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循环利用:零污染养猪生产系统




在一般的猪舍温、湿条件下,尿液必须尽快转出猪舍,这一点至关重要。因为,尿一旦被粪污染,其中的尿素就会降解生成氨气,挥发出来。氨气对动物和工作人员都有害处,并且还是造成水体富营养化的原因之一。而在这种地面倾斜、配备传送带的设计当中,尿液可持续排出猪舍。研究显示,这种系统能使氨排放量降低65%至80%,具体数值取决于栏位的肮脏程度。在采用这套系统的猪舍当中,通风量大约50立方米/小时/头猪的情况下,空气中实测的氨气浓度为2-3ppm。及时将尿液清出猪舍可有效减轻异味,因为一部分异味是陈尿产生的。饲养试验显示,与传统猪舍相比,这种系统可使饲料转化效率提高5%。

为了收集到尽可能干燥的猪粪,人们起先认为粪在传送带上停留的时间很重要,认为粪在传送带上停留的时间越长,就会有越长的时间来干燥。后来发现,这个假设是错误的。粪在传送带上留置一天之后,尿液就不易从粪中排出从而积蓄起来,形成粪浆。实际观察结果显示,猪粪收集的时间更重要。下午收集的猪粪最湿,早晨收集的猪粪最干。原因很简单,夜里大部分时间猪在睡觉,不会排尿。这段时间里猪粪就有充分时间干燥。而在白天猪会排尿,从而对下面的猪粪造成了稀释。实践证明,早晨6点钟收集到的粪便最干,干物质含量53%。这个时间收集的猪粪干松,不结块,便于存放和运输。

总结:
猪粪收集时的干物质含量为53%左右尿液连续清出猪舍可最大程度抑制氨气及异味传送带系统易于建造,且可用于多层猪舍建筑传送带可为各种规模的猪场带来环境效益

蒸汽气化/液化单元


图 3.传送带在传统的、部分漏缝地板的猪舍中的安排。在粪沟里安置一条聚丙烯传送带,按4度倾斜角向一侧倾斜,以便尿液可流到收集管当中,而猪粪则留在传送带上被动干燥。每天早晨6点钟收集猪粪,猪粪干物质含量大约为53%。粪尿分离的好处一是可以收集到干松的猪粪,一是可以降低异味和氨气的水平。

蒸汽气化是在缺氧或无氧环境下进行的一种热降解过程。其设计思路是将猪粪间接加热至很高的温度,比如800℃,在这么高的温度下,猪粪会降解成H2、CO、CO2以及CH4等气体,以及矿物质元素构成的灰分。这种处理方式的优点在于,可以将任何具有生物活性的化合物破坏掉,例如抗生素、变性蛋白或病毒等等。

北卡罗莱纳州立大学的蒸汽气化单元采用的是气流床(entrained flow)原理。先用高温蒸汽和一部分循环气体产物将使猪粪悬浮,然后通过螺旋型管道,该螺旋型管道围绕在高温火焰的外部,这样猪粪通过管道时就被加热至800℃,从而发生降解。将气体产物一同注入的目的是为了推动猪粪通过管道。注入蒸汽的目的是为了与猪粪反应生成氢气。其反应原理如下所示。实际应用当中,还会有CO2、CH4、H2S和NH3等气体生成。

C2H4O + H2O —> 2CO + 3H2

在降解管的末端,通过旋风机和气体清洗器将气体产物与矿物质灰分分离。所生成气体产物的燃烧值接近低标准天然气,可用来驱动发电机或微型涡轮机,用来发电。发电只是在市场条件具备的前提下,多种可行方案中的一种。


图 4.
气化与液化车间的示意图
猪粪之类的有机废物进入螺旋管道,通过下吸式燃烧炉加热,在高温条件下分解为氢气和一氧化碳,这些气体经过清洗,再在催化剂的作用下合成酒精或柴油。下吸式燃烧炉所产生的剩余热量还用来生成高温蒸汽,注入到有机废物原料当中。剩下的热量可实现有机废物的预干燥。气化后生成的灰分可通过旋风机收集。
还有一个可行方案,就是在催化剂作用下用这些气体来生产酒精或柴油。方法是在高温高压的情况下将这些气体注入催化剂阵列,如果用硫化钼作催化剂,产物就是酒精,如果用二氧化铁硅作催化剂,产物就是柴油。这种系统在经营方面的难度大(成本高),但由于生产出来的是液体燃料,便于运输,所以在没有电力市场的情况下可以考虑采用。

蒸汽气化单元不需额外的能源消耗。其加热能源来自气化过程中的一部分气体产物,如果采用催化过程生产液体燃料,则可利用催化单元中未反应的气体作能源。因此,整个处理过程中的能源是自给自足的,不必额外供应。此外,处理过程不会向空气中释放任何有害物质,如二氧甾之类。


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