一種處理養殖場廢棄物的設備和方法

一種處理養殖場廢棄物的設備和方法
【專利摘要】一種處理養殖場廢棄物的設備和方法，設備包括處理單元(36)、混合單元(12)和厭氧發酵反應器(17)，其中厭氧發酵反應器(17)至少包括殼體(18)、攪拌部分(22)、容納部分(24)、檢測單元(25)和控制單元(26)，控制單元(26)根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送畜禽糞便和廢水，按預定比例混合畜禽糞便和廢水形成混合原料，控制單元(26)控制發酵溫度控制在恒溫35℃和酸堿度在6.8-7.4之間時，發送信號啟動攪拌電機驅動攪拌器攪動厭氧發酵反應器(17)內的混合原料進行消化反應，產生沼氣和排出料渣。本方法還包括通過出料部分排出一定料渣后再泵入一定量的混合原料進入混合原料進料口。
【專利說明】一種處理養殖場廢棄物的設備和方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及環境保護、能源【技術領域】，尤其涉及一種用于處理養殖場廢棄物的設備和方法，具體地是用于處理養殖場的畜禽糞便以及廢水的設備和方法。最具體地是，本發明涉及一種可用于一體地處理養殖場的畜禽糞便以及擠奶間廢水的設備和方法。

【背景技術】
[0002]隨著畜禽養殖業的迅速發展，產生的廢棄物對環境的污染是非常嚴重的。畜禽糞便中有機氮素含量較高，已成為水體富營養化的主要原因，高濃度有機廢水排入江河湖地表水體中，可使水中懸浮固體物(SS)、化學耗氧量(COD)、五日生化耗氧量(B0D5)、N、P和微生物含量升高，當污染物超過水體自凈能力時，水質不斷惡化。
[0003]畜禽糞便中所含有機物大致可以分為兩類:碳水化合物和含氮化合物。畜禽糞便中含有大量的致病微生物和寄生蟲卵，如果不及時處理會對人體有害的影響。由豬、牛和禽類分別帶來的疾病種數是26、26和24種，傳播的媒介主要是畜禽糞便。由于抗生素的使用而產生的耐藥菌跟著廢水和糞肥的使用，進入到環境，可能通過相關的作用將抗性基因轉移至人類病原菌，對人類健康產生威脅。
[0004]廢水沒有處理直接進入土壤，土壤中的微生物會將廢水中的蛋白質、脂肪等有機質分解。其中含氮有機物首先被分解為NH3，接著進一步被氧化成N02-或N03-;而含碳有機物，則被微生物分解成二氧化碳和水，從而使土壤得到自然凈化。如果土壤自身的凈化能力不足以處理進入土壤的污染物，污染物降解不充分，容易產生惡臭物質和有害物質。如亞硝酸鹽，導致破壞土壤原有的功能。
[0005]20世紀70年代初為了更好的發展厭氧技術，美國戈什和波蘭特公開了一種兩相厭氧發酵方法，產甲烷相和產酸相是其工藝組成部分，從生物學角度來看，由于產氫產乙酸菌和產甲烷菌是共生互營菌，因而把他們劃為一相，即產甲烷相；而把發酵細菌化為另一相，即產酸相。由于產酸菌種類很多，生長快，對環境條件變化不太敏感；相反產甲烷菌則不同，它有較強的專一性，對環境要求較高，繁殖速度緩慢，物理化學法和動力學控制法是主要的相分離技術。
[0006]ArsovR把兩相厭氧技術運用到生活廢水處理中，表明無論是產甲烷相還是產酸相都遵守Monod動力學有關原理，通過對酸相水力條件和甲烷相顆粒污泥的控制，以提高厭氧污泥活性并且達到較高的水平。糞污中的有機物通過厭氧微生物活動被分解為CH4、C02和水。這種處理方式的特點是:能量消耗低、裝置簡單、容易實現等。最重要的是可以把廢棄物綜合利用起來，實現資源化處理。通過沼氣設施處理畜禽糞便，可獲得一定的可再生能源一沼氣。同時產生的沼液可以被用農田有機肥的生產；產生的沼渣經過處理也可制成有機肥料，甚至可用作養魚的飼料。
[0007]EP0794247A1公開了一種發酵器，其中，將發酵物裝入一個里面設置螺旋線的旋轉滾筒內。通過該螺旋線將發酵物栓塞形從進料口輸送到腐爛物排料口。這種輸送可以滾筒的正轉和反轉進行，其中正轉，也就是發酵物向發酵物排料口方向上的輸送時間上長于反向上的輸送，從而達到預先規定的發酵物停留時間。因為所要處理的垃圾還含有并非微不足道比例的重料和雜質，所以采用機械輸送設備的解決方案(EP0794247A1、EP0476217A1、DE19624268A1)產生相當嚴重的磨損，因為所使用的輸送設備和其他內裝件會由于含有雜質/重料的沉積物而損壞。
[0008]專利文獻CN200910071230公開了一種牛糞便三段式處理工藝，在牛糞中加入占牛糞總體積0.5-2倍的秸桿粉，將牛糞和秸桿的混合原料經過好氧發酵升溫處理后，用裝載機械送入厭氧反應器中，并多次向厭氧反應器內的發酵原料均勻噴灑沼液，調節發酵原料含水率在75% — 80%之間，進行一個周期的厭氧發酵處理，厭氧發酵產生的沼液流至貯液池用于回用噴灑，反應器產生的沼氣經過沼氣冷卻、凈化系統后進入儲氣裝置，厭氧發酵結束后將發酵殘渣再經過好氧發酵處理后，發酵殘渣含水率降至30% — 40%時，停止好氧發酵，再經過晾曬后，使發酵殘渣的含水率降至26% —10%，將發酵殘渣送到粉碎機中進行粉碎成顆粒狀，制成有機肥，包裝備用。
[0009]專利文獻CN200910071230不能對廢水進行處理，而且產生沼氣效率不高，生產效率低下。
[0010]傳統廢棄物處理設備和方法的問題之一在于，含有雜質/重料的沉積物而損壞處理設備。傳統廢棄物處理設備和方法的另一個問題在于無法準確控制進料量、反應時機以及生產周期，生產效率低下，且不能同時對廢水進行處理，這是由于傳統設備中加入廢水會導致厭氧發酵反應程度，甚至導致反應無法實施，影響產氣量。傳統廢棄物處理設備和方法的另一個問題在于無法充分利用微生物復合菌劑，導致生產效率低下。傳統的廢棄物處理設備和方法的另一個問題在于，由于無法準確控制進料量等因素，無法得到最佳的反應條件，提高產氣總量比較困難。
[0011]本發明目的設法克服或至少適度緩和某些或所有的上述問題。
[0012]本發明目的進一步設法提供一種用于處理養殖場廢棄物的設備和方法。
[0013]更進一步地，本發明目的設法提供一種處理養殖場的畜禽糞便以及廢水的設備和方法。所述畜禽糞便以及廢水混合進行反應不但提高了產氣量且沒有降低厭氧發酵反應程度。
[0014]更進一步地，本發明目的設法提供一種一體地處理養殖場的畜禽糞便以及擠奶間廢水的設備和方法。


【發明內容】

[0015]本在整個申請的說明書和權利要求書中，術語“養殖場廢棄物”及其它們的變體是指“包括但不限于”養殖場的畜禽糞便以及廢水。術語“畜禽糞便”至少包括糞便，且它們并非意在(且不)排除其它部分、添加物。術語“廢水”及其它們的變體是指“包括但不限于”擠奶間廢水，且它們并非意在(且不)排除其它部分、添加物。術語“包括”和“包含”以及它們的變體是指“包括但不限于”，且它們并非意在(且不)排除其它部分、添加物、部件、整體或步驟。在整個申請的說明書和權利要求書中，除非上下文另有要求，單數包括復數。特別是，當使用不定冠詞時，除非上下文另有要求，本申請應理解為包括復數以及單數。
[0016]根據本發明的第一方面，提供了一種處理養殖場廢棄物的設備，其包括:
[0017]處理單元，所述處理單元包括畜禽糞便處理單元和廢水處理單元，所述畜禽糞便處理單元包括進料口，分離單元和出料口，畜禽糞便通過輸送單元從所述進料口進入所述分離單元，所述分離單元能夠將將畜禽糞便和諸如石塊等固體雜質分離，分離處理后的畜禽糞便從所述出料口排出。優選地，所述出料口設有過濾單元，所述過濾單元阻止直徑大于設定值的固體雜質通過所述出料口。更優選地，所述畜禽糞便處理單元進一步包括固體雜質排出口，用于將分離的固體雜質排出所述畜禽糞便處理單元。
[0018]所述分離單元能夠將將畜禽糞便和諸如石塊等固體雜質分離，優選地，所述分離單元為格柵式分離篩，更優選地，所述格柵式分離篩可通過電機控制分離速度。優選地，所述分離單元為滾筒式分離單元。
[0019]所述廢水處理單元包括進水口，廢水分離單元以及出水口，所述廢水通過輸送管道從所述進水口進入所述廢水分離單元，所述廢水分離單元能夠分離廢水中的浮油、泡沫等浮游物以及固體雜質，分離處理后的廢水從所述出水口排出。優選地，所述出水口位于所述廢水分離單元的中部，便于排出分離效果最優的廢水。廢水分離單元包括能夠分離廢水中的浮油、泡沫等浮游物以及固體雜質的過濾油污的過濾組件。優選地，所述廢水分離單元包括浮游物排出單元，所述浮游物排出單元能夠將液面上的浮游物排出。
[0020]優選地，所述進料口、出料口、進水口和出水口通過控制單元相應的泵和閘進行調整。所述泵優選為液壓泵，優選地，所述控制單元根據生產周期控制進料口和進水口的輸送速度，所述控制單元根據生產周期控制出口和出水口的排出速度。
[0021]所述處理單元將原料中的固體雜質有效排除，避免了雜質損壞設備，將原料中不利于反應的浮油、泡沫等浮游物排出，提高了厭氧發酵反應程度。
[0022]混合單元，排出處理單元的畜禽糞便通過管道輸入所述混合單元一側的第一入口進入混合單元，排出處理單元的廢水通過管道輸入所述混合單元另一側的第二入口進入混合單元，所述混合單元包括用于將畜禽糞便和廢水按預定比例混合成混合原料的混合部件。優選地，所述混合原料的固體濃度的范圍為6 — 11%。特別地是，所述混合原料的固體濃度的范圍為10%。
[0023]本設備通過將畜禽糞便和廢水按預定比例混合成混合原料，一體化處理養殖場內的兩種廢棄物，且通過合適比例的配比，在適當條件下，不但沒有降低產氣量，反而提高了產氣量。
[0024]厭氧發酵反應器包括殼體，進料部分、攪拌部分、出料部分、氣體排出部分、容納部分、檢測單元和控制單元，其中，
[0025]所述進料部分包括混合原料進料口，微生物復合菌劑投放口。所述進料部分包括連接到控制單元的泵和閘，所述控制單元控制泵和閘的開啟和關閉。
[0026]微生物復合菌劑優選地來源于沼液。更優選地，微生物復合菌劑來源于已經運行穩定的沼氣罐排出的沼液。
[0027]厭氧發酵反應器是連續運行的，混合原料進料口采用序批式的間斷進料。在每次進料前，先將厭氧發酵反應器中的料渣通過出料部分排出一定量后進料。
[0028]設在殼體上的所述攪拌部分包括至少多個攪拌器，所述攪拌器由連接到控制單元的攪拌電機驅動。所述攪拌器包括攪拌軸和攪拌葉片，所述攪拌電機傳動攪拌軸，所述攪拌葉片在圓周上均勻分布地固定設置在攪拌軸上且位于厭氧發酵反應器內，相鄰的攪拌葉片的攪拌面積至少一部分重疊，使得厭氧發酵反應器內所有地方能夠充分攪拌，所述控制單元控制至少多個攪拌器交替運行。可選地，所述控制單元控制至少多個攪拌器以不同的轉動方向轉動。優選地，所述攪拌器為2 — 4個，所述攪拌器交叉攪拌。所述攪拌部分設在殼體上設在殼體的頂部部分，優選地，所述攪拌部分設在殼體上設在殼體的底部部分且采用潛水式循環泵進行驅動。
[0029]攪拌葉片的重疊設置有利于充分攪拌，本裝置通過研宄，在相鄰的攪拌葉片的攪拌面積重疊一半且相鄰攪拌葉片以相反轉動方向旋轉時，達到充分攪拌的時間最短。
[0030]出料部分設在所述厭氧發酵反應器的殼體的底部，用于排出混合原料反應完成后形成的料澄。所述出料部分連接有抽澄泵可定期排出料澄。
[0031]氣體排出部分包括出氣口，壓力傳感器和氣體流量計。設在出氣口用于監測所述厭氧發酵反應器內部壓力的所述壓力傳感器連接到控制單元，優選地，厭氧發酵反應器包括設在殼體上的防爆閥，當壓力傳感器檢測到超過壓力閾值的壓力值時，防爆閥可以開啟。設在出氣口的所述氣體流量計用于計算出氣量。
[0032]和所述微生物復合菌劑投放口連通的所述容納部分包括圓柱形內壁、環繞圓柱形內壁的外壁和連接所述圓柱形內壁和外壁底部的底板，其中，所述內壁上設有多個第一孔，所述外壁上設有多個第二孔，所述內壁和外壁之間的環形空間填充褶皺軟性生物填料使得所述環形空間形成生物膜，延長了生物菌滯留的時間，增加反應器內微生物密度，提高厭氧發酵速度，增加沼氣產氣率。優選地，所述褶皺軟性生物填料優選為仿照牛瘤胃生物學特性的褶皺軟性生物填料。所述厭氧發酵反應單元包括3層圓柱形壁，形成至少兩個環形空間。優選地，所述厭氧發酵反應單元由聚丙烯或聚乙烯材質構成。更優選地，所述內壁和外壁截面為梯形。
[0033]本設備通過容納部分，增進了生物菌的滯留時間，提高生產效率，特別是使用內壁和外壁之間的環形空間填充褶皺軟性生物填料使得所述環形空間形成生物膜，進一步提高了生產效率，其中第一孔和第二孔的交替排列，有效地緩釋了微生物復合菌劑投放，更特別的，優選地褶皺軟性生物填料，更特別地是，仿照牛瘤胃生物學特性的褶皺軟性生物填料有利于厭氧發酵反應。
[0034]連接到控制單元的檢測單元包括溫度傳感，pH測定儀。所述溫度傳感器檢測厭氧發酵反應器的溫度且發送溫度信號到控制單元，所述pH測定儀檢測厭氧發酵反應器的酸堿度且發送酸堿度信號到控制單元。所述控制單元控制發酵溫度控制在恒溫35°C。所述控制單元控制厭氧發酵反應器的酸堿度在6.8-7.4之間。
[0035]所述殼體的中下部分設有控溫裝置。優選地，殼體的下部三分之一處設有控溫裝置。所述控溫裝置為中空密封的環形加熱器。所述環形加熱器上設有熱媒進口和熱媒出口。優選地，所述環形加熱器內的熱媒為熱水。可選地，控溫裝置采用溫度可控的恒溫水浴槽。所述控制單元通過所述溫度傳感器控制控溫裝置，可選地，控制單元控制所述控溫裝置的電磁閥的開啟和閉合，當水溫低于設定溫度時，控制單元啟動控溫裝置加熱，當溫度高于設定溫度時，控制單元啟動電磁閥，導入冷卻水使溫度降低至設定溫度，如此循環保持恒定的厭氧罐發酵溫度。殼體外覆蓋一定厚度的保溫層，優選地，所述保溫層由高分子聚合物構成，更優選地，所述保溫層為聚氨酯是保溫層。
[0036]控制單元，其連接畜禽糞便處理單元、廢水處理單元和混合單元、進料部分和出料部分的液壓泵和閘以及連接攪拌電機、控溫裝置和檢測單元，所述控制單元根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送畜禽糞和廢水，按預定比例混合畜禽糞便和廢水形成混合原料，通過控制進料部分的泵控制所述進料部分的混合原料進料口的進料時機和進料量，并且控制單元控制發酵溫度控制在恒溫35°C和酸堿度在6.8-7.4之間時，控制單元發送信號啟動攪拌電機驅動攪拌器攪動厭氧發酵反應器內的混合原料進行消化反應，產生沼氣和排出料渣。本設備的控制單元準確控制進料量等因素，得到最佳的反應條件，提高產氣總量以及生產效率。
[0037]根據本發明的第二方面，提供了一種處理養殖場廢棄物的設備，其包括:
[0038]用于處理畜禽糞便的畜禽糞便處理單元底部呈向中心位置傾斜的漏斗形，包含在廢水處理單元內的廢水分離單元包括能夠分離廢水中的浮油、泡沫等浮游物以及固體雜質的過濾組件；
[0039]混合單元，其包括用于將畜禽糞便和廢水按預定比例混合成混合原料的混合部件，其中所述混合原料的固體濃度的范圍為6 — 11% ;
[0040]厭氧發酵反應器，其至少包括殼體、攪拌部分、容納部分、檢測單元和控制單元，其中
[0041]設在殼體上的攪拌部分包括至少一個含有攪拌軸和攪拌葉片的攪拌器，攪拌葉片在攪拌軸的圓周上均勻分布地固定設置，其中相鄰的攪拌葉片的攪拌面積至少一部分重疊，所述控制單元控制至少一個攪拌器交替運行；
[0042]和微生物復合菌劑投放口連通的所述容納部分包括圓柱形內壁、環繞圓柱形內壁的外壁和連接所述圓柱形內壁和外壁底部的底板，所述內壁和外壁之間的環形空間填充褶皺軟性生物填料使得所述環形空間形成生物膜，其中內壁和外壁上有通孔；
[0043]包括處理器、存儲器和通信接口的控制單元連接畜禽糞便處理單元、廢水處理單元和混合單元、進料部分和出料部分的液壓泵和閘以及連接攪拌電機、殼體上的控溫裝置和檢測單元，其中
[0044]所述控制單元根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送畜禽糞和廢水，按預定比例混合畜禽糞便和廢水形成混合原料，通過控制進料部分的泵采用序批式的間斷進入混合原料進料口和進料量，并且控制單元控制發酵溫度控制在恒溫35°C和酸堿度在6.8-7.4之間時，控制單元發送信號啟動攪拌電機驅動攪拌器攪動厭氧發酵反應器內的混合原料進行消化反應，產生沼氣和排出料渣。
[0045]根據本發明的第二方面的優選實施例中，提供了一種處理養殖場廢棄物的方法，其進一步包括以下步驟:
[0046]提供上述的處理養殖場廢棄物的設備；
[0047]通過處理單元處理畜禽糞便和廢水；
[0048]通過混合單元混合處理過的畜禽糞便和廢水得到混合原料，其中，混合原料的固體濃度為6 — 11% ；
[0049]混合原料進入厭氧發酵反應器內進行消化反應，其中，控制單元控制發酵溫度控制在恒溫35°C和酸堿度在6.8-7.4之間時，控制單元發送信號啟動攪拌電機驅動攪拌器攪動厭氧發酵反應器內的混合原料進行消化反應，產生沼氣和料渣。
[0050]根據本發明的第二方面的另一個優選實施例中，提供了一種處理養殖場廢棄物的方法，其進一步包括以下步驟:
[0051]提供上述的處理養殖場廢棄物的設備；
[0052]通過處理單元處理畜禽糞便和廢水；
[0053]通過混合單元混合處理過的畜禽糞便和廢水得到混合原料，其中，混合原料的固體濃度為6 — 11% ；
[0054]在每次進料前，控制單元先將厭氧發酵反應器中的料渣通過出料部分排出一定量后再泵入一定量的混合原料進入混合原料進料口。
[0055]通過控制單元對進出料的控制，可以改進現有技術中的無法對反應進程精確控制的冋題，提尚生廣效率。
[0056]優選地，混合原料的固體濃度為10%。本設備在此固體濃度下，生產效能得到最佳的實現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0057]本發明實施例在下文中參見附圖進一步被描述，其中:
[0058]圖1是根據本發明第一方面的處理養殖場廢棄物的設備的畜禽糞便處理單元的結構示意圖；
[0059]圖2是根據本發明的處理養殖場廢棄物的設備的廢水處理單元的結構示意圖；
[0060]圖3是根據本發明的處理養殖場廢棄物的設備的混合原料的未加入廢水的原料和加入廢水的原料的產氣量對照示意圖；
[0061]圖4是根據本發明的處理養殖場廢棄物的設備的混合單元的結構示意圖；
[0062]圖5是根據本發明的處理養殖場廢棄物的設備的不同固體濃度pH示意圖；
[0063]圖6是根據本發明的處理養殖場廢棄物的設備的不同固體濃度日產氣量示意圖；
[0064]圖7是根據本發明的處理養殖場廢棄物的設備的不同固體濃度產氣量示意圖；
[0065]圖8是根據本發明的處理養殖場廢棄物的設備的容納部分的結構示意圖；
[0066]圖9是根據本發明的處理養殖場廢棄物的設備的厭氧發酵反應器的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0067]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
[0068]處理單元36包括畜禽糞便處理單元6和廢水處理單元7，參見圖1，用于處理畜禽糞便的畜禽糞便處理單元6包括進料口 I，用于將畜禽糞便和固體雜質分離的分離單元2和出料口 3。所述進料口 I位于畜禽糞便處理單元6的頂部，畜禽糞便借助重力作用落入分離單元2中，由于固體雜質重于畜禽糞便，有利于分離諸如石塊等的固體雜質。可選地，所述分離單元2為滾筒式分離單元。優選地，所述分離單元2為格柵式分離篩，更優選地，所述格柵式分離篩可通過電機控制分離速度。電機驅動分離單元2離心運動從而分離固體雜質。出料口 3位于畜禽糞便處理單元6的中下部，既有利于在壓力作用下分離處理后的畜禽糞便從出料口 3排出，又不會將固體雜質混入到出料口 3。優選地，出料口 3設有用于抽吸分離處理后的畜禽糞便的由控制單元控制的排出泵。
[0069]優選地，所述出料口設有防止固體雜質通過的過濾單元4。畜禽糞便處理單元6的底部呈向中心位置傾斜的漏斗形，在所述的中心位置設有用于排出固體雜質的排出口 5，上述構造有利于收集分離的固體雜質，提高分離效果。
[0070]更優選地，在進料口 I上設有液壓泵，控制單元根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送畜禽糞便，用于控制進料口的輸送速度。
[0071]更優選地，在出料口 2上設有液壓泵，控制單元根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送畜禽糞便，用于控制出料口的排出速度。
[0072]參見圖2，用于處理廢水的廢水處理單元7包括進水口 8，廢水分離單元9以及出水口 10，進水口 8位于廢水處理單元7的頂部，廢水分離單元9包括過濾油污的過濾組件11，過濾組件能夠將通過的廢水中的油污阻隔到一側，優選地，廢水分離單元9包括多層過濾油污的過濾組件11，有利于提高廢水處理效果。可選地，廢水分離單元9能夠分離廢水中的浮油、泡沫等浮游物以及固體雜質。出水口 10設在廢水處理單元7的一側的中部，有利于處理后的廢水從出水口 10排出。優選地，廢水分離單元9包括能夠將液面上的浮游物排出的浮游物排出單元(未示出)。
[0073]優選地，出水口 10設有用于抽吸分離處理后的廢水的由控制單元控制的排出泵。
[0074]更優選地，出水口 10的一側設有過濾組件11用于進一步過濾廢水。更優選地，在進水口 8上設有液壓泵，控制單元根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送廢水，用于控制進水口的輸送速度。
[0075]更優選地，在出水口 10上設有液壓泵，控制單元26根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送處理后的廢水，用于控制出水口的排出速度。
[0076]和現有技術相比，本發明的改進在于通過處理單元去除了廢水中不利于消化反應的浮油、泡沫等浮游物。圖3是根據本發明的設備的混合原料和未加入廢水的原料產氣量示意圖，其中，▲表示未加入廢水的原料；■表示加入廢水的原料，縱坐標表示累計產氣量，橫坐標表示時間。從圖3中可以看出，本發明的畜禽糞便中加入了經過處理的擠奶廢水的累積產氣量大于沒有加入擠奶廢水的累計產氣量，且沒有降低厭氧發酵反應程度。在畜禽糞便中加入了廢水可以促進牛糞中有機物的分解，產生更多的甲烷，顯著提高牛糞發酵系統的產氣效率，廢水經過處理后作為稀釋水添加到牛糞中厭氧消化系統的日產氣量和發酵液的VFA濃度、pH值得變化幅度變小，表明向牛糞發酵系統中添加經過處理的廢水，可以提高系統的穩定性，能夠促進牛糞厭氧消化生產沼氣的性能。
[0077]參見圖4，用于將畜禽糞便和廢水按預定比例混合成混合原料的混合單元12包括第一入口 13、第二入口 14、用于將畜禽糞便和廢水按預定比例混合成混合原料的混合部件15和用于排出混合完全的混合原料的排出口 16。其中，第一入口 13位于混合單元12 —偵牝用于將排出畜禽糞便處理單元6的畜禽糞便通過其進入混合單元，第一入口 13設有連接控制單元的液壓泵，用于控制輸入的畜禽糞便的數量，第二入口 14位于混合單元12另一偵牝用于將排出廢水處理單元7的廢水通過管道輸入進入混合單元12，第二入口 14設有連接控制單元的液壓泵，用于控制輸入的廢水的數量，混合單元12包括用于將畜禽糞便和廢水按預定比例混合成混合原料的混合部件15，混合部件連接到控制單元，控制單元按預定比例混合畜禽糞便和廢水。排出口 16將按預定比例完全混合的混合原料排出。
[0078]優選地，混合部件15為攪拌器，更優選地，混合單元12包括至少一個混合部件15。
[0079]優選地，所述混合原料的固體濃度的范圍為6 — 11%。特別地是，所述混合原料的固體濃度的范圍為10%。
[0080]在現有技術中，并沒有對由畜禽糞便和廢水混合的混合原料的固體濃度和產氣量進行相關研宄，本發明對混合原料的固體濃度范圍進行了研宄。本發明選取了混合原料的固體濃度在4 %、6 %、8 %和10 %的情況下的不同固體濃度對厭氧發酵體系pH的影響，如圖5所示，縱坐標表示ph值，橫坐標表示時間。厭氧發酵液的pH受到微生物和化學過程共同作用的影響。它是氣/液相間C02平衡、液相內的酸堿平衡以及固/液相間的溶解平衡相互作用的結果。厭氧發酵細菌生長適宜的pH條件為發酵液呈中性或者微堿性環境，產甲烷菌則對pH很敏感，本申請通過研宄測得最合適的PH范圍是6.8 — 7.4。在厭氧發酵產酸過程中，有機酸濃度的增加會使消化液的PH下降，而有機物分解產物氨的增加，又會導致pH升高。適宜的pH能夠為整個厭氧反應器的高效運行能夠創造一個良好的環境條件。
[0081]四種不同固體濃度的pH都是先降低，再逐漸升高，這同厭氧發酵過程水解一產酸一產甲烷過程是一致。同時變化范圍在6.4 — 7.4之間，說明反應環境適宜，沒有造成酸壞現象。這也證明了畜禽糞便和廢水在適當的混合比例的條件下不僅不會如現有技術中降低產氣量，反而是添加廢水可以為畜禽糞便厭氧發酵提供合適的環境，提高產氣量。
[0082]參見圖6，縱坐標表不日產氣量，橫坐標表不時間，從圖6可以看出，隨著發酵物料固體濃度的上升，日產量也逐漸上升。固體濃度為10%的產氣量比其他組的都要高，由于固體濃度為10%的濃度高有機質的含量比其他三組都要高。在反應的前10天，固體濃度為10%處理的產氣量高于另外三種處理。通過圖6可以看出，固體濃度為10%處理的產氣量也明顯高于另外三組處理，這對提升反應速度，縮短反應周期是有利的；圖6展示了不同固體濃度累計產氣量，從圖可以看出四個不同固體濃度的增長趨勢基本一樣，累計產量都是隨著時間的增加逐漸增大，然后趨于平穩。
[0083]參見圖7，縱坐標表示累計產氣量，橫坐標表示時間，可以得出固體濃度為10%的產氣量最高，在反應前10天的累積產氣量也是最高，固體濃度為10%的混合原料能夠提升反應速度，縮短反應周期且產氣量最高。
[0084]本發明對固體濃度為12%和15%的混合原料進行了研宄，固體濃度為12%的產氣量高于固體濃度為10%，但其前10天累積產氣量不如固體濃度為10%的高，不利于提高反應速度，縮短反應周期；固體濃度為15%的產氣量低于固體濃度為12%，且其前10天累積產氣量不如固體濃度為12%的高。這說明并不是固體濃度越大，產氣量就越大。本發明通過試驗研宄得出固體濃度在10%的情況下，反應速度快、反應周期短、產氣效率高。
[0085]在優選實施例中，控制單元按預定比例混合畜禽糞便和廢水得到固體濃度在10%的混合原料。
[0086]參見圖8，厭氧發酵反應器17包括殼體18，進料部分20、攪拌部分22、出料部分21、氣體排出部分23、容納部分24、檢測單元25和控制單元26，其中，
[0087]所述進料部分20包括混合原料進料口 20b和微生物復合菌劑投放口 20a。所述進料部分20包括連接到控制單元26的泵和閘，所述控制單元26控制泵和閘未示出的開啟和關閉。
[0088]優選地，所述控制單元26控制泵周期輸送混合原料進入混合原料進料口 20b和周期輸送微生物復合菌劑進入微生物復合菌劑投放口 20a。
[0089]優選地，微生物復合菌劑來源于已經運行穩定的沼氣罐排出的沼液。
[0090]優選地，所述控制單元26控制泵將混合原料采用序批式的間斷進入混合原料進料口 20b，使得厭氧發酵反應器是連續運行的。更優選地，當控制單元26控制泵將混合原料采用序批式的間斷進入混合原料進料口 20b時，在每次進料前，控制單元26先將厭氧發酵反應器17中的料渣通過出料部分21排出一定量后再泵入一定量的混合原料進入混合原料進料口 20b。
[0091]設在殼體18上的攪拌部分22包括至少一個攪拌器22a，所述攪拌器22a由連接到控制單元26的攪拌電機驅動。所述攪拌部分20設在殼體18上的頂部部分。
[0092]在本發明的另一個實施例中，所述攪拌部分20設在殼體18的底部部分且采用潛水式循環泵進行驅動。
[0093]所述攪拌器22a包括攪拌軸22b和攪拌葉片22c，攪拌電機傳動攪拌軸22b，攪拌葉片22c在在攪拌軸22b的圓周上均勻分布地固定設置，其中相鄰的攪拌葉片22c的攪拌面積至少一部分重疊，使得厭氧發酵反應器17內所有地方能夠充分攪拌，所述控制單元26控制至少一個攪拌器交替運行。可選地，所述控制單元26控制多個攪拌器22a同時以不同的轉動方向轉動。優選地，所述攪拌器22a為2 — 4個且交叉攪拌。
[0094]優選地，相鄰的攪拌葉片22c攪拌面積重疊一半且以相反的轉動方向轉動。
[0095]優選地，攪拌葉片22c具有不同的直徑。更優選地，攪拌葉片22c可在攪拌軸22b上以不同角度傾斜設置。
[0096]出料部分21設在所述厭氧發酵反應器17的殼體18的底部，用于排出混合原料反應完成后形成的料渣。所述出料部分21連接有抽渣泵可定期排出料渣。可選地，所述抽渣泵是由控制單元26控制的液壓泵。
[0097]氣體排出部分23包括出氣口，壓力傳感器和氣體流量計。設在出氣口用于監測所述厭氧發酵反應器17內部壓力的所述壓力傳感器連接到控制單元，優選地，厭氧發酵反應器17包括設在殼體上的防爆閥27，當壓力傳感器檢測到超過壓力閾值的壓力值時，防爆閥27可以開啟。設在出氣口的所述氣體流量計用于計算出氣量。
[0098]參見圖9，和所述微生物復合菌劑投放口 20a連通的所述容納部分24包括圓柱形內壁(28)、環繞圓柱形內壁(28)的外壁(29)和連接所述圓柱形內壁和外壁底部的底板(30)，其中，所述內壁(28)上設有多個第一孔(31)，所述外壁(29)上設有多個第二孔
(32)，所述底板30上設有第三孔35，所述內壁(28)和外壁(29)之間的環形空間(33)填充褶皺軟性生物填料(34)使得所述環形空間形成生物膜，延長了生物菌滯留的時間，增加反應器內微生物密度，提高厭氧發酵速度，增加沼氣產氣率。優選地，所述褶皺軟性生物填料
(34)優選為仿照牛瘤胃生物學特性的褶皺軟性生物填料。
[0099]優選地，所述容納部分24包括3層圓柱形壁，形成至少兩個環形空間。優選地，所述容納部分24由聚丙烯或聚乙烯材質構成。更優選地，所述內壁28和外壁(29)截面為梯形。
[0100]優選地，所述第一孔(31)和第二孔(32)交替排列，有利于延長生物菌滯留的時間。
[0101]連接到控制單元26的檢測單元25包括溫度傳感器，pH測定儀。所述溫度傳感器檢測厭氧發酵反應器17的溫度且發送溫度信號到控制單元26，所述pH測定儀檢測厭氧發酵反應器17的酸堿度且發送酸堿度信號到控制單元26。所述控制單元26控制發酵溫度控制在恒溫35°C。所述控制單元26控制厭氧發酵反應器17的酸堿度在6.8-7.4之間。
[0102]優選地，檢測單元25連接壓力傳感器和氣體流量計。
[0103]可選地，控制單元26通過控制混合原料進料口 20b的進料量來調整厭氧發酵反應器17的酸堿度在6.8-7.4之間。更優選地，控制單元26通過控制微生物復合菌劑投放口20a的投放量來調整厭氧發酵反應器17的酸堿度在6.8-7.4之間。
[0104]所述殼體18的外壁部分設有控溫裝置19。可選地，殼體18的下部三分之一處設有控溫裝置19。所述控溫裝置19為中空密封的環形加熱器。所述環形加熱器上設有熱媒進口和熱媒出口。
[0105]優選地，所述環形加熱器內的熱媒為熱水。可選地，控溫裝置采用溫度可控的恒溫水浴槽。所述控制單元26通過所述溫度傳感器控制控溫裝置19，可選地，控制單元26控制所述控溫裝置19的電磁閥的開啟和閉合，當水溫低于設定溫度時，控制單元26啟動控溫裝置19加熱，當溫度高于設定溫度時，控制單元啟動電磁閥，導入冷卻水使溫度降低至設定溫度，如此循環保持恒定的厭氧罐發酵溫度。
[0106]殼體18外覆蓋一定厚度的保溫層，優選地，所述保溫層由高分子聚合物構成，更優選地，所述保溫層為聚氨酯是保溫層。
[0107]優選地，所述控溫裝置19的外壁采用裝填有保溫隔熱材料的夾層結構，在該夾層中設置有熱水管。
[0108]所述控制單元26連接畜禽糞便處理單元6、廢水處理單元9和混合單元12的液壓泵、進料部分20的泵和閘、出料部分21的抽渣泵、攪拌電機和檢測單元25。其中，所述控制單元26根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送畜禽糞和廢水，按預定比例混合畜禽糞便和廢水形成混合原料，通過控制進料部分20的泵控制所述進料部分的混合原料進料口的進料時機和進料量，并且控制單元26控制發酵溫度控制在恒溫35°C和酸堿度在6.8-7.4之間時，控制單元26發送信號啟動攪拌電機驅動攪拌器攪動厭氧發酵反應器17內的混合原料進行消化反應，產生沼氣和排出料渣。
[0109]控制單元26包括處理器、存儲器和通信接口。通常的控制器可被連接到工作站或其他外部裝置例如，控制面板和/或數據庫。控制器可以從輸入設備和/或傳感電路接收數據。傳感電路接收來自用于測量進料量、固體濃度值、溫度、Ph值等傳感信號。附加的，不同的或更少的部件可以被包括。
[0110]處理器可以分析傳感數據以確定如何處理好厭氧發酵反應時機和反應條件。在另一個實施例中，處理器可編譯、組織或分析在存儲器的存儲格式的傳感數據。處理器以執行對數據的統計分析。基于數據分析，處理器可確定厭氧發酵反應的效能。處理器可以生成包括性能的信息和使用通信接口發送信息到工作站或用戶的移動裝置。
[0111]處理器可以包括通用處理器、數字信號處理器、專用集成電路ASIC，現場可編程門陣列FPGA、模擬電路、數字電路、及其組合、或其他已知或以后開發的處理器。處理器可以是例如與網絡、分布式處理或云計算相關的單個裝置或裝置組合。
[0112]存儲器可以是易失性存儲器或非易失性存儲器。存儲器可以包括一個或多個只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、快閃存儲器、電子可擦除可編程只讀存儲器EEPROM或其它類型的存儲器。存儲器302可以是從網絡裝置除去，例如安全數碼SD存儲卡。
[0113]輸入裝置可以被用來輸入閾值和如上所述的參數。輸入裝置可以是一個或多個按鈕、鍵區、鍵盤、鼠標、觸摸板、語音識別電路或用于輸入數據到控制單元26的其他裝置或部件。輸入裝置和顯示器可被組合為觸摸屏幕。輸入裝置可以是連接到諸如智能電話、計算機或用于發送用戶設置到控制單元的筆記本的移動裝置的接口。
[0114]除了入口端口和出口端口，通信接口可以包括任何可操作的連接口。可操作的連接口可以是其中的信號、物理通信和/或邏輯通信可以被發送和/或接收的一個連接口。可操作的連接口可以包括物理接口、電氣接口和/或數據接口。通信接口可以被連接到網絡。網絡可以包括有線網絡例如，以太網、無線網絡、或其組合。無線網絡可以是蜂窩電話網絡、802.11,802.16,802.20或WiMax網絡。進一步地，網絡可以是諸如互聯網的公共網絡、如內部網絡的專用網絡、或其組合且可以使用現有的或以后開發的各種網絡協議，包括但不限于基于網絡協議的TCP/IP。
[0115]當計算機可讀介質例如，存儲器或數據庫被示出為單個介質，術語“計算機可讀介質”包括諸如集中式或分布式數據庫的單個介質或多個介質和/或存儲一個或多個指令集的相關聯的緩存和服務器。術語“計算機可讀介質”也應包括能夠存儲、編碼或攜帶一組通過處理器用于執行指令或引起計算機系統執行本文所公開的任何一個或更多的方法或操作的指令的任何介質。
[0116]在一個非限制性的示例性具體實施例中，計算機可讀介質可包括例如容納一個或多個非易失性只讀存儲器的存儲卡或其它組件的固態存儲器。進一步地，計算機可讀介質可以是隨機存取存儲器或其他易失性可重寫存儲器。在替代實施例中，如專用集成電路、可編程邏輯陣列和其他硬件裝置的專用硬件工具可被構造為實施本文所描述的一種或多種方法。可包括多個實施例的裝置和系統的應用可以廣泛地包括多個電子和計算機系統。本文所述的實施例可使用帶有相關的控制信號和數據信號的兩個或多個特定互連的硬件模塊或裝置實施功能，相關的控制信號和數據信號能夠在模塊之間并通過模塊進行通信，或作為專用集成電路的一部分。
[0117]適合于計算機程序的執行的處理器包括例如通用和專用微處理器，和任何種類的數字計算機的任何一個或多個處理器。通常地，處理器可以接收來自只讀存儲器或隨機存取存儲器或兩者的指令和數據。計算機的基本元件是用于執行指令的處理器和一個或多個用于存儲指令和數據的存儲器裝置。通常地，計算機還可以包括或者可操作地聯接以接收數據或傳送數據，或兩者的用于存儲數據的一個或多個如磁盤、磁光盤或光盤的大容量存儲裝置。適于存儲計算機程序指令和數據的計算機可讀介質包括所有形式的非易失性存儲器、媒介和存儲器裝置，其包括例如EPROM、EEPROM和閃存裝置的半導體存儲器裝置；例如內部硬盤或可移動盤的磁盤；磁光盤；以及⑶ROM和DVD-ROM盤。處理器和存儲器可以被增補，或在專用邏輯電路中并入。
[0118]根據本發明的第二方面的優選實施例中，提供了一種處理養殖場廢棄物的方法，其進一步包括以下步驟:
[0119]提供上述的處理養殖場廢棄物的設備；
[0120]通過處理單元36處理畜禽糞便和廢水；
[0121]通過混合單元24混合處理過的畜禽糞便和廢水得到混合原料，其中，混合原料的固體濃度為6 — 11% ；；
[0122]混合原料進入厭氧發酵反應器17內進行消化反應，其中，控制單元26控制發酵溫度控制在恒溫35°C和酸堿度在6.8-7.4之間時，控制單元26發送信號啟動攪拌電機驅動攪拌器攪動厭氧發酵反應器17內的混合原料進行消化反應，產生沼氣和料渣。
[0123]根據本發明的第二方面的另一個優選實施例中，提供了一種處理養殖場廢棄物的方法，其進一步包括以下步驟:
[0124]提供上述的處理養殖場廢棄物的設備；
[0125]通過處理單元36處理畜禽糞便和廢水；
[0126]通過混合單元24混合處理過的畜禽糞便和廢水得到混合原料，其中，混合原料的固體濃度為6 — 11% ；
[0127]在每次進料前，控制單元26先將厭氧發酵反應器17中的料渣通過出料部分21排出一定量后再泵入一定量的混合原料進入混合原料進料口 20b。
[0128]優選地，混合原料的固體濃度為10%。
[0129]結合本發明的特定方面、實施例或示例描述的技術特征、整體、特性、化合物、化學成分或組應被理解為適用于本文所描述的任何其他方面、實施例或示例，除非與之不相容。在本申請包括任何所附權利要求，摘要和附圖公開的所有特征，和/或任何方法或處理公開的所有步驟可以任意組合結合，除了其中至少一些這樣的特征和/或步驟是互斥的。本發明不限于任何前述實施例的詳述。本發明擴展到本申請包括任何所附權利要求，摘要和附圖公開的技術特征的任何新穎的一個或任何新穎的組合，或任何方法或處理公開的步驟的任何新穎的一個或任何新穎的組合。
[0130]最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種處理養殖場廢棄物的設備，其包括: 用于處理畜禽糞便的畜禽糞便處理單元(6)底部呈向中心位置傾斜的漏斗形，包含在廢水處理單元(7)內的廢水分離單元(9)包括能夠分離廢水中的浮油、泡沫等浮游物以及固體雜質的過濾組件(11); 混合單元(12)，其包括用于將畜禽糞便和廢水按預定比例混合成混合原料的混合部件(15)，其中所述混合原料的固體濃度的范圍為6 — 11% ； 厭氧發酵反應器(17)，其至少包括殼體(18)、攪拌部分(22)、容納部分(24)、檢測單元(25)和控制單元(26)，其中 設在殼體(18)上的攪拌部分(22)包括至少一個含有攪拌軸(22b)和攪拌葉片(22c)的攪拌器(22a)，攪拌葉片(22c)在攪拌軸(22b)的圓周上均勻分布地固定設置，其中相鄰的攪拌葉片(22c)的攪拌面積至少一部分重疊，所述控制單元(26)控制至少一個攪拌器交替運行； 和微生物復合菌劑投放口(20a)連通的所述容納部分(24)包括圓柱形內壁(28)、環繞圓柱形內壁(28)的外壁(29)和連接所述圓柱形內壁和外壁底部的底板(30)，所述內壁(28)和外壁(29)之間的環形空間(33)填充褶皺軟性生物填料(34)使得所述環形空間形成生物膜，其中內壁和外壁上有通孔； 包括處理器、存儲器和通信接口的控制單元(26)連接畜禽糞便處理單元￠)、廢水處理單元(9)和混合單元(12)、進料部分(20)和出料部分(21)的液壓泵和閘以及連接攪拌電機、殼體(18)上的控溫裝置(19)和檢測單元(25)，其中 所述控制單元(26)根據生產周期按期望值控制液壓泵泵送畜禽糞和廢水，按預定比例混合畜禽糞便和廢水形成混合原料，通過控制進料部分(20)的泵采用序批式的間斷進入混合原料進料口(20b)和進料量，并且控制單元(26)控制發酵溫度控制在恒溫35°C和酸堿度在6.8-7.4之間時，控制單元(26)發送信號啟動攪拌電機驅動攪拌器攪動厭氧發酵反應器(17)內的混合原料進行消化反應，產生沼氣和排出料渣。
2.如權利要求1所述的設備，其中所述混合單元(12)包括第一入口(13)、第二入口(14)、用于將畜禽糞便和廢水按預定比例混合成混合原料的混合部件(15)和用于排出混合完全的混合原料的排出口(16)。
3.如權利要求1所述的設備，其中，所述內壁(28)上設有多個第一孔(31)，所述外壁(29)上設有多個第二孔(32)，所述底板(30)上設有第三孔(35)，所述第一孔(31)和第二孔(32)交替排列。
4.如權利要求3所述的設備，控制單元(26)控制所述控溫裝置(19)的電磁閥的開啟和閉合，當水溫低于設定溫度時，控制單元啟動控溫裝置(19)加熱，當溫度高于設定溫度時，控制單元啟動電磁閥，導入冷卻水使溫度降低至設定溫度，如此循環保持恒定的厭氧罐發酵溫度。
5.如權利要求4所述的設備，其中所述褶皺軟性生物填料(34)為仿照牛瘤胃生物學特性的褶皺軟性生物填料，所述容納部分(24)由聚丙烯或聚乙烯材質構成，所述內壁(28)和外壁(29)截面為梯形。
6.如權利要求4或5所述的設備，其中攪拌葉片(22c)的攪拌面積重疊一半且所述控制單元(26)控制相鄰攪拌葉片以相反轉動方向旋轉。
7.如權利要求4所述的設備，其中，殼體(18)外覆蓋一定厚度的保溫層，所述保溫層由高分子聚合物構成。
8.—種處理養殖場廢棄物的方法，其包括以下步驟: 提供權利要求1所述的處理養殖場廢棄物的設備； 通過處理單元(36)處理畜禽糞便和廢水； 通過混合單元(24)混合處理過的畜禽糞便和廢水得到混合原料； 發酵溫度控制在恒溫35°C和酸堿度在6.8-7.4之間時，混合原料循環進入厭氧發酵反應器內進行消化反應，產生沼氣和料渣，其中控制單元可根據控制反應條件和時機來調整產氣速度和產氣量。
9.如權利要求8所述的方法，其中通過控制進料部分的泵控制所述進料部分的混合原料進料口的進料時機和進料量。
10.如權利要求8所述的方法，其中，在每次進料前，控制單元先將厭氧發酵反應器中的料渣通過出料部分排出一定量后再泵入一定量的混合原料進入混合原料進料口。
【文檔編號】C12M1/34GK104498355SQ201410728443
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月3日 優先權日:2014年12月3日
【發明者】馬文林, 張君枝, 肖冰, 王齊 申請人:北京建筑大學