CN114480510A - 一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，将农业废弃物搅拌混合后，利用一体化卧式滚筒发酵装置依次进行好氧预升温处理、厌氧消化处理与好氧发酵处理，其中，好氧发酵所得产物制成有机肥料输出，厌氧消化所得沼气输出。与现有技术相比，本发明“同位处理、分布生产、气肥联产”，可以分布式、批量化、就地解决农村有机废弃物综合利用、农村生活用气、生产用肥的问题等。

Description

一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法
技术领域
本发明属于有机废弃物资源化处理技术领域，涉及一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法。
背景技术
农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机废弃物，主要包括农林业生产过程中产生的植物残余类废弃物、畜牧渔业生产过程中产生的动物类残余废弃物、农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等。随着农村生活水平的提高，农业废弃物产生量以每年8％-10％的速度增长。厌氧消化是目前用来处理大量农业农村废弃物，实现资源化利用的有效技术之一，其主要包括干式厌氧消化和湿式厌氧消化。相比湿式厌氧，干式厌氧消化更适合处理含固率较高(TS>20％)的有机废弃物，克服沼液消纳问题，具有节约用水、成本低及运行简单等优点，但同时也存在底物难于搅拌，传质、传热困难影响系统产气效率等问题。
沼渣是厌氧消化过程的产物，通常是将经厌氧消化后的沼渣经脱水后送至有机肥车间/封闭式滚筒内进行好氧发酵产肥。但常见的厌氧消化和好氧发酵独立分区进行，存在占地面积大，设备多、能耗高，原料转运费时费力，影响工程连续运行效率等问题。
同时，现有沼气工程一般采用外加热源加热，使发酵物料温度达到中温沼气发酵条件，致使沼气工程的运行成本居高不下。
如CN 109020645 A专利公开了一种全干发酵秸秆、粪便混合制沼气和有机肥装置及使用方法，该技术重点介绍了热交换装置工作过程，利用好氧阶段热量来加热厌氧罐的物料，达到协同发酵的效果，但是未考虑现实条件中存在热量难以搜集的问题；同时物料未进行任何形式搅拌，对厌氧阶段产气和好氧阶段堆肥的发酵效率均有一定影响。
CN 211522159 U专利公开了一种干式厌氧发酵及有机肥发酵一体化系统，该系统解决现有技术中长轴搅拌器制作难的问题，采用三组搅拌器实现对厌氧发酵水解、产酸、产气三阶段的精准控制和调节，同时设置多套喷淋系统提高发酵效率，如厌氧罐内的沼液喷淋系统、沼气喷淋系统，好氧罐内的菌剂喷淋系统和空气喷射系统，但在一定程度上也增加了设备的制造难度和复杂度，同时也未考虑原料温度控制和设备密封性问题。同时，虽然上述专利提及了气肥发酵一体化的概念，但厌氧产气和好氧制肥仍是分区分设备进行的。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，以分布式、批量化、就地解决农村有机废弃物综合利用、农村生活用气、生产用肥的问题等。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，将农业废弃物搅拌混合后，依次进行好氧预升温处理、厌氧消化处理与好氧发酵处理，其中，好氧发酵所得产物制成有机肥料输出，厌氧发酵所得沼气输出。
进一步的，好氧预升温处理、厌氧消化处理与好氧发酵处理三个过程在同一一体化发酵装置中进行。更进一步的，所述一体化发酵装置为卧式发酵滚筒，依靠驱动装置带动滚筒沿其轴线转动，所述卧式发酵滚筒内设有相对于水平地面固定不动的空气喷射管和沼液/好氧发酵菌剂喷淋管，进料端连接外部的干式进料系统，并设有用于收集沼气的沼气管，出料端则设有螺旋出料系统，并在卧式发酵滚筒的底部设有沼液排空口。更进一步优选的，所述卧式发酵滚筒轴线与地平面略有倾角，与地面坡度可设置为1:20，其中进料端略高。另外，根据需要滚筒内壁上均匀焊制若干个螺带式抄板，抄板高度可限定为8-10cm，均匀排列，其作用为以实现物料渐进式前移和翻转。
更进一步优选的，所述沼液/好氧发酵菌剂喷淋管位于进料端处的进料管上方，管上均匀分布若干个喷淋口，在厌氧阶段，其作为沼液喷淋管，用于与沼液排空口连接，实现沼液回喷接种物料；在好氧阶段，则作为好氧菌剂喷淋管，主要对物料进行接种加快堆肥反应速度。所述空气喷射管位于进料管下方，管上均匀分布若干个喷射口，对物料进行内部曝气，均质均温。
农业废弃物(畜禽粪污、作物秸秆等)由装载机卸料至机械混料仓内，仓内底部设有水平螺旋，用于输送物料至料仓前端后再由柱塞泵泵至所述卧式发酵滚筒内。基于机械混料仓的固体进料方式，会形成一段“活塞状”封堵结构，对反应器进行密闭，然后开启外部的曝气风机，通过曝气管路并经空气喷射管对物料进行均匀曝气，同时卧式发酵滚筒间歇转动实现翻堆和均质均温，好氧预升温处理时间为1～2d，温度可升至40℃±2℃。
预升温结束后，关闭曝气管路上的空气阀，在密闭状态下，通过卧式发酵滚筒的间歇缓慢转动和一定的停留时间(10-15d)，实现厌氧消化生产沼气。发酵过程中产生的沼气通过滚筒进料端的沼气管输出到沼气气柜；产生的沼液由出料端底部的沼液排空口流至外部沼液池暂存，然后通过沼液循环泵输送至所述沼液喷淋管，通过均匀布置的喷液口对物料进行回喷，从而与罐内物料进行充分混合，厌氧发酵处理的温度为38～42℃，所需热量来自好氧发酵预升温阶段。
产沼基本完成后，解除密闭状态，打开卧式发酵滚筒的空气阀门重新通入空气，对物料进行曝气，好氧发酵菌剂通过罐顶喷淋管对沼渣进行均匀接种，同时在混料仓中投加有机碳源，输送至罐内与发酵完沼渣混合好氧腐熟制取有机肥，温度为60-70℃，时间为15～20d。所述好氧发酵菌剂为高温速效复合菌剂，市面可售如华仁饲料微生态益生菌原液、农盛乐EM菌原液、益加益饲料发酵菌液等产品
厌氧消化沼气输送至气柜暂存后进行热电联产或者制生物天然气，好氧发酵沼肥通过出料系统螺旋输送机送至有机肥深加工区，经后续筛分、包装形成成品有机肥料或进一步加工成高附加值的有机菌肥。
更进一步更优选的，所述有机碳源为稻壳粉、花生壳粉或豆粕中的一种或几种；所述好氧发酵菌剂选择常规市售商品。
上述各阶段，滚筒始终保持转动，并设置变频器，可根据物料特性调节转速，以提高效率和节约能耗。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)序批式进料，一次性装料后直接通过调节曝气量实现卧式滚筒干发酵系统内好氧预升温发酵、厌氧消化产沼和好氧发酵堆肥阶段的同位过渡和衔接，实现气肥联产，自动化程度高，同时结构密闭，减少异味逸散。这种“同位处理、分步生产、气肥联产”的方式，节省了占地和建设成本，非常适合农业有机废弃物就地处理、分布式能肥站的建设；
(2)好氧自升温预处理与干式厌氧/好氧发酵耦合工艺以好氧发酵预处理的部分能量损失换取物料温度提升，实现原料自增温到40+2℃，无需外加热源，简化了供热系统，实现增温节能目标；
(3)一体化卧式滚筒干发酵装置利用固体进料方式，通过螺旋进料机末端的变螺距形成一定的挤压，形成一段“活塞状”封堵结构，对反应器进行密闭；滚筒低速转动和内置抄板对物料进行搅拌，动态发酵，实现均匀传质传热，消除搅拌死角和提高产气效率；
(4)整个过程为干式发酵，无沼液消纳问题，厌氧消化沼气供户使用，好氧发酵剩余物制成有机肥料。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中标号说明：
1为机械混料仓；2为柱塞泵；3为曝气风机；4为卧式发酵滚筒；5为螺旋输送机；6为沼液储存池；7为循环泵；8为搅拌器；9为好氧菌剂储罐；10为菌剂输送泵；N1为沼液回流口/好氧菌剂入口；N2为沼气出口；N3为螺旋进料口；N4为空气入口；N5为沼液排空口；N6为出料口；V01～V12为阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的原料，则表明其均为本领域的常规市售产品；如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。
本发明的目的是提供一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，分布式、批量化、就地解决农村有机废弃物综合利用、农村生活用气、生产用肥等问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例来对本发明作进一步详细的说明。
应用实例以秸秆和牛粪为原料，滚筒设计规模为100m3，装填量60％～70％，控制卧式发酵滚筒4按1rpm进行转动，其轴线与地面略有倾角，与地面坡度设置为1:20，其中进料端略高，操作方法如下：秸秆首先经粉碎至粒径1-3cm，然后与牛粪通过装载机加入到机械混料仓1内进行混合调配，混合物含固率控制在20％-40％(秸秆和牛粪按照TS 1:1配料)，然后通过机械混料仓1底部设置的水平的螺旋输送机将物料输送至的柱塞泵2(此时，两个部件之间的阀门V01开启)，利用压力站提供的动力通过柱塞缸体将干式物料直接输送至一体化卧式滚筒发酵装置(即卧式发酵滚筒4)内，同时，依靠螺旋进料机末端的变螺距对物料进行挤压，形成一段“活塞状”封堵结构，对卧式发酵滚筒4进行密闭。
关闭阀门V02，停止进料，打开阀门V03，开启曝气风机3经空气入口N4通入空气，启动驱动装置使卧式发酵滚筒4以1rpm的转速带动物料翻转，进料端口的螺带式抄板可以带动物料渐进式前移。好氧预升温阶段物料停留1-2d，温度达到后续厌氧发酵的要求(如40±2℃左右)。
升温结束后，关闭阀门V03启动厌氧消化，发酵过程中产生的沼液定期由沼液排空口N5流至外部并内置搅拌器8的沼液储存池6储存(此时，对应管路上的阀门V08开启)，打开循环泵7将沼液通过沼液回流口/好氧菌剂入口N1回流至卧式发酵滚筒4内(此时，对应管路上的阀门V09、阀门V04、阀门V05开启)，并通过均匀布置的喷淋口对物料进行喷洒。厌氧发酵处理的温度为38～42℃，时间为10～15d。厌氧消化产生的沼气通过沼气出口N2输出到气柜暂存(此处对应管路上的阀门V07、阀门V06均开启)，供后续利用。
产沼基本完成后解除密闭状态，重新开启曝气风机3，通过阀门V03调节进气量，在机械混料仓1内投加有机碳源，并由柱塞泵2通过螺旋进料口N3进入卧式发酵滚筒4，开启菌剂输送泵10，将好氧菌剂储罐9内的菌液通过沼液回流口/好氧菌剂入口N1输送至罐内对沼渣进行均匀接种(此时，相关管路上的阀门V10、阀门V11、阀门V12、阀门V05均开启，阀门V04关闭)，罐体转动使物料之间充分混合完成好氧发酵。好氧发酵温度为60-70℃，时间为15～20d。其中，好氧发酵菌剂选择市售常规液体商品即可，添加量按菌剂：堆肥原料＝1:500-1:2000计算，有机辅料可选择稻壳粉、花生壳粉或豆粕之类，添加量占原料量10％。
最后好氧发酵完有机肥由螺旋输送机送至有机肥深加工区，经后续筛分、包装即可形成成品有机肥料或进一步加工成高附加值的有机菌肥。
更具体的实施方式中，卧式发酵滚筒4的驱动装置上设置变频器用以调节转速，以适应不同物料。进料端设有螺旋进料口N3，螺旋进料口N3上方设有沼液回流口/好氧菌剂入口N1，下方设有空气入口N4，产生沼气由沼气出口N2排出，出料端内置铲斗，可将物料上翻至螺旋输送机5上由出料口N6外运。卧式发酵滚筒4底部设有沼液排空口N5，沼液通过循环泵7泵入沼液回流口/好氧菌剂入口N1。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，将农业废弃物搅拌混合后，依次进行好氧预升温处理、厌氧消化处理与好氧发酵处理，其中，好氧发酵所得产物制成有机肥料输出，厌氧消化所得沼气输出。
2.根据权利要求1所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，好氧预升温处理、厌氧消化处理与好氧发酵处理三个过程在同一一体化发酵装置中进行。
3.根据权利要求2所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，所述一体化发酵装置为卧式发酵滚筒，其由外部驱动装置带动，作绕自身轴线的旋转运动，且旋转速度可调，所述卧式发酵滚筒的内设有相对于自身轴线固定不动的空气喷射管与沼液/好氧发酵菌剂喷淋管，所述沼液/好氧发酵菌剂喷淋管用于添加回流沼液或好氧发酵菌剂，在卧式发酵滚筒的内壁上还设有若干用于驱使内部物料渐进式前移的螺带式抄板，所述卧式发酵滚筒呈倾斜布置，且位置较高的一端为进料端，位置较低的另一端为出料端，在进料端处还设有用于收集沼气的沼气管，在卧式发酵滚筒的底部还设有沼液排空口。
4.根据权利要求3所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，在好氧预升温处理阶段，打开曝气风机往所述卧式发酵滚筒内通入空气，控制卧式发酵滚筒间歇转动实现物料翻堆、均质均温，好氧预升温处理时间为1～2d，原料自增温到40±2℃。
5.根据权利要求3所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，在厌氧消化处理阶段，所述卧式发酵滚筒内停止通入空气并处于密闭状态，将从沼液排空口排出的沼液经回流至所述卧式发酵滚筒内，通过沼液/好氧发酵菌剂喷淋管对物料进行均匀接种，厌氧发酵处理的温度为38～42℃，时间为10～15d。
6.根据权利要求3所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，在好氧发酵处理阶段，所述卧式发酵滚筒解除密闭状态，继续通入空气，同时加入好氧发酵菌剂至卧式发酵滚筒内，所述好氧发酵菌剂通过沼液/好氧发酵菌剂喷淋管上均匀布置的喷淋口对物料均匀接种，同时往卧式发酵滚筒内添加有机碳源，以与筒内的发酵沼渣一起转动进行好氧发酵堆肥，好氧发酵处理温度为60-70℃，时间为15-20d。
7.根据权利要求6所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，所述好氧发酵菌剂为高温速效复合菌剂。
8.根据权利要求6所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，所述有机碳源为稻壳粉、花生壳粉或豆粕中的一种或几种。
9.根据权利要求3所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，所述卧式发酵滚筒的进料端依次连接柱塞泵与机械混料仓，农业废弃物在机械混料仓进行搅拌混合，并经柱塞泵送入卧式发酵滚筒中，所述机械混料仓包括仓体和设置于仓底的水平输送螺旋机，所述柱塞泵的进口与机械混料仓底部出料口连接，柱塞泵的出口密封连接所述卧式发酵滚筒的进料端。
10.根据权利要求3所述的一种实现农业废弃物厌氧产沼和好氧制肥联产的方法，其特征在于，所述卧式发酵滚筒的出料端还连接出料系统，该出料系统由铲斗和螺旋输送机组成，其中，铲斗用于将卧式发酵滚筒内的物料上翻至螺旋输送机上外运。
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