5mm厚彩钢瓦，彩瓦颜色可不同。

本发明中的牛床垫料生产工艺适合采用牛粪垫料的养殖方式，经过上述高温干发酵和中温湿发酵处理后，特别是经过干式厌氧发酵罐，混合均匀，高温55℃发酵，杀菌彻底，无死角，同时降解牛粪中的大部分有机物，经过固液分离筛分后，再进入沼渣烘干机5烘干，将含水率从65%-75%降低至45%以下，进一步杀菌无害化处理。干化后的牛粪沼渣作为牛床垫料铺在牛舍，牛在休息或运动时，又将部分垫料和牛粪尿混合在一起进入粪污处理系统，以此循环往复，重复利用；沼渣烘干机5干化原理是低于95℃的干燥热空气进入沼渣干化室，干燥热风从底部通入，与沼渣直接接触，以此最大程度的增加沼渣的干化表面积，使沼渣干化速率最大化，从沼渣干化室出来的回风是低于70℃的湿热气体，直接进入回热交换及冷凝除湿系统。在此过程回风中水蒸气被冷凝液化，后被热水加热盘管再次加热成95℃热风并送入干化室进行下一个循环；干化后的牛粪沼渣呈蓬松状态，堆积密度约为0.3吨/m³，作为牛床垫料存储在阴凉、干燥、通风、空间大的堆场中，要求防雨雪和防渗，使用时通过铲车装到专用翻抛机上，通过专用翻抛机将垫料运输至牛棚中更换垫床垫料，牛粪沼渣垫料堆场需要有10-20天的存放余量和空间。

本发明中，所述粪污为规模化圈养牛舍养殖排出的牛粪、牛尿及少量饮水滴漏、冲洗水、洒落垫料等混合物的总称，呈半固态状，干物质浓度较高，TS浓度在8-15%之间，VS/TS在70-90%之间，总氮含量为1000-2000mg/L，总磷含量为400-800 mg/L。

本发明中第一粪污调节池1，池深1-2米，根据项目大小设置1-2个，池顶带有顶搅拌，设置一层，一根长杆下带多组桨叶，转动时通过齿耙型的搅拌桨叶，可以将粪污收集中的大粪块搅散开，同时在调节池进料口设置有蒸汽管，可以在冬季时节给物料增温化冻，避免冬季北方项目结块。

本发明中，所述的固液分离筛分是指将牛粪污中的大于筛网粒径的颗粒物和悬浮物从粪污或发酵物中分离，得到干物料并用于发酵或做垫料，所使用的设备是螺杆压榨机或搭配斜筛或振动筛的螺杆压榨一体机，可以提高固液分离的效率。

本发明中第二粪污调节池6深3-6米，根据项目大小设置1-2个，带有顶搅拌，搅拌桨叶设置两层，可以使物料搅拌均匀，防止顶部结壳。

本发明中干式厌氧发酵罐3为卧式横轴发酵罐，罐内设有一根中心带桨叶的搅拌轴，桨叶根据罐体大小每隔一定间距排布，搅拌机采用变频电机，无级变速，可以调控搅拌转速，使得物料均匀前进。发酵罐的长宽比在3：1~5：1之间，发酵罐外设增温保温层，发酵罐前后端设置有螺旋进出料系统，发酵罐顶部可以是平顶，也可以覆盖上一体化贮气柜，减少占地面积，高温发酵温度在55℃，停留时间为15-20天，保证粪污杀菌彻底，无害化程度高。

本发明中湿式厌氧发酵罐7为立式罐，采用高效的CSTR全混合式厌氧反应器，高径比在（1~1.5）:1，顶部设有顶搅拌机，搅拌机设置三层桨叶，三层桨叶分别设置在，上层桨叶在发酵罐正常运行液位下0.5米处，可以有效破除牛粪结壳；中间桨叶在罐体运行液位高度的中位线位置；罐体底部桨叶离罐底2米处，可以将底部物料搅动，同时不会被逐渐积聚的底部沉砂卡死。在罐内下部区域有增温盘管，罐外有保温层，可以保证厌氧罐恒温发酵状态。

本发明中沼渣烘干机5采用前置铺料机均匀铺设，原料沼渣首先进入破碎、均料系统，通过均料机均匀出料平铺于网带式传送履带上，网带减速机采用变频调速控制，无级变速，利于调节出料的含水率；干燥热风从底部通入，与沼渣直接接触，以此最大程度地增加沼渣的干化表面积，使沼渣干化速率最大化。采用低温干化，进沼渣干化室干化温度为低于95℃的干燥热空气,从沼渣干化室出来的回风是低于70℃的湿热气体，直接进入回热交换及冷凝除湿系统。在此过程回风中水蒸气被冷凝液化，后被热水加热盘管再次加热至95℃热风送入干化室进行下一个循环。为防止沼渣干化过程中粉尘爆炸事故，采用网带式静态干化，干化过程无粉尘，同时干化过程在低温下进行（送风温度控制在低于95℃），达到源头抑制安全隐患的目的。为防止非封闭方式加热干燥时有害气体随热湿空气排出形成的二次污染，本系统在干燥过程中采取封闭式处理，在现场条件允许情况下，干化系统运行保持适量负压状态，所排气体进入现场废气管网，保证设备正常运行过程中无有毒有害气体排出。

本发明中牛床垫料堆场是存储干化后牛粪沼渣的地方，要求防雨雪和防渗，存储要求阴凉、干燥、通风、铲车等机械车辆可以进入，并且需要有10-20天的存放余量和操作空间。

本发明中三级氧化塘为若干个深度4-6米池塘组成的系统，氧化塘底部铺设有防渗膜，防渗膜上每隔一段距离有一个压袋，均匀排布，防止防渗膜漂浮，氧化塘顶部可根据需要覆盖一层HDPE膜，防止臭味散发和雨水进入；经过固液分离后的沼液进入后续的三级氧化塘贮存，进入氧化塘的沼液TS浓度在3%-6%之间，进入一级氧化塘的牛粪沼液在每级氧化塘满后通过溢流方式进入下一级氧化塘中，沼液在氧化塘贮存的时间要大于100天，在用肥季节时通过泵或罐车输送至农田果园中，最终经过多级氧化塘沉淀分解后，沼液TS浓度在1%-2%。

本发明中粪污泵送、搅拌、发酵罐的螺旋进出料、增温、烘干机、固液分离机等所有设备的启停操作均可以通过现场手动，自动和远程控制，调节池，厌氧罐均有液位、温度，厌氧发酵罐发酵产沼气状态，这些数据均实时传输至中控室，操控运行画面在中控DCS显示屏上显示，中控室操作人员可以实时观察设备的运行状态，参数的变化情况，像厌氧罐增温系统可根据设定好的程序连锁，自动运行，减少人工操作误差；产生的沼气进入后端沼气净化系统，通过脱硫脱水后贮存在干式贮气柜中，其中脱硫是生物脱硫、干法脱硫两级脱硫，脱硫后硫化氢含量低于50ppm，脱水是采用冷冻式干燥机通过冷凝法原理降低沼气温度除去水分，控制相对湿度在70%以下，净化好的沼气优先用于锅炉烧热水，供沼渣烘干和厌氧系统增温，通过温度的实时监测和PLC控制，将干式厌氧发酵罐温度控制在55℃，湿式厌氧发酵罐温度控制在35℃±1℃；剩余的沼气用于发电或提纯。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，包括第一粪污调节池、一级固液分离系统、干式厌氧发酵罐、二级固液分离系统、沼渣烘干机；第二粪污调节池、湿式厌氧发酵罐、沼液缓存池和三级氧化塘，所述的第一粪污调节池内的粪污输送到一级固液分离系统，所述的干式厌氧发酵罐、二级固液分离系统和沼渣烘干机依次与一级固液分离系统相连接，所述的第二粪污调节池、湿式厌氧发酵罐、沼液缓存池和三级氧化塘依次与一级固液分离系统相连接，所述的沼液缓存池与二级固液分离系统相连接。

2.根据权利要求1所述的基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，所述的第一粪污调节池和第二粪污调节池上均设置粪污搅拌器，所述的粪污搅拌器均可调节搅拌速度与搅拌深度和方向。

3.根据权利要求1所述的基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，所述的一级固液分离系统与干式厌氧发酵罐之间设置螺旋进料机，所述的螺旋进料机与固液分离机和干式厌氧发酵罐相连接。

4.根据权利要求1所述的基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，第一粪污调节池与一级固液分离系统之间、第二粪污调节池与湿式厌氧发酵罐之间、干式厌氧发酵罐与二级级固液分离系统之间、湿式厌氧发酵罐与二级固液分离系统之间均设置出料泵。

5.根据权利要求1所述的基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，所述的干式厌氧发酵罐设置卧式横轴搅拌器和出料装置，所述干式厌氧发酵罐通过出料装置与二级固液分离系统相连。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，所述的湿式厌氧发酵罐上设置发酵搅拌器，所述的沼液缓存池内固定设置潜水搅拌机和潜污泵，所述的潜污泵与三级氧化塘相连接。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，所述的二级固液分离系统与沼渣烘干机之间设置沼渣上料机，所述的沼渣烘干机出口设置沼渣出料机。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，所述的一级固液分离系统包括第一水力挤压机和第二水力挤压机，所述的第一水力挤压机与第二水力挤压机串联。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统，其特征是，所述的二级固液分离系统包括螺旋挤压机、第三水力挤压机和第四水力挤压机，所述的螺旋挤压机、第三水力挤压机和第四水力挤压机依次串联。

10.一种基于厌氧干发酵的牛粪再生卫生卧床垫料生产系统的工艺，包括以下步骤：

牛粪尿经过第一粪污调节池匀浆后，通过泵送至一级固液分离系统的第一水力挤压机，第一水力挤压机滤液进入第二水力挤压机进行再次筛分挤压分离，第一水力挤压机和第二水力挤压机筛分后的牛粪固渣经过螺旋进料机直接输送至干式高温厌氧发酵罐中发酵产沼气，滤液进入第二粪污调节池中，通过泵泵入湿式中温厌氧发酵罐中发酵产沼气；高温干发酵出料经过二级固液分离系统的螺旋挤压机、第三水力挤压机和第三水力挤压机分离筛分，发酵产生的牛粪沼渣经过沼渣喂料机和上料机进入沼渣烘干机，产生的沼液进入三级氧化塘中存放，在用肥季节直接用于农田，产生的沼气通过锅炉用于厂区和本工艺设备用热，多余的沼气用于发电或提纯。

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