[發(fā)明專利]一種利用畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈獲得電能和沼肥的裝置及方法

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• 申請日: 2014-08-11
• 公開（公告）號: CN104150994A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 辛言君;王成顯;張藝臻;張小梅;陳清華;潘月慶
• 申請（專利權）人: 青島農(nóng)業(yè)大學
• 主分類號: C05F17/02
• 分類號: C05F17/02;H01M8/16
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發(fā)明涉及一種利用畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈獲得電能和沼肥的裝置及方法，屬于固體廢物處理及資源化利用領域。

背景技術

隨著資源的枯竭、環(huán)境的惡化，人們逐漸意識到固體廢物是“放錯地方的資源”，各個國家都在努力開發(fā)新的技術。在固體廢物資源化利用的同時，很多研究著眼于從有機廢物中獲取能源，這樣不僅可以解決環(huán)境問題，還可以緩解能源需求的壓力。

目前，我國風干后的植物類秸稈近9億噸，成為僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源。隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，糞便污染已成為一大難題：據(jù)統(tǒng)計，一頭奶牛每年產(chǎn)生的糞便在7噸以上，一頭黃牛產(chǎn)生的糞便在5～6噸之間；在一些地方，牛糞對環(huán)境的污染已超過了工業(yè)污染的總量。預計到2020年，我國畜禽糞便量也將達到40億噸。

現(xiàn)階段針對畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈的回收利用的技術很多，主要集中在發(fā)酵后發(fā)電以及聯(lián)產(chǎn)電肥等，但現(xiàn)有的設備過于復雜，操作繁瑣、產(chǎn)電性能一般，反應廢棄物產(chǎn)生二次污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中的不足，提供一種產(chǎn)電性能好、生產(chǎn)成本低、操作簡便且無二次環(huán)境污染的利用畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈獲得電能和沼肥的裝置及方法。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，所采用的技術解決方案是：一種利用畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈獲得電能和沼肥的裝置，包括槽體，槽體通過隔板分割成陽極室和陰極室，在陰極室內(nèi)設置陰極材料，在陽極室內(nèi)設置陽極材料，陰極材料和陽極材料通過導線和外電路負載連接，在隔板上靠近槽底位置設置聚乙烯異相陽離子交換膜；將從沼液中馴化得到的產(chǎn)電微生物菌群、處理后的畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈攪拌均勻后以間歇或連續(xù)的方式加入陽極室作為陽極室液，將水加入陰極室作為陰極室液；在溫度25～37℃的條件下，恒溫培養(yǎng)12～36小時后，發(fā)生產(chǎn)電效應。

進一步的，所述農(nóng)作物秸稈的含碳量、含氮率、含磷率、含鉀率分別為41.2％～56.0％、0.1％～4.6％、0.2％～1.1％、0.3％～5.0％；所述畜禽糞便的含碳量、含氮率、含磷率、含鉀率分別為8.1％～13.5％、0.3％～2.3％、0.5％～4.0％、0.6％～2.4％。

進一步的，所述陽極室內(nèi)添加的畜禽糞便與農(nóng)作物秸稈的質(zhì)量比為：20∶1～3∶1。

進一步的，所述聚乙烯異相陽離子交換膜干態(tài)厚度為0.16～0.53mm，含水率為35％～50％，交換容量干≥2.0mol/kg，膜面電阻≤11Ω·cm²，選擇透過率≥90％，一次脫鹽率≥18％。

進一步的，所述陽極室的pH值范圍為6.0～7.0，陰極室的pH值范圍為6.0～8.5。

進一步的，所述陽極室與陰極室的氧化還原電勢差為0.1～0.9V。

進一步的，所述槽體位于陽極室的槽體壁上還設置有取樣口。

一種利用畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈獲得電能和沼肥的裝置，其使用方法，步驟包括：

一、將農(nóng)作物秸稈粉碎后過篩，粒徑＜2mm，然后加入蒸餾水浸泡12～20h；離子交換膜裁剪成適當尺寸，并于蒸餾水中浸泡不小于24h；

二、將畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、沼液按照重量百分比35％～70％、1.5％～10％和30％～60％進行混合后置于陽極室，調(diào)整含固率為2％～10％，原料投加完畢后，陽極室通入氮氣3min后，將陽極室密封，將陰陽極電極通過外電路和負載連接構成閉合回路；陰極室加入自來水；

三、裝置運行后，在12h后電壓和電流不斷增加，在4～10d后達最大值，最高可達0.81V，持續(xù)35d以上；電流在3d后超過20mA，持續(xù)5～21d；

四、運行結束后，測定分析沼液和沼渣成分，分析pH值，有機碳、有機質(zhì)含量、氮磷鉀含量，與有機肥料標準中各指標進行對比，一部分沼液留作后續(xù)裝置運行的接種液，其余部分作為生產(chǎn)有機肥、葉面肥和控釋肥的原料。

進一步的，所述畜禽糞便為牛糞。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本裝置在常溫環(huán)境條件下能夠有效運作，將底物直接轉(zhuǎn)化為電能，對農(nóng)業(yè)固體廢棄物的處理效果好，保證了較高的能量轉(zhuǎn)化效率，可實現(xiàn)能源的多級利用，且不產(chǎn)生環(huán)境污染。本發(fā)明產(chǎn)電性能好、生產(chǎn)成本低、操作簡便且無二次環(huán)境污染，對缺乏電力基礎設施的局部地區(qū)，具有廣泛的應用潛力。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的闡述。

圖1為本發(fā)明的裝置結構示意圖；

圖2為本發(fā)明畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈產(chǎn)電裝置產(chǎn)電效果圖。