专利名称：农牧业废弃物综合利用方法
技术领域：
本发明是关于一种对农牧业有机废弃物进行综合利用的方法，具体是关于一种以农牧业废弃物如畜禽粪便污水以及秸秆等有机废弃物为原料进行厌氧发酵而达到综合利用的方法。
背景技术：
我国北方等高寒地区农牧业比较发达，同时也产生了大量的农牧业废弃物。这些农牧业废弃物主要包括两大类一类是秸秆，主要包括干麦草、干稻草、稻壳、玉米杆、落叶、 红花草子秆、大豆茎、野草等；另一类是畜禽粪便污水，主要是来自畜牧养殖场的牛、羊、禽类的粪便污水。这些废弃物特别是畜禽粪便污水如果处理方法不当，很容易造成资源浪费， 并且还会污染环境。现有技术中主要是采用发酵法对这些农牧业废弃物进行处理。CN101348301A公开了一种禽畜排泄物的循环处理方法，其中是将禽畜排泄物分为液体类废物和固体类废物，将液体类废物送到沼气池装置进行厌氧发酵产生沼气和沼渣， 而将固体类废物及沼渣一起输送到翻堆机进行好氧发酵，发酵后蒸发了水分的物料进一步烘干处理，用人造木炭制造机制造成燃料棒。该处理方法中，是将所述的翻堆机与烘干装置、人造木炭成型机安放在玻璃温室大棚中，而沼气池在玻璃温室大棚附近，利用温室大棚的效应。该处理方法受环境设施限制，且沼气收集率低，温室气体减排作用不明显，综合效益不高，不利于推广实施。CN101637778A公开了一种有机废弃物综合处理工艺，其中是将农业有机废弃物、 餐厨垃圾食品加工下脚料、畜禽粪便等有机废弃物混合后，采用高温干式厌氧发酵。该方法中，全部混合肥料采用高温发酵，耗能大，且高温发酵料液直接排放或露天堆肥热量损失大，造成能源浪费，另外，混合后的有机物料采用高温停留时间长，扩大了投资，降低了综合效益。CN101225003A提供了一种农作物秸秆厌氧发酵处理方法，其中是将农作物秸秆切碎成不大于5cm长的小段，并和禽畜粪便有机物等一起送入预处理系统，加水混和制成浆料；在浆料加热到37士2°C，调节ph值至6. 5 7. 5，用水调整浆料中的含固量至9. 6 10. 4%，然后将浆料送入厌氧发酵罐进行发酵，最后将发酵液进行固液分离，得到的固形物料经堆肥，制成有机肥，而沼液则主要用于农业和园艺灌溉。该处理方法中直接用水调整浆料，所需能耗较高。由于发酵原料的浓度较高，加热过程中能量传质作用困难，且需加热面积大。所以此处理方法投资高，经济效益不高。在同等沼气收集率的条件下对发酵装置的容积率要求高。而且，在上述将畜禽粪便污水和秸秆等有机废弃物混合发酵的处理方法中，畜禽废弃物和秸秆有机废弃物发酵停留时间一样，但是由于畜禽废弃物和秸秆有机废弃物的组成不同，完全发酵所需时间也不同，一般情况下达到同样发酵程度所需时间比较结果为畜禽粪便污水 <秸秆有机废弃物。将畜禽粪便污水和秸秆等有机废弃物在同等环境条件下简单混合发酵虽然可以提高发酵效率，但是其缺点也是很明显的如果设计发酵时间短(如中温发酵20天以内)，则不能充分回收使秸秆有机废弃物的能源物质；而如果设计发酵时间长(如中温发酵> 20天)，则会增加加热容器即反应器体积，增加投资。另外，现有的有机废弃物沼气发酵工艺中，特别是采用湿式发酵处理畜禽养殖业产生的粪便污水时，势必在获得沼气的同时又产生大量的发酵后残液(即沼液)，这些残液可以作为液态有机肥用于农业和园艺灌溉，但是如果沼气工程周围没有足够的农田和园艺，加之残液本身的特性，包装运输的成本高，如果这些残液没有合理的予以处理就会产生二次污染。目前因为沼液淹没周围农田、对周边地下水产生污染的事件屡屡发生。因此，为了更加经济、有效地综合利用农牧业废弃物，最大化的回收可再生能源， 减少对环境的污染，发明一种科学合理、经济高效的农牧业废弃物综合利用方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种处理农牧业废弃物特别是畜禽粪便污水以及秸秆等有机废弃物的方法，更加经济、有效地综合利用农牧业废弃物，降低处理成本，提高能源回收率，减少对环境的污染。为达上述目的，本发明提供了一种处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法，该方法包括对畜禽粪便污水进行除沙、除杂处理，并进行预加热、杀菌，之后在50 60°C高温厌氧发酵5 10天，该发酵过程中产生沼气；将秸秆废弃物破碎至粒度< 20mm，输送到堆怄池进行堆怄3 5天；将上述经厌氧发酵后的畜禽粪便污水与上述堆怄的秸秆废弃物混合，控制混合料液固体含量在8 12%之间(除特别说明外，本发明中所述含量和比例均为重量含量和比例)，40 士 1°C中温发酵20 35天，优选25 30天，该过程中产生沼气；将上述经过中温发酵后的物料进行固液分离，得到沼渣和沼液；将上述固液分离后的沼渣进行好氧堆肥生产有机肥，沼液用于灌溉或直接与破碎的秸秆废弃物混合进行堆肥；上述高温厌氧发酵及中温发酵过程中产生的沼气经过净化预处理后通过热电联产装置为工艺系统预处理提供所需的电能和热能，多余电能和热能向外供应。根据本发明的具体实施方案，本发明的处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法中，所述畜禽粪便污水高温厌氧发酵步骤中，保证系统在50 60°C高温条件下进行厌氧发酵，浓度可控制在3 8%之间。在实际运行过程中可根据原料特性确定准确的发酵温度， 保证发酵过程中温度变化范围士 1 °C，保证稳定的进料浓度和进料量。根据本发明的具体实施方案，本发明的处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法中，所述秸秆废弃物堆怄步骤中，将破碎的秸秆废弃物输送到堆怄池进行自然堆怄，怄堆上可覆盖塑料，加快堆怄的速度。根据本发明的具体实施方案，本发明的处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法中，所述中温发酵步骤中，经高温厌氧发酵后的畜禽粪便污水与所述堆怄的秸秆废弃物混合物中，控制混合料液含固量在8 12 %之间，40 士 1 °C中温发酵20 35天，优选发酵25 30天。根据本发明的具体实施方案，本发明的处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法中，所述沼渣好氧堆肥是将所述沼渣与破碎的秸秆废弃物混合，调整含水率至60% 70%，进行好氧堆肥发酵。经过高温好氧堆肥阶段、中温好氧堆肥阶段，腐熟后烘干晾晒，制成的肥料可直接施用或者进行压块、包装后出售。根据本发明的优选具体实施方案，其中是利用中温发酵后的物料分离后得到的沼液调整所述好氧堆肥发酵底物的含水率。根据本发明的具体实施方案，本发明的处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法中，利用中温发酵后的物料分离后得到的沼液调整粉碎后的秸秆的含水率50% 75%以利于下一步堆怄的进行，优选含水率60%。本发明的处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法，具有以下有益效果畜禽粪便污水采用高温发酵，不仅能杀灭畜禽粪便污水中的病菌虫害，而且可以减少加热设施，提高厌氧发酵效率，缩短反应停留时间，降低成本；用畜禽粪便污水高温发酵后的沼液作为秸秆中温发酵的热源及接种源对秸秆进行预处理，有效回收畜禽粪便污水高温发酵的余温；用畜禽粪便污水高温发酵沼液处理秸秆废弃物有效回收秸秆废弃物能源；秸秆与厌氧发酵后的残留液混合堆肥，可回收沼液中的营养物质，不仅有效避免了沼液对环境产生的二次污染，还回收了沼液中的营养物质，提高了有机肥料远程运输的可能性。总之，本发明通过对不同的有机废弃物进行高温、中温不同发酵方法合理组合，有效回用发酵过程中的余热，提高能源的回收率，降低成本，且减少沼液的产生，有利于环保。
图1为本发明具体实施例1的工艺流程示意图。图2为本发明具体实施例2的工艺流程示意图。
具体实施例方式以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。实施例1处理原料①牛粪污水，原料含固量4 5%，日处理100吨。②秸秆，处理量比例为牛粪污水秸秆=8 1本实施例的农牧业废弃物综合利用方法的工艺过程主要包括原料(包括固、液态原料)收集、原料(包括固、液态原料)预处理、混合调配、高温厌氧发酵、中温厌氧发酵、沼气收集、沼气利用、沼渣制肥等。具体操作请结合图1所示，主要包括如下步骤a.备料，将液态的有机废弃物(畜禽粪便污水IOOt)和固态的有机废弃物(秸秆 12. 5t)放置在不同的储料池内；b.预处理①畜禽粪便污水等相对低浓度(含固量较低)废弃物预处理除沙、除杂，调整浓度(含固量)到3 4%，搅拌混合均勻，加温到70°C进行预加热、杀菌至少一小时；
②秸秆等高固体有机质含量的有机废弃物预处理将秸秆等高固体有机质含量的有机废弃物进行破碎至粒度< 20mm，将破碎好的物料添加5 6t发酵后沼液，调整含水率至约60%，输送到堆怄池进行堆怄3 5天；c.高温厌氧发酵，将步骤b①中预处理的畜禽粪便污水IOOt物料一天内分4次连续进料输送至500m3厌氧发酵罐内进行55 °C高温发酵5天，发酵罐装有混合搅拌装置，且需对发酵罐进行保温；该发酵过程中，将产生沼气；d.步骤c反应后的料液与步骤b②中预处理的12. 5t秸秆物料混合至12%后，一天内分4 5次进行连续进料输送至中温3750m3的厌氧发酵罐内进行40士 1°C中温发酵30 天，发酵罐装有混合搅拌装置，且需对发酵罐进行保温；该发酵过程中，将产生沼气；e.步骤d产生的沼液处理对步骤d反应后的料液进行固液分离，分离后的沼渣35t堆肥做成有机肥，分离后的沼液约75t，其中5 6t用于步骤b②进行秸秆堆怄预处理，其余沼液用于灌溉；f.步骤C、步骤d处理产生的沼气经过净化预处理后通过热电联产装置为工艺系统预处理提供所需的电能和热能(主要用于步骤b①预处理物料进行加热)。多余电能和热能向外供应。此实施例和现普遍采用的的中温全混合发酵方式相比具有沼气收集率高，能耗低等优点。如果达到同等的沼气收集率，中温全混合发酵方式至少需要40天的停留时间，发酵罐容积最少5000m3，所以此实施例最少比中温全混合发酵方式的能耗低20 30%。投资低50%左右。实施例2处理原料①牛粪污水，原料含固量8 9%，日处理100吨。②秸秆，处理量比例为牛粪污水秸秆=25 1本实施例的农牧业废弃物综合利用方法主要是针对工程所在地的沼液消耗量较小时进行，部分秸秆废弃物采用浓度为8 12%的湿式中温发酵，部分秸秆废弃物留作堆肥使用，与湿式发酵后的秸秆废弃物沼液混合堆肥，具体操作请结合图2所示，主要包括如下步骤a.备料，将液态的有机废弃物(畜禽粪便污水IOOt)和固态的有机废弃物(秸秆 4t)放置在不同的储料池内；b.预处理①畜禽粪便污水等相对低浓度废弃物预处理除沙、除杂、混合，调整浓度(含固量)到7 8 %，混合均勻的污水加温到70°C进行预加热、杀菌至少一小时；②秸秆等高固体有机质含量的有机废弃物预处理将秸秆等高固体有机质含量的有机废弃物进行破碎至粒度< 20mm，将破碎好的物料添加约2t发酵后沼液，调整含水率至约60%，输送到堆怄池进行堆怄3 5天；c.高温厌氧发酵，将b①预处理IOOt物料一天内分4 5次连续进料输送至 IOOOm3厌氧发酵罐内进行55°C高温发酵10天，发酵罐装有混合搅拌装置，且需对发酵罐进行加热保温；d.步骤c反应后的料液与步骤b②预处理4t秸秆物料混合至12%后，一天内分4 5次进行连续进料方式输送至2300m3高温厌氧发酵罐内进行40士 1°C中温发酵20天， 发酵罐装有混合搅拌装置，且需对发酵罐进行保温；该发酵过程中，将产生沼气；e.步骤d产生的沼液处理对步骤d反应后的料液与步骤b②中没有参加厌氧反应的粉碎秸秆混合调节含水率为65%进行堆肥；f.步骤C、步骤d处理产生的沼气经过净化预处理后通过热电联产装置为工艺系统预处理提供所需的电能和热能(主要用于步骤b①预处理物料进行加热)。多余电能和热能向外供应。此实施例和现普遍采用的的中温全混合发酵方式相比具有沼气收集率高，能耗低等优点。如果达到同等的沼气收集率，中温全混合发酵方式至少需要30天的停留时间，发酵罐容积最少3500m3，所以此实施例最少比中温全混合发酵方式的能耗低10 20%。投资低30%左右。并且此实施例可以达到污水零排放的目的，避免了二次污染，同时还可生产大量的固体有机肥，更增加了实施例的经济可行性。特别适合在土地消纳能力差的地域实施。说明1)整个反应过程中的主要工艺参数通过以自动为主、人工辅助的方式进行控制， 自动化程度高，整个工艺过程不受气候环境影响，具有较高的运行稳定性。2)当工程所在地的沼液消耗量大时，所有秸秆废弃物均采用浓度为8 12%的湿式中温发酵；对产生的沼液进行固液分离，分离后的沼渣堆肥做成有机肥，沼液部分用于秸秆堆怄预处理，其余全部用于灌溉，如图1所示；3)当工程所在地的沼液消耗量小时，部分秸秆废弃物采用浓度为8 12%的湿式中温发酵，部分秸秆废弃物留作堆肥使用，与湿式发酵后的秸秆废弃物沼液混合堆肥，如图 2所示。由以上实施例可以看出，本发明的农牧业废弃物综合利用方法，可形成了一个生物质有区别、多层次、低成本、高效率利用系统，增加了生物质资源的转化与利用率，综合效益显著提高。其主要创新点包括1)高温厌氧发酵和中温厌氧发酵分开进行，不仅减小了加热装置的加热面积，而且还减少了反应器体积，可大大降低成本；2)对畜禽粪便污水进行除沙、除杂处理，并进行预加热到70°C可起到杀菌的作用；3)先对低浓度料液进行加热预处理，因浓度较低，流动性较好，加热效率相对较尚；4)物料先经过高温厌氧发酵反应接着再进行中温厌氧发酵反应有助于料液脱氮脱硫，提高甲烷的转化率。
权利要求
1.一种处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法，该方法包括对畜禽粪便污水进行除沙、除杂处理，并进行预加热、杀菌，之后在50 60°C高温厌氧发酵5 10天，该发酵过程中产生沼气；将秸秆废弃物破碎至粒度< 20mm，输送到堆怄池进行堆怄3 5天；将上述经高温厌氧发酵后的畜禽粪便污水与上述堆怄的秸秆废弃物混合，控制混合料液含固量在8 12%之间，40士 1°C中温发酵20 35天，该过程中产生沼气；将上述经过中温发酵后的物料进行固液分离，得到沼渣和沼液；将上述固液分离后的沼渣进行好氧堆肥生产有机肥，沼液用于灌溉或直接与破碎的秸秆废弃物混合进行堆肥；上述高温厌氧发酵及中温发酵过程中产生的沼气经过净化预处理后通过热电联产装置为工艺系统预处理提供所需的电能和热能，多余电能和热能向外供应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述畜禽粪便污水高温厌氧发酵步骤中，保证系统在50 60°C高温条件下进行厌氧发酵，浓度可控制在3 8%之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述秸秆废弃物堆怄步骤中，将破碎的秸秆废弃物输送到堆怄池进行自然堆怄。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中温发酵步骤中，经高温厌氧发酵后的畜禽粪便污水与堆怄的秸秆废弃物混合物中，调整混合比例控制秸秆重量含量8% 12%， 40士 1°C中温发酵20 ；35天。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沼渣好氧堆肥是将所述沼渣与破碎的秸秆废弃物混合，并调整含水率60 % 70 %，进行好氧堆肥发酵。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，是利用中温发酵后的物料分离后得到的沼液调整所述好氧堆肥发酵底物的含水率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，利用中温发酵后的物料分离后得到的沼液调整粉碎后秸秆物料含水率至50% 75%然后进行堆怄。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，对畜禽粪便进行稀释的污水来自畜禽养殖场本身产生的污水或者中温发酵后的沼液。
全文摘要
本发明是关于一种农牧业废弃物综合利用方法，具体是关于一种处理畜禽粪便污水及秸秆废弃物的方法，该方法包括对畜禽粪便污水进行除沙、除杂处理，并进行预加热、杀菌，之后在50～60℃高温厌氧发酵5～10天，产生沼气；将秸秆废弃物破碎至粒度≤20mm，输送到堆沤池进行堆沤3～5天；将上述经厌氧发酵后的畜禽粪便污水与堆沤的秸秆废弃物混合，40±1℃中温发酵20～35天，产生沼气；将中温发酵后的物料固液分离，得到沼渣和沼液；沼渣进行好氧堆肥生产有机肥，沼液用于灌溉或直接与破碎的秸秆废弃物混合进行堆肥；发酵过程中产生的沼气净化后通过热电联产装置为工艺系统预处理提供所需的电能和热能，多余电能和热能向外供应。
文档编号C05F7/00GK102268462SQ20111010378
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者张治中, 张良, 李建华, 赵利君 申请人:北京愿景宏能源环保科技发展有限公司