一种利用猪场粪污制备有机肥的发酵预处理工艺

技术领域

本发明属于猪场粪污再利用技术领域，具体涉及一种利用猪场粪污制备有机肥的发酵预处理工艺。

背景技术

猪场粪污再利用通常是用来将其加工成有机肥进行循环利用。目前，它主要包括干清粪配合堆肥发酵、尿泡粪配合干湿分离后发酵、直接发酵这三条技术路线。其中，尿泡粪配合干湿分离主要是通过漏缝地板实现猪只粪便和尿液自动掉入粪沟，并借助于粪污通道进行粪尿混合收集，再进行干湿分离，分离出的固体堆肥，液体进行沼气、净化等处理。实施时，通常是将粪尿混合物通过管道或者沟槽引入粪池，然后借助于抽吸泵将粪池内的粪尿混合物抽至固液分离设备进行固液分离，再将所得固形物运输至有机肥生产车间进行发酵等后续加工。

现有文献CN106810302A公开了一种养殖粪污资源化利用生产有机肥料的方法，包括以下步骤：收集猪场粪污进行干湿分离，得到干粪和尿水，干粪是经过干湿分离后，水分含量少于30w％的粪污；将干粪和泥土、碳渣、秸秆混合均匀，秸秆是秸秆粉或秸秆碎料，秸秆粉/秸秆碎料是由统糠、玉米秸秆、稻草、小麦秸秆和油菜秸秆中的一种或几种加工而成的；向混合均匀的物料中，加入微生物菌剂，翻腾均匀，堆码成1～5米高的堆料，用薄膜盖严，温度升至60～70℃发酵腐熟。该方案本质上属于尿泡粪配合干湿分离后发酵这一技术路线，其技术难点包括如何收集水分含量少于30w％的粪污。

研究表明，利用猪场粪污制备有机肥时，经固液分离后的固形物粒径和松散度直接关系到有机肥质量，在其它必要参数(如水分含量、温度)不变的情况下粒径越小且越松散越有利于辅料添加、混匀和发酵。然而，采用现有常规固液分离技术/干湿分离技术很难得到均匀、松散的粪污固形物，所制得的粪污固形物大都含有不少块状物(块状物表面积为5～20cm

由于当前在处理猪场粪污时，通常是先将粪池内粪尿混合物抽至固液分离设备，然后将所得固形物运至有机肥生产车间，这不仅存在粪尿混合物中的固形物利用率较低和有机肥生产效率低的问题，而且存在后续处理粪液(固液分离后所得粪液)工序繁多的问题，特别是后续处理粪液需要进行多次沉降。

发明内容

至少为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明目的在于提供一种利用猪场粪污制备有机肥的发酵预处理工艺。

本发明采用了如下技术方案。

一种利用猪场粪污制备有机肥的发酵预处理工艺，步骤包括：

步骤1，从猪场粪池内的尿液混合物中提取出呈“饼体结构”的固形物，“饼体结构”中水分含量不高于35％；

步骤2，将步骤1中呈“饼体结构”的固形物磨成颗粒物，将所得颗粒物引入搅拌容器中；

步骤4，采用泥浆泵将猪场粪池底部的沉降物抽出，沉降物中水分含量为80～85％，并引入搅拌容器中；

步骤5，对搅拌容器中的沉降物和颗粒物进行搅拌，并添加辅料，使其混合均匀后输送至发酵池。

作为本发明的优选方案，采用钢丝磨盘装置对呈“饼体结构”的固形物进行打磨，打磨后形成的颗粒物以抛物线和自由落体的方式掉落在搅拌容器中。采用这样的方式，能够快速得到均匀、松散的粪污固形物。

为了简化固液分离后的后续粪液处理工序，所述的“饼体结构”为圆形饼体；所述的沉降物是由粒径不大于2mm的悬浮固体颗粒絮凝而成。

本发明中，采用固液分离设备提取出所述的“饼体结构”；固液分离设备包括筒体，筒体立式、固定安装在粪污池内，筒体的整个侧壁设置有若干个通孔，在筒体上部设置有粪污进料通道，在粪污进料通道上设置有阀门；在筒体内腔设置有活动杆，活动杆上端连接液压驱动系统，在筒体内腔且位于活动杆下方设置有活动座，活动座连接提升机构，提升机构用于将活动座提升至指定高度，由活动杆、活动座和筒体共同围合成容积可变的粪污容纳空间；在筒体顶部设置有推料机构，推料机构用于将移动到筒体顶部的“饼体结构”推移至出料通道；其中，活动杆上轴向设置有两个对称布置的通孔，筒体侧壁上的通孔直径不大于2mm，活动座上对称设置有两组吊耳，连接在吊耳上的钢丝绳穿过通孔并连接提升机构；通过液压驱动系统能够驱动活动杆顺着钢丝绳移动且沿着筒体内腔升降；活动杆采用空心杆，空心杆的底壁厚度不小于15cm、侧壁厚度不小于10mm，空心杆的空腔内具有支撑骨架，空心杆上设置有环槽，环槽内配合有密封圈。

至少为了进一步提高有机肥的发酵预处理效率，活动座采用厚度不小于20cm、直径或宽度不小于60cm的不锈钢座，所述的活动杆采用不锈钢制得，活动杆与筒体内壁的配合间隙为5～10mm；推料机构包括水平布置的气缸，气缸的伸缩杆前端设置有推板，气缸的伸缩杆垂直于两组钢丝绳所在的平面，出料通道的顶部针对推板，出料通道与气缸位于筒体两侧；推料机构、提升机构、液压驱动系统和阀门均连接控制器，通过控制器控制推料机构、提升机构、液压驱动系统、阀门运行：控制器包括存储模块、处理模块及存储在存储模块上并可在处理模块上运行的程序，所述处理模块执行所述程序时实现以下步骤：

S1，控制提升机构运行，使活动座下降到下极限位置，此时，活动座底面与筒体内腔底面重合；

S2，控制液压驱动系统运行，使活动杆处于上极限位置，此时活动杆下端高于粪污进料通道与筒体的连接部位；

S3，控制阀门打开预设时间，使粪污从粪污进料通道进入粪污容纳空间，然后控制阀门关闭；

S4，控制液压驱动系统运行，使活动杆按照设定速度一下移，直到加载力达到设定值时暂停，此时粪污容纳空间中的非液体物质形成紧实的“饼体结构”；

S5，控制液压驱动系统运行，使活动杆按照设定速度二回升，同时，控制提升机构运行，使活动座按照设定速度二回升，此过程中，活动杆和活动座同步上移；

S6，当活动座回升上移至目标高度后，控制提升机构暂停，并继续控制液压驱动系统运行，使活动座继续上移指定距离，此时“饼体结构”上端面与活动杆下端面分离，活动座顶面与筒体顶端齐平；

S7，控制推料机构运行，将“固态饼体”推至出料通道；

S8，重复执行步骤S1～S7，继续对粪污进行处理。

为了简化固液分离后的后续粪液处理工序，在筒体上的通孔外围均匀布置有多个第一搅拌器，第一搅拌器的搅拌轴垂直于筒体；在粪污池内且靠近筒体外壁处设置有絮凝剂加注管，絮凝剂加注管连接絮凝剂加注系统；粪污池的池底呈U形结构，在粪污池内设置有泥浆泵，泥浆泵用于抽出池底的沉降物，泥浆泵的电机位于粪污池底部外侧；在步骤S4结束后，先控制絮凝剂加注系统按设定量加入絮凝剂，同时控制第一搅拌器运行设定时间T，然后再执行步骤S5。

作为优选方案，在搅拌容器中，“饼体结构”、辅料、沉降物混合后满足“混合均匀后的混合物中含水量为45～50％”的要求。

作为优选方案，所述的设定速度一为1～5cm/s，所述的设定速度二为10～30cm/s。

为了便于更顺利地抽出粪池中的沉降物，粪污池的底壁为斜面，该斜面与竖直方向的夹角为10～50°，筒体下端安装在上。

为了能够更顺利、快速、稳定地得到均匀、松散的粪污固形物，钢丝磨盘装置包括出料通道下段和钢丝轮打磨盘，钢丝轮打磨盘位于出料通道下段正下方，钢丝轮打磨盘能够上移，钢丝轮打磨盘的驱动机构连接控制器；出料通道下段为竖直腔，竖直腔侧方设置有上压板和下压板，上压板连接横向气缸一，下压板连接横向气缸二，横向气缸一与横向气缸二相互平行且分别连接控制器，上压板和下压板通过合页连接；初始状态下，上压板处于竖直状态，下压板处于斜向状态且与上压板之间夹角为135°；当“饼体结构”落至下压板上之后，控制横向气缸一伸出将“饼体结构”压紧，然后控制横向气缸二缩回，使下压板处于竖直状态；随后控制钢丝轮打磨盘按照设定速度转动和上移，直到将整个“饼体结构”打散成颗粒物。

有益效果：采用本发明的方案，不仅实现了以操作简单的方法得到均匀、松散的粪污固形物，解决了所制得粪污固形物中含有块状物的问题，而且能够精确控制粪污固形物中的湿度/水分，同时能够在无需烘干的情况下就能够将粪污固形物中水分含量控制在30％以下，有利于后续的发酵处理；

采用本发明的方案，具有粪尿混合物中的固形物利用率高的优点，一方面能够将粒径大于2mm的固形物压制成饼状后还原成颗粒物，另一方面能够将粒径小于2mm的固形物沉降后同步混合到颗粒物中，使得粪尿混合物中的绝大多数固形物被充分利用。采用本发明的方案，具有粪尿混合物中的有机肥生产(发酵预处理)效率高的优点，粪尿混合物中固形物被制成饼状后直接转移至钢丝磨盘装置处充分打散，再配合从粪池内抽取的沉降物和辅料调配至发酵所需湿度，整个过程在一个小型工作站/空间即可完成，省去了冗长的转运工序以及后续处理粪液进行多次沉降的工序，大幅提高了处理效率。

本发明中，所用的钢丝磨盘装置非常关键和巧妙，由于所制备的“饼体结构”非常紧实，对此，借助于前述特定结构的出料通道、横向气缸、压板和钢丝轮打磨盘的动态配合，就能够将“饼体结构”顺利、快速、稳定地还原成均匀、松散的颗粒物。

附图说明

图1为实施例中所使用的设备立体示意图一(饼体结构进入粪污进料通道之前的状态，此时下压板42处于斜向状态且与上压板41之间夹角为135°)；图2为实施例中所使用的设备立体示意图二(饼体结构进入粪污进料通道后的状态)；

图3为图2的剖面示意图；

图4为实施例中所使用的设备立体示意图三(下压板42处于竖向状态，且上压板41压紧饼体结构16)；

图5为图4的剖面示意图；

图6为实施例中所使用的设备另一剖面示意图；

图7为实施例中固液分离设备立体示意图(初始状态)；

图8为实施例中固液分离设备剖面示意图(初始状态)；

图9为实施例中固液分离设备剖面示意图(粪污从粪污进料通道进入粪污容纳空间的状态)；

图10为实施例中固液分离设备剖面示意图(固液分离时的状态)；

图11为实施例中固液分离设备立体示意图(卸料状态)；

图12、图13为实施例中固液分离设备剖面示意图(卸料的状态)。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

结合图1至图13所示，一种利用猪场粪污制备有机肥的发酵预处理工艺，步骤包括：

步骤1，从猪场粪污池30内的尿液混合物中提取出呈“饼体结构16”的固形物，“饼体结构16”中水分含量不高于35％；其中，“饼体结构16”为圆形饼体，沉降物是由粒径不大于2mm的悬浮固体颗粒絮凝而成；

步骤2，将步骤1中呈“饼体结构16”的固形物磨成颗粒物，将所得颗粒物引入搅拌容器29中；本实施例中采用钢丝磨盘装置对呈“饼体结构16”的固形物进行打磨，打磨后形成的颗粒物以抛物线和自由落体的方式掉落在搅拌容器29中；

步骤4，采用泥浆泵将猪场粪污池30内的沉降物抽出，沉降物中水分含量为80～85％，并引入搅拌容器29中；在搅拌容器29中，“饼体结构16”、辅料、沉降物混合后满足“混合均匀后的混合物中含水量为45～50％”的要求；

步骤5，搅拌容器29中安装有第二搅拌器34，对搅拌容器29中的沉降物和颗粒物进行搅拌，并添加辅料，使其混合均匀后输送至发酵池。

在具体方案中，结合图7至图13所示，采用固液分离设备提取出所述的“饼体结构16”。固液分离设备包括筒体1，筒体1立式、固定安装在粪污池30内的支座19上，筒体1的整个侧壁设置有若干个通孔2，相邻通孔2的相邻边沿之间的最小距离为15mm，通孔2直径为2mm，在筒体1上部设置有粪污进料通道3(粪污收集管道)，在粪污进料通道3上设置有阀门4；在筒体1内腔设置有活动杆5，活动杆5上端通过连接板固定连接液压驱动系统的液压杆前端，在筒体1内腔且位于活动杆5下方设置有活动座6，活动座6连接提升机构，提升机构用于将活动座6提升至指定高度，由活动杆5、活动座6和筒体1共同围合成容积可变的粪污容纳空间10；在筒体1顶部设置有推料机构，推料机构用于将移动到筒体1顶部的“固形物”物料推移至出料通道15。其中，活动杆5上轴向设置有两个对称布置的通孔20，活动座6上对称设置有两组吊耳21，连接在吊耳21上的钢丝绳9穿过通孔20并连接提升机构，提升机构可以采用卷扬机；通过液压驱动系统能够驱动活动杆5顺着钢丝绳9移动且沿着筒体1内腔升降。活动座6采用厚度为20cm、直径为60cm的不锈钢座，活动杆5采用不锈钢制得，活动杆5与筒体1内壁的配合间隙为6mm。其中，活动杆5采用空心杆，空心杆的底壁厚度为15cm、侧壁厚度为12mm，空心杆的空腔内具有支撑骨架，空心杆上间隔设置有两个环槽12，两个环槽10内均配合有密封圈11。推料机构包括水平布置的气缸13，气缸13的伸缩杆前端设置有推板14，气缸13的伸缩杆垂直于两组钢丝绳9所在的平面，出料通道15的顶部针对推板14，出料通道15与气缸13位于筒体1两侧。

本实施例中，在筒体1上的通孔2外围均匀布置有多个第一搅拌器31，第一搅拌器31的搅拌轴垂直于筒体1；在粪污池30内且靠近筒体1外壁处设置有絮凝剂加注管33，絮凝剂加注管33连接絮凝剂加注系统；粪污池30的池底呈U形结构，在粪污池30内设置有泥浆泵32，泥浆泵32用于抽出池底的沉降物，泥浆泵32的电机位于粪污池30底部外侧。

本实施例中，推料机构、提升机构、液压驱动系统和阀门4均连接控制器，通过控制器控制推料机构、提升机构、液压驱动系统、阀门4运行：控制器包括存储模块、处理模块及存储在存储模块上并可在处理模块上运行的程序，所述处理模块执行所述程序时实现以下步骤：

S1，控制提升机构运行，使活动座6下降到下极限位置，此时，活动座6底面与筒体1内腔底面重合，此时的状态如图7和图8所示；

S2，控制液压驱动系统运行，使活动杆5处于上极限位置，此时活动杆5下端高于粪污进料通道3与筒体1的连接部位，此时的状态如图9所示；

S3，控制阀门4打开预设时间，使粪污从粪污进料通道3进入粪污容纳空间10，然后控制阀门4关闭；

S4，控制液压驱动系统运行，使活动杆5按照设定速度一下移，直到加载力达到设定值时暂停，此时粪污容纳空间10中的非液体物质形成紧实的“固态饼体16”，此时的状态如图10所示；设定速度一可设为1～5cm/s之间的任意值；

步骤S4结束后，先控制絮凝剂加注系统按设定量加入絮凝剂，同时控制第一搅拌器31运行设定时间T，然后再执行步骤S5；

S5，控制液压驱动系统运行，使活动杆5按照设定速度二回升，同时，控制提升机构运行，使活动座6按照设定速度二回升，此过程中，活动杆5和活动座6同步上移；设定速度二可设定为10～30cm/s之间的任意值；当活动座6回升上移至目标高度时，活动座6顶面与筒体1顶端齐平，此时的状态如图11至图13所示；

S6，当活动座6回升上移至目标高度后，控制提升机构暂停，并继续控制液压驱动系统运行，使活动座6继续上移指定距离，此时“固态饼体16”上端面与活动杆5下端面分离；

S7，控制推料机构运行，将“固态饼体16”推至出料通道15；

S8，重复执行步骤S1～S7，继续对粪污进行处理。

本实施例中，粪污池30的底壁18为斜面，该斜面与竖直方向的夹角为45°，筒体1下端安装在底壁18上。

本实施例中，结合图1至图5所示，钢丝磨盘装置包括出料通道15下段和钢丝轮打磨盘17(选用钢丝轮平型不锈钢300mm钢丝刷，其厚度等于“饼体结构16”厚度)，钢丝轮打磨盘17位于出料通道15下段正下方，钢丝轮打磨盘17能够上移，钢丝轮打磨盘17的驱动机构(如安装有驱动电机46的升降机构45(如气缸)，驱动电机46用于驱动钢丝轮打磨盘17旋转，升降机构45用于驱动驱动电机46和钢丝轮打磨盘17整体升降)连接控制器；出料通道15下段为竖直腔，竖直腔侧方设置有上压板41和下压板42，上压板41连接横向气缸一43，下压板42连接横向气缸二44，横向气缸一43与横向气缸二44相互平行且分别连接控制器，上压板41和下压板42通过合页连接；初始状态下，上压板41处于竖直状态，下压板42处于斜向状态且与上压板41之间夹角为135°；当“饼体结构16”落至下压板42上之后，控制横向气缸一43伸出将“饼体结构16”压紧，然后控制横向气缸二44缩回，使下压板42处于竖直状态；随后控制钢丝轮打磨盘17按照设定速度转动和上移，直到将整个“饼体结构16”打散成颗粒物。

运行过程中，主要分为三个过程，如下。

第一个过程是采用了全新的粪污固液分离设备及分离方式，猪场粪污进入粪污进料通道3，并在阀门4关闭状态下的粪污进料通道3内临时储存，当阀门4打开预设时间后，临时储存的粪污从粪污进料通道3进入粪污容纳空间10；随后，通过驱动活动杆5下移使粪污容纳空间10逐渐变小，粪污容纳空间10内的液体在受到压力后通过筒体1侧壁的通孔进入粪污池30内的筒体1外围，粪污容纳空间10内的固体则在压力作用下被逐渐压缩至“固态饼体16”结构，从而在粪污池30内实现固液分离；在“固态饼体16”结构成型后，通过快速控制活动杆5、活动座6和“固态饼体16”同步上移，此时的活动杆5、活动座6和“固态饼体16”类似于“活塞”快速上移，将粪污池30内位于筒体1外围的液体吸入筒体1内腔，从而很好地反冲洗筒体1侧壁的通孔，当“固态饼体16”上移至目标高度后就可通过推料机构将“固态饼体16”推至出料通道15。由于采用了前述特定结构及控制方法，使得在猪场粪污池30内的粪液中实施固液分离时能够精确控制固形物中水分含量，可通过控制活动杆5下压量来控制“固态饼体16”状态及其含水量(例如，当活动杆5下压量为h1时对应的“固态饼体16”厚度为H1、含水量为A1；那么，当活动杆5下压量为h1+1cm时对应的“固态饼体16”厚度为H2、含水量为A2，A2＜A1。理论上来说，活动杆5下压量越大，“固态饼体16”厚度越小、含水量越少)，同时能够避免粪液反渗至“固态饼体16”中，有利于将所得“固态饼体16”顺利移动至池体外。该方案改变了传统的固液分离技术路线，能够在三分钟内实现上数十公斤甚至上百公斤“固态饼体16”对应的猪场粪污固液分离，其结构巧妙、稳定性好，不仅适用于对尿泡粪进行固液分离，而且适用于对猪只“干粪便(未与尿液或水混合的粪便)”进行固液分离。

第二个过程是将“固态饼体16”还原成颗粒物，当“固态饼体16”顺着出料通道15移动会掉落至出料通道15下段的下压板42上，此时利用斜向布置的下压板42挡住“固态饼体16”(下压板42下端与出料通道15之间的距离小于固态饼体16厚度)，随后，通过横向气缸一43伸出驱动上压板41向饼体结构16移动，将“饼体结构16”压紧，然后控制横向气缸二44缩回，使下压板42处于竖直状态，此时，上压板41和下压板42均处于竖直状态(下压板42下端与出料通道15之间的距离等于固态饼体16厚度)；随后控制钢丝轮打磨盘17按照设定速度转动和上移，直到将整个“饼体结构16”打散成颗粒物，并以抛物线和自由落体的方式掉落在搅拌容器29中。

第三个过程是加料混匀过程，一方面，当粪污容纳空间10中的非液体物质形成紧实的“固态饼体16”后，控制絮凝剂加注系统按设定量加入絮凝剂，同时控制第一搅拌器31运行设定时间T，此过程中，粪污池30内且位于筒体1外围的悬浮物会迅速絮凝、沉降，同时使得筒体1外围的水变得清澈，然后在实施步骤S5时，被吸入粪污容纳空间10内的液体几乎是清澈的液体，从而能够很好地防止筒体1上的通孔2被堵撒；当悬浮物沉降至池底后，则会通过泥浆泵32抽出并输送至搅拌器中；另一方面，“饼体结构16”打散形成的颗粒物会落入搅拌容器29中，这些颗粒物连同抽过来的沉降物和其它辅料一同被搅拌均匀，从而完成有机肥发酵预处理。

采用该方案，不仅实现了以操作简单的方法得到均匀、松散的粪污固形物，解决了所制得粪污固形物中含有块状物的问题，而且能够精确控制粪污固形物中的湿度/水分，同时能够在无需烘干的情况下就能够将粪污固形物中水分含量控制在30％以下，有利于后续的发酵处理。

采用该方案，具有粪尿混合物中的固形物利用率高的优点，一方面能够将粒径大于2mm的固形物压制成饼状后还原成颗粒物，另一方面能够将粒径小于2mm的固形物沉降后同步混合到颗粒物中，使得粪尿混合物中的绝大多数固形物被充分利用。还具有粪尿混合物中的有机肥生产(发酵预处理)效率高的优点，粪尿混合物中固形物被制成饼状后直接转移至钢丝磨盘装置处充分打散，再配合从粪污池30内抽取的沉降物和辅料调配至发酵所需湿度，整个过程在一个小型工作站/空间即可完成，省去了冗长的转运工序以及后续处理粪液进行多次沉降的工序，大幅提高了处理效率。

本发明中，所用的钢丝磨盘装置非常关键和巧妙，由于所制备的“饼体结构16”非常紧实，对此，借助于前述特定结构的出料通道、横向气缸、压板和钢丝轮打磨盘的动态配合，就能够将“饼体结构16”顺利、快速、稳定地还原成均匀、松散的颗粒物。