CN115806449A

CN115806449A - 一种畜禽粪污的全量资源化利用方法

Info

Publication number: CN115806449A
Application number: CN202111075011.2A
Authority: CN
Inventors: 袁兴中; 赵燕兰; 李素梅; 陈耀宁; 李淼; 季靖钦; 刘丽健; 何琼
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2023-03-17

Abstract

本发明公开了一种畜禽粪污的全量资源化利用方法，包括以下步骤：依次对畜禽粪污进行固液分离、厌氧消化、需氧生物处理，得到固体粪便、沼渣、液体肥料和沼气；将液体肥料施加到种植基地的土壤中和或喷洒到农作物叶面上；将农作物生物质材料、固体粪便和沼渣制成生物有机肥，并施加到种植基地的土壤中；将沼气作为燃气，用于畜禽养殖场和种植基地的供电和供热。本发明方法，可将畜禽养殖粪便和养殖废水协同处理，可实现畜禽粪污与农林废弃物的全量资源化循环利用，整体工艺无需复杂的粪污处理设施，资金投入少，运行成本低，在处理过程中不产生二次污染，具有工艺简单、便于操作、处理周期短、综合利用率高等优点，使用价值高，应用前景好。

Description

一种畜禽粪污的全量资源化利用方法

技术领域

本发明属于固体废物处理与资源化利用领域，具体涉及一种畜禽粪污的全量资源化利用方法。

背景技术

随着畜禽养殖业的规模化发展，畜禽养殖场在运行过程中产生的粪污(粪便、尿液与清洗废水的混合物)也越来越多。据统计，每年畜禽养殖产生的粪污的综合利用率不足60％，这些粪污若不能被有效处理并进入循环利用环节，不仅会造成资源的浪费，同时也会对周围的生态环境造成影响，不利于我国畜禽养殖业的健康发展。具体来说，畜禽粪污会引起水体污染、土壤污染、农业面源污染、臭气污染、重金属污染及温室效应。粪便中含有大量的细菌和病毒等物质，也有一些寄生虫卵，危害人畜的健康。如果粪便排入水资源中，会造成水体的富营养化，对水体的生态环境造成严重的破坏。其次，如果粪便渗入到土壤中，造成土壤的硝酸盐含量过高，对地下水资源造成影响，威胁人们的身体健康。粪便当中有重金属，如果重金属含量超标，会对无土壤造成严重的威胁。再者，由于畜禽养殖与农作物种植是相互独立的，结果是一方面大量排放的粪污对环境造成污染，另一方面农业种植时大量施用化肥造成土壤有机质含量下降，加剧了农业面源污染。

虽然畜禽粪污是环境污染的源头之一，但如果可以进行合理利用，就可以变废为宝。然而，现有关于畜禽粪污的处理方法，仅仅只能降低畜禽粪污对环境的污染程度，并不能完全实现对畜禽粪污的彻底处理，如仍然存在固体废渣、废气和污水，这些处理过程中产生的二次废物，仍然不能得到合理的应用，同时现有针对畜禽粪污的资源化方法，并不能实现全量资源化利用，如粪便中的氮磷等元素的损耗大，沼气的利用率低，容易造成资源浪费。另外，现有畜禽粪便的资源化利用方法，还存在以下缺陷：工艺复杂、处理周期长、综合利用率低等，这些缺陷的存在，极大的限制了畜禽粪便的全量资源化利用。

因此，获得一种工艺简单、处理周期短、综合利用率高的畜禽粪便的全量资源化利用方法，对于实现畜禽粪便的高效处理以及实现畜禽粪便和农业废弃物的全量资源化再利用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、处理周期短、综合利用率高的畜禽粪便的全量资源化利用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种畜禽粪污的全量资源化利用方法，包括以下步骤：

S1、将畜禽粪污进行固液分离，得到固体粪便和粪水；

S2、将步骤S1中得到的粪水进行厌氧消化，得到沼渣、沼液和沼气；

S3、将步骤S2中得到的沼液进行需氧生物处理，得到液体肥料；

S4、将步骤S3中得到的液体肥料作为肥料施加到种植基地的土壤中；

所述种植基地中种植的农作物成熟后，还包括以下处理：收集生物质材料；将生物质材料、步骤S1中得到的固体粪便和步骤S2中得到的沼渣混合进行堆肥，得到生物有机肥；所述生物有机肥作为肥料施加到种植基地的土壤中；

所述沼气的用途包括：作为燃气，用于畜禽养殖场和种植基地的供电和供热。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，步骤S2中，所述厌氧消化在温度28℃～30℃下进行；所述厌氧消化的时间≥20天；所述厌氧消化之前还包括以下处理：依次采用粗格栅和细格栅对粪水进行过滤，所得滤液进入到调节池中进行初步沉淀和酸化。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，步骤S2中，所述沼渣中按质量百分含量计包含以下组分：36％～49％的有机质、10.1％～24.6％的腐殖酸，5％～9％的粗蛋白质，0.4％～0.6％的氮，0.6％～1.2％的钾。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，步骤S3中，所述需氧生物处理在氧化塘中进行；所述需氧生物处理的时间为≥30天。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，所述生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质材料、固体粪便和沼渣混合；

(2)对步骤(1)中得到的混合物进行调质；

(3)将步骤(2)中经调质后得到的混合物与发酵菌种混合进行好氧发酵；

(4)将步骤(3)中经好氧发酵后得到的物料进行厌氧发酵，粉碎，过筛，得到生物有机肥。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，步骤(2)中，采用调理剂对混合物进行调质，直至混合物中碳氮比为25～30∶1，含水率为40％～60％，pH值为6.5～8.5；所述调理剂为秸秆、木屑、谷壳、蘑菇渣中的至少一种；所述混合物与调理剂的质量比为2.5～3∶1。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，步骤(3)中，所述发酵菌种的接种量为混合物总质量的1‰～2‰；所述发酵菌种为极端嗜热菌剂；所述极端嗜热菌剂由土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液组混合而成；所述土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液的体积比为1∶1∶1∶1；所述土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液各菌的浓度均为10⁹CFU/mL；所述好氧发酵在80℃～90℃下进行；所述好氧发酵的时间为18h～24h；所述好氧发酵过程中每天翻抛1次～2次；所述好氧发酵过程中还包括对混合物进行曝气；所述曝气为每1小时向混合物中持续通入空气5min～7min；所述空气的通入量为每千克混合物中通入空气0.3m³～0.6m³。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，步骤(4)中，所述厌氧发酵的时间为15天～30天；所述厌氧发酵过程中至少每7天～10天翻堆一次；所述过筛采用的是筛孔孔径为3mm～8mm的振动筛、滚筒筛或旋振筛；所述生物有机肥中有机质的质量分数≥45％，氮磷钾的总质量分数≥5％。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，步骤S1，所述畜禽粪污中含有的粪便包括猪粪、鸡粪、牛粪、鸭粪、羊粪中的至少一种。

上述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，进一步改进的，所述沼气在使用之前还包括以下处理：依次对沼气进行脱水、脱硫处理。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种畜禽粪便的全量资源化利用方法，先将畜禽养殖场中收集到的粪污经干湿分离转化成固体粪便和粪水，进而将粪水进行厌氧发酵生成沼气、沼渣、沼液，其中沼液经氧化塘处理后可转化成液体肥料，为种植基地(如粮田、蔬菜大棚和果园)提供肥料，同时固体粪便、沼渣以及种植基地产生的生物质废物可通过堆肥转化成生物有机肥，也能为种植基地提供肥料，在减少化肥使用的同时，也能进一步降低种植成本以及获得品质更优的农产品；与此同时，产生的沼气作为燃气为畜禽养殖场供电和供热，有利于降低运行成本，可见，在园区内种植、养殖业形成了一个完整的循环体系，所有物料均衡匹配，废弃物不外排，不产生养分流失，同时园区土地可以完全消纳养殖场产生的粪污，实现区域内粪污全消纳、零排放。本发明畜禽粪便的全量资源化利用方法，可将畜禽养殖粪便和养殖废水协同处理，并可实现畜禽粪污与农林废弃物全量资源化循环利用，且整体工艺不用建设复杂的粪污处理设施，资金投入少，运行成本低，同时在处理过程中不产生二次污染，具有工艺简单、便于操作、处理周期短、综合利用率高等优点，使用价值高，应用前景好。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1中畜禽粪污全量资源化利用的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中，若无特别说明，所采用的原料和仪器均为市售，所采用工艺为常规工艺，所采用设备为常规设备，且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。

实施例1

一种畜禽粪污的全量资源化利用方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、收集湖南省某市某原种扩繁场中产生的粪污(由粪便、尿液、清洗废水混合而成)，将收集得到的粪污进行固液分离，得到固体粪便和粪水。该原种扩繁场中，存栏基础母猪600头，每年能提供优质二元母猪1500头以上及商品肉猪10000余头。场区总建筑面积13000m²，其中栏舍面积11510m³(猪舍18栋)，分管理区、生产区、隔离区、生物有机肥加工区四个功能，实行人畜分离，功能分区，流水作业；粪污实行零排放和“猪-沼-果”生态处理，场内雨污分离，净道和污道分离，场内绿化面积达到70％以上。

S2、将步骤S1中得到的粪水依次通过粗格栅、细格栅过滤后，进入调节池进行初步沉淀、酸化，再通过自流进入厌氧发酵池进行厌氧消化，其中发酵时间不少于20天，直至无沼气产生，发酵温度保持在28℃-30℃，得到沼渣、沼液和沼气，其中沼渣中按质量百分含量计包含以下组分：45％的有机质、15％的腐殖酸，7％的粗蛋白质，0.5％的氮(全氮)，0.8％的钾(全钾)。本发明中，在厌氧发酵池的缺氧环境下，通过厌氧微生物的作用，废水中的有机质发生水解、酸化和产甲烷的反应过程，有机质转化为甲烷和二氧化碳的混合物，其中甲烷从废水中逸散出来，通过集中收集就形成了可供燃烧的沼气。

S3、将步骤S2中得到的沼液输送至氧化塘中进行需氧生物处理(也称为好氧塘处理)，得到液体肥料。本发明中，经厌氧消化后得到的沼液中仍含有相当数量的有机污染物，同时在厌氧消化过程中，有机氮被转化成氨氮，导致厌氧出水中氨氮含量很高，因而经过好氧塘处理后，能够进一步有效去除沼液中的COD和氨氮。

S4、将步骤S3中得到的液体肥料作为肥料施加到种植基地的土壤中，和/或作为农药喷洒到农作物叶面上，具体为：将液体肥料输送至水肥一体化系统(市购)中，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律和特点，配兑成肥液与灌溉水一起在灌溉的同时进行施肥。本实施例中，种植基地中种植的农作物为玉米。

本实施例中，种植基地中种植的玉米成熟后，收集生物质材料(如玉米秸秆、玉米芯)，还包括以下处理：

(1)将生物质材料、步骤S1中得到的固体粪便和步骤S2中得到的沼渣混合。

(2)按照混合物与调理剂的质量比为3∶1，采用调理剂对步骤(1)中得到的混合物进行调质，直至混合物中碳氮比为30∶1，含水率为50％，pH值为7.5，其中采用的调理剂为秸秆和蘑菇渣。

(3)按照发酵菌种的接种量为混合物总质量的1‰，将步骤(2)中经调质后得到的混合物与发酵菌种混合，搅拌，所得发酵原料进行好氧发酵，具体为：将发酵原料堆积在具备加热功能的发酵槽中，经过1.5小时后，发酵原料升温至85℃，在此温度下继续发酵24小时，在此过程中，可将畜禽粪便中的寄生虫和病原菌被杀死，腐殖质快速合成，粪便初步达到腐熟，获得超高温堆肥产品，其中在好氧发酵过程中，每天翻抛1次，起到疏松通气、散发水气、粉碎、搅拌等作用，促进物料发酵腐熟、干燥；同时，在好氧发酵过程中，还包括：通过设置在发酵槽底部的高压风机进行曝气，控温增氧，其中曝气过程中，每1小时向混合物中通入空气5min(即通入频率为5min/h)，空气的通入量为每千克混合物(干重)中通入空气0.5m³。该步骤中，采用的发酵菌种为极端嗜热菌剂，其中极端嗜热菌剂由土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液组混合而成，其中土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液的体积比为1∶1∶1∶1，且土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液中各菌的浓度均为10⁹CFU/mL。本发明中，好氧发酵在温度为80℃～90℃下进行，其发酵温度明显高于高温堆肥(发酵温度不超过70℃)，属于超高温发酵腐熟，同时，通过在温度为80℃～90℃下进行超高温发酵腐熟，有助于加速有机物降解、促进堆肥腐熟和加速污染物降解，能够大大缩短处理时间，处理效率大大提高。

(4)好氧发酵(超高温发酵)结束后，将步骤(3)中得到的物料置于无氧条件下进行厌氧发酵(也称为后熟发酵或二级发酵)，其中发酵时间为25天，二级发酵至少7天翻堆一次。经过好氧发酵处理的混合物，还不能完全达到有机肥的标准，必须经过一定的厌氧稳定周期，使木质素等大分子彻底降解为可被植物吸收的小分子，腐殖酸含量达到最大化，才能形成高品质的有机肥料。

(5)厌氧发酵结束后，将所得物料进行筛分，用破碎机对所得过粗物料进行粉碎，破碎后物料用筛孔大小为5毫米的振动筛过筛，其中，筛上粗物料作为原料返回一级高温堆肥或二级后熟堆肥中继续进行处理，筛下细料直接包装制成粉状有机肥料，即为本发明的生物有机肥。本实施例中，得到的生物有机肥中有机质的质量百分含量为45％，氮磷钾的总质量百分含量为5％。

本实施例中，所得生物有机肥，可作为肥料施加到种植基地的土壤中。

本实施例中，步骤S2中产生的沼气先通过脱水设备进行脱水处理，除去沼气中的水蒸汽，再通过脱硫设备进行脱硫处理，除去沼气中的H₂S；然后，送入储气罐储存，以备用户生活使用或用于发电。发酵后的沼气经过脱硫处理后，是优质的清洁燃料，可减少温室气体的排放量，并使废弃物得以再生利用，实现清洁生产和畜禽废弃物的零排放，取得显著的环境效益的用途包括：利用沼气发电，用于为畜禽养殖场供电，或作为燃气为畜禽养殖场供热。

本实施例中，生物有机肥的产量为10000t/年，沼气的产量为12.5万m³/年，液体肥料的产量为10000t/年。

本实施例中，提供的畜禽粪便的全量资源化利用的方法，采用以下模式：养殖基地-粪污废弃物处理-加工有机肥(包括沼渣)+沼液-种植基地还田；种植基地-农作物秸秆-粉碎-有机肥生产-种植基地，其中养殖基地产生的粪污经干湿分离后，液体部分进入沼气工程设施进行厌氧发酵生成沼气、沼渣、沼液。沼液进入养殖场贮存池，为种植基地提供液体肥料；固体粪便和沼渣一起用于生产、加工有机肥，生产的有机肥全部用于林果种植区；种植区产生的农作物秸秆和蔬菜废弃物被全部收集，粉碎后运到养殖场用于有机肥生产，最终全部实现还田利用。可见，在园区内种植、养殖业形成了一个完整的循环体系，所有物料均衡匹配，废弃物不外排，不产生养分流失，同时园区土地可以完全消纳养殖场产生的粪污，实现区域内粪污全消纳、零排放。

综上可知，本发明中提出的畜禽粪污的全量资源化利用方法，可将畜禽养殖粪便和养殖废水协同处理，并可实现畜禽粪污与农林废弃物全量资源化循环利用，整体工艺不用建设复杂的粪污处理设施，资金投入少，运行成本低，在处理过程中不产生二次污染，具有工艺简单、便于操作、处理周期短、综合利用率高等优点，使用价值高，应用前景好。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将畜禽粪污进行固液分离，得到固体粪便和粪水；

2.根据权利要求1所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，步骤S2中，所述厌氧消化在温度28℃～30℃下进行；所述厌氧消化的时间≥20天；所述厌氧消化之前还包括以下处理：依次采用粗格栅和细格栅对粪水进行过滤，所得滤液进入到调节池中进行初步沉淀和酸化。

3.根据权利要求2所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，步骤S2中，所述沼渣中按质量百分含量计包含以下组分：36％～49％的有机质、10.1％～24.6％的腐殖酸，5％～9％的粗蛋白质，0.4％～0.6％的氮，0.6％～1.2％的钾。

4.根据权利要求3所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，步骤S3中，所述需氧生物处理在氧化塘中进行；所述需氧生物处理的时间为≥30天。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，所述生物有机肥的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生物质材料、固体粪便和沼渣混合；

(2)对步骤(1)中得到的混合物进行调质；

6.根据权利要求5所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，步骤(2)中，采用调理剂对混合物进行调质，直至混合物中碳氮比为25～30∶1，含水率为40％～60％，pH值为6.5～8.5；所述调理剂为秸秆、木屑、谷壳、蘑菇渣中的至少一种；所述混合物与调理剂的质量比为2.5～3∶1。

7.根据权利要求6所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，步骤(3)中，所述发酵菌种的接种量为混合物总质量的1‰～2‰；所述发酵菌种为极端嗜热菌剂；所述极端嗜热菌剂由土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液组混合而成；所述土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液的体积比为1∶1∶1∶1；所述土芽孢杆菌菌液、副土芽孢杆菌菌液、红嗜热盐菌菌液和嗜热栖热菌菌液各菌的浓度均为10⁹CFU/mL；所述好氧发酵在80℃～90℃下进行；所述好氧发酵的时间为18h～24h；所述好氧发酵过程中每天翻抛1次～2次；所述好氧发酵过程中还包括对混合物进行曝气；所述曝气为每1小时向混合物中持续通入空气5min～7min；所述空气的通入量为每千克混合物中通入空气0.3m³～0.6m³。

8.根据权利要求7所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，步骤(4)中，所述厌氧发酵的时间为15天～30天；所述厌氧发酵过程中至少每7天～10天翻堆一次；所述过筛采用的是筛孔孔径为3mm～8mm的振动筛、滚筒筛或旋振筛；所述生物有机肥中有机质的质量分数≥45％，氮磷钾的总质量分数≥5％。

9.根据权利要求1～4中任一项所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，步骤S1，所述畜禽粪污中含有的粪便包括猪粪、鸡粪、牛粪、鸭粪、羊粪中的至少一种。

10.根据权利要求1～4中任一项所述的畜禽粪污的全量资源化利用方法，其特征在于，所述沼气在使用之前还包括以下处理：依次对沼气进行脱水、脱硫处理。