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1、固废课程设计XXXX有限公司万头猪场猪粪好氧堆肥化处理及有机肥生产方案设计西北农林科技大学资源环境学院环境工程专业2013级姓名：王纤阳学号：2013011601二一六年六月十日XXXX有限公司万头猪场猪粪好氧堆肥化处理及有机肥生产方案设计一、 工程概况1.1、项目概况近些年，我国的养殖业不断发展，达到了一个新的高度，高产量的养殖场林立，为人们的生活提供了大量的便利和利润。可是在获取利润的同时，养殖场中猪等动物产生的粪便如果处理不当，又会对环境造成不小的污染。如果这样的话就是得不偿失的了，因此对猪粪进行处理减小污染，甚至是加工成可以产生更客观利益的产品是一个养殖产生产链中不可或缺的环节。猪粪的
2、好氧堆肥正是这一问题的理想解决方式之一。此设计以一陕西省咸阳市杨凌镇的养猪场为例，详细阐释猪粪好氧堆肥的设计方案。该厂每年养殖上万头猪，平均每头猪每年产粪1.1吨，则养殖场平均年产生猪粪量为1.1万吨，这些粪便若未经妥善回收利用即直接排放，将对环境造成严重污染。成为生活中又一严重污染源。新鲜猪粪尿中含氮元素 0.5%，含磷元素0.25%，含钾元素0.5%，另外，还有一种胡敏酸的成分， 它具有胶性，能改良土壤的团粒结构，增强土壤的蓄水和通气，有利于庄稼的生长。如折合成化肥，则相当于硫酸铵50kg，过磷酸钙27.5kg硫酸钾20kg，施到地里约可增产粮食50kg。但是，畜禽粪便含水量高、有恶臭，而
3、且氨的大量挥发造成肥效降低，病原微生物还会对环境构成威胁。土壤的自净能力有限，施用过多粪便容易造成污染，鲜粪在土壤里发酵产热及其分解物对农作物生长发育都有不利影响，所以施用量受到很大的限制养猪场猪粪中含有超标的酸、碱、醛、和氧化物等残留的消毒药液以及粪污中含有大量的氮、磷、微生物、药物和使用饲料添加剂残留的微量元素及其他有害物质。其中每克猪粪尿污水中含有70-80万个大肠杆菌、60-70万个肠球菌以及数量不等的寄生虫卵、活性较强的沙氏门杆菌，大量有机物的排放使BOD和COD值升高。1.2 地理环境杨陵区位于鄂尔多斯地台南端的渭河地堑，属渭河谷地新生代断陷沉降带。境内较大的断裂构造主要有宝鸡咸阳
4、大断裂的张性断层（走向近东西，倾向南偏西）。按其性质归属于祁、吕、贺山字型构造体系的前弧断裂之一，构造形迹为隐伏断层。陇西系的歧山哑柏断裂，从杨陵区西部穿过。区内地势南低北高，依次形成三道塬坡，海拔435-563米。境内塬、坡、滩地交错，土壤肥沃，适宜多种农作物生长。区内三面环水，宝鸡峡二支渠、渭惠渠、渭高干渠等人工渠系越境而过，水资源丰富、水利条件优越。年降水量635.1663.9毫米，年均气温12.9，属暖温带季风半湿润气候区。二、设计依据与原则2.1设计依据GB 81701987数值修约规则GB 188772002 有机-无机复混肥料GB/T 1250-1989 极限数值的表述方法和判定
5、方法GB/T 19524.12004 肥料中粪大肠菌群的测定GB/T 19524.22004 肥料中蛔虫卵死亡率的测定NY 5252012 有机肥料NY/T 7982004 复合微生物肥料2.2设计原则(1)严格执行国家环境保护的政策、法规、标准、规范，严格执行国家关于堆肥厂工程设计的有关标准及规范。(2) 合理布局处理厂、节约用地、提高土地利用率、扩大绿化面积，本着便于施工、维护管理，合理布置、节约占地的原则。(3)采用成熟、先进的工艺方法，设计合理、工期快、投资省、维护成本低，取得良好的社会效益、环境效益和一定的经济效益。(4)设计中执行环保、劳动安全、职业卫生“三同时”的原则，妥善处理堆
6、肥过程中产生的环境问题，避免二次污染，改善劳动卫生水平，保障安全生产。（5）总平面图布置合理、功能分区明确、物流流畅，便于运输和生产管理，注意后续处理，尽量减少对周围环境的影响。（6）腐熟堆肥满足中华人民共和国农业行业标准（NY 5252012）和粪便无害化卫生标准中的规定。2.3技术标准三、处理方法选择3.1 好氧发酵分析一工艺原理好氧发酵是好氧微生物如细菌、放线菌和真菌等通过自身的生命活动，通过氧化、还原与合成，把一部分有机质氧化成无机质，提供微生物生长所需的能量；一部分有机质转化成微生物合成新细胞所需的营养物质。好氧发酵过程见图1。图1 好氧发酵过程二工艺特点好氧发酵的主要特点在于省地，
7、省投资，省动力消耗，不产生废水和烟气，无异味，无需高压和锅炉，杜绝了安全隐患，设备结构简单，操作方便，产品质量稳定，处理效果好。产出物：生物肥（发酵肥）约0.9元/kg生物蛋白：约59元/kg三工艺过程控制1. 水分：发酵过程中水分的主要作用：（1）溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；（2）水分蒸发带走热量，起到调节温度的作用。一般认为含水率5060%为最佳条件。当含水率低于40%时，微生物在水中提取营养物质的能力降低，有机物分解缓慢；当水分低于15%时，微生物活动几乎停止；当含水率高于65%时，水就会充满物料颗粒间的间隙，堵塞空气通道，发酵由好氧状态向厌氧转化，结果形成发臭的H2S等中间产物，
8、影响有机物的降解效果。2. 温度：温度可影响微生物生长、反应速率和水分脱除。高温分解较中温分解速度要快，且高温可将虫卵、病原菌、寄生虫等迅速彻底杀灭。一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌，高温菌的理想温度为5060 oC。3. pH值：由于在中性或弱碱性条件下，细菌和放线菌生长最适宜，所以发酵过程中的pH应控制在6-8.一般情况下好氧发酵中微生物在分解有机物过程中其pH能自动调节。在好氧发酵初期，由于酸性细菌的作用，物料产生有机酸，pH值可下降到5.0左右，此时有利于微生物生存繁殖。随着pH逐渐上升，最高可达到8.0左右。4.氧气：在好氧发酵过程中氧的供应是限制发酵速率的主要因素。如果氧
9、气供应不充分或传递不均匀，一则会造成局部厌氧发酵，这是发酵过程中产生臭味的主要原因，二则会延长发酵时间。相反，如果供氧量过多（如鼓风量过大或搅拌太多）就会使发酵的温度偏低，而使有机物转化为类腐殖质的过程不够充分。一般而言，氧气浓度不低于10%。5. 泡沫：发酵过程中发酵液内部会产生泡沫（如CO2），影响通气搅拌的正常进行，使部分菌体粘附在罐盖或罐壁上而失去作用。可添加化学消泡剂：（1）天然油脂；（2）高碳醇、脂肪酸和酯类；（3）聚醚类；（4）硅酮类。3.2 堆肥系统根据堆肥技术的复杂程度，堆肥系统可分为条垛式堆肥系统、通风静态垛系统、反应器系统，现将各堆肥系统归纳如下。表3-2.1堆肥系统堆肥
10、系统适用范围优点缺点处理效果条垛式堆肥系统好氧堆肥设备简单，投资成本低，堆肥易于干燥，填充剂易于筛分和回用，产品稳定性较好占地面积大，堆腐周期长，需要大量翻堆机械和人力，臭味散发影响周围环境，受气候影响较大堆肥周期长，堆肥产品性质相对稳定强制通风静态垛系统好氧堆肥设备投资较低，温度和通风条件更好控制，堆腐时间较短，产品稳定性好占地面积较小操作运行受气候影响较大堆肥周期较短（2-3周），产品稳定性好反应器系统好氧堆肥堆肥周期短，占地面积小；方便控制和处理臭气可防止二次污染，堆肥过程不受气候影响投资和运行费用以及维护费用很高堆肥周期短，产品稳定性相对较差设计拟定使用条垛式堆肥系统为本堆肥厂的堆肥处
11、理系统。3.3 工艺流程现代化的堆肥生产一般采用好氧堆肥工艺，它通常由前处理、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后处理及贮藏等工序组成。猪粪前处理主发酵秸秆翻堆后熟发酵翻堆破碎筛分打包分装储存出售皮带运输图3.3.1 猪粪堆肥及有机肥加工工艺流程进料前处理主发酵后发酵后处理包装存储24t/d30.55t/d24.54t/d16t/d不可发酵产物8t/d3.4物料平衡3.4.1物料平衡图四、 工艺设计4.1储存仓猪粪经过计量后运至卸料仓卸料。每天卸倒猪粪：24t设计存料区的贮存能力为5天的猪粪量。存料区容积：245=120m3 储存仓由车辆卸料地台、封闭门、滑槽、固体废物贮存坑等组成。固体
12、废物贮存坑设置在地上，采用钢筋混泥土制造，要求耐压防水并能够承受起重机的冲击。为方便在必须情况下工作人员进入仓内进行清理和排除故障，还需设置一定的通风口与风机、管道、除臭装置组成除臭换气系统，且在卸料台处需配置除臭除尘的装置防止猪粪装载车倒料时产生的扬尘和恶臭气体。4.2前处理以家畜粪尿、污泥等为堆肥原料时，前处理的主要任务是调整水分和C/N，或者添加菌种和酶。查得有机堆肥的C/N的平均值为25/1，符合中华人民共和国农业行业标准（NY 5252012）中的相关规定，可直接进行堆肥处理。该工厂养猪量为一万头，根据陕西省养猪产粪量，平均每头猪每天产粪3.01kg，则一天总产粪量为30.1t，一年
13、总产粪量为10986.5t。猪粪中的C/N为10:1，含水率为80。秸秆中的C/N为80:1，含水率为5。需要秸秆量为：设猪粪量为x，秸秆量为y10x+80yx+y=251 求得 y=311x所以一天需要秸秆量为： 31130.1=8.21t根据猪粪和秸秆的比例添加，求得物料的含水率为： 0.8+0.050.27271+0.2727100%=63.93 已知猪粪中氮含量为0.6、磷含量为0.4、钾含量为0.44，秸秆中氮含量为0.6、磷含量为0.3、钾含量为0.55，总营养物质：N：0.611+0.633+11=0.6P：0.411+0.333+11=0.38K：0.4411+0.5533+1
14、1=0.46五天处理物料：191.55t所需前处理面积为：200m2 4.3主发酵（一次发酵）主发酵可在露天或发酵装置内进行，通过翻推式强制通风的堆积层或发酵装置内供给氧气。在露天堆肥或发酵装置内堆肥时，由于原料和土壤中存在的微生物的作用而开始发酵。首先是易分解物质分解，产生二氧化碳和水，同时产生热量，使堆温上升，这些微生物吸取有机物的碳氮营养成分。在细菌自身繁殖的同时，将细胞中吸收的物质分解而产生热量。根据计算，总有机肥中一天加入猪粪30100kg，加入秸秆8210kg一天生产总有机肥共38310kg，总体积为38.31m，对该厂进行5天为一周期清理，五天产有机肥量为191.55t。堆肥的高为1.5米，宽为3米 V=alh 191.55=l31.5 l=42.57 (m)用长为10米的条垛，需要5条，总长50米。车间宽度：35+24+24=31m车间长度：10+22=14（m）车间面积：3114=434（m2）冬春季每4天翻料1次，夏秋季每2天翻料1次，使物料发酵温度控制在4565之间为宜。发酵温度可用棒式数显温度计测控。猪粪在夏秋季节发酵，时间控制在20天左右，冬春季节为25天左右。经上述发酵过程，猪粪已基本腐熟，完成主发酵。4.4后发酵将经过一次发酵后的堆肥送到二次发酵场地
