一种禽畜粪便的高价值分级利用系统的制作方法

1.本实用新型涉及禽类粪便处理方法领域，具体为一种禽畜粪便的高价值分级利用系统。


背景技术：

2.禽畜粪便的处理是困扰着养殖者、当地政府及养殖地附近居民的重大环境问题。面对每日产生的禽畜粪便，不及时处理将导致养殖环境恶化、滋生蚊蝇，进而导致禽畜病害增加。此外，由于禽畜粪便的困难，2018年中国农业部印发了《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》要求区域应根据区域内的耕地、林地和草地等所能承载，确定最大畜禽存栏量，进而进一步的限制了养殖场的规模。但若及时对养殖场所的禽畜粪便进行清理，而如何处理这些禽畜粪便将是一个棘手的问题。而禽畜粪便，富含动物消耗后的植物残骸及作物生长所需的氮、磷、钾等营养物质，故为极具潜力的作物有机肥。但其还含有细菌、真菌、病毒等植物病害、各类防疫药物、抗生素等药物、汞、铜、钴、锌等重金属。因此，若禽畜粪便处理不正当，不但会因臭气导致环境污染，而且将引起水体富营养化、“超级细菌”生成、作物病害、作物烧苗、重金属污染等。且相较于禽畜粪便的所含氮、磷、钾等营养物质的作用，其所含的碳，将经过土壤微生物的作用生成甲烷、二氧化碳等温室气体。此外，禽畜粪便含水率高达80％，进而任何处理前需要进行长周期或高能耗的干燥处理。因此，提高禽畜粪便的处理能力，不仅为养殖场养殖条件的需求，养殖场商业运营发展的需要，也是整体生态环境的需要。
3.而目前禽畜粪便的处理的过程，发酵制备有机肥为主要的处理方式，但其仍未解决上述中重金属污染、药物污染、碳排放高、含水率高等问题。而水热处理是一种非蒸发的干燥技术，且在该过程中，可有机质及无机物发生大量的反应。进而具备优良的分级利用技术的潜质。
4.中国专利cn 111423097 a公开了一种基于水热技术的生物质分质利用系统和方法。该系统包含预处理罐、水热反应器、闪蒸反应器、水热污泥缓冲池和多级旋流分离系统。本专利的目的为分离污泥中的有机物及无机物，进而提高有机物的资源化价值，及无机物的建材化价值。
5.中国专利cn 103386411 a公开了一种生物质废物的水热处理方法及其系统，该方法包括物料依次经历浆化预热处理，高压蒸汽水热处理及闪蒸处理，进而降低了生物质水热处理系统的能耗。
6.中国专利cn 109320039 a供一种禽类粪便的水热处理脱水方法，具体包括以下步骤：向新鲜禽类粪便中加入氧化剂，混合后进行水热反应处理；将处理过的禽类粪便与适量水混合后再进行脱水，完成对禽类粪便的处理。该发明可对禽类粪便进行脱水处理，设备简单易操作，处理速度快，周期短，脱水程度高，固体回收率高，能耗低，成本低。
7.综上三例，均为采用了非干燥、低能耗的水热处理技术进行禽畜粪便处理，但对水热系统能耗降低及禽畜粪便的含水率上均具备显著作用，但仍将禽畜粪便作为废物进行处
理，所有的工艺或技术均为进行禽畜粪便的减量化，而未能从禽畜粪便所含有的有效物质出发，利用各组分间的不同性质，进行高价值的处理利用。
8.为了解决以上问题，提出本实用新型。


技术实现要素：

9.(一)解决的技术问题
10.为提高禽畜粪便处理后产品价值、降低禽畜粪便处理的碳排放，本实用新型提供了一种禽畜粪便的高价值分级利用系统。
11.(二)技术方案
12.本实用新型包括粪固粪液分离系统、粪液氮回收系统、粪固水热提质分质系统、热解系统及蒸汽发生系统。根据禽畜粪便中固液成分的成分的特性，先利用自然沉降，进行进行固液分离。随后，进行了粪液的脱氮处理及粪固的水热-热解耦合处理，制得了可作为氮肥、磷肥的固体产品一、可为农药、肥料的液体产品二、及具有高比表面积的活性炭固体产品三。为了给系统提供蒸汽及处理该过程中产生的大量可燃气体，充分利用装置场地能源及降低系统的外在能量输入，由太阳能预加热与沼气燃烧联用的低碳排蒸汽发生系统被采用，降低本系统对于电、化石能源等的依赖，环保性佳，碳排低。且采用了梯级换热，最大限度的回收废热，降低系统能耗。进而全系统过程中，无废气、废固及废液生成，实现了禽畜粪便的绿色的、高价值的利用。
13.本实用新型所采用的的技术方案如下:
14.一种禽畜粪便的高价值分级利用系统，包括粪固粪液分离系统、粪液氮回收系统、粪固水热提质分质系统、热解系统及蒸汽发生系统；所述粪固粪液分离系统、粪液氮回收系统、粪固水热提质分质系统、热解系统及蒸汽发生系统相互之间通过泵、阀门、管道等进行贯通连接。
15.可选的，所述的粪固粪液分离系统包括进料管、静态分离罐、絮凝剂池、絮凝池。所述的进料管为本实用新型中禽畜粪便的进料装置。所述的静态分离罐为进入系统的原料进行静态固液分离的装置，设置了连接絮凝池的底部固体出口、连接固氮混合管的液体出口一、连接热解炉的液体出口二及连接引风器的气体出口。所述的絮凝剂池为给絮凝池提供絮凝剂的罐体，设置了连接固氮分离罐的液体出口、连接引风器的气体出口、连接水热釜一的固体出口及连接静态分离罐的粪固进口。所述的絮凝池为添加了絮凝剂后原料进行静态沉降的装置。
16.可选的，所述的粪液固氮回收系统包括固氮剂罐、固氮混合罐、固氮分离池及产品罐一。所述的固氮剂罐为固氮剂的存放装置，与固氮混合器连接，为其提供固氮剂。所述的固氮混合罐为将由静态分离罐中分离的粪液与固氮剂进行混合的罐体。所述的固氮分离池为将脱氮粪液与产品一分离的装置，设有连接固氮混合罐的固氮混合料进口、连接水热釜一的液体回流口、连接水热釜三的蒸汽回流口、连接引风器的气体出口、连接产品罐一的产品一出口及连接产品罐二的脱氮液出口。所述的产品罐一为产品一的存储装置。
17.可选的，所述的粪固水热提质分质系统包括引风器、水热釜一、水热釜二、水热釜三、泄压釜、产品罐二及机械压滤机。所述的引风器为抽取静态分离罐、固氮分离罐及絮凝池中的气体为热解炉及水热釜三提供低氧气体的引风装置或系统。所述的水热釜一为进行
进料低温分解的低温水热釜，设置了连接水热釜二的气体进口、连接絮凝池的固体进口、连接蒸汽发生器的蒸汽进口、连接固氮分离池的液体出口及连接水热反应釜的固体出口。所述的水热釜二为进性进料高温分解的高温水热釜，设置了连接水热釜一的固体进口、连接蒸汽发生气的蒸汽进口、连接水热釜三的气体进口、连接水热釜二的气体出口及连接水热釜三的固体出口。所述的水热釜三为进行临界/超临界的临界水热反应釜，设置了连接水热釜二及固氮分离池的气体出口、连接引风器的气体进口、连接蒸汽发生器的蒸汽进口、连接泄压釜的气体进口、连接泄压釜的固体出口、连接水热釜二的固体进口。所述的泄压釜为将物料进行泄压的罐体、设置了连接机械压滤机的固体出口、连接水热釜三的气体出口、连接水热釜三的固体进口及连接蒸汽发生器的蒸汽进口。所述的机械压滤装置为分离产品二及产品三前驱体的装置。所述的产品罐二为存放产品二的罐体。
18.可选的，所述的热解系统包括热解炉及产品罐三。热解炉为将产品三前驱体进行水蒸气活化制备产品三的活化系统，设置了连接机械压滤机的物料进口、连接产品罐三的产品三出口、连接静态混合罐的喷淋水进口、连接引风器的气体进口、连接蒸汽发生器的蒸汽进口、及连接蒸汽发生器的气体出口。
19.可选的，所述的蒸汽发生系统包括蒸汽发生器、光热蒸汽发生器及储水罐。所述的蒸汽发生器为通过燃烧燃料将水加热至具有一定品位的蒸汽的工业锅炉，设置了连接热解炉的燃气进口、连接光热蒸汽器的水进口及连接水热釜一、水热釜二、水热釜三、泄压釜及热解炉的蒸汽出口。所述的光热蒸汽发生器为利用处理装置所在场合合理的布置光热系统预加热水的太阳能加热装置。所述的储水罐为蒸汽用水的储罐。所述的蒸汽用水可为自来水、地下水、生活废水及雨水。
20.本实用新型将新鲜禽畜粪便，通过自然沉降，进行固液分离，制得富含氮、磷的粪液及富含有机物的粪固。与此同时，将有沼气产生，故将其导入水热釜三及热解炉中作为气氛气体，提供还原性气氛。通过将粪液与固氮剂混合，制得富含氮、磷的产品一，进而降低了氮以氨气的形式释放至大气中，且有效的回收率液体中的磷。为有效的降低粪固中的粪液含量，通过絮凝剂进一步的加剧粪液与粪固的分离。粪固与新蒸汽及水热釜二返气混合后进行低温水热处理，使得其所含易分解的蛋白质、半纤维素分解为氨基酸、葡萄糖及果糖等。与此同时，有机钾将释放出来至液体中，且粪固中的絮状结构被破坏，含水量将降低。将其中渗出的液体回流至固氮分离池，进行固氮，增加产品一氮的回收，产品二的氨基酸含量及钾含量。随后将水热釜中的物料抽至水热釜二，与水热釜三返气及新蒸汽进行混合，进行高温水热处理，使得禽畜粪便中纤维素分解及水热炭微球前驱体的生成。随后水热釜二中的物料抽至水热釜三，与新蒸汽、泄压釜返气、沼气混合，进行临界或超临界水热处理，制得具备碳材料前驱体及富含乙酸、丙酸、愈创木酚等的水热液。随后通过机械压滤，制得液体产品二及碳材料前驱体。随后将碳材料前驱体与粪液及沼气的混合，在水蒸汽中进行活化，制得具有高比表面积的固体产品三。为了给系统提供蒸汽、处理该过程中产生的大量可燃气体，充分利用装置场地能源及降低系统的外在能量输入，由太阳能预加热与沼气燃烧联用的低碳排蒸汽发生系统被采用。
21.综上所述，本实用新型和已有技术相比，其技术进步是显著的。其有益的效果为：
22.1)本实用新型，根据禽畜粪便中固液成分的成分的不同，将粪固与粪液进行分离，为后续的分级处理提供原料。
23.2)传统的粪液被定义为废水，常通过曝气等处理后直接排放。而本系统处理后该部分中氮、磷等被固氮剂吸附制备的产品一，而液体则与机械压滤后的液体制得富含氨基酸、钾、愈创木酚、乙酸等产品二。产品一可作为无机氮肥及磷肥，而产品二可作为农药、植物促生剂、肥料等。无废水生成及排放。
24.3)通常在多釜联用设计中，水热釜一常被认为预热釜，为进行物料预热。水热釜二及中间釜体被定于为主反应釜，进行主要的反应。最后的泄压釜被定为卸载物料所需的闪蒸釜。而在本实用新型中水热釜一不仅仅为预热釜的作用，其中非所有的物料均被输入至下一釜体，而是经过该过程将粪固中的易分解物质前分解后，随着脱出的水分排至固氮分离池中，进而避免了该部分物质在后续的高温反应中分解成气体产品，与此同时，也可增加产品二中的氨基酸、钾等含量。
25.4)本实用新型的多联釜设计中，根据物料的处理所需的反应条件不同，水热釜一、水热釜二、水热釜三的温度区间不同，呈现逐级升高。且在不同温度下，各釜的气氛及压力不同，进而实现了为目的产品品质，进行工艺调整的作用。
26.5)本实用新型采用了梯级换热，最大限度的回收废热，降低系统能耗。
27.6)本实用新型补充利用了太阳能，及自产的沼气等可再生能源，降低该过程中对于电、化石能源等的依赖，环保性佳，碳排低。
28.7)本实用新型为禽畜粪便的分级利用系统，非禽畜粪便处理系统，生产的三种产品。产品一及产品二可用于农业、种植业、养殖业等，为绿色产品。而产品三为高品质的活性炭，可用于电子行业、农业、水处理等，为高价值产品。全系统过程中，无废气、废固及废液生成。因此，本系统实现了禽畜粪便的绿色的、高价值的利用。
附图说明
29.图1为本实用新型系统流程图
30.说明书附图中附图标记如下：
31.1、进料管；2、静态分离罐；3、固氮剂罐；4、固氮混合罐；5、固氮分离池；6、絮凝剂池；7、絮凝池；8、产品罐一；9、引风器；10、水热釜一；11、水热釜二；12、水热釜三；13、泄压釜；14、产品罐二；15、机械压滤机；16、蒸汽发生器；17、光热蒸汽发生器；18、热解炉；19、产品罐三；20、储水箱。
具体实施方式
32.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果的阐述更为明了，以下结合说明书附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.下面对本实用新型提供的具体实施方式作详细说明。
35.实施例1：
36.如图1所示，一种禽畜粪便的高价值分级利用系统，包括粪固粪液分离系统、粪液氮回收系统、粪固水热提质分质系统、热解系统及蒸汽发生系统。所述的粪固粪液分离系统与粪液氮回收系统及粪固水热提质分质系统中水热釜一连接。所述的粪固水热提质系统与热解系统及蒸汽发生系统连接。
37.通过上述结构，将来源于生猪养殖厂的粪尿与粪便混合物，通入静态分离罐。抽取底部沉积物质进入絮凝池与絮凝剂-聚丙烯胺以10000:3混合。抽取静态分离罐中顶部的液体进入固氮混合罐与固氮剂以10:1混合后通入固氮分离池，抽取底部沉淀物，进入产品罐一，获得固体产品。与此同时，通过水热釜三的返气将固氮分离池加热至50℃。絮凝池中的上次液体通过管道抽至固氮分离池。絮凝池中的底部沉淀物通过水热供料泵送入水热釜一被水热釜二的返气及蒸汽加热至100～120℃，然后底部的物料通过水热供料泵送入水热釜二，被水热釜三及蒸汽加热至200～220℃。水热釜一中顶部的液体被泵送至固氮分离池。水热釜二中的底部的物料通过水热供料泵送入水热釜三中，被泄压釜返气及蒸汽加热至280～300℃。与此同时，通过引风器，将静态分离罐、絮凝池、固氮分离池中的富含甲烷、一氧化碳及二氧化碳的气体通入水热釜三中，提供低氧气氛。随后通过压力差自流入泄压釜。泄压釜中的蒸汽通过风机被返送入水热釜三。随后泄压釜中的物料被水热供料泵送至机械压滤机进行固液分离。液体被泵送至产品罐二与固氮分离池中顶部液体混合制成产品二。固体被给料器送至热解炉，通过蒸汽加热及进行水蒸气活化。通过引风器送富含甲烷、一氧化碳及二氧化碳的气体作为反应气，并喷淋少量的粪液。进而，制得比表面积为 1156m2/g的产品三。利用光热-工业锅炉相结合的方式为系统提供蒸汽。