禽畜粪便无害化资源化处理方案

2021-01-28 12:51:08

禽畜粪便无害化资源化处理方案
概述

1、禽畜粪便的污染现状以及危害
自从20世纪90年代以来，我国兴建了许多大中型集约化的禽畜养殖场，养殖业规模及产值均发生了巨大的变化，同时禽畜粪便的排放量也急剧增加。有资料显示，2000年全国已有1632个大中型禽畜养殖场，到达奶牛6万头，生猪500万头、鸡1.4亿羽的饲养规模，畜禽粪便年产生量已达到约17.3亿t，是工业废弃物的2.7倍。而进入21世纪的今天，这些数据一定是不足的。由于集约化禽畜生产迅速发展，禽畜粪便的发生量急剧增加。据正常情况下禽畜的粪尿排放量及其N、P和K等含量（见表1、表2）
表1 各种禽畜的粪便排放量（kg/只·日）

2、粪便的资源化利用
粪便作为一种潜在的“垃圾资源”，具有很大的开发价值，不仅可以减少本身对环境的污染，还可以给人类带来很多的利益，目前，粪便的资源化主要从三化入手——饲料化、能量化、肥料化。经过三化处理的禽畜粪便，得到了减量化、无害化、资源化。适应于新时代的节能减排，为创建新农村提供了依靠。
2.1 粪便的能源化
2.1.1沼气化
沼气作为一种可再生的能源技术，今年来日益受到社会的关注。特别是在2002年，温家宝总理指出：“发展农村沼气，既有利于解决农村生活能源，又有利于保护生态环境，是一项很有意义、很有希望的公益事业”，而粪便之所以作为沼气的主要原料，主要是由于其中所含的很高的能量，据数据显示；16头肥猪的粪便产生的沼气响度昂与1t、汽油的能源，沼气中CH4的含量达55%70%，相当于天然气CH4含量的70%；沼气每立方米的发热约为23.4kj，相当于0.55kg柴油或0.8kg煤炭充分燃烧后放出的热量。使其具有极其重要的意义。粪便可通过厌氧发酵产生沼气。厌氧发酵技术是利用厌氧或兼性微生物以粪料中的原糖和氨基酸为养料生长繁殖，进行沼气发酵。禽畜粪便在密封的环境中形成厌氧状态，适宜产甲烷细菌的生存与活动，最终生成可燃性的气体。目前我国利用禽畜粪便发酵产生沼气，为居民提供燃料。目前，这种工艺已经比较成熟，在很多地区都有应用，据不完全统计：2006年中国农村拥有沼气池的农户为2175万户，实际运转使用的有2090万户（约占95%），年产沼气90亿立方米（折合标煤524万吨）。农民利用粪便制沼气不仅创造了可再生能源，缓解了能源危机，有效地治理了污染、保护环境，同时也有利于提高居民的生活质量、促进社会主义新农村建设。
2.1.2 焚烧产热
粪便中的大量能量也可以通过焚烧法释放出来，焚烧法是利用空气中的氧作助燃剂，借以燃烧废弃物中的可燃性成分，以减少废弃物体积，废弃物在燃烧后产生的残渣、灰渣性质稳定，其体积和重量分别减少95％和75％左右；焚烧法还能彻底消除病原菌，并使有毒有害物质无害化，焚烧中产生的热量可供发电和作热源利用。但是焚烧法只适用于干湿粪便分离的养殖场，例如草原地区，但对于大部分集约型养殖场，由于粪便中含水量很高，而且干燥比较困难，必须进过转化才能利用，所以比较难以实行。如何利用禽畜粪便进行直接燃烧产能，将是一项有待研究的技术。

2.2 粪便的肥料化
禽畜粪便作为肥料是世界上各国传统的使用方法，这一技术不仅可以利用禽畜粪便中的大量有机质、氮、磷及一些微量元素，而且成本低、处理数量大、效果好。粪便中含有大量的营养物质（见表3）
表3 禽畜粪便中的营养物质含量（%）

干物质新鲜物质
项目有机质全氮（N）全磷（P2O5）全钾（K2O）水分

鸡粪   30.1     2.340       0.929             1.606             52.00
猪粪   41.4     2.090       0.896             1.120             68.70
羊粪   33.6     2.010       0.496             1.321             50.70
牛粪   36.8     1.670       0.429             0.948             75.04
鸭粪   26.2     1.660       0.885             1.373             51.00
鹅粪   30.7     1.645       0.672             1.742             61.70

从表中可以清晰的看出，不论是什么家禽，它所产出的粪便都含有大量的氮、磷和钾。但是现实生活中却由于种种原因使得不同畜禽粪便使用差异较大。鸡粪由于含有的营养成分比较高、含水量较低，大中型养鸡场、养鸡专业户的鸡粪充分供给农民作为肥料，得到充分的利用；而牛粪和猪粪由于含水量较高、运输不方便,在一些地区猪、牛粪堆放没有固定的场所,随意堆放的现象极为普遍,猪、牛粪的还田利用率较低，据对部分地区调查，一些地区的猪、牛粪还田利用率仅达30%-50%，有一半以上的粪便没有得到利用，不仅给环境造成更大的压力，同时无形中也是一种资源浪费的现象。现在粪便肥料化的技术主要是堆肥法，所谓堆肥法就是在收集的粪便中掺入高效发酵微生物如EM(有效微生物群)，调节粪便中的碳氯比，控制适当的水分、温度、氧气、酸碱度进行发酵。优点在于最终产物臭气少，且较干燥，容易包装、撒施，而且有利于农作物的生长。除此之外，我们还可以利用沼气生成时所产生的沼液和沼渣来制作肥料，使粪便得到多级化利用，更加的资源化、减量化。同样，沼液和沼渣中也含有很高的养分（见表4）：含有丰富的蛋白质，氮、磷、钾和矿物盐，一定数量的有机质，其中还有一部分转化成的腐殖质物质，可为农业生产提供肥料。

利用粪便作为肥料能增加土壤中有机质、碱解氮、速效磷含量及土壤中酶的活性，使作物病害减少，降低农药使用量，提高作物产量和品质，可用于粮食、经济作物、果树和瓜果等。长期使用沼液、沼渣肥料，可促进土壤团粒结构的形成，使土壤疏松，增强土温，使土壤有机质、全氮全磷及全钾成分均提高。总之，粪便的肥料化，使粪便得到资源化的处理，并且创造了很高的经济价值。
2.3 饲料化
同样从表4可以看出来，粪便中含有很高的营养物质，这些营养可以用来制成饲料，为饲料，来养鱼、养猪等。它的特点是养分全面、含有必须的微量元素，饲喂方便简单，效果明显。目前制作饲料的方便主要有：
干燥处理法：是利用光、热等使粪便干燥，粉碎后掺入饲料中饲喂。该方法投资小、成本低。
发酵处理法：通过自然发酵和堆肥发酵，去除上下层杂质后，取中层粪沥干水分，然后加入酵母片，糖钙片等，再堆积发酵5~6小时候便可用来饲喂。
青贮法：通过将新鲜粪便与糠麸或玉米粉等按1:1比例搭配，在厌氧条件下控制含水量(40~70)，经10 ~21d完成发酵。通过这种方法得到的饲料具有更高的营养价值。
生物分解法：蝇蛆和蚯蚓均是营养价值很高的动物性蛋白饲料。利用蝇蛆、蚯蚓等分解畜禽粪便，既提供了动物蛋白又处理了畜禽粪便，不但经济、实惠，而且生态效益显著。被蚯蚓利用过的畜禽粪便和饲料残渣叫蚓粪，含有丰富的无机养分，是理想的盆花和园林种植肥，而作为优质蛋白饲料的蚯蚓本身，含10~40％的蛋白质，是饲养畜禽的极好饲料。
畜禽粪便经过科学的加工处理后，是饲喂畜禽的一种优质再生饲料，这不仅有效地开辟饲料资源,减少环境污染，缓解人畜争粮矛盾，降低养殖成本，提高经济效益等具有明显的效果。
4、技术方向概况
4.1 堆肥-畜禽养殖场粪污的处理方法
堆肥技术是在自然环境条件下将作物秸秆与养殖场粪便一起堆沤发酵以供作物生长时利用的一种粪污处理方法。堆肥作为传统的生物处理技术经过多年的改良，现正朝着机械化、商品化方向发展，设备效率也日益提高。
4.2 厌氧处理 -畜禽养殖场粪污的处理方法
目前用于处理养殖业粪污的厌氧工艺很多，其中较为常用的有以下几种：
①厌氧滤器(AF)
1969年由Young和McCarty首先提出，1972年国外开始在生产上应用。我国于20世纪70年代末期开始引进并进行了改进，其沼气产率可达3.4m3/(m3•d)，甲烷含量可达65%。
②上流式厌氧污泥床(UASB)
1974年由荷兰著名学者Lettinga等提出，1977年在国外投入使用。1983年北京市环境保护科学研究所与国内其他单位进行了合作研究，并对有关技术指标进行了改进，其对有机污水COD的去除率可达90%以上。
③污泥床滤器(UBF)
是UASB和AF的结合，具有水力停留时间短、产气率高、对COD去除率高等优点。
④两段厌氧消化
1971年由Ghosh 提出，把沼气发酵过程分为酸化和甲烷化两个阶段，并分别在两个消化器内进行。其特点在于消化器内可滞留大量厌氧活性污泥(具有极好的沉降性能和生物活性)，提高了消化器内的负荷和产气率。
⑤升流式污泥床反应器(USR)
是厌氧消化器的一种，具有效率高、工艺简单等优点，目前已常被用于猪、鸡粪废水的处置，其装置产气率可达4m3/(m3•d)，COD去除率达80%以上。
好氧处理-畜禽养殖场粪污的处理方法
①曝气
20世纪70年代日本采用好氧间歇曝气技术对养猪废水进行了有效治理，并开发出一系列相关设备。近年来澳大利亚在传统鼓风曝气装置上又开发出简单实用的多种浅层射流曝气装置。总体而言，养殖业污染控制领域中的好氧技术正朝着高效、实用、经济、操作简便的方向发展。
②接触氧化
接触氧化技术早已被用来处理各种不同浓度的有机污水，其本质是利用填料上的微生物对有机物进行氧化分解，从而实现对污水的净化。英国近年采用接触氧化技术对猪粪浆进行了处理，并开发出结构和性能很好的新型填料，其对COD的去除率达90%以上，对BOD也有较高的去除效果。
③SBR
序批式活性污泥法是基于传统的Fill—Draw系统改进并发展起来的一种间歇式活性污泥工艺，近年来引起许多学者的高度重视，现已被广泛用于城市污水、食品加工废水等的处理。试验结果表明，猪粪水经过固液分离、厌氧消化两级处理后进入SBR好氧系统，其对COD的去除率可达70%，对BOD的去除率可达80%以上，出水可达标排放。
4.4 厌氧—好氧组合畜禽养殖场粪污的处理方法
欲实现养殖业粪污的彻底处置，单凭厌氧工艺尚不能达到对废物的达标排放和利用要求，必须进行深度处理或后续处置，这就需要将好氧与厌氧工艺结合在一起使用，国内一些养殖场已开始注意到这两种工艺结合的优越性。

工艺方案
1、项目名称： “LJ”禽畜粪便制有机肥综合处理项目
4、工艺设计
4.1 工艺流程图

4.2工艺流程说明
垃圾的卸料：
禽畜粪便经运输车运入，经地磅过重后，禽畜粪便运输车进禽畜粪便运输车回转车间（全封闭消毒车间，负压运行），将禽畜粪便卸料在禽畜粪便暂存车间（全封闭消毒车间，负压运行），卸料时同时喷淋除臭，开启废气处理系统）。
粪便的储存、渗滤液收集及上料：
禽畜粪便的储存采用暂存坑储存方式储存，以减少因禽畜粪便与外界接触，容积为日处理量的7-10倍。
上料方式采用螺旋输送机这种机型可靠性高，寿命长，适应性强，安装维修方便。
有机物在水解水热氧化处理过程中彻底熟化，喷爆时完全膨化成粉末状，而无机物类沙石、玻璃渣等体积未发生变化，所以喷爆后的物料经烘干机烘干、筛分机筛分后，有机物类垃圾全部成为筛下物，无机物类其它杂物全部成为筛上物，此技术为目前国内、外垃圾分类技术中，有机物与无机物分离最彻底的分选技术，即“热选”技术。也是有机物破碎成本最低的技术

（1）有机物高温高压水解水热氧化制肥系统

禽畜粪便由上料机上料至水解水热氧化釜。进入高温高压水解水热氧化釜的有机物垃圾，经高温高压水解水热氧化釜在温度193℃、压力1.25Mpa的条件下，反应2小时，彻底消灭了病虫害和杂菌，并使垃圾中的大分子链断成易于农作物吸收的小分子链，由于垃圾在高温高压反应过程中，产生了大量的糖分和腐殖酸，所以该肥料养分充足，是绿色食品的必用肥料。根据市场需求，配入其它养分即可生产出各种高效有机无机复合生态农作物专用肥。
同时，进入水解水热氧化釜的过热蒸汽，将有机物垃圾、渗滤液中的水分转化为饱和蒸汽，经排空、尾气处理系统处理后，达标排放。彻底解决了垃圾渗滤液收集难、储存难、处理难、容易造成二次污染的问题。
垃圾经过2个小时左右的“水解”处理后，其中，95%以上的有机垃圾在水解喷爆过程中被膨化成棕褐色粉末，降解为有益于农作物生长的优质有机肥，然后经过烘干、破碎、筛分，把有机质粉末与其它杂物彻底分离（其它杂物在水解、噴爆处理过程中，体积未发生变化）。该工序能将不可降解的其它杂物与有机物彻底分选开来，所以也叫“热选”。该工艺所需热能来自热解气化系统的余热锅炉，能源循环利用，以垃圾处理垃圾，大大地降低了垃圾处理成本。
（2）热力系统
热力系统主要为水解水热氧化釜、物料干燥机提供热能，其主要设备包括过热蒸汽锅炉、热风炉、热空气储罐、空气压缩机、压缩空气储罐等。
（3）尾气处理系统
水解水热氧化釜工作过程中产生的废气，经收集后送至废气洗涤塔进行处理，消除烟尘和有害气体。废气从废气洗涤塔底部切线方向进入废气水膜洗涤塔，废气中大量的烟尘被甩向塔壁，并被沿壁下流的水膜带下。高压管道泵将石灰乳从废气水膜洗涤塔顶部喷入废气水膜洗涤塔内，当废气通过废气水膜洗涤塔塔板时与水膜逆流接触，使气液之间充分混合，且延续一段时间，使废气中的烟尘及有害成分与水膜中的石灰乳发生化学反应，生成固态反应物，随水流去向沉降池。废气水膜洗涤塔尾气出口管道设置有活性碳吸附回收装置，吸附尾气中的有毒危险物，以保证尾气排放达到国家标准。
（4）喷淋消毒除臭系统
根据热力学和空气动力学的原理，禽畜粪便暂存车间的垃圾为主要的臭气源，通过窗子、车辆进出口通道会散发到空气当中，挥发出来的气体向上升。我公司选用远程遥控、智能自控、液箱自动电加热的天然植物除臭剂喷嘴雾化的除臭方式，在暂存坑顶部设计布置喷淋管道和雾化喷嘴，尽可能防止密度重的恶臭气体弥漫到外部空间，并保证喷淋管道在系统运行过程中不会出现压损、折断的情况，今后维修维护也不会有危险。
（5）自动控制系统
自动化控制系统包括：进料控制系统、水解水热氧化釜运行系统、烘干控制系统、配料控制系统、除臭系统和其它必要的控制系统。
本系统要求具有较高的自动化控制水平，能在少量就地仪表和巡回检查配合下，在中央控制室通过计算机监控系统实现进料控制系统、烘干控制系统、配料控制系统和其它必要的控制系统的集中监视和控制。主要设备控制均设计算机自动控制和就地控制两种。

3、市场分析“LJ”生态有机肥市场分析
我国是农业大国，我国农民自古就有使用农家肥的习惯，而垃圾中选出的有机物制成的“LJ”生态有机肥不仅具有农家肥的所有特点，而且比农家肥营养更全面更充分。与使用化肥相比较，其优势更是显而易见— —改良土壤、克服土壤板结、改善农产品口感、产出远大于投入。另外，由于人民生活水平不断提高、人民的生态意识、保健意识的日益增强，对于无化肥、农药污染的粮食、蔬菜、肉类及其它绿色食品的需求越来越大，作为绿色食品主要肥料的“LJ”生态有机肥，其市场前景必将越来越广阔。在本项目经济效益分析中，其收益仅按每吨450元计算，而任何一种化肥，其价格都在2000元以上，另外由于使用化肥造成的农产品质量问题，越来越被人民大众所重视，其销售量正在逐年下降，所以“LJ”生态有机肥以其价格、质量优势，必将逐渐取代化肥，市场前景也必将越来越光明，因此也就不存在市场风险问题。
本工艺选型仅供参考，具体设备需根据垃圾成分、处理量等数据设计。