[发明专利]一种利用畜禽粪便及农作物秸秆获得电能和沼肥的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用畜禽粪便及农作物秸秆获得电能和沼肥的装置及方法，属于固体废物处理及资源化利用领域。

背景技术

随着资源的枯竭、环境的恶化，人们逐渐意识到固体废物是“放错地方的资源”，各个国家都在努力开发新的技术。在固体废物资源化利用的同时，很多研究着眼于从有机废物中获取能源，这样不仅可以解决环境问题，还可以缓解能源需求的压力。

目前，我国风干后的植物类秸秆近9亿吨，成为仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。随着畜牧业的快速发展，粪便污染已成为一大难题：据统计，一头奶牛每年产生的粪便在7吨以上，一头黄牛产生的粪便在5～6吨之间；在一些地方，牛粪对环境的污染已超过了工业污染的总量。预计到2020年，我国畜禽粪便量也将达到40亿吨。

现阶段针对畜禽粪便及农作物秸秆的回收利用的技术很多，主要集中在发酵后发电以及联产电肥等，但现有的设备过于复杂，操作繁琐、产电性能一般，反应废弃物产生二次污染。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种产电性能好、生产成本低、操作简便且无二次环境污染的利用畜禽粪便及农作物秸秆获得电能和沼肥的装置及方法。

本发明为了实现上述目的，所采用的技术解决方案是：一种利用畜禽粪便及农作物秸秆获得电能和沼肥的装置，包括槽体，槽体通过隔板分割成阳极室和阴极室，在阴极室内设置阴极材料，在阳极室内设置阳极材料，阴极材料和阳极材料通过导线和外电路负载连接，在隔板上靠近槽底位置设置聚乙烯异相阳离子交换膜；将从沼液中驯化得到的产电微生物菌群、处理后的畜禽粪便和农作物秸秆搅拌均匀后以间歇或连续的方式加入阳极室作为阳极室液，将水加入阴极室作为阴极室液；在温度25～37℃的条件下，恒温培养12～36小时后，发生产电效应。

进一步的，所述农作物秸秆的含碳量、含氮率、含磷率、含钾率分别为41.2％～56.0％、0.1％～4.6％、0.2％～1.1％、0.3％～5.0％；所述畜禽粪便的含碳量、含氮率、含磷率、含钾率分别为8.1％～13.5％、0.3％～2.3％、0.5％～4.0％、0.6％～2.4％。

进一步的，所述阳极室内添加的畜禽粪便与农作物秸秆的质量比为：20∶1～3∶1。

进一步的，所述聚乙烯异相阳离子交换膜干态厚度为0.16～0.53mm，含水率为35％～50％，交换容量干≥2.0mol/kg，膜面电阻≤11Ω·cm²，选择透过率≥90％，一次脱盐率≥18％。

进一步的，所述阳极室的pH值范围为6.0～7.0，阴极室的pH值范围为6.0～8.5。

进一步的，所述阳极室与阴极室的氧化还原电势差为0.1～0.9V。

进一步的，所述槽体位于阳极室的槽体壁上还设置有取样口。

一种利用畜禽粪便及农作物秸秆获得电能和沼肥的装置，其使用方法，步骤包括：

一、将农作物秸秆粉碎后过筛，粒径＜2mm，然后加入蒸馏水浸泡12～20h；离子交换膜裁剪成适当尺寸，并于蒸馏水中浸泡不小于24h；

二、将畜禽粪便、农作物秸秆、沼液按照重量百分比35％～70％、1.5％～10％和30％～60％进行混合后置于阳极室，调整含固率为2％～10％，原料投加完毕后，阳极室通入氮气3min后，将阳极室密封，将阴阳极电极通过外电路和负载连接构成闭合回路；阴极室加入自来水；

三、装置运行后，在12h后电压和电流不断增加，在4～10d后达最大值，最高可达0.81V，持续35d以上；电流在3d后超过20mA，持续5～21d；

四、运行结束后，测定分析沼液和沼渣成分，分析pH值，有机碳、有机质含量、氮磷钾含量，与有机肥料标准中各指标进行对比，一部分沼液留作后续装置运行的接种液，其余部分作为生产有机肥、叶面肥和控释肥的原料。

进一步的，所述畜禽粪便为牛粪。

本发明产生的有益效果是：本装置在常温环境条件下能够有效运作，将底物直接转化为电能，对农业固体废弃物的处理效果好，保证了较高的能量转化效率，可实现能源的多级利用，且不产生环境污染。本发明产电性能好、生产成本低、操作简便且无二次环境污染，对缺乏电力基础设施的局部地区，具有广泛的应用潜力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明畜禽粪便及农作物秸秆产电装置产电效果图。