固废课程设计1

1、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。猪粪的好氧堆肥正是

2、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，而且氨的大量挥

3、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大断裂的张性

4、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：24×5=120m3 储存仓由车辆卸料地台、封闭门、滑槽、固体废物贮存坑

12、等组成。固体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

13、.1t，一年总产粪量为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： 311×30.1=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+0.05×0.27271+0.2727×100%=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：0.6×11+0.6×33+11=0.6P：

14、0.4×11+0.3×33+11=0.38K：0.44×11+0.55×33+11=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

15、生产总有机肥共38310kg，总体积为38.31m³，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=a×l×h 191.55=l×3×1.5 l=42.57 (m)用长为10米的条垛，需要5条，总长50米。车间宽度：3×5+2×4+2×4=31m车间长度：10+2×2=14（m）车间面积：31×14=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

16、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继续堆腐，使一次发酵中尚未完全分解的易分解的、较难分解的有机物质继续分解，并将其逐渐转化为比较稳定和腐熟的堆肥。一般二次发酵的要求不如一次发酵条件严格，堆积高度可以在12m，只要有防雨、通风措施即可。在堆积过程中每12周要进行一次翻堆。二次发酵的时间长短视畜禽粪便各类和添加水分调节材料性质而定，一般堆肥内部温度降至40度以下时就表现二次发酵结束，即可以进行堆肥风干和后续加工了，通常，纯畜禽粪便堆肥二次发酵需要1个月左右的时间，添加等秸秆类材料时二次发酵在23个

17、月左右，而添加木质材料如锯末、树皮等情况下二次发酵需要在那6个月以上的时间。二次发酵采用条垛式发酵方式进行处理，将从卧式发酵装置内排出的初成品运入二次发酵间堆放，然后间歇的用翻堆设备进行翻堆通风，保证二次发酵过程中的氧含量，二次发酵的堆肥周期设计为25天，以便保证物料中能进行堆肥处理的部分能被充分降解。一次发酵后堆肥半成品的体积为91.63m3，二次发酵发酵周期为25d。现设计堆体的尺寸为5000mm1500mm3000mm，采用垮式翻堆机对物料进行翻堆，保证二次发酵过程中氧气的充足和均匀，并防止堆体内部温度过高，使堆肥化更彻底，堆肥更均匀。 每个堆体之间相隔2m,方便翻堆车辆的通过，堆体四周

18、离墙体距离均为2m，防止翻堆时机械与墙体碰撞损坏墙面。a.物料运输初次堆肥化后的物料从卧式发酵装置排出后由皮带运输机运出卸倒到自卸式货车后运往二次发酵区进行二次发酵。设置7条皮带运输机将7个发酵装置内排出袋物料运出后并联到第8条皮带运输机将物料运至料斗装车。b.设备选型经过一次发酵后，设计前4条运输皮带袋宽度为3000mm，皮带两边加高度为500mm的挡板，在发酵装置口相连接处两边用斜挡板从发酵装置口最宽处连接到皮带两边的挡板上，防止物料掉落。二次发酵采用条垛式发酵的方式进行，无强制通风系统，需合适的对堆料进行翻堆处理以维持堆料堆肥处理的适合条件。本设计选用垮式翻堆机对物料进行翻堆设计，在发酵

19、前5d每天翻堆2次，在发酵中间15天每天翻堆3次，在发酵的最后5天每天翻堆5次，加快堆料中的水分的蒸发。物料从破碎机出来后由皮带运输机运往发酵间进行发酵。物料从预处理车间进入一次发酵车间的皮带运输机宽度设计为3000mm，两边加高为1500mm的挡板防止物料漏出，进入一次发酵车间后从每个发酵装置接出的皮带宽度与主皮带相同也加1500mm高度挡板，从每个发酵装置出口端的皮带也与进口端的皮带型号相同，在将出口物料汇总运出一次发酵车间的皮带在一次发酵车间的尾部离发酵车间墙体3000mm，其宽度设计为3000mm，两边挡板高为1500mm。垮式翻堆机分两列摆在发酵车间内，一共 3个。在每辆条垛式翻堆机

20、的一端配置一条直的主干皮带运输机将破碎后的物料运出，并在每个发酵装置处接一条支传送带连接将物料送入每个发酵装置内进行一次发酵处理，分支处在主皮带上设置一个挡板，挡板与主皮带形成30度角。另外，在发酵装置尾部还需设置一条主皮带以将从每个发酵装置内排出的物料运出发酵车间，同样也需在每个支口处设置一个挡板，挡板与主皮带形成30度角。表4-31垮式翻堆机型号型号功率(kw)堆积物允许最大高度允许堆积物最小间距堆积物语序最大宽度外型尺寸FD500462200mm600mm5100mm3350×5800×3900mm车间宽度：3×5+2×4+2×2=27m

21、车间长度：10×4+2×5=50（m）车间面积：27×50=1350（m2）4.5后处理 经过两次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细碎和变形，数量减少了。需要经过一道分选工序，去除杂物，并根据需要进行再破碎。两次发酵均结束后，用铲车与给料机结合组成给料系统将堆料送进送上细破碎机进行破碎至35mm，然后再由皮带运输机送至振动筛进行筛分，将未被分解的大块杂物除去，筛上物运往破碎机再次破碎，然后将剩余堆肥运至细破碎机进行破碎处理后运往打包机对堆肥产品打包后运入产品储存间储存。根据不同的需求，若需要有机肥，则直接在料仓内计量打包；若需要有机无机复合肥，则需将尿素蒸汽融

22、熔，硫酸钾（或氯化钾）、乙铵按所需比例混合，传送至滚筒，喷浆造粒，通过干燥、冷却、筛分，送入料仓混合，包膜后包装入库。最后将制备好的生物有机粒和无机粒按所需比例混合包装搅拌均匀后输送提升到塔式发酵仓内，在塔内翻动、通氧，快速发酵除臭、脱水，通风干燥部分形成商品有机肥，即制备成有机无机复合肥。所需后处理车间尺寸为：后处理车间高度为：8m后处理车间宽度为：30m后处理车间长度为：30m后处理车间容积为：30×30×8=7200m34.6产品包装及运输有机肥料用覆膜编织袋或塑料编织袋衬聚乙烯内袋包装。每袋净含量（50±0.5）kg。有机肥料包装袋上应注明：产品名称、商标

23、、有机质含量、总养分含量、净含量、标准号、登记证号、企业名称、厂址。其余按GB18382执行。有机肥料应贮存于阴凉干燥处，在运输过程中应防潮、防晒、防破裂。以每袋50kg为标准，由铲车进料，打包后的成品由人工用电动运输车送到贮存间贮存。型号CYPL-10/15T品牌合肥博正包装速度6（袋/分钟）重量（kg）50包装类型袋自动化程度全自动功率12.1（KW）电压380（V）已知肥料产生量为，可计算每天打包袋产品袋数。每日需要打包数量为：打包机每小时打包数量为：打包机工作时间为： 设计工人每天工作8小时，5袋装一车，工人来回一趟要40分钟进行计算。工人每日搬运量 需要工人数量：，取6人，总量分五天

24、打包。4.7产品储存仓设计堆肥产品需要贮存3个月。计算出需贮存产品的总量。产品总量：产品总袋数：，包装袋尺寸为。长度方向堆16袋，宽度方向25袋，高度放心15袋。所需储存仓高度：8m所需储存仓宽度：30m所需储存仓长度：50m所需储存仓尺寸为：30×50×8=12000m3贮存间墙体采用砖混结构建造，地面用3厘米厚的混泥土结构，贮存产品时在地面铺一层聚乙烯膜用来防潮。4.8工艺参数4.8.1一次发酵主要参数a.含水率：4560b.C/N：25/135/1c.温度：5565d.周期：310d4.8.2二次发酵工艺参数a.含水率：<40b.温度：<40c.周期：30

25、40d4.8.3堆肥质量标准a.一次发酵终止目标1 无恶臭2 容积减量：25303 水分去除率：104 C/N：15/120/1b.二次发酵终止目标1 堆肥充分腐熟2 含水率：<353 C/N：<20/14 堆肥粒度<10五、环境保护措施5.1环境噪声保护措施厂区噪声主要是由于厂内机器设备运转时产生的。堆肥厂内会产生噪声的主要设备有锤式粉碎机、皮带输送机、滚筒筛分机以及风机，这些机械设备均属高噪声设备，其噪声值一般可达7090dB（A）。所以，一般选址时，将该厂选址在远离居住区的地方，应处在偏远郊区，周围无居住人群。5.2环境空气保护措施有机肥在堆肥和发酵过程中微生物分解有机物时会产生大量废气，主要有SO2、硫化氢等硫物质，这些物质会散发难闻的气味，给人带来明显的刺激，让人难以忍受，长期接触对人体有健康的危害，需要进行前期的空气处理。该厂采用条垛式堆肥系统，多次翻抛使堆肥氧气充足，进行有氧发酵，该工艺在工棚中进行，节