笼养鸡粪低成本脱水耦合热解生产生物炭及炭基肥成套技术与装备
来源项目
2023年度国家自然科学二等奖
技术分类
资源化与综合利用-农业废物-畜禽养殖
适用对象及范围
适用于养鸡养猪行业粪便高效低成本脱水，养鸡养猪及养羊牛行业的粪便生产生物炭及炭基肥的低碳高值化利用
解决的难点问题
1、解决了困扰养鸡行业的高含水笼养鸡粪高效低成本脱水难题；
2、热解炭化彻底解决了新污染物抗生素的环境安全、食品安全问题，并稳定固化重金属；
3、生物炭基肥料本身具有固碳作用、还能改良土壤地力、促进作物增产，显著降低温室气体排放。
基本原理
1、利用向超薄叠加物料施加高液压压力、定向物理压榨的原理，实现鸡粪的高效低成本脱水；
2、利用中高温热分解的原理，将鸡粪中抗生素100%分解，通过氧化还原等协同作用将鸡粪中的重金属存在形态转化为稳定态；
3、生产生物炭鸡粪施用于土壤，通过提高土壤pH和电导率，增加细菌和真菌群落，使脱氢酶和脲酶活性增强，提高氨氧化古菌和氨氧化细菌的浓度等，有效改善土壤性质，增加作物产量。
技术描述（创新点及优势）
1、率先自主研发高液压机械脱水设备，实现低成本的鸡粪含水率由85%降低到45%以下，比燃煤烘干节省54.31元/吨鲜鸡粪；
2、率先发现热解温度≥600℃可实现鸡粪猪粪中抗生素100%分解，首次在国际上发表猪粪生物炭作为肥料对土壤中抗生素抗性基因的影响研究成果；
3、提出猪粪鸡粪制成生物炭安全利用思路，被中国科学报2019.3.14以《“点废成金”：猪粪变身生物炭》报道。
技术推广应用情况
1、鸡粪生物炭基肥施用于2亩蔬菜种植大田，增产约10%；
2、鸡粪生物炭基肥施用于100亩脐橙种植，增产12%；
3、鸡粪生物炭基肥施用于5亩水稻种植，增产10%。
应用案例名称
鸡粪生物炭肥用于厦门中科城环新能源有限公司2亩蔬菜土壤改良
案例地址
福建省南平市光泽县+厦门市集美区
案例规模
笼养鸡粪脱水10吨/日+1吨/日生物炭+2亩蔬菜种植
项目投运时间
2021年1月-至今
验收情况
目前仍在实施过程中，不需要验收
工艺流程
鸡粪脱水：含水率85%左右的笼养鸡粪通过高液压脱水机的布料机以小于10mm的厚度均匀铺到滤布上，以多层滤布叠加的方式送入框篮中并填满，然后程序施加液压压力至20-25MPa，保压30min后出料卸载，鸡粪含水率降低到45%以下；
热解炭化：脱水后的鸡粪被送入到外热式炭化转炉进行炭化，炭化温度600-650℃、炭化时间40min,得到的生物炭经间壁水冷降至常温保存；炭化所需热能来自鸡粪本身含有的大量有机物受热挥发出的可燃气体完全燃烧的热烟气，从炭化炉外炉膛出来的余热烟气给脱水鸡粪烘干，然后进入烟气净化系统净化；
生物炭基肥：制备的鸡粪生物炭可以直接与化肥配施，施用于厦门市集美区大田蔬菜种植土壤中，改良土壤生态系统、促进地力提升，提高蔬菜产量。
污染防治效果和达标情况
1、鸡粪生物炭肥料中的典型抗生素（泰乐菌素、环丙沙星、恩诺沙星、四环素、金霉素、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲噁唑）未检出，意味着热解处理后被100%去除；
2、鸡粪生物炭肥料中的重金属浓度低于国家农业行业标准《生物炭基有机肥料》（NYT3618-2020），重金属的浸出毒性低于国家标准《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（BG5085.3-2007）。
二次污染治理情况
1、鸡粪脱水液：高含水鸡粪压榨脱水后产生的压滤液直接送入养鸡场的污水处理厂与屠宰废水混合进行处理，达到污水排放二类水质标准GB3838-2002；
2、炭化尾气：脱水鸡粪热解炭化产生的可燃气（含焦油类物质）在二燃室内进行完全燃烧，产生以二氧化碳和水蒸汽为主的高温热烟气，给热解供热后经间壁换热降温、碱洗脱硫脱酸、活性炭吸附后满足《锅炉大气污染物排放标准》GB13271-2014中的相关要求排放。
碳排放情况
1、高液压脱水电耗15kWh/吨鲜鸡粪，10吨/日则耗电150kWh/日，据0.61 kgCO2/kWh计算则91.5kgCO2/日；若采用燃煤来烘干鸡粪，则最少需要煤炭582.76kg/日，据2.66 tCO2/tce煤炭计算，则1.55tCO2/日；每年减排量481.8tCO2/年。
2、30%生物炭+70%化肥与100%化肥施用于2亩蔬菜土壤，从CH4、N2O、氮肥、磷肥、钾肥、土壤有机碳、灌溉用电、翻地燃油等因素综合测算获得的温室效应减排量为3.42tCO2-eq/年。
能源、资源节约和综合利用情况
1、将鸡粪含水率降低到55%，平均电耗15kWh/吨鲜鸡粪，按1元/kWh计算，脱水成本22.39元/脱除吨水；1吨水用标煤燃烧烘干需煤量85.7kg，价格800元/吨，则燃煤费68.56元/脱除吨水；高液压脱水节省54.31元/吨鲜鸡粪；
2、利用生物炭替代常规堆肥辅料如稻壳，节省0.455吨稻壳/吨鸡粪、稻壳售价700元/吨计，本项目脱水可节省318.5元稻壳/吨鸡粪。
投资费用
投资构成包括鸡粪高液压脱水设备（120万元）、脱水鸡粪热解炭化设备（80万元）、鸡粪生物炭和化肥混合设备（7万元）、蔬菜种植大田租赁费用（0.4万元/年），总投资207.4万元，日处理鲜鸡粪10吨，吨投资强度为20.74万元/吨鲜鸡粪。
运行费用
1、能耗：鸡粪脱水电耗15kWh/吨，炭化电耗58.8kWh/吨，鸡粪炭化肥混合设备电耗10.5kWh/吨，1kWh计费1元，2.529万元/月；
2、人工：6名员工，人均4500元/月，人工成本2.70万元/月；
3、设备折旧：设备总价207万元，折旧年限10年，年折旧额17万元；
4、蔬菜田租赁费：0.4万元/年；
5、年运行成本80.148万元；
6、年处理鸡粪3600吨，单位处理能力运行费用：222.6元/吨。
经济收益
1、节能收入：采用高液压脱水成本22.39元/脱除吨水，比用燃煤烘干节省能源费54.31元/吨鲜鸡粪；
2、增产收入：蔬菜产量14.5吨增产到15.95吨/年，按市场价3元/斤出售，则2亩地收入19.14万元/年；
3、处理费：年处理鸡粪3600吨，收处理费72万元（200元/吨）；
4、生物炭收入：3600吨鸡粪转化约420吨生物炭，除2亩菜地使用生物炭外，剩余419吨可销售获得104.75万元（2500元/吨生物炭）；
5、每年总节能和销售收入：215.44万元/年。
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