一种牛粪水热资源化利用的方法技术

本发明专利技术属于畜禽粪资源化利用技术领域，具体涉及一种牛粪水热资源化利用的方法。包括：水热处理工序：将牛粪进行水热处理，然后利用所述水热处理产生的高压环境将牛粪中的液体成分通过压滤进行脱水，得水热炭，待用；垫料发酵工序：将垫料基质、发酵菌剂与所述水热炭混合，得混配料，然后进行发酵，得发酵垫料；垫料铺设工序：包括底层垫料和上层垫料，所述底层垫料为所述水热炭，铺设在牛舍地面；所述上层垫料为垫料发酵工序中得到的发酵垫料，铺设在底层垫料上方。该方法将牛粪水热产物用于牛床垫料，垫料成品含水率低、杀菌消毒彻底、成本低、处理时间短，同时利用该方法还可有效改善舍内环境，保持牛舍环境清洁。保持牛舍环境清洁。保持牛舍环境清洁。

【技术实现步骤摘要】
一种牛粪水热资源化利用的方法


[0001]本专利技术属于畜禽粪资源化利用
，具体涉及一种牛粪水热资源化利用的方法。

技术介绍

[0002]规模化奶牛养殖场的快速发展，为奶牛场粪污处理提出了更高的要求。目前，奶牛场粪污利用的方式主要包括厌氧发酵、堆肥以及牛床再生垫料生产。其中，利用粪便生产垫料是一种新兴的粪便资源化利用方式，在解决奶牛场粪污处理难题的同时可为奶牛场提供来源充足的垫料。现有牛床垫料生产制作常采用的方式是先将粪便固液分离，然后将固体牛粪经好氧发酵杀菌作垫料或者将固体牛粪经厌氧发酵后用于作垫料。安全性和含水率是固体牛粪生产牛床再生垫料的两个重要指标，其决定了后续垫料应用的安全性和舒适性。但是，现有利用固体牛粪制作牛床垫料过程中，通常存在成本高、处理时间长、垫料成品含水率不达标、杀菌消毒不彻底等问题。
[0003]水热反应(hydrothermal reaction)可广泛定义为在高温高压水(一般温度为150～600℃,压力为2～50MPa)中进行的反应，主要反应机理包括水解、脱水、脱羧、聚合和芳构化。水热转化技术作为一种新型的生物质资源化利用技术，已经受到科研工作者的广泛研究。在高温高压条件下，粪污中的水为亚临界状态，具有较高的自由电离常数和较低的介电常数，使得水作为反应溶剂较强的溶解能力和穿透能力，在反应过程中将微生物细胞破碎，细胞中的有机物质(蛋白质、脂肪、碳水化合物)被进一步水解为小分子物质，细胞结合水被释放出来，使得粪污的脱水性能得到改善。
[0004]目前水热脱水灭菌技术在市政污泥脱水中应用较为成熟，Porteous工艺用水蒸气热处理初沉污泥和二沉池污泥，促进污泥脱水性能，脱水污泥含固量由20％上升至40％；Zimpro工艺是以压缩空气为氧化剂湿式氧化污泥，目的在于对污泥完全灭菌、充分除臭、易于脱水等；Cambi工艺采用高压蒸汽对工业污泥进行厌氧消化预处理，分解细胞结构和有机物，为厌氧反应提供易于消化的原料。

技术实现思路

[0005]针对现有利用牛粪制作牛床垫料技术中存在的杀菌消毒不彻底、处理成本高、处理时间长等问题，本专利技术提出了一种利用水热技术处理牛舍粪污，提高粪污脱水率、增强灭菌效果，将水热产物用于牛床垫料的牛粪水热资源化利用的方法，利用该方法还可有效改善舍内环境，保持牛舍环境清洁。
[0006]具体而言，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种牛粪水热资源化利用的方法，包括：
[0008]水热处理工序：将牛粪进行水热处理，然后利用所述水热处理产生的高压环境将牛粪中的液体成分通过压滤进行脱水，得水热炭，待用；所述水热处理优选采用无氧条件下的低温水热处理工艺，主要目的是为了杀灭粪污中的致病菌，为后续牛床垫料提供清洁铺
设材料，同时，经高压水热处理后更有利于粪污脱水效果，缩短后续脱水工序；
[0009]垫料发酵工序：将垫料基质与发酵菌剂混合，得混配料；将所述水热炭掺入所述混配料中，然后进行发酵，得发酵垫料；
[0010]垫料铺设工序：包括底层垫料和上层垫料，所述底层垫料为所述水热炭，铺设在牛舍地面，主要用于保持牛舍垫料干燥，并吸附牛舍粪污污染物质，使牛床垫料更清洁；所述上层垫料为垫料发酵工序中得到的发酵垫料，铺设在底层垫料上方。
[0011]作为优选，水热处理工序中，在进行所述水热处理前，先将牛粪的含水率调节为70～90％；所述水热处理的温度为160℃～220℃，压力为1MPa～2MPa，时间为0.5h～1h。采用上述水热处理条件，可有效破碎细胞结构，分离粪污内的结合水，脱水率可以提升至75％，减少脱水工艺流程，同时高温高压环境可以有效实现灭菌效果，防止二次污染。
[0012]作为优选，所述水热处理工序中，所述压滤采用的过滤介质包括相互接触组配的压滤盖和压滤板；
[0013]所述压滤盖为凹槽形状，包括环型的盖壁和封于所述盖壁一端的盖顶，所述盖壁的表面具有若干第一孔洞，所述盖顶的中心设有与水热处理产物出口连通的中心孔；
[0014]所述压滤板为与所述凹槽形状匹配的圆柱状，所述压滤板靠近所述压滤盖一侧的板面具有若干第二孔洞，所述压滤板的柱面具有若干第三孔洞，所述第二孔洞与所述第三孔洞相互连通；所述压滤板远离所述压滤盖一侧的板面连接压力装置；
[0015]所述第一孔洞、第二孔洞、第三孔洞的孔径为1～2mm。
[0016]上述过滤介质的运行原理为：压滤盖和压滤板相互接触组配，通过压滤板连接的压力装置施压给予接触表面一定压强，水热反应釜内的高压物料经压滤盖上的中心孔进入压滤盖和压滤板的盖顶和板面之间，高压物料中的液相通过第一孔洞进入压滤板内，然后依次经压滤板柱面上的第二孔洞、压滤盖盖壁表面的第一孔洞排出；高压物料中的固相则被保留在压滤盖和压滤板之间，从而实现固液分离。同时，所述压力装置设计为压力可调节，压力低于反应釜内压力。
[0017]本专利技术利用上述特定的过滤介质实现浆体的压滤分离，压力源为水热反应釜的产生的高压体系，即可减少系统能耗，节约运行成本，又可实现高脱水率，同时还可有效防止出料口堵塞，避免堵塞过滤介质，提升压滤速度。
[0018]进一步优选的，所述压力装置为弹簧。弹簧压力是反向作用力，与水热釜的压力实时保持一致，从而有效提升压滤固液分离效果，并能应对不用水热出口压力。
[0019]进一步优选的，所述压滤盖的盖顶缺失部分下扇面；
[0020]所述压滤板靠近所述压滤盖一侧的板面设置有扇面凸起部，所述扇面凸起部的形状与所述盖顶缺失的下扇面形状一致，厚度与所述盖顶的厚度一致。压滤盖为下扇面缺失的圆盖结构，可方便取出压滤后残留在压滤盖内的固相水热炭，同时清洗方便。
[0021]在另一种优选的实施方式中，所述压滤盖和压滤板的材质为304不锈钢。
[0022]作为优选，垫料发酵工序中，所述垫料基质选自锯末、稻壳、米糠中的至少一种。
[0023]作为优选，垫料发酵工序中，以所述垫料基质的质量计，所述水热炭的掺入量为5％～10％。上层垫料腐熟时加入一定量的水热炭作为添加剂，可以有效提升微生物活性、孔隙度、透气性、电导率等指标，从而提升腐熟效率。
[0024]作为优选，垫料发酵工序中，发酵时间为8～10h，发酵原料含水率控制为60～
65％，发酵温度为40℃～60℃。
[0025]作为优选，垫料铺设工序中，所述底层垫料的厚度为3～5cm。本专利技术创造性的直接采用水热炭作为底层垫料，结果发现，其可以发挥吸附、除臭、干燥等作用，从而有效改善舍内环境，保持牛舍环境清洁。
[0026]作为优选，垫料铺设工序中，首先在牛舍地面铺设栅格板，然后在栅格板的孔洞中填入所述水热炭，得到底层垫料。生物炭底层垫料采用栅格形状的板材固定，防止生物炭流失，并避免出现扬尘。
[0027]作为优选，垫料铺设工序中，所述上层垫料的厚度为15～20cm。
[0028]进一步优选的，每天补充新鲜发酵垫料，使上层垫料的厚度保持15～20cm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种牛粪水热资源化利用的方法，其特征在于，包括：水热处理工序：将牛粪进行水热处理，然后利用所述水热处理产生的高压环境将牛粪中的液体成分通过压滤进行脱水，得水热炭，待用；垫料发酵工序：将垫料基质、发酵菌剂与所述水热炭混合，得混配料，然后进行发酵，得发酵垫料；垫料铺设工序：包括底层垫料和上层垫料，所述底层垫料为所述水热炭，铺设在牛舍地面；所述上层垫料为垫料发酵工序中得到的发酵垫料，铺设在底层垫料上方。2.根据权利要求1所述的牛粪水热资源化利用的方法，其特征在于，水热处理工序中，在进行所述水热处理前，先将牛粪的含水率调节为70～90％；所述水热处理的温度为160℃～220℃，压力为1MPa～2MPa，时间为0.5h～1h。3.根据权利要求1或2所述的牛粪水热资源化利用的方法，其特征在于，所述水热处理工序中，所述压滤采用的过滤介质包括相互接触组配的压滤盖和压滤板；所述压滤盖为凹槽形状，包括环型的盖壁和封于所述盖壁一端的盖顶，所述盖壁的表面具有若干第一孔洞，所述盖顶的中心设有与水热处理产物出口连通的中心孔；所述压滤板为与所述凹槽形状匹配的圆柱状，所述压滤板靠近所述压滤盖一侧的板面具有若干第二孔洞，所述压滤板的柱面具有若干第三孔洞，所述第二孔洞与所述第三孔洞相互连通；所述压滤板远离所述压滤盖一侧的板面连接压力装置；所述第一孔洞、第二孔洞、第三孔洞的孔径为1～2mm。4.根据权利要求3所述的牛粪水热资源化利用的方法，其特征在于，所述压滤盖的盖顶缺失部分下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志丹，贾吉秀，孔德亮，曹茂炅，徐永洞，段娜，施正香，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：