新版固废专业课程设计.doc

XXXX有限公司
万头猪场猪粪好氧堆肥化解决及有机肥生产

方案设计

西北农林科技大学资源环境学院
环境工程专业级
姓名：王纤阳
学号：011601

二〇一六年六月十日
XXXX有限公司
万头猪场猪粪好氧堆肥化解决及有机肥生产
方案设计
一、 工程概况
1.1、项目概况
近些年，国内养殖业不断发展，达到了一种新高度，高产量养殖场林立，为人们生活提供了大量便利和利润。可是在获取利润同步，养殖场中猪等动物产生粪便如果解决不当，又会对环境导致不小污染。如果这样话就是得不偿失了，因而对猪粪进行解决减小污染，甚至是加工成可以产生更客观利益产品是一种养殖产生产链中不可或缺环节。猪粪好氧堆肥正是这一问题抱负解决方式之一。此设计以一陕西省咸阳市杨凌镇养猪场为例，详细阐释猪粪好氧堆肥设计方案。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运用即直接排放，将对环境导致严重污染。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%，此外，尚有一种胡敏酸成分， 它具备胶性，能改良土壤团粒构造，增强土壤蓄水和通气，有助于庄稼生长。如折合成化肥，则相称于硫酸铵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，并且氨大量挥发导致肥效减少，病原微生物还会对环境构成威胁。土壤自净能力有限，施用过多粪便容易导致污染，鲜粪在土壤里发酵产热及其分解物对农作物生长发育均有不利影响，因此施用量受到很大限制养猪场猪粪中具有超标酸、碱、醛、和氧化物等残留消毒药液以及粪污中具有大量氮、磷、微生物、药物和使用饲料添加剂残留微量元素及其她有害物质。其中每克猪粪尿污水中具有70-80万个大肠杆菌、60-70万个肠球菌以及数量不等寄生虫卵、活性较强沙氏门杆菌，大量有机物排放使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渭河地堑，属渭河谷地新生代断陷沉降带。境内较大断裂构造重要有宝鸡——咸阳大断裂张性断层（走向近东西，倾向南偏西）。按其性质归属于祁、吕、贺山字型构造体系前弧断裂之一，构造形迹为隐伏断层。陇西系歧山——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，适当各种农作物生长。
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635.1—663.9毫米，年均气温12.9℃，属暖温带季风半湿润气候区。
二、设计根据与原则
2.1设计根据
GB 8170—1987 数值修约规则
GB 18877— 有机-无机复混肥料
GB/T 1250-1989 极限数值表述办法和鉴定办法
GB/T 19524.1— 肥料中粪大肠菌群测定
GB/T 19524.2— 肥料中蛔虫卵死亡率测定
NY 525— 有机肥料
NY/T 798— 复合微生物肥料

2.2设计原则
(1)严格执行国家环保政策、法规、原则、规范，严格执行国家关于堆肥厂工程设计关于原则及规范。
(2) 合理布局解决厂、节约用地、提高土地运用率、扩大绿化面积，本着便于施工、维护管理，合理布置、节约占地原则。
(3)采用成熟、先进工艺办法，设计合理、工期快、投资省、维护成本低，获得良好社会效益、环境效益和一定经济效益。
(4)设计中执行环保、劳动安全、职业卫生“三同步”原则，妥善解决堆肥过程中产生环境问题，避免二次污染，改进劳动卫生水平，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，便于运送和生产管理，注意后续解决，尽量减少对周边环境影响。
（6）腐熟堆肥满足中华人民共和国农业行业原则（NY 525—）和《粪便无害化卫生原则》中规定。

2.3技术原则

三、解决办法选取
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生命活动，通过氧化、还原与合成，把一某些有机质氧化成无机质，提供微生物生长所需能量；一某些有机质转化成微生物合成新细胞所需营养物质。好氧发酵过程见图1。

图1 好氧发酵过程

二．工艺特点
好氧发酵重要特点在于省地，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，设备构造简朴，操作以便，产品质量稳定，解决效果好。

产出物：生物肥（发酵肥）约0.9元/kg
生物蛋白：约5~9元/kg

三．工艺过程控制
1. 水分：发酵过程中水分重要作用：（1）溶解有机物，参加微生物新陈代谢；（2）水分蒸发带走热量，起到调节温度作用。
普通以为含水率50~60%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能力减少，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，水就会布满物料颗粒间间隙，堵塞空气通道，发酵由好氧状态向厌氧转化，成果形成发臭H2S等中间产物，影响有机物降解效果。
2. 温度：温度可影响微生物生长、反映速率和水分脱除。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。普通以为高温菌对有机物降解效率高于中温菌，高温菌抱负温度为50~60 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当，因此发酵过程中pH应控制在6-8.普通状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，由于酸性细菌作用，物料产生有机酸，pH值可下降到5.0左右，此时有助于微生物生存繁殖。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供应是限制发酵速率重要因素。如果氧气供应不充分或传递不均匀，一则会导致局部厌氧发酵，这是发酵过程中产生臭味重要因素，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）就会使发酵温度偏低，而使有机物转化为类腐殖质过程不够充分。普通而言，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），影响通气搅拌正常进行，使某些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
依照堆肥技术复杂限度，堆肥系统可分为条垛式堆肥系统、通风静态垛系统、反映器系统，现将各堆肥系统归纳如下。

表3-2.1堆肥系统
堆肥系统
合用范畴
长处
缺陷
解决效果
条垛式堆肥系统
好氧堆肥
设备简朴，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，臭味散发影响周边环境，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
操作运营受气候影响较大
堆肥周期较短（2-3周），产品稳定性好
反映器系统
好氧堆肥
堆肥周期短，占地面积小；以便控制和解决臭气可防止二次污染，堆肥过程不受气候影响
投资和运营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堆肥解决系统。
3.3 工艺流程
当代化堆肥生产普通采用好氧堆肥工艺，它普通由前解决、主发酵（一次发酵）、后发酵（二次发酵）、后解决及贮藏等工序构成。
猪粪
前解决
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
皮带运送

图3.3.1 猪粪堆肥及有机肥加工工艺流程
进料
前解决
主发酵
后发酵
后解决
包装存储
24t/d
30.55t/d
24.54t/d
16t/d
不可发酵产物
8t/d
3.4物料平衡

3.4.1物料平衡图
四、 工艺设计
4.1储存仓
猪粪通过计量后运至卸料仓卸料。
每天卸倒猪粪：24t
设计存料区贮存能力为5天猪粪量。
存料区容积：24×5=120m3
储存仓由车辆卸料地台、封闭门、滑槽、固体废物贮存坑等构成。固体废物贮存坑设立在地上，采用钢筋混泥土制造，规定耐压防水并可以承受起重机冲击。为以便在必要状况下工作人员进入仓内进行清理和排除故障，还需设立一定通风口与风机、管道、除臭装置构成除臭换气系统，且在卸料台处需配备除臭除尘装置防止猪粪装载车倒料时产生扬尘和恶臭气体。
4.2前解决
以家畜粪尿、污泥等为堆肥原料时，前解决重要任务是调节水分和C/N，或者添加菌种和酶。查得有机堆肥C/N平均值为25/1，符合中华人民共和国农业行业原则（NY 525—）中有关规定，可直接进行堆肥解决。
该工厂养猪量为一万头，依照陕西省养猪产粪量，平均每头猪每天产粪3.01kg，则一天总产粪量为30.1t，一年总产粪量为10986.5t。猪粪中C/N为10:1，含水率为80％。秸秆中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y

求得
因此一天需要秸秆量为：

依照猪粪和秸秆比例添加，求得物料含水率为：

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：
P：
K：
五天解决物料：191.55t
所需前解决面积为：200

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堆积层或发酵装置内供应氧气。在露天堆肥或发酵装置内堆肥时，由于原料和土壤中存在微生物作用而开始发酵。一方面是易分解物质分解，产生二氧化碳和水，同步产生热量，使堆温上升，这些微生物吸取有机物碳氮营养成分。在细菌自身繁殖同步，将细胞中吸取物质分解而产生热量。
依照计算，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38.31m³，对该厂进行5天为一周期清理，五天产有机肥量为191.55t。
堆肥高为1.5米，宽为3米

(m)
用长为10米条垛，需要5条，总长50米。
车间宽度：
车间长度：
车间面积：
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45～65℃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，完毕主发酵。
4.4后发酵
将通过一次发酵后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易分解、较难分解有机物质继续分解，并将其逐渐转化为比较稳定和腐熟堆肥。普通二次发酵规定不如一次发酵条件严格，堆积高度可以在1～2m，只要有防雨、通风办法即可。在堆积过程中每1～2周要进行一次翻堆。二次发酵时间长短视畜禽粪便各类和添加水分调节材料性质而定，普通堆肥内部温度降至40度如下时就体现二次发酵结束，即可以进行堆肥风干和后续加工了，普通，纯畜禽粪便堆肥二次发酵需要1个月左右时间，添加等秸秆类材料时二次发酵在2～3个月左右，而添加木质材料如锯末、树皮等状况下二次发酵需要在那6个月以上时间。
二次发酵采用条垛式发酵方式进行解决，将从卧式发酵装置内排出初成品运入二次发酵间堆放，然后间歇用翻堆设备进行翻堆通风，保证二次发酵过程中氧含量，二次发酵堆肥周期设计为25天，以便保证物料中能进行堆肥解决某些能被充分降解。
一次发酵后堆肥半成品体积为91.63m3，二次发酵发酵周期为25d。现设计堆体尺寸为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充分和均匀，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,以便翻堆车辆通过，堆体四周离墙体距离均为2m，防止翻堆时机械与墙体碰撞损坏墙面。
a.物料运送
初次堆肥化后物料从卧式发酵装置排出后由皮带运送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。
设立7条皮带运送机将7个发酵装置内排出袋物料运出后并联到第8条皮带运送机将物料运至料斗装车。
b.设备选型
通过一次发酵后，设计前4条运送皮带袋宽度为3000mm，皮带两边加高度为500mm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挡板上，防止物料掉落。
二次发酵采用条垛式发酵方式进行，无强制通风系统，需适当对堆料进行翻堆解决以维持堆料堆肥解决适合条件。本设计选用垮式翻堆机对物料进行翻堆设计，在发酵前5d每天翻堆2次，在发酵中间15天每天翻堆3次，在发酵最后5天每天翻堆5次，加快堆料中水分蒸发。
物料从破碎机出来后由皮带运送机运往发酵间进行发酵。物料从预解决车间进入一次发酵车间皮带运送机宽度设计为3000mm，两边加高为1500mm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皮带宽度与主皮带相似也加1500mm高度挡板，从每个发酵装置出口端皮带也与进口端皮带型号相似，在将出口物料汇总运出一次发酵车间皮带在一次发酵车间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一端配备一条直主干皮带运送机将破碎后物料运出，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解决，分支处在主皮带上设立一种挡板，挡板与主皮带形成30度角。此外，在发酵装置尾部还需设立一条主皮带以将从每个发酵装置内排出物料运出发酵车间，同样也需在每个支口处设立一种挡板，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)
堆积物容许最大高度
容许堆积物最小间距
堆积物语序最大宽度
外型尺寸
FD500
46
2200mm
600mm
5100mm
3350×5800×3900mm
车间宽度：
车间长度：
车间面积：

4.5后解决
通过两次发酵后物料中，几乎所有有机物都变细碎和变形，数量减少了。需要通过一道分选工序，去除杂物，并依照需要进行再破碎。
两次发酵均结束后，用铲车与给料机结合构成给料系统将堆料送进送上细破碎机进行破碎至3~5mm，然后再由皮带运送机送至振动筛进行筛分，将未被分解大块杂物除去，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解决后运往打包机对堆肥产品打包后运入产品储存间储存。
依照不同需求，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高到塔式发酵仓内，在塔内翻动、通氧，迅速发酵除臭、脱水，通风干燥某些形成商品有机肥，即制备成有机无机复合肥。
所需后解决车间尺寸为：
后解决车间高度为：8m
后解决车间宽度为：30m
后解决车间长度为：30m
后解决车间容积为：
4.6产品包装及运送
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、有机质含量、总养分含量、净含量、原则号、登记证号、公司名称、厂址。别的按GB18382执行。
有机肥料应贮存于阴凉干燥处，在运送过程中应防潮、防晒、防破裂。
以每袋50kg为原则，由铲车进料，打包后成品由人工用电动运送车送到贮存间贮存。
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
自动化限度
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：
贮存间墙体采用砖混构造建造，地面用3厘米厚混泥土构造，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
4.8.1一次发酵重要参数
a.含水率：45％～60％
b.C/N：25/1～35/1
c.温度：55～65℃
d.周期：3～10d
4.8.2二次发酵工艺参数
a.含水率：<40％
b.温度：<40℃
c.周期：30～40d
4.8.3堆肥质量原则
a.一次发酵终结目的
①　 无恶臭
②　 容积减量：25％～30％
③　 水分去除率：10％
④　 C/N：15/1～20/1
b.二次发酵终结目的
①　 堆肥充分腐熟
②　 含水率：<35％
③　 C/N：<20/1
④　 堆肥粒度<10㎜

五、环保办法
5.1环境噪声保护办法
厂区噪声重要是由于厂内机器设备运转时产生。堆肥厂内会产生噪声重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，其噪声值普通可达70~90dB（A）。因此，普通选址时，将该厂选址在远离居住区地方，应处在偏远郊区，周边无居住人群。
5.2环境空气保护办法
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，重要有、硫化氢等硫物质，这些物质会散发难闻气味，给人带来明显刺激，让人难以忍受，长期接触对人体有健康危害，需要进行前期空气解决。该厂采用条垛式堆肥系统，多次翻抛使堆肥氧气充分，进行有氧发酵，该工艺在工棚中进行，节约了除臭装置。
5.3环境绿化保护办法
厂区内需要用植物进行一定限度绿化，用以美化厂区外观，并用特定植物对含硫刺激性气味气体进行一定限度吸取，以减轻厂区内异味。
六．经济效益分析
6.1劳动人员
序号
部门
岗位
人数
班制
1
管理部门
厂长
1
1
2
财务
会计
1
1
3
生产部门
存料间工作人员
2
1
发酵间工作人员
3
2
产品包装运送人员
6
2
共计
13人

6.2经济分析
猪粪解决规模：24
运营时间：全年运营320天，每天运营24小时。
项目计算期：项目计算期按21年计算，其中建设期1年，运营期。
能源消耗费：包括水费、电费
工程费用：指厂区各建筑物建设费用。
其她费用：指堆肥厂人员工资及福利以及堆肥原料费用。
其中：电费按全年用电量8万度，单价按0.5元/度计算，共计4万元
工资及福利费：全厂定员13人，本设计按员工平均工资0元/年进行计算，共计198万元。

秸秆费用：平均秸秆价格为 120元/吨
每年运营天数为320天，一天所需秸秆量为8.21吨，全年需要2627.2吨。
秸秆价格为：
设备费用：
猪粪堆肥设备表
编号
设备名称
型 号
数量
参照厂家
价格(万元)
1
翻抛机
LYFP280
1
江阴联业生物科技公司（履带式）
28
2
铲车
YT-06
1
邢台市宇拓机械有限公司
1.5
3
装载机
ZL30
1
徐工、柳工、山工等均可
15
4
滚筒筛分机
TB12×300
1
咸阳天邦机械厂
3.5
5
混合给料
LYHJ100
2
咸阳天邦机械厂
8
6
自动包装机
LYBZ50
1
咸阳天邦机械厂
6.5
7
锤式粉碎机
TB650
1
咸阳天邦机械厂
3.5
8
皮带输送机
TBD500
4
咸阳天邦机械厂
3. 5
9
卡车
490
3
成都涌竟商贸有限公司
4.7
10
条垛式翻堆机
SSFD-2300
2
河南豫万通机械有限公司
5
11
风机
:YX-81D
4
上海全风实业有限公司
0.26
合 计
21

113.14

七．厂区平面布置

产品储存间
后发酵车间
主发酵车间
前解决车间
猪粪储存间
绿化
绿化
绿化
绿化
绿化
绿化
办公室