畜禽养殖场粪污沼气发电方法和系统与流程

本发明涉及环境保护技术领域，特别涉及养殖场粪污处理技术领域，具体是指一种畜禽养殖场粪污沼气发电方法和系统。

背景技术：

随着畜禽养殖业的迅速发展，养殖场及其周边环境问题日益突出，成为制约畜牧业进一步发展的主要因素之一。

1、畜禽养殖场粪污问题的根源在于：

1.1、排泄物

有动物就有排泄物，动物排泄物是必然产物，畜禽养殖更无可避免地产生排泄物和粪便。所以，畜禽粪污是养殖业无法避免的现实，是必须面对和解决的问题。

1.2、畜禽粪便供需脱节

一方面是种植业等有大量的畜禽粪便需求，有季节性；另一方面，养殖场产生的粪污量大集中，往往无季节性。因此，畜禽养殖过程造成局部污染，影响生态失衡，不利于畜禽养殖业的可持续性发展。

1.3、畜禽粪便处理不得当

农村处理畜禽粪便不及时，没有有效的方式方法，治理模式不完善。当前，我国治理养殖场粪便的模式很多，包含：制造沼气、制造有机肥料等。由于农村资金有限、技术落后、思想保守等原因，使得粪便没办法及时处理。

2、当前畜禽养殖场粪污存在的影响主要有以下几点：

2.1畜禽粪污已成为我国农村环境污染的主要污染源

畜禽粪污是当前我国农村主要的环境污染。2004年，国家环保总局监测数据显示，畜禽养殖污染占到农村环境污染的35.0％～40.0％。到2006年，我国养殖业COD(化学需氧量)排放总量达到1.1亿吨，氨氮排放量约1200万吨，其污染负荷已起过工业废水和城市生活污水污染负荷的总和，成为我国农村污染的根源，对人民的生活和环境造成不可估量的影响。

2.2畜禽粪污是人畜共患病的重要载体

人畜共患病从古至今都是国家担忧的问题，但这种现象依旧存在，畜禽粪污的不恰当使用和处理是主要原因。未经处理的畜禽类的粪便污水有大量的致病菌和寄生虫卵，如果直接使用会污染土地资源，若直接排放将会对水体和农村环境造成严重污染，导致水质恶化、蚊蝇滋生、病菌泛滥及诱发疾病，严重影响农村生活环境质量，危害人体身心健康，导致人畜患病，危害民生。

2.3畜禽养殖污染已成为我国农业可持续发展的瓶颈

随着我国农业经济重心从种植业向畜牧业转移，畜牧业在我国农业总产值中的比重已占到了33-36％。但由于普遍存在规划不合理以及“农牧脱节”的问题，大量的畜禽粪污不能实现资源化综合利用，及时还田消纳，造成严重污染，带来一系列的环境和社会问题。

因此，为防止农村环境污染，促进畜禽粪污综合利用，希望能够提供一种畜禽养殖场粪污处理方法，其能够防止畜禽养殖场粪污污染环境，并促进畜禽养殖场粪污综合利用，变废为宝，产生经济效益。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的缺点，本发明的一个目的在于提供一种畜禽养殖场粪污沼气发电方法，其能够利用畜禽养殖场粪污产生沼气并发电，从而能够防止畜禽养殖场粪污污染环境，并促进畜禽养殖场粪污综合利用，变废为宝，产生经济效益，适于大规模推广应用。

本发明的另一目的在于提供一种畜禽养殖场粪污沼气发电方法，其设计巧妙，操作简便，适于大规模推广应用。

本发明的另一目的在于提供一种畜禽养殖场粪污沼气发电系统，其能够利用畜禽养殖场粪污产生沼气并发电，从而能够防止畜禽养殖场粪污污染环境，并促进畜禽养殖场粪污综合利用，变废为宝，产生经济效益，适于大规模推广应用。

本发明的另一目的在于提供一种畜禽养殖场粪污沼气发电系统，其设计巧妙，结构简洁，适于大规模推广应用。

为达到以上目的，在本发明的第一方面，提供一种畜禽养殖场粪污沼气发电方法，其特点是，包括以下步骤：

(1)收集畜禽养殖场产生的粪污；

(2)对所述粪污进行厌氧发酵产生沼气；以及

(3)利用所述沼气进行发电。

较佳地，所述畜禽养殖场是畜禽规模养殖场。

较佳地，在所述步骤(1)中，采用干清粪清粪工艺、水冲粪清粪工艺和水泡粪清粪工艺中的至少一种清粪工艺收集所述粪污。

较佳地，在所述步骤(1)和所述步骤(2)之间，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(11)将所述粪污进行过滤处理用于去除所述粪污中的杂物。

较佳地，在所述步骤(1)和所述步骤(2)之间，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(12)将所述粪污进行沉淀处理用于去除所述粪污中的浮渣和沉渣。

较佳地，在所述步骤(2)中，所述厌氧发酵采用常温发酵，所述厌氧发酵的温度不低于10℃，所述厌氧发酵的时间不小于30天。

较佳地，在所述步骤(2)和所述步骤(3)之间，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(21)将所述沼气进行净化处理使得所述沼气的甲烷含量在55％(v/v)以上以及硫化氢含量在20mg/m³以下。

更佳地，所述净化处理选自重力法脱水处理和干脱硫法中的至少一种。

较佳地，在所述步骤(3)中，所述沼气的压力不低于3KPa。

较佳地，在所述步骤(3)之后，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(4)将所述发电产生的电自用和/或接入公共电网。

在本发明的第二方面，提供一种畜禽养殖场粪污沼气发电系统，其特点是，包括沼气厌氧发酵池和沼气发电机，所述沼气厌氧发酵池用于利用畜禽养殖场的粪污进行厌氧发酵产生沼气，所述沼气厌氧发酵池管路连接所述沼气发电机用于将所述沼气输送至所述沼气发电机，所述沼气发电机用于利用所述沼气进行发电。

较佳地，所述畜禽养殖场是畜禽规模养殖场。

较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括粪污贮存装置，所述粪污贮存装置设置在所述沼气厌氧发酵池的上游。

较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括粪污过滤装置，所述粪污过滤装置设置在所述沼气厌氧发酵池的上游。

较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括粪污沉淀装置，所述粪污沉淀装置设置在所述沼气厌氧发酵池的上游。

较佳地，所述沼气厌氧发酵池是气囊式沼气厌氧发酵池。

较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括沼气净化装置，所述沼气厌氧发酵池通过所述沼气净化装置管路连接所述沼气发电机。

较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括沼气贮存装置，所述沼气厌氧发酵池通过所述沼气贮存装置管路连接所述沼气发电机。

较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括沼气增压装置，所述沼气厌氧发酵池通过所述沼气增压装置管路连接所述沼气发电机。

较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括并网控制装置，所述并网控制装置电路连接所述沼气发电机用于将所述沼气发电机发的电的至少一部分并入公共电网。

本发明的有益效果主要在于：

1、本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电方法包括以下步骤：(1)收集畜禽养殖场产生的粪污；(2)对粪污进行厌氧发酵产生沼气；以及(3)利用沼气进行发电，因此，能够利用畜禽养殖场粪污产生沼气并发电，从而能够防止畜禽养殖场粪污污染环境，并促进畜禽养殖场粪污综合利用，变废为宝，产生经济效益，适于大规模推广应用。

2、本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电方法包括以下步骤：(1)收集畜禽养殖场产生的粪污；(2)对粪污进行厌氧发酵产生沼气；以及(3)利用沼气进行发电，因此，设计巧妙，操作简便，适于大规模推广应用。

3、本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电系统包括沼气厌氧发酵池和沼气发电机，沼气厌氧发酵池用于利用畜禽养殖场的粪污进行厌氧发酵产生沼气，沼气厌氧发酵池管路连接沼气发电机用于将沼气输送至沼气发电机，沼气发电机用于利用沼气进行发电，因此，能够利用畜禽养殖场粪污产生沼气并发电，从而能够防止畜禽养殖场粪污污染环境，并促进畜禽养殖场粪污综合利用，变废为宝，产生经济效益，适于大规模推广应用。

4、本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电系统包括沼气厌氧发酵池和沼气发电机，沼气厌氧发酵池用于利用畜禽养殖场的粪污进行厌氧发酵产生沼气，沼气厌氧发酵池管路连接沼气发电机用于将沼气输送至沼气发电机，沼气发电机用于利用沼气进行发电，因此，设计巧妙，结构简洁，适于大规模推广应用。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1是本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电方法的一具体实施例的工艺流程示意图。

图2是本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电系统的一具体实施例使用时安装在畜禽养殖场下游的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。其中涉及到的相关术语解释如下：

畜禽粪污：指畜禽养殖场产生的粪便、尿液和废水的总称。

干清粪清粪工艺：指畜禽粪便经机械或人工收集，尿液和冲洗水沿粪沟排出的清粪工艺。

水冲粪清粪工艺：指每天定时用水冲洗，将畜禽粪便、尿液和污水沿粪沟排出的清粪工艺。

水泡粪清粪工艺：指在畜禽舍内的排粪沟中注入一定量的水，将粪便、尿液和冲洗水一并排放至漏缝地板下的粪沟中，贮存一定时间，打开出口闸门，粪水顺粪沟流出的清粪工艺。

气囊式发酵池：指在开挖好的土方基础上，底部采用HDPE膜进行防渗处理，顶部采用HDPE膜做浮动覆盖进行密封，由底膜和顶膜进行密封形成的一种厌氧反应池。

沼气工程：指以畜禽养殖场的粪便污水厌氧消化为主要技术环节，集污水处理、沼气生产、资源化利用为一体的系统工程。

沼气发电并网：将沼气发电机组产生的电流经输变电设备接入公共电网。

请参见图1所示，在本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电方法的一具体实施例中，本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电方法包括以下步骤：

(1)收集畜禽养殖场产生的粪污；

(2)对所述粪污进行厌氧发酵产生沼气；以及

(3)利用所述沼气进行发电。

所述畜禽养殖场可以是任何合适的畜禽养殖场，为确保足够的粪污发酵生产沼气，在本发明的一具体实施例中，所述畜禽养殖场是畜禽规模养殖场。畜禽养殖规模要求为生猪养殖场生猪存栏2000头以上，奶牛养殖场奶牛存栏300头以上，蛋鸡养殖场蛋鸡存栏10万羽以上。养殖场室外排水实行雨污分离，并建有密闭污水收集输送系统。

收集所述粪污可以采用任何合适的工艺，较佳地，在所述步骤(1)中，采用干清粪清粪工艺、水冲粪清粪工艺和水泡粪清粪工艺中的至少一种清粪工艺收集所述粪污。畜禽粪污应日产日清。请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，在所述步骤(1)中，采用水冲粪清粪工艺收集所述粪污。

所述粪污在发酵之前应该进行强化预处理，为了去除所述粪污中的鸡毛、杂草、砂石等杂物，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，在所述步骤(1)和所述步骤(2)之间，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(11)将所述粪污进行过滤处理用于去除所述粪污中的鸡毛、杂草、砂石等杂物。所述杂物是指例如鸡毛、杂草、砂石等，从而使后续过程中发酵细菌大量生长繁殖，减缓酸化作用，防止料液入池后干粪漂浮于上层而结壳，或产酸过多使发酵受阻。所述过滤可以是任何合适的过滤，例如格栅过滤。

所述粪污在发酵之前应该进行强化预处理，为了去除所述粪污中的浮渣和沉渣，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，在所述步骤(1)和所述步骤(2)之间，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(12)将所述粪污进行沉淀处理用于去除所述粪污中的浮渣和沉渣。

所述厌氧发酵可以采用任何合适的条件，较佳地，在所述步骤(2)中，所述厌氧发酵采用常温发酵，所述厌氧发酵的温度不低于10℃，所述厌氧发酵的时间不小于30天。污水有机物在微生物作用下降解转化生成沼气。在本发明的一具体实施例中，在所述步骤(2)中，所述厌氧发酵采用常温发酵，所述厌氧发酵的温度为20℃，所述厌氧发酵的时间为40天。

为了保证沼气发电的顺利进行，请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，在所述步骤(2)和所述步骤(3)之间，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(21)将所述沼气进行净化处理使得所述沼气的甲烷含量在55％(v/v)以上以及硫化氢含量在20mg/m³以下。

所述净化处理可以是任何合适的净化处理，更佳地，所述净化处理选自重力法脱水处理和干脱硫法中的至少一种。在本发明的一具体实施例中，所述净化处理包括重力法脱水处理和干脱硫法。重力法脱水处理去除沼气中的水蒸汽，干脱硫法去除沼气中的硫化氢。

为了保证沼气发电的顺利进行，较佳地，在所述步骤(3)中，所述沼气的压力不低于3KPa。在本发明的一具体实施例中，在所述步骤(3)中，所述沼气的压力为5KPa。

为了充分利用采用沼气发的电，较佳地，在所述步骤(3)之后，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(4)将所述发电产生的电自用和/或接入公共电网。这里的“自用和/或接入公共电网”包括自用、接入公共电网、以及自用和接入公共电网三种情况。请参见图1所示，在本发明的一具体实施例中，在所述步骤(3)之后，所述畜禽养殖场粪污沼气发电方法还包括步骤：(4)将所述发电产生的电自用和接入公共电网。

请参见图2所示，在本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电系统的一具体实施例中，本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电系统包括沼气厌氧发酵池和沼气发电机，所述沼气厌氧发酵池用于利用畜禽养殖场的粪污进行厌氧发酵产生沼气，所述沼气厌氧发酵池管路连接所述沼气发电机用于将所述沼气输送至所述沼气发电机，所述沼气发电机用于利用所述沼气进行发电。

如上所述，所述畜禽养殖场可以是任何合适的畜禽养殖场，为确保足够的粪污发酵生产沼气，在本发明的一具体实施例中，所述畜禽养殖场是畜禽规模养殖场。畜禽养殖规模要求为生猪养殖场生猪存栏2000头以上，奶牛养殖场奶牛存栏300头以上，蛋鸡养殖场蛋鸡存栏10万羽以上。养殖场室外排水实行雨污分离，并建有密闭污水收集输送系统。

为了贮存所述粪污，请参见图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括粪污贮存装置，所述粪污贮存装置设置在所述沼气厌氧发酵池的上游。

所述粪污在发酵之前应该进行强化预处理，为了去除所述粪污中的鸡毛、杂草、砂石等杂物，较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括粪污过滤装置，所述粪污过滤装置设置在所述沼气厌氧发酵池的上游。请参见图2所示，在本发明的一具体实施例中，在所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括粪污贮存装置的情况下，所述粪污过滤装置设置在所述粪污贮存装置的上游。当然，也可以反过来，所述粪污贮存装置也可以设置在所述粪污过滤装置的上游。

所述粪污过滤装置可以是任何合适的过滤装置，在本发明的一具体实施例中，所述粪污过滤装置是格栅过滤装置。格栅栅条间隙宽度25mm～40mm，格栅按照角度宜为60度，当污水量较大时，宜采用机械格栅。

所述粪污在发酵之前应该进行强化预处理，为了去除所述粪污中的浮渣和沉渣，较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括粪污沉淀装置，所述粪污沉淀装置设置在所述沼气厌氧发酵池的上游。请参见图2所示，在本发明的一具体实施例中，在所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括粪污贮存装置的情况下，所述粪污沉淀装置设置在所述粪污贮存装置的上游。当然，也可以反过来，所述粪污贮存装置也可以设置在所述粪污沉淀装置的上游。

至于在所述粪污过滤装置和所述粪污沉淀装置均存在的情况下，所述粪污过滤装置和所述粪污沉淀装置先后顺序可以任意，请参见图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述粪污过滤装置位于所述粪污沉淀装置的上游。

所述粪污沉淀装置可以是任何合适的粪污沉淀装置，在本发明的一具体实施例中，所述粪污沉淀装置是沉沙集水池。容量不小于最大粪污排放量的50％。

所述沼气厌氧发酵池可以是任何合适的沼气厌氧发酵池，在本发明的一具体实施例中，所述沼气厌氧发酵池是气囊式沼气厌氧发酵池。气囊式沼气发酵池兼有粪污贮存功能，采用防渗处理工艺，不得污染地下水，此种情况下可以不设置粪污贮存装置。气囊式沼气发酵池总有效容积应根据养殖总量和贮存期确定，一般每头猪不少于0.5m³、每头牛不少于2m³、每只鸡不少于0.02m³，贮存期一般不得小于60天。气囊式沼气发酵池应设有防止超正、负压的安全装置及措施，安全装置的安全范围应满足工艺设计的压力及池体安全的要求。根据工艺需要配置适用的测定气量、气压、温度、pH值、粪水量等计量设备和仪表。

为了保证沼气发电的顺利进行，请参见图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括沼气净化装置，所述沼气厌氧发酵池通过所述沼气净化装置管路连接所述沼气发电机。厌氧发酵产生的沼气经过净化处理后的沼气甲烷含量在55％(v/v)以上，硫化氢含量小于20mg/m³。

所述沼气净化装置可以是任何合适的沼气净化装置，例如，重力脱水装置和干法脱硫装置。重力脱水装置去除沼气中的水蒸汽，干法脱硫装置去除沼气中的硫化氢。

厌氧发酵产生的沼气须完全利用，不得直接向环境排放，为了贮存所述沼气，较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括沼气贮存装置，所述沼气厌氧发酵池通过所述沼气贮存装置管路连接所述沼气发电机。请参见图2所示，在本发明的一具体实施例中，在所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括沼气净化装置的情况下，所述沼气净化装置通过所述沼气贮存装置管路连接所述沼气发电机。

所述沼气贮存装置可以是任何合适的沼气贮存装置，在本发明的一具体实施例中，所述沼气贮存装置是低压贮存罐。工作压力低于10KPa，容积以20-30立方米为宜。

为了保证沼气发电的顺利进行，较佳地，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括沼气增压装置，所述沼气厌氧发酵池通过所述沼气增压装置管路连接所述沼气发电机。请参见图2所示，在本发明的一具体实施例中，在所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括沼气贮存装置的情况下，所述沼气贮存装置通过所述沼气增压装置管路连接所述沼气发电机。沼气供气压力应符合沼气发电机技术要求，一般进入沼气发电机的沼气压力不低于3KPa。

所述沼气发电机可以是任何合适的沼气发电机，在本发明的一具体实施例中，所述沼气发电机是单燃料沼气发电机。所述单燃料沼气发电机的容量一般宜选择50KW-250KW。

所述沼气发电机可以设置多台，形成发电机组，可以采用电启动方式，启动电源可以采用蓄电池组。停机可在发电机组旁控制，也可由控制屏面板上紧急停车按钮控制。为保证连续不间断供电，应配有备用机组，备用机组数量按用1备1配置，两台发电机组按照单行并列布置。发电机组应装有智能自动空气断路器，当发生过流或逆功率时，可自动分断主开关并发出声光报警信号。

为了充分利用采用沼气发的电，除畜禽养殖场自用外，余电可以并网，请参见图2所示，在本发明的一具体实施例中，所述畜禽养殖场粪污沼气发电系统还包括并网控制装置，所述并网控制装置电路连接所述沼气发电机用于将所述沼气发电机发的电的至少一部分并入公共电网。

沼气发电并网一般采用自发自用、余电上网的形式。供电公司按国家规定的电价标准全额保障性收购上网电量。在发电机组和低压电网之间，安装并网控制装置，起到发电并网保护作用。并网控制装置一般会装有方向过流保护、电流时限速断保护、低压低周振荡解列保护等电流保护装置。

沼气发电并网采用低压侧并网，并网地点为场区变电站低压侧。外电网线路的截面积按养殖场最大负荷、发电机组装机容量两者的最大值考虑，配变容量不小于发电机组总装机容量。

上述畜禽养殖场粪污沼气发电系统使用时，如图2所示，设置在畜禽养殖场的下游，则畜禽养殖场的粪污通过粪污过滤装置去除所述粪污中的鸡毛、杂草、砂石等杂物，再通过粪污沉淀装置去除粪污中的浮渣和沉渣，然后贮存在粪污贮存装置中，在需要发酵时输送至沼气厌氧发酵池发酵产生沼气，沼气通过沼气净化装置进行净化后贮存在沼气贮存装置中，在需要沼气发电时通过沼气增压装置增压后输送至沼气发电机发电，发的电一部分自用，剩余部分通过并网控制装置并入公共电网。

本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电方法通过收集畜禽养殖场产生的粪污，然后对粪污进行厌氧发酵产生沼气，再利用沼气进行发电，发的电除自用外，余电并网，从而不仅处理了畜禽养殖场产生的粪污，避免了环境污染，而且利用粪污产生的沼气发电，达到了变废为宝，增加经济效益的效果。

综上，本发明的畜禽养殖场粪污沼气发电方法能够利用畜禽养殖场粪污产生沼气并发电，从而能够防止畜禽养殖场粪污污染环境，并促进畜禽养殖场粪污综合利用，变废为宝，产生经济效益，适于大规模推广应用。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。