一种畜禽粪污和生活垃圾综合处理系统
技术领域
本实用新型属于固体废弃物处理的环保技术领域，具体涉及一种畜禽粪污和生活垃圾综合处理系统。
背景技术
我国是畜禽养殖业大国。据国家统计局网站数据显示，2018年我国畜牧业总产值28697.4亿元，年底全国猪、牛、羊存栏量分别为42817.11万头、8915.28万头和29713.51万头。农业部数据表明我国年畜禽粪污总量超38亿吨，粪污中含有大量有机污染物、重金属、病原体等，会引起水体污染、土壤污染、农业面源污染、臭气污染、重金属污染及温室效应。如若畜禽粪污得不到有效治理，将对畜牧业的发展造成阻碍，对全人类的身体健康和全球生态环境造成巨大破坏。随着畜禽养殖规模不断扩大，畜禽粪污、污水等养殖废弃物迅速增加，畜禽养殖已成为我国农业污染的主要来源。另外，粪污中蕴藏着丰富的有机质，若不加以利用还将造成资源的巨大浪费。
此外，我国生活垃圾污染同样严重。城市生活垃圾累积堆存量超过70亿吨，侵占约35亿平方米土地，全国660多个城市中，已有2/3的大中城市被垃圾包围，有1/4的城市被迫将解决垃圾危机的途径延伸到乡村，导致垃圾二次污染，城乡结合区域的生态环境迅速恶化。有研究指出我国生活垃圾产量还将继续上升，至2025年将达2.5亿吨。
为解决畜牧业废弃物和生活垃圾等固废造成的环境污染问题，国家出台了《国家发展改革委国家能源局关于印发能源发展“十三五”规划的通知》，指出积极发展生物质液体燃料、气体燃料、固体成型燃料，推动沼气发电、生物质气化发电。2017年国务院发布的《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》指出，到2020年全国畜禽粪污综合利用率达到75％以上，规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到95％以上，大型规模养殖场粪污处理设施装备配套率提前一年达到100％。2017年，国家将江西、福建和贵州三省设为全国首批生态文明试验区，标志着我国生态文明试验区建设进入全面铺开和加速推进阶段。在此背景下，对区域内的畜禽粪污和生活垃圾等污染物进行治理是非常具有现实意义的。
厌氧发酵制备沼气是当前畜禽粪污最为主流的处理技术。但经调研发现，当前我国养殖业尚不规范，规模小、数量多，制约了发酵原料的稳定供应。同时生产过程中尚存在如下问题制约其产业化发展：
(1)副产品难以消纳，项目经济效益波动大。作为重要收入来源的沼肥市场尚在培育之中，市场需求不明，难以形成稳定的经济收入，而产生的大量沼液更是难以处理，无法利用的沼渣沼液还将对环境造成二次污染。
(2)畜禽粪污中重金属和抗生素普遍超标问题难以解决。厌氧发酵后的沼渣沼液中重金属和抗生素普遍超标，连续施用该类有机肥将导致土壤污染，重金属和抗生素最终通过食物进入人体危害身体健康。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种畜禽粪污和生活垃圾综合处理系统。可实现沼渣和沼液的稳定消纳问题，消除沼气工程项目经济效益的不确定性；同时彻底解决重金属和抗生素污染问题，消除二次污染隐患。利用本实用新型可真正实现综合处置项目内畜禽粪污和生活垃圾两种污染物的零排放。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种畜禽粪污和生活垃圾综合处理系统，包括：
粪污厌氧发酵装置，用于对预处理后的畜禽粪污进行厌氧发酵；
沼气净化系统，用于对粪污厌氧发酵装置产生的沼气进行净化；
贮气柜，用于贮存经沼气净化系统净化的沼气；
沼气热电联产发电机组，用于通过净化贮存的沼气发电并将余热供给粪污厌氧发酵装置和深度处理系统；
固液分离装置，用于对粪污厌氧发酵装置产生的废弃物进行固液分离，分离出沼液和沼渣；
生活垃圾池，用于接收生活垃圾以及固液分离装置分离出的沼渣；
深度处理系统，用于对生活垃圾池产生的渗滤液和固液分离装置分离出的沼液进行深度处理，并将深度处理产生的沼气输送至沼气净化系统、污泥输送至粪污厌氧发酵装置、回用水和浓缩液输送至垃圾焚烧发电系统；
垃圾焚烧发电系统，又包括：
垃圾焚烧炉，用于对生活垃圾池内堆沤的生活垃圾、沼渣以及堆沤产生的废气进行焚烧；
气体净化装置，用于对焚烧产生的烟气进行净化；
水泥固化装置，用于对焚烧产生的飞灰进行水泥固化；
汽轮发电机组，用于通过焚烧产生的热烟气发电并将余热供给粪污厌氧发酵装置和深度处理系统。
优选地，所述粪污厌氧发酵装置包括CSTR厌氧发酵罐。更优选地，所述CSTR厌氧发酵罐顶部设有中心搅拌机，罐壁设有增温盘管。
优选地，所述净化包括生物脱硫和脱水。
优选地，所述贮气柜为双膜干式贮气柜。
优选地，所述深度处理系统又包括：
UASB厌氧反应器，用于对渗滤液和沼液进行厌氧反应，产生沼气和污泥；
MBR外置式生化超滤系统，用于对UASB厌氧反应器出水进行超滤处理；
深度膜处理系统，用于对超滤出水进行反渗透/纳滤深度处理，产生回用水和浓缩液。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型可解决畜牧业和生活垃圾多污染物困扰的难题，经济、环保效益突出。将畜禽粪污和生活垃圾两种对环境危害极大的废弃物彻底转化为高品质能源(电、热)和对环境几乎无危害的副产物(固化后的灰渣、达标排放的烟气、回用水)，解决粪污中重金属和抗生素处置难题，真正实现综合处理项目内污染物的完全闭环和零排放。此外，该共同规划的发酵工程和焚烧发电工程还能实现沼气净化贮存和热电联产系统，以及深度处理系统的共用，同时实现废液达标回用，可降低综合处置项目投资和运行成本。
附图说明
图1是本实用新型一种畜禽粪污和生活垃圾综合处理系统的线条结构图。
图中：1—CSTR厌氧发酵罐，2—沼气净化系统，3—双膜干式贮气柜，4—沼气热电联产发电机组，5—固液分离装置，6—深度处理系统，61—UASB厌氧反应器，62—MBR外置式生化超滤系统，63—深度膜处理系统，7—生活垃圾池，8—垃圾焚烧发电系统，81—炉排炉，82—气体净化装置，83—水泥固化装置，84—汽轮发电机组，9—畜禽粪污，10—生活垃圾。
图2是本实用新型一种畜禽粪污和生活垃圾综合处理系统的技术架构图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型原创性地提出并构建了一种畜禽粪便和生活垃圾多污染物综合资源化利用工艺，如图1和2所示，该工艺由畜禽粪污处理工程和垃圾焚烧发电工程两部分组成。
(一)畜禽粪污处理工程：
畜禽粪污9经预处理调节至TS为10％左右，而后泵送至CSTR厌氧发酵罐1进行中温湿式厌氧发酵。物料在厌氧罐中的水力停留时间(HRT)为15～25天，控制发酵温度30～35℃之间，pH在6.5～8.0之间。CSTR厌氧发酵罐1顶部设有中心搅拌机，确保厌氧罐内物料充分混合；罐壁设有增温盘管，可利用发电机余热为罐内物料增温保温。
厌氧发酵产生的沼气经沼气净化系统2进行生物脱硫和脱水后暂存于双膜干式贮气柜3中，用于后续沼气热电联产发电机组4发电，电能并网出售，余热为整套厌氧系统(包括CSTR厌氧发酵罐1和UASB厌氧反应器61)保温提供热量。发酵废弃物通过固液分离装置5形成沼液，进入深度处理系统6，实现畜禽粪污和生活垃圾深度处理系统的共用；沼渣含水率约60％，输入生活垃圾池7内，与初始含水率约50％左右的生活垃圾10混合，经有氧堆沤5至7天后进入垃圾焚烧发电系统8，彻底解决沼渣消纳以及沼渣中残留的抗生素污染问题。
(二)垃圾焚烧发电工程：
垃圾车运输的生活垃圾10与沼渣一道送入生活垃圾池7内堆沤，5～7天后由垃圾抓斗送入垃圾焚烧发电系统8的炉排炉81内进行焚烧处理，此时，有氧堆沤产生的废气也会一并引入炉排炉81内进行焚烧。焚烧产生的高温烟气进入余热锅炉产生高温高压蒸汽，进入汽轮发电机组84，电能供整个项目利用和并网出售。同时余热为粪污厌氧发酵装置1和深度处理系统的UASB厌氧反应器61保持恒温提供备用热源，以防沼气发电系统故障无法维持发酵罐温度。
垃圾池产生的渗滤液进入深度处理系统6，采用常规垃圾渗滤液深度处理工艺“UASB厌氧反应器61+MBR外置式生化超滤系统62+深度膜处理系统63”对沼液和渗滤液进行联合处理。UASB厌氧反应器61产生的沼气进入畜禽粪污处理工程中的沼气净化系统2并进行贮存，实现系统共用。膜处理产水达到回用水标准后可输送至垃圾焚烧发电厂作为工业用水，膜浓液回喷至垃圾焚烧炉(炉排炉81)进行分解。UASB厌氧反应器61和MBR外置式生化超滤系统62好氧生化产生的污泥送回至CSTR厌氧发酵罐1，可同时增加厌氧发酵原料和污泥浓度，提升沼气产量。沼气发电余热又可为UASB厌氧反应器61提供热量维持罐内恒温。
锅炉烟气达标处理后排放。沼渣和生活垃圾中的重金属绝大部分进入飞灰之中，从气体净化装置82的反应吸收塔和布袋过滤器中排出。本实用新型还设置了一套水泥固化装置83，飞灰经水泥固化螯合后送垃圾填埋场卫生填埋，确保重金属无二次释放风险。焚烧产生的炉渣由推灰器推到皮带输送机，再送至灰渣填埋场。
此外，如无特殊说明，本实用新型中用到的仪器设备均可以从市售设备中选择及购买。
实施例1
以干清粪方式收集的猪粪污作为原料，TS为20％的猪粪400t/d运送至化粪池，与猪尿及冲洗水400t/d在化粪池内混合匀浆后自流至匀浆池，进一步匀浆水解，物料在池中均质并预增温后泵送至CSTR厌氧发酵罐。控制发酵温度30～35℃之间，pH在6.5～8.0之间，物料在厌氧罐中的水力停留时间(HRT)为20天。
发酵产生的沼气净化脱硫后进入沼气热电联产机组，余热为厌氧系统(包括粪污厌氧发酵装置和UASB厌氧反应器)保持恒温提供热源。含水率90％左右的发酵残渣进入压滤固液分离设备，分离成沼液和含水率60％左右的沼渣。
沼渣和生活垃圾堆沤后进入垃圾焚烧发电机组，产生电能、余热。烟气达标处理后排放，重金属进入飞灰之中通过水泥固化装置固化后外运填埋。沼液和垃圾池渗滤液共同在深度处理系统处理后实现达标回用，产生的沼气进入粪污发酵沼气净化贮存和沼气热电联产机组。
实施例2
鸡粪运送至粪污处理厂后，与稀释水调配TS至10％，之后经沟渠自流进入水解除砂池；鸡粪在水解除砂池中停留2天，均质物料并增温水解，在搅拌作用下粪砂分离，物料由螺杆泵泵送至厌氧罐。进料泵前端设置有切碎机，用于切碎鸡毛等杂质保护进料泵及后端设备的正常运行。原料送入中温高浓度CSTR厌氧发酵罐中进行厌氧发酵产沼气，水力停留时间25d，容积产气率1.67m3/(m3·d)。罐内设有搅拌、增温及保温装置。厌氧发酵后的发酵液全部进入固液分离机进行固液分离处理。
发酵产生的沼气净化脱硫后进入沼气热电联产发电机组，余热为厌氧系统保持恒温提供热源。含水率90％左右的发酵残渣进入压滤固液分离设备，分离成沼液和含水率60％左右的沼渣。
沼渣和生活垃圾堆沤后进入垃圾焚烧发电机组，产生电能、余热。烟气达标处理后排放，重金属进入飞灰之中通过水泥固化装置固化后外运填埋。沼液和垃圾池渗滤液共同在深度处理系统处理后实现达标回用，产生的沼气进入粪污发酵沼气净化贮存和沼气热电联产机组。
