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秸秆粪便沼气制肥联产工艺及设备试验研究

作　者: 张相锋
导　师: 张全国
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 秸秆粪便沼气生物有机复混肥联产工艺及设备
分类号: S141
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

农业废弃物、畜禽粪便和人们消费产生的生活垃圾是有机固体废弃物产生的主要来源。随着人类社会规模的不断壮大、经济水平和生活质量的提高,在世界范围内,人均有机固体废弃物产生量呈不断增加趋势。大量固体有机废物的存在,不仅占用大量有限的土地资源,而且由于缺乏处理或处理程度较低,还会造成水污染、大气污染等一系列严重的环境问题。有机固体废弃物是放错位置的“资源”,无论从从植物矿质营养角度,还是从能源环保角度来看,都有着非常巨大的潜在利用价值。我国是一个农业大国,拥有丰富的有机固体废弃物资源,存在资源量大、利用率低等特点,因此在有机废物处理方面面临着比其他国家更加严峻的形势。如何科学、经济、有效地处理有机固体废物已成为制约我国发展“生态农业”和“低碳经济”,实现可持续发展的重要所在。本论文是在国家农业科技跨越计划项目“以秸秆能源化为核心的循环农业技术集成与示范”（项目编号:2130106-38）资助下完成的。论文在充分研究当前我国有机固体废弃物利用中存在的秸秆类农业有机废物利用难、利用量小、沼气工程综合经济效益低等问题和现有沼气工程及制肥工程技术的基础上,将沼气厌氧发酵技术和有机肥好氧堆沤技术进行结合,并对其工厂化工艺、设备进行了研究,从而达到实现农作物秸秆的大规模、高附加值资源化利用和提高秸秆粪便沼气项目盈利能力的目的。论文研究主要包括以下内容:（1）秸秆粪便沼气制肥联产工艺研究。主体采用一次好氧堆沤和二次厌氧发酵联合工艺,通过小型实验装置,完成对秸秆快速发酵制肥制气的最佳工艺参数（如最佳肥气比、最佳氮磷钾保有率等）测定,对秸秆快速发酵后的产物进行有机质、营养元素（主要是N、P、K）含量等进行测定。试验证明,秸秆在与猪粪进行沼气制肥时其最佳配比为7:3,最佳生产周期为30d;（2）秸秆粪便沼气制肥联产设备研究。在充分考虑生产规模、操作实用性、造价等因素的情况下,参照相关工程设计和国家标准的基础上,完成快速发酵罐体、吊装设备、水压池,出料区、混合搅拌进料区等的设计和匹配,并通过小型模拟装置进行试验验证和参数优化;试验证明,秸秆粪便沼气制肥发酵罐应采取一体式圆柱形结构、底部开口、弧形顶盖等形式,其最佳顶部预留空间为1/10-1/12,其合适直径尺寸为1.5m,高为2.4m;厂房采用聚碳酸酯阳光板,可显著提高发酵温度,河南新郑地区10月份平均环境温度比未使用系统高出18.6℃。（3）对秸秆粪便沼气制肥联产工厂进行预期效益分析。该分析从生态、环境、经济、社会效益四个角度出发。分析表明秸秆粪便沼气制肥工厂可年处理183708t秸秆、78732t猪粪,能够有效处理周边地区所产生的农业有机固体废物,实现了大规模利用秸秆和保护环境的设计目的。秸秆粪便沼气制肥工厂年产沼气340200 m³,年产有机肥初级产品178695.4t,可分别供1553.4户和595651.3亩土地使用。秸秆粪便沼气制肥工厂年沼气收益为340200元,年有机肥收益为17869.54万元。此外全年还可减排680400kg CO₂。

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致谢 4-8摘要 8-101 文献综述 10-21 1.1 研究背景 10-11 1.2 有机固体废弃物处理技术发展现状 11-18 1.2.1 有机废物固体堆肥化技术发展现状 11-15 1.2.2 秸秆燃料化技术发展现状 15-18 1.3 课题研究的意义 18-21 1.3.1 课题的提出 18-19 1.3.2 课题研究的内容 19 1.3.3 课题研究的意义 19-212 秸秆粪便沼气制肥联产工艺及设备试验研究 21-34 2.1 试验内容 21 2.2 秸秆粪便沼气制肥联产工艺试验研究 21-32 2.2.1 试验内容 21 2.2.2 试验材料 21-22 2.2.3 试验装置 22-23 2.2.4 测试方法 23-27 2.2.4.1 有机质含量测定 23-24 2.2.4.2 全氮含量测定 24 2.2.4.3 全磷含量测定 24-25 2.2.4.4 全钾含量测定 25-26 2.2.4.5 游离水含量测定 26-27 2.2.5 试验分析 27-32 2.3 秸秆粪便沼气制肥联产设备试验研究 32-34 2.3.1 堆肥环境温度的选择及太阳能薄膜温室试验验证 32 2.3.2 不同顶空压力对比试验 32-33 2.3.3 小结 33-343 秸秆粪便沼气制肥联产工艺设计 34-41 3.1 工艺设计来源 34 3.2 工艺设计说明 34-38 3.3 工艺设计参数 38-40 3.3.1 前处理 38-39 3.3.2 主发酵 39 3.3.3 后处理 39 3.3.4 好氧预处理和厌氧发酵残液处理 39 3.3.5 堆肥臭气处理 39-40 3.4 工艺设计特点 40-414 秸秆粪便沼气制肥联产设备设计 41-50 4.1 发酵罐设计 41-45 4.1.1 发酵罐结构设计 41-45 4.1.2 发酵罐的特点及说明 45 4.2 二次厌氧发酵区设计 45-46 4.2.1 二次厌氧发酵池结构设计 45-46 4.2.2 其他辅助单元设计 46 4.3 一次好氧预处理池设计 46-48 4.3.1 结构设计 46-47 4.3.2 太阳能薄膜板铺设角度设计 47 4.3.3 通风量及进、排气孔设计 47-48 4.4 行车选择及相关设计 48 4.4.1 行车型式及参数选择 48 4.4.2 行车架设计及分布 48 4.5 旋转座及行道设计 48-49 4.5.1 旋转座结构设计 48-49 4.5.2 旋转池设计 49 4.6 太阳能覆膜厂房设计 49-505 秸秆粪便沼气制肥工厂预期效益分析 50-51 5.1 预期生态和环境效益 50 5.2 预期经济效益和社会效益 50-516 全文总结及评价 51-53 6.1 结论 51-52 6.2 评价与建议 52-53参考文献 53-57ABSTRACT 57-58

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