专利名称：畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统及处理方法
技术领域：
本发明涉及一种粪污消毒防疫系统及处理方法，尤其涉及一种畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统及处理方法。
背景技术：
畜禽粪污长期的积累过剩、堆沤、运粪鲜施或池囤、填埋等问题一直困扰着畜禽养殖业，目前使用传统的沼气设备处理粪污存在效率低、速度慢、消化不彻底造成二次污染的问题，造成粪污严重污染环境、疫病广泛传播的现状；如果畜禽疫情一旦大面积传播，将引起严重的后果。
在国内，目前使用的养殖粪污高固体浓度高温生物厌氧消化工艺，存在着诸如进出料难度大、料液在池内分布不均、消化效率低不完全、消毒不彻底、高投资低回报等问题未能解决，造成常用6％以下的固体浓度进行厌氧消化自耗能太大，因运行成本过高，现大都处于闲置状态，还没有一种真正意义的利用超高温生物快速消毒治理防疫畜禽粪污的装置投入运行。
目前，国内外的高效厌氧反应器普遍采用的是荷兰人设计的UASB、复合厌氧反应器(UASB+AF)、厌氧固定床反应器(AFFR)、厌氧序批操作反应器(ASBR)等技术工艺，其基本要求是废水中的固形物含量约0.5TS％，养殖粪便固型物浓度高达16TS％以上，无法直接利用这类反应器；而国外正在研究一种升流式固体反应器(USR)，其研发目标是，最大限度地延长微生物滞留期(MRT)和有机固体物滞留期(SRT)，并能处理高悬浮物发酵原料，从而提高厌氧装置消化反应能力。但这种反应器正在探索中，无法服务于畜禽粪污快速消毒治理防疫。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种凭借先进的太阳能供热技术及PLC自动化控制技术和生物质能技术，将粪污延续由常温至超高温70℃再至常温的微生物超高温快速厌氧处理(最高温度可升至75℃)，多级搅拌消化后的粪污转换为生物能源及无害化生态有机肥料、低成本消毒灭菌的畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统。
本发明的技术方案是这样实现的，畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统，包括超高温生物厌氧发酵系统，太阳能及自身热能回供补偿系统，PLC全自动化控制系统，惰性气体保温系统，沼气净化储存系统，发电系统，污水处理系统，沼渣沼液处理系统的多系统连体结构，其中超高温生物厌氧发酵系统包括进料仓、中温仓、高温仓和保温仓，将粪污由常温升至超高温70℃～75℃再至常温延续变化快速厌氧处理，使粪污发酵分解消毒，太阳能及自身热能回供补偿系统采用太阳能集热系统和沼气燃烧加热器，为整个系统提供热能，惰性气体保温系统采用保温夹层的结构，将惰性气体充入到夹层中，夹层位于超高温生物厌氧发酵系统的各仓室的外壁，减少了热能的损耗，沼气净化储存系统采用脱硫净化塔对产生的沼气进行净化，供电发电系统将沼气净化储存系统脱硫净化后的气体输入发电机进行发电，污水处理系统和沼渣沼液处理系统将养殖污水及系统最后产生的沼渣、沼液进行处理。
其中所述的超高温生物厌氧发酵系统的进料仓位于地下是一种砼半密闭仓，仓内装有自动化电气单级搅拌，位于地下砼结构圆柱体半密闭容器，解决了传统工艺进料前期粪污四溢二次污染问题，同时也保证了前期物料酸化控制问题；经酸化调控后的鲜粪由此仓中污泥泵输送至位于地下的中温仓；粪污发酵消化中温仓室(简称中温仓)是一种自动化电气多级搅拌斜坡式流道砼密闭仓，位于地下的流道斜坡式密闭砼池延长稳定了SRT固体滞留期、MRT微生物滞留期、HRT水力滞留期、PH值的调控处理；厌氧菌在此仓适宜温度下(常温→45℃±2℃)使粪污发酵，60％的粪污由此仓完成消化；
高温仓是一种装有自动化电气多级搅拌多仓相连的斜式流道钢制密闭仓，斜式塞流便于粪污流动及沼气溢流，该仓为地上斜式密闭钢制容器，利用流体力学解决了物料转移所耗能量，根据物料流动距离、时间及罐体倾斜角度所决定即罐体倾斜摩擦角度定为≥8°，此时物料运动平缓均匀速度可达到5md；厌氧菌在此仓适宜温度下(由45±2℃升至70℃～75℃)使粪污进一步厌氧发酵，40％的粪污由此仓加速消化完成，仓室与仓室之间粪污靠污泥泵向前推进，同时完成了超高温消毒过程，再由位于高温仓最低端的气动阀门靠重力势能将消化、消毒后的粪污输送到位于地下的保温仓；保温仓是一种自动化电气多级搅拌斜式流道砼密闭仓，此仓将前期消化不完全的粪污完全腐熟，同时也避免了粪污消化不彻底产生残留余气造成的危害，高温仓室处理后的物料含有巨大的热能，通过热交换将余热回供给前期仓室，解决了系统部分热能补偿。将沼渣、沼液中蕴含的热能通过盘管式换热装置置换到中温仓，最后通过污泥泵将彻底腐熟的沼渣、沼液输送到渣液分离处理设备→多级压滤机。各仓中均装有搅拌器，仓与仓之间留有沼气导气管、用来平衡酸度的PH值监控装置、自动测压的压力传感器与其联动的排气报警装置、用于自动调温的温度感应器，完成了粪污延续运动由常温至高温70℃～75℃再至常温的微生物超高温快速厌氧处理，完全消毒消化后的粪污转换为生物能源及无害化生态有机肥料、低成本消毒灭菌的生物快速治理粪污过程。
所述的太阳能及自身热能回供补偿系统采用太阳能集热系统和沼气燃烧加热器，由出水管和回水管形成连结换热循环供热管路，既能完成晴天的太阳能热水产供，也可完成阴雨严寒天气中的生产热源延续性、间断性的补充，实现了粪污超高温快速厌氧的设施化发酵条件。
其中采用PLC自动化控制系统技术目的是杜绝传统的人为操纵错误指令所造成的安全隐患，防止设施损坏及安全事故的发生。同时也是整合畜禽粪污超高温生物快速消毒治理防疫设施各系统工艺，为畜禽粪污向快速消化消毒、高度灭菌、地域适应性强的工业化处理要求，提供了有效的技术新手段。
所述的惰性气体保温系统，改变了传统工艺不能解决的热能损耗大的问题，粪污消化各仓室外围前后左右和底部，连体加工出了6面密闭保温层，充入惰性气体，利用该气体相对稳定的特性隔离或减少了消化室粪污发酵温度的传导、对流和辐射热损耗，提高技术产品的综合功能和能量平衡标准，降低工艺设备的重复投入和运行成本。
所述的沼气净化储存系统是由5个脱硫净化塔组成多级净化结构，有效的去除了二氧化碳(CO2、氧气(O2)、氮气(N2和硫化氢(H2S；甲烷气体利用设备系常规压缩气体储存技术。目的为了利用从消化仓室提取出来的甲烷气体经脱硫处理装置脱硫提纯净化后，通过沼气用压缩机贮存于钢制贮气罐。被贮存的甲烷气体，减压后用作加热各发酵消化仓室的燃烧器燃料及能源输出燃料。
所述的发电系统将沼气脱硫净化后的甲烷气体输入甲烷用发电机进行发电，所发电量供给整个畜禽粪污超高温生物快速消毒治理防疫装置，从而解决了传统工艺高耗能高运行成本的现状。
所述的污水处理系统采用生物页岩及活性炭组合式多级生物过滤膜结构，由隔膜泵有效的分配循环污水达到污水净化指标，解决了畜禽养殖水资源严重浪费状况及污水长时间排入地下所造成对人类生存严重威胁的问题。
所述的沼渣沼液处理系统是将沼渣沼液经渣液分离技术处理后，无菌无毒沼渣配比合理的氮、鳞、钾元素形成有机多元复合肥；沼液经过超高温发酵后，形成含有多种作物所需的营养物质(氮、磷、钾、有机质、腐殖质)液体，是一种长期有效的植物营养液及生态杀虫剂，克服了传统工艺中由于腐熟消化的不彻底沼渣沼液造成的二次污染。
本发明的另一个目的是提供一种畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统的处理方法，首先将经酸化调控后的鲜粪由进料仓输送至位于地下的中温仓，厌氧菌在此仓适宜温度下由常温升至45℃±2℃使粪污发酵，60％的粪污由此仓完成消化，消化后的粪污由此仓输送至位于地上的高温仓，厌氧菌在此仓适宜温度下由45±2℃升至70℃使粪污进一步厌氧发酵，40％的粪污由此仓加速消化完成，同时完成了超高温消毒过程，再由位于高温仓最低端的气动阀门靠重力势能将消化、消毒后的粪污输送到位于地下的保温仓，此仓将前期消化不完全的粪污完全腐熟，同时也避免了粪污消化不彻底产生残留余气造成的危害，并将沼渣、沼液中蕴含的热能通过盘管式换热装置置换到中温仓，最后通过污泥泵将彻底腐熟的沼渣、沼液输送到渣液分离处理设备→多级压滤机；完成了粪污延续运动由常温至高温70℃～75℃再至常温的微生物超高温快速厌氧处理，完全消毒消化后的粪污转换为生物能源及无害化生态有机肥料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是1、本系统采用粪污延续性由常温至高温70℃～75℃再至常温的微生物超高温快速厌氧处理，能够有效的有效的杀死和竭制如禽流感病毒、非典病毒、猪链球菌等变异病毒的传播。
2、本系统采用超高温生物厌氧发酵系统、惰性气体保温系统、太阳能及自身热能回供补偿系统，达到了再生能源的循环利用，使对畜禽粪污的处理不受环境温度的影响，可适应北方的严寒天气，3、能有效地改变长期困扰我国畜禽养殖业粪污四溢污染环境、疫病传播的现状，有机的集成整合了多系统互补流程，实现了鲜粪水解酸化及厌氧发酵全过程SRT固体滞留期、MRT微生物滞留期、HRT水力滞留期、PH值的调控处理、同步操作和稳定运行。集成了畜禽鲜粪的超高温消毒灭菌、快速厌氧消化工艺；达到了(TS含量16％)的各种畜禽鲜粪当日进入消化仓水解酸化同时将前期充分降解、彻底腐熟的物料灭菌消毒化的治理目标；做到了畜禽粪水零污染、高附加值、高适应性的畜禽养殖场零排放、快速消毒循环利用的厌氧生物快速防疫多系统的互补流程。
4、采用本发明处理的畜禽粪污所达到的效果如下粪水排放与消毒防疫及资源化处理同步；沼渣回收率100％；沼液回收率80％；另20％作为消毒杀菌净化液兑入经过污水处理的冲粪水循环使用；鲜粪与粪水中转导送当中无蚊蝇孳生繁衍；沼渣、沼液中蛔虫卵和大肠菌群数≤101个/kg(国标为101-2个/kg)；兑入沼液的回用水蛔虫卵和大肠菌群数≤102个/kg；运营环境无明显臭气、呛味和污物；沼气通过多级净化工艺处理后压缩储存，减压后可作为一种燃烧值较高的燃料能源输出。
图1为本发明整体结构示意图；图2为图1的结构框图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图1、2所示，一种畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统，该系统包括超高温生物厌氧发酵系统1，太阳能及自身热能回供补偿系统2，PLC全自动化控制系统3，惰性气体保温系统，4沼气净化储存系统5，发电系统6，污水处理系统7，沼渣沼液处理系统8的多系统连体结构，其中超高温生物厌氧发酵系统1包括进料仓、中温仓、高温仓和保温仓，将粪污由常温升至超高温70℃或75℃再至常温延续变化快速厌氧处理，使粪污发酵分解消毒，太阳能及自身热能回供补偿系统2采用太阳能集热系统和沼气燃烧加热器，为整个系统提供热能，惰性气体保温系统4采用保温夹层的结构，将惰性气体充入到夹层中，夹层位于超高温生物厌氧发酵系统1的各仓室的外壁，减少了热能的损耗，沼气净化储存系统5包括脱硫净化塔30、储气柜22和压缩机组成，通过脱硫净化塔30对产生的沼气进行净化，发电系统6将沼气净化储存系统5脱硫净化后的气体输入发电机进行发电，污水处理系统7和沼渣沼液处理系统8将养殖污水及系统最后产生的沼渣、沼液进行处理。
其中所述的超高温生物厌氧发酵系统的进料仓11位于地下是一种砼半密闭仓，仓内设有自动化电气单级搅拌，解决了传统工艺进料前期粪污四溢二次污染问题，同时也保证了前期物料酸化控制问题；经酸化调控后的鲜粪由此仓中污泥泵输送至位于地下的中温仓；粪污发酵消化中温仓室12(简称中温仓)是一种自动化电气多级搅拌斜坡式流道砼密闭仓，位于地下的流道斜坡式密闭砼池延长稳定了SRT固体滞留期、MRT微生物滞留期、HRT水力滞留期、PH值的调控处理；厌氧菌在此仓适宜温度下(常温→45℃±2℃)使粪污发酵，60％的粪污由此仓完成消化，消化后的粪污由此仓中立式离心液下泵输送至位于地上的高温仓；高温仓13是一种装有自动化电气多级搅拌多仓相连的斜式流道钢制密闭仓，斜式塞流便于粪污流动及沼气溢流，该仓为地上斜式密闭钢制容器该设计，利用流体力学解决了物料转移所耗能量，根据物料流动距离、时间及罐体倾斜角度所决定即罐体倾斜摩擦角度定为≥8°，此时物料运动平缓均匀速度可达到5md；厌氧菌在此仓适宜温度下(45±2℃→70℃～75℃)使粪污进一步厌氧发酵，40％的粪污由此仓加速消化完成，仓室与仓室之间粪污靠污泥泵向前推进，同时完成了超高温消毒过程，再由位于高温仓最低端的气动阀门31靠重力势能将消化、消毒后的粪污输送到位于地下的保温仓；保温仓26是一种自动化电气多级搅拌斜式流道砼密闭仓，此仓将前期消化不完全的粪污完全腐熟，同时也避免了粪污消化不彻底产生残留余气造成的危害，高温仓室13处理后的物料含有巨大的热能，通过热交换将余热回供给前期仓室，解决了系统部分热能补偿。将沼渣、沼液中蕴含的热能通过盘管式换热装置23置换到中温仓12，最后通过污泥泵将彻底腐熟的沼渣、沼液输送到渣液分离处理设备→多级压滤机16。各仓中间均装有搅拌系统14，仓与仓之间留有沼气导气管15、用来平衡酸度的PH值监控装置17、自动测压的压力传感器18与其联动的排气报警装置、用于自动调温的温度感应器28，完成了粪污延续运动由常温至高温70℃再至常温的微生物超高温快速厌氧处理，完全消毒消化后的粪污转换为生物能源及无害化生态有机肥料、低成本消毒灭菌的生物快速治理粪污过程。
上述各仓室均有密闭的保温及独立的热能交换系统，根据要求升至各仓室甲烷菌消化过程中所需不同的温度环境，提高其发酵效率，从而使消化系统完成由常温至超高温70℃至常温延续变化的快速厌氧处理工艺互补流程；粪污发酵高温仓室短时间内(10min-2t)升温至70℃超高温可将禽流感H5N1、SARS等病毒全部杀死。根据突发疫情及病毒变异可将温度升至75℃，可加快粪污消化消毒速度。表1为常见病菌与寄生虫灭活的温度与时间表1
A、超高温生物厌氧发酵系统1中防腐设计根据所属的畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统，其系统中防腐设计特征是包括超高温生物厌氧发酵系统各部位均采用玻璃钢防腐工艺。目的(1)、是为了让未完成脱硫及完成脱硫的沼气进入各仓室及沼气储气柜之后，减少含硫物质对仓体、柜体、搅拌轴叶的重度腐蚀和氧化，从而延长整体装置的使用年限。(2)、是为了方便机械设备的安装、维修和运行。(3)、安全的保障系统装置的密闭性、可靠性及物料的可移动性。
B、搅拌方式的选择采用全自动电气化控制，多级调速搅拌、促进多个粪污发酵消化仓室物料快速厌氧发酵，完成了粪污从传统的堆沤、填埋、池囤、裸晒、鲜施方式及低效率传统沼气设备，向快速消毒消化、高度灭菌、适应性强的工业化消毒处理过渡。
C、气动阀门31的选择气动阀门31在畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统中的选择，祢补了传统工艺的不足，完善了系统的自动电气化指标；满足了“超高温消毒灭菌、快速厌氧消化、高适应性”设计要求。
太阳能及自身热能回供补偿系统由全玻璃真空管太阳能集热结构29、燃气用加热器19、出水管20、回水管21、盘管式散热器23、热水输送泵33热水集热水箱组成，全玻璃真空管太阳能集热结构29、燃气用加热器19通过出水管20、回水管21、热水输送泵33与盘管式散热器23连接。
权利要求
1.畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统，其特征在于包括超高温生物厌氧发酵系统(1)，太阳能及自身热能回供补偿系统(2)，PLC全自动化控制系统(3)，惰性气体保温系统(4)，沼气净化储存系统(5)，发电系统(6)，污水处理系统(7)，沼渣沼液处理系统(8)的多系统连体结构，其中超高温生物厌氧发酵系统(1)包括进料仓、中温仓、高温仓和保温仓，将粪污由常温升至超高温70℃～75℃再至常温延续变化快速厌氧处理，使粪污发酵分解消毒，太阳能及自身热能回供补偿系统(2)采用太阳能集热系统和沼气燃烧加热器，为整个系统提供热能，惰性气体保温系统(4)采用保温夹层的结构，将惰性气体充入到夹层中，夹层位于超高温生物厌氧发酵系统(1)的各仓室的外壁，减少了热能的损耗，沼气净化储存系统(5)采用脱硫净化塔对产生的沼气进行净化，发电系统(6)将沼气净化储存系统(5)脱硫净化后的气体输入发电机进行发电，污水处理系统(7)和沼渣沼液处理系统(8)将养殖污水及系统最后产生的沼渣、沼液进行处理。
2.根据权利要求1所述的畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统，其特征在于所述的超高温生物厌氧发酵系统(1)的进料仓位于地下(11)是一种砼半密闭仓，进料仓与中温仓(12)连接，中温仓(12)是一种斜式流道砼密闭仓，中温仓(12)与高温仓(13)连接，高温仓(13)是一种多仓相连的斜式流道钢制密闭仓，摩擦倾角≥8°，高温仓(13)最低端设置气动阀门(31)，高温仓(13)与保温仓(26)通过气动阀门(31)连接，保温仓(26)是一种斜式流道砼密闭仓，各仓中均设置有盘管式换热装置(32)，保温仓(26)中的盘管式换热装置(32)通过其他各仓中的盘管式换热装置(32)将热量置换到其他各仓中，各仓中均装有搅拌器(14)，仓与仓之间留有沼气导气管(15)、用来平衡酸度的PH值监控装置(17)、自动测压的压力传感器(18)与其联动的排气报警装置、用于自动调温的温度感应器(28)。
3.根据权利要求1所述的畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统，其特征在于所述的太阳能及自身热能回供补偿系统由全玻璃真空管太阳能集热结构(29)、燃气用加热器(19)、出水管(20)、回水管(21)、盘管式散热器(23)、热水输送泵(33)热水集热水箱组成，全玻璃真空管太阳能集热结构(29)、燃气用加热器(19)通过出水管(20)、回水管(21)、热水输送泵(33)与盘管式散热器(23)连接。
4.根据权利要求1所述的畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统的处理方法，首先将经酸化调控后的鲜粪由进料仓输送至位于地下的中温仓(12)，厌氧菌在此仓适宜温度下由常温升至45℃±2℃使粪污发酵，60％的粪污由此仓完成消化，消化后的粪污由此仓输送至位于地上的高温仓(13)，厌氧菌在此仓适宜温度下由45±2℃升至70℃使粪污进一步厌氧发酵，40％的粪污由此仓加速消化完成，同时完成了超高温消毒过程，再由位于高温仓(13)最低端的气动阀门(31)靠重力势能将消化、消毒后的粪污输送到位于地下的保温仓(26)，此仓将前期消化不完全的粪污完全腐熟，同时也避免了粪污消化不彻底产生残留余气造成的危害，并将沼渣、沼液中蕴含的热能通过盘管式换热装置(32)置换到中温仓(12)，最后通过污泥泵将彻底腐熟的沼渣、沼液输送到渣液分离处理设备→多级压滤机(16)；完成了粪污延续运动由常温至高温70℃～75℃再至常温的微生物超高温快速厌氧处理，完全消毒消化后的粪污转换为生物能源及无害化生态有机肥料。
全文摘要
本发明公开了一种畜禽粪污超高温厌氧生物快速消毒防疫系统及处理方法，包括超高温生物厌氧发酵系统(1)，太阳能及自身热能回供补偿系统(2)，PLC全自动化控制系统(3)，惰性气体保温系统(4)，沼气净化储存系统(5)，自供电发电系统(6)，污水处理系统(7)，沼渣沼液处理系统(8)的多系统连体结构，借先进的太阳能供热技术及PLC自动化控制技术和生物质能技术，将粪污延续由常温至高温70℃－75℃再至常温的微生物超高温快速厌氧处理，全自动电气化控制，多级搅拌，消化后的粪污转换为生物能源及无害化生态有机肥料、低成本消毒灭菌的生物快速治理粪污防疫系统。
文档编号A61L2/24GK1817370SQ200610001839
公开日2006年8月16日 申请日期2006年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者钟亚伟 申请人:钟亚伟