一种多能互补大型智能养猪产业生态化模式的制作方法

2021-01-06 18:01:58|

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本发明涉及智能养猪产业领域，尤其涉及一种多能互补大型智能养猪产业生态化模式。

背景技术：

据统计2010年时，我国猪的养殖量增加至6.7亿头；到2020年，我国畜禽养殖量基本达到饱和状态，养殖总量也趋于稳定状态，增至7亿头左右。全国畜禽养殖粪便总产量约为6×10⁹t，其中新鲜粪便产生量约为1.019×10⁹t，尿液约为8.9×10⁸t，冲洗污水量约为3.778×10⁹t。在规模化畜禽养殖过程中，为促进畜禽快速生长以及预防疾病，一些企业使用cu、zn、mn、cr等微量元素超标的饲料，而这些微量元素在畜禽消化吸收过程中的利用率很低。据报道，我国目前每年使用微量元素添加剂为30～38万t，95％以上未被动物利用的微量元素随粪便和尿液排出。研究表明，适当施用有机肥可以增加土壤养分，提高土壤微生物活性，降低土壤重金属的毒性，提高农作物品质。然而大量施用畜禽粪便有机肥可能加剧土壤重金属污染，影响农作物生长，进而间接危害人类健康。由于粮食重金属污染造成的危害人类健康报道屡见不鲜。据文献报道，畜禽粪便中cu、zn对土壤中cu、zn积累的年贡献率分别为37％～40％和8％～17％。长畜禽粪便中超标的重金属对植物的生长具有毒害效应，重金属在农作物中的不断迁移和富集，必然会降低农产品安全和品质，进而影响人类健康。为降低猪粪农用风险，厌氧发酵被广泛应用于规模化养猪场粪便污染治理。

随着经济快速发展和产业结构调整，我国能源、电力消费快速增长，电力供应缺口逐年拉大，特别是季节峰谷性缺电明显。目前建筑耗能占社会总能耗的20.7％，而供热与空调能耗占建筑能耗的65％。居民所用电空调比例几乎为100％，商用空调约80％是电空调，电力高峰负荷出现在夏季，其中40％的电力负荷是用于电制冷空调的。此时如果不高度重视节能以及改善能源消费结构，能源、电力的供需矛盾将面临严峻挑战。合理调整能源结构、进一步提高能源利用效率、改善能源产业的安全性、解决环境污染，单一的大电网集中供电解决上述问题存在困难，而分布式供电系统恰好可以在提高能源利用率、改善安全性与解决环境污染方面做出突出的贡献。因此，大电网与分散的小型分布式供电方式的合理结合，被全球能源、电力专家认为是投资省、能耗低、可靠性高的灵活能源系统，成为二十一世纪电力工业的发展方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多能互补大型智能养猪产业生态化模式，以解决上述技术问题。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种多能互补大型智能养猪产业生态化模式，其特征在于：包括以下具体步骤：

(1)万头规模的大型猪场:总量规模在万头左右，采用自繁自养模式,①养猪基地开发饲料和异位发酵床生产，异位发酵床设计和沼气工程前处理系统合二为一；设计饲料添加剂，如机械化加工富硒枸树叶和富硒蚯蚓等高蛋白饲料，饲料加上已市场化的益肠道微生物和猪场除味微生物乳酸菌和双歧杆菌，大量减少猪场的氨氮，保障健康养猪的同时能加快猪的生长；②利用周边稻田的秸秆、谷壳、锯末等制成异位发酵床，送至沼气工程前处理系统；③建设智能养猪基地，在标准化养猪场的基础上，升级为智能化,将监控系统、大数据系统、自动化系统、物联网系统等智慧型技术紧密结合起来，对养殖场的环境参数(猪舍内环境信息、舍外气象信息)、母猪的生理数据(体重与均匀度、反应其行为的视频图像信息)以及养猪过程数据(包含生产消耗信息、设备运行报表、日报表、各项免疫和健康检测报表等)进行数据传输和分析；

(2)以畜禽粪污和秸秆等为原料的沼气工程站:①沼气工程原料收集；②将秸秆和粪污等控制其总固体质量分数(ts)在20-25％，将生活污水用于调节原料含水率，采用高温40-45℃厌氧干发酵技术，发酵时间在60-65天；③发酵原料中添加质量分数5-7.5％的复合钝化剂(生物炭：磷矿粉＝2:1)用作金属钝化剂，添加钝化剂不仅能钝化猪粪中的cu、zn等重金属，降低其生物有效性；还能提高沼渣的肥效；④发酵产生的沼气经纯化处理后送能源站供发电使用，⑤固液分离后的沼液回用处理秸秆等，实现零排放，沼渣送至有机肥站进行堆肥；

(3)以沼渣为原料的有机肥站:沼渣腐熟发酵制成的有机肥含有机质、腐殖质等，是很好的土壤改良剂，能提高地温和土壤的通透性，增强土壤的保肥、保水能力，同时它还是一种清洁肥料，用沼肥种植蔬菜、粮食，可以减少化肥用量，提高蔬菜、粮食品质，产出无公害蔬菜、稻米等，从而实现高产、优质、生态的目标；

(4)沼气纯化成95％的生物天然气发电站:多能互补能源站其核心内容为分布式燃气冷热电联供系统，是一种建立在能量梯级利用概念基础上，以天然气为一次能源，同时产生电能和可用热(冷)能的分布式供能系统；

(5)光伏太阳能发电和地热泵系统:辅以光伏太阳能集热系统，再与地源热泵耦合形成多能互补分布式能源系统。

优选的，步骤(1)中所述养殖现场生产数据的获取，包括实时数据获取和人工上传数据,实时数据获取通过部署在猪舍内外的各类传感器节点(温度、湿度、氨气、光照传感器等)以及摄像头、麦克风实时采集；人工上传的数据需要现场工作人员通过手机或者电脑填写上传,然后现场数据会先存储在养猪场本地服务器系统中,接着每个养猪场节点都会通过internet等网络将现场数据传输到远端，远端数据中心会对现场数据进行处理和存储，并最终以服务的形式展现出来,其次，在养殖场数据分析的基础上，我们将实现养猪场管理自动化、智能化,机器自动控温、控湿、控风以及养殖过程中的排污消毒等环节，全部实现互联网自动化。

有机肥站包括以下步骤及技术要点：

①翻堆、发酵：发酵房顶棚采用透光材料，充分利用太阳能，采用自动化发酵翻堆设备定期翻动，一般1-2天翻动搅拌1次，发酵槽底部埋设通气管，物料填入后采用高压送风装置定时强制通风，以保持槽内通气良好，促进微生物迅速繁殖，经过30-35天发酵，温度由最高时的70～80℃逐步下降至稳定，即已腐熟；

②粉碎：翻堆腐熟后的物料经破碎、筛分，使混合前的有机肥粉碎均匀；

③干燥、造粒：将混匀的肥料脱水干燥，然后制成颗粒状；

④冷却筛分、包装：造粒后，待冷却到一定温度，在筛分收集成型颗粒，通过自动包装系统定量包装。

优选的，步骤(2)中所述沼气工程原料收集，主要漏粪板收集养猪场猪粪、秸秆等农业废弃物以及餐厨垃圾、生活污水等储存在沼气工程的集污池内。

优选的，步骤(2)中所述猪粪厌氧发酵的重金属复合钝化剂，主要由菌渣制备的生物炭、磷矿粉按质量比2：1均匀混合而成；

所述生物炭为废弃菌渣热解制得，所述菌渣由大球盖菇废弃菌包获得，磷矿粉由磷矿石粉碎制得，所述钝化剂呈粉末颗粒状，平均粒径为0.5-1mm。

优选的，所述生物炭制备方法包括以下步骤：

(1)将废弃大球盖菇菌包拆开获得菌渣；

(2)将菌渣置于阴凉处风干；

(3)将经预处理的菌渣置于马弗炉中，进行热解

(4)将各热解产物粉碎成颗粒状过100目筛备用

优选的，所述用于猪粪厌氧发酵的重金属复合钝化剂与发酵基料按照质量比为1：20混合均匀，采用中温(35±1℃)发酵，且接种物量为30％(基于发酵体积)，ph值设为为6.5～7.8，发酵时间持续35d，将所述猪粪中的重金属离子转化为较为稳定的有机结合态和残渣态。

本发明的有益效果是：

本发明的生态模式构建解决了猪场粪污污染，构建了多能互补的分布式能源，缓解能源危机；有机肥还田，改善农田土壤，减少化肥农药用量，保证了农产品质量安全；

本发明采用厌氧发酵技术不仅可以提供清洁的生物质能源，生产优质有机肥，还可以降低猪粪中重金属的生物有效性；

本发明将低碳能源网络和智能化大能源基地结合起来，配电网中的分散发电将呈现高速增长态势，更多电力用户将由单一的消费者转变为能源生产型消费者，即产消者，寓电于民，可培育大面积产消者，产消者依托互联网和现代信息通讯技术，把分布式电源、储能、负荷等分散在电网的各类资源聚合，进行协同化运行控制和市场交易，对电网提供辅助服务；

本发明将中国所面临的垃圾围城、垃圾围村难题，可以通过沼气工程将固废资源化利用解决，垃圾、固体废弃物，通过分布式利用，如堆肥、沼气、发电等进行能源化利用，成为可再生能源之一。一旦我国有了大批的产消者，将创造电力系统的新形态。分布式与集中式结合，将增强各地能源的自供能力和韧性，有利于应对突发公共事件；

发明提供的这种用于猪粪厌氧发酵的重金属复合钝化剂的原材料价格低廉且易获得，同时对环境无二次污染，经济环保，具有良好的应用推广价值；

本发明提供的这种复合重金属污染土壤钝化剂不仅能降低猪粪有机肥含量较高的重金属zn的生物有效性，在施用猪粪有机肥时保证农产品的安全，还能提高土壤的有机质含量值，改善土壤的理化性质。

附图说明

图1为本发明多能互补大型智能养猪场流程图；

图2为本发明养猪场流程图；

图3为本发明沼气工程站流程图；

图4为本发明有机肥厂流程图；

图5为本发明多能互补能源站流程图；

图6为本发明对应实施例制得的钝化剂处理下沼渣中重金属zn生物有效性降低率示意图；

图7为本发明对应实施例制得的钝化剂处理下沼渣中有机质含量示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

下面结合附图描述本发明的具体实施例。

实施例1

一种多能互补大型智能养猪产业生态化模式，包括以下具体步骤：

(1)万头规模的大型猪场:总量规模在万头左右，采用自繁自养模式,①养猪基地开发饲料和异位发酵床生产，异位发酵床设计和沼气工程前处理系统合而为一；设计饲料添加剂，如机械化加工富硒枸树叶和富硒蚯蚓等高蛋白饲料，饲料加上有益肠道微生物和猪场除味微生物，大量减少猪场的氨氮，保障健康养猪的同时能加快猪的生长；②利用周边稻田的秸秆、谷壳、锯末等制成异位发酵床，送至沼气工程前处理系统；③建设智能养猪基地，在标准化养猪场的基础上，升级为智能化,将监控系统、大数据系统、自动化系统、物联网系统等智慧型技术紧密结合起来，对养殖场的环境参数(猪舍内环境信息、舍外气象信息)、母猪的生理数据(体重与均匀度、反应其行为的视频图像信息)以及养猪过程数据(包含生产消耗信息、设备运行报表、日报表、各项免疫和健康检测报表等)进行数据传输和分析，养殖现场生产数据的获取，包括实时数据获取和人工，上传数据,实时数据获取通过部署在猪舍内外的各类传感器节点(温度、湿度、氨气、光照传感器等)以及摄像头、麦克风实时采集；人工上传的数据需要现场工作人员通过手机或者电脑填写上传,然后现场数据会先存储在养猪场本地服务器系统中,接着每个养猪场节点都会通过internet等网络将现场数据传输到远端，远端数据中心会对现场数据进行处理和存储，并最终以服务的形式展现出来,其次，在养殖场数据分析的基础上，我们将实现养猪场管理自动化、智能化,机器自动控温、控湿、控风以及养殖过程中的排污消毒等环节，全部实现互联网自动化，例如：智能喂养、智能粪便垫料收集、智能地磅及智能控温等功能；

(2)畜禽粪污和秸秆等为原料的沼气工程站:①沼气工程原料收集，包括漏粪板收集养猪场猪粪、打包车收集秸秆等农业废弃物以及餐厨垃圾、生活污水等将其分别储存在沼气工程的集污池内；②将秸秆和粪污等控制其总固体质量分数(ts)在20-25％，将生活污水用于调节原料含水率，采用高温40-45℃厌氧干发酵技术，发酵时间在60-65天；③发酵原料中添加质量分数5-7.5％的磷矿粉用作金属钝化剂，添加钝化剂不仅能钝化猪粪中的cu、zn等重金属，降低其生物有效性；还能提高沼渣的肥效；④发酵产生的沼气经纯化处理后送能源站供发电使用，⑤固液分离后的沼液回用处理秸秆等，实现零排放，沼渣送至有机肥站进行堆肥；

(3)以沼渣为原料的有机肥站:沼渣发酵制成的有机肥含有机质、腐殖质等，是很好的土壤改良剂，能提高地温和土壤的通透性，增强土壤的保肥、保水能力，同时它还是一种清洁肥料，用沼肥种植蔬菜、粮食，可以减少化肥用量，提高蔬菜、粮食品质，产出无公害蔬菜、稻米等，从而实现高产、优质、生态的目标；

有机肥原料主要为沼渣、稻壳和秸秆等，稻壳、秸秆从周边农户处收集。有机肥站包括以下步骤及技术要点：

②粉碎：翻堆腐熟后的物料经破碎、筛分，使混合前的有机肥粉碎均匀；

③干燥、造粒：将混匀的肥料脱水干燥，然后制成颗粒状；

④冷却筛分、包装：造粒后，待冷却到一定温度，在筛分收集成型颗粒，通过自动包装系统定量包装；

(5)光伏太阳能发电和地热泵系统:辅以光伏太阳能集热系统，再与地源热泵耦合形成多能互补分布式能源系统，

多能互补能源站其核心内容为分布式燃气冷热电联供系统，是一种建立在能量梯级利用概念基础上，以天然气为一次能源，同时产生电能和可用热(冷)能的分布式供能系统。本发明以沼气纯化后的生物天然气为一次能源，同时产生的电能供一场三站使用后，可供汽车电瓶充电等，送城市给出租车等，以快速更换电瓶，余热冬天可供猪场保暖和周边居民使用，夏天产生的热水可供居民使用，冷能可供冷库用于农产品保鲜使用，辅以光伏太阳能集热系统，再与地源热泵耦合形成多能互补分布式能源系统。

燃气冷热电联供系统由燃机设备和余热利用设备构成，其中燃机设备是系统的核心，包括燃气轮机、内燃机等。余热利用设备包括余热锅炉、吸收式制冷机、换热装置、电制冷机，燃气锅炉等。

燃机通过燃烧天然气发电后，产生的高温烟气送入余热利用设备，冬季可用于取暖，夏季还可生产生活热水，驱动热量不足部分可由补燃的燃气进行供应。根据项目的条件，联供系统及其设备配置可作多种形式的变化，如可采用冰蓄冷装置、蓄热装置、热泵等，提高系统的整体能源利用效率。

实施例2

猪粪厌氧发酵的重金属复合钝化剂，主要由菌渣制备的生物炭、磷矿粉按质量比1：1均匀混合而成；

生物炭为废弃菌渣热解制得，所述菌渣由大球盖菇废弃菌包获得，磷矿粉由磷矿石粉碎制得，所述钝化剂呈粉所述生物炭制备方法包括以下步骤：

(1)将废弃大球盖菇菌包拆开获得菌渣；

(2)将菌渣置于阴凉处风干；

(3)将经预处理的菌渣置于马弗炉中，进行热解

(4)将各热解产物粉碎成颗粒状过100目筛备用末颗粒状，平均粒径为0.5-1mm。

用于猪粪厌氧发酵的重金属复合钝化剂与发酵基料按照质量比为1：20混合均匀，采用中温(35±1℃)发酵，且接种物量为30％(基于发酵体积)，ph值设为为6.5～7.8，发酵时间持续35d，将所述猪粪中的重金属离子转化为较为稳定的有机结合态和残渣态，发酵35d后采用醋酸铵提取法测定沼渣重金属zn生物有效性，测定沼渣有机质。

实施例3-5

与实施例1不同之在于，菌渣生物炭与磷矿粉所占钝化剂的比重不同,详见表1，采用的制备方法及测定方法与实施例1相同。

表1各实施例中的钝化剂添加量及钝化剂原料成分

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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