CN103964915A - 一种用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置及使用方法和效果。装置美观实用，为中空圆筒体，包括发酵、灭菌、监测、通风、滤液收集、保温、除臭和工具8大系统；可温湿度、气体和压力传感测定，结合取样分析，为发酵提供及时全面的数据；可蒸汽灭菌和控温压，最高发酵温度45℃，压力0.02～0.03Mpa；根据取样、出料和清理及外形要求，进行了取样管和出料耙及防止物料从发酵室掉入布气室的设计；装置控温压发酵废弃物在提高腐熟度和菌数，减少病菌及缩短周期上，效果好于不控温压发酵及对照同体积普通塑料桶的发酵，控温压发酵需10～12天，不控温压19天，对照37天；装置处理未检出黄瓜枯萎病菌，而对照每克2×103个。
Description
技术领域
本发明属于生物发酵处理蔬菜废弃物技术领域，涉及一种用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置及使用方法。
背景技术
随着天津市设施蔬菜种植面积的增加，蔬菜废弃物日益增多，种植废弃物已成为我市设施农业发展和农村生态环境的问题之一。蔬菜温室、大棚，每年产生大量蔬菜残茬、杂草和拔除的病株等种植废弃物，往往都是随手丢弃、堆放在棚室外面，蔬菜废弃物含水量高、容易腐烂，孽生蚊蝇害虫和病菌等。种植废弃物中含有丰富的营养物质，作为废弃物丢弃，不但污染环境，还会造成资源的极大浪费。
传统堆肥技术具有发酵时间久，无害化不彻底，技术较粗放等缺点，因此，研究一种能够使蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，为快速有效处理蔬菜废弃物提供精准的数据，实现蔬菜废弃物减量化、无害化和资源化的目的将势在必行。目前，国内固体废弃物腐熟发酵装置的研究很多，但蔬菜废弃物腐熟发酵装置以及消毒灭菌系统应用于蔬菜废弃物灭菌的研究还未见报道，另外，应用中温（45℃）发酵和高于大气压的恒压条件下发酵来加快蔬菜废弃物的发酵研究也鲜有报道。
基于此，特提出本发明。该发明涉及到一种用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置和使用方法，专门用于蔬菜废弃物快速发酵研究。
发明内容
本发明涉及到一种用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，专门用于蔬菜废弃物发酵研究，具有发酵和监测两大实验功能。
为此，本发明的目的是提供一种蔬菜废弃物的发酵装置，该装置具有耐温、耐压和耐酸碱的特性。
本发明的发酵装置可以对温度、湿度、气体、压力进行现场测定，结合取样分析，为蔬菜废弃物发酵提供及时和全面的实验数据，指导蔬菜废弃物规模化快速发酵生产。
为实现上述目的，本发明公开了如下的技术方案：
一种用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，其特征在于该装置外形为中空的圆筒体，包括发酵系统、监测系统、蒸汽灭菌系统、通风系统、渗滤液系统、保温系统、除臭系统和辅助工具8大系统；所述的发酵系统与监测系统连接，监测系统通过微机和打印机进行数据的读取、存储、管理和打印。
其中发酵系统包括：发酵室1、取样口2、出料口3、内筒4、外筒5、保温层6、法兰密封保温盖7、进料口8、观测灯9、透视孔10、移动轮27、固定螺母28，还包括给其它系统开的各种孔；
取样口2开于发酵室1一侧的正中间，出料口3开于发酵室1的底部，出料口底部平于布气多孔板19的表面，取样口2与出料口3开于发酵室1的同一侧，圆心在同一垂直线上，内筒4放置于外筒5内，并于顶部焊接固定，两筒内外壁均垂直平行，并形成一空腔，在空腔内填置保温棉后形成保温层6，在内外筒连接处的顶部设有凸出于筒体并平行于地面的一圈边缘部分，呈法兰状，并在上开有螺母孔，法兰密封盖7分为两部分，一部分为处于盖中央的保温层，嵌入发酵室，另一部分为较薄的边缘部分，也呈法兰状，也开有螺母孔，通过固定螺母28与内外筒顶部设置的边缘部分进行固定连接，进料口8开于法兰密封保温盖7保温层的一侧，突出于法兰密封保温盖形成法兰状，可与进料口8密封保温盖进行固定连接，观测灯孔9开于法兰密封保温盖7保温层的一侧，由透明材料封闭，在孔口放置发光源，透视孔开于进料口8密封保温盖的中央，外筒5外壁中间两边对称处各设有1个把手，移动轮27安装于发酵装置的底部。
监测系统包括：湿度气体传感器11、温度压力传感器12、数据转换器13和微机14；
湿度气体传感器11孔和温度压力传感器12孔开于法兰密封保温盖7圆心与内筒4内壁之间，用内螺纹打孔，传感器上有外螺纹，可以固定在法兰密封保温盖7上，传感器与数据转换器13连接，数据转换器13连接于微机14上。
蒸汽灭菌系统包括：蒸汽发生器26、布气管道17、布气室18、布气多孔板19、布气多孔板拉环20、出气管道21和排水管道25；
蒸汽发生器26与布气管道17连接，布气管道17穿过外筒5和内筒4进入从布气室18，布气室18筒壁设有一突出环形圈，布气多孔板19放置突出环形圈上，布气多孔板可移动，靠近边上对称处设有两个布气多孔板拉环20，出气管道21安装于法兰密封保温盖7上一侧，排水管道25安装于装置底部，管道有分支，一支从筒的侧面伸出，一支从布气筒的底部伸出。
通风系统包括空压机和储气罐15、时控器、温控器、压控器和流量计16、布气管道17、布气室18、布气多孔板19、布气多孔板拉环20、出气管道21；
空压机储气罐15与时控器温控器压控器和流量计16连接，控制器16与布气管道17连接，布气管道17穿过外筒5和内筒4进入从布气室18，布气室18筒壁设有一突出环形圈，布气多孔板19放置突出环形圈上，布气多孔板可移动，靠近边上对称处设有两个布气多孔板拉环20，出气管道21安装于法兰密封保温盖7上一侧。
渗滤液系统包括：收集室18（即布气室）、渗滤多孔板19（即布气多孔板）、斜坡面23、防堵地漏24和排水管道25；
收集室18底部为斜坡面23，渗滤液出口位于最低处，防堵地漏24放于渗滤液出口，排水管道25与渗滤液出口连接，排水管道25安装于装置底部，管道有分支，一支从筒的侧面伸出，一支从布气筒的底部伸出。
保温系统包括：取样口2密封保温塞、出料口3密封保温塞、内筒4、外筒5、保温层6、法兰密封保温盖7、进料口8密封保温盖和透视孔10保温塞；
取样口2密封保温塞和出料口3密封保温塞通过固定螺母28密闭连接固定于发酵装置侧面，法兰密封保温盖7通过固定螺母28密闭连接固定于发酵装置顶部，进料口8密封保温盖通过固定螺母28密闭连接固定于法兰密封保温盖7上，透视孔10密封保温塞直接插入透视孔10中。
除臭系统包括：出气管道21和装有除臭填料的除臭柜22；出气管道21与发酵室1连接，装有除臭填料的除臭柜22连接于出气管道21；发酵过程中产生的臭气通过出气管道21进入装有除臭填料的除臭柜22进行除臭后排出；所述的除臭填料指的是由牛粪发酵腐熟后的成品。
工具系统包括：出料刮耙、取样管和多孔板取出钩。
本发明所述中空的圆筒体，筒高1220mm，内筒4直径500mm，外筒5直径600mm，保温层6厚度50mm。
所述的发酵室1高900mm，布气室18高100mm，两室通过布气多孔板19隔开，布气多孔板的孔径为5mm、6mm和8mm。发酵过程中发酵室1中堆体产生的渗滤液可通过渗滤多孔板19（即布气多孔板）进入到收集室18（即布气室）暂时保存，或通过排水管道25排出收集进行数据分析，收集室18（即布气室）底部为斜坡面，渗滤液口为最低处，可避免渗滤液在收集室18（即布气室）中长期积压，影响渗滤液分析数据，防堵地漏24可防止大块发酵物料掉入渗滤液孔堵塞排水管道25。
所述的内筒4材质为聚丙烯材料；外筒5材质为不锈钢材料；保温层6材质为保温棉。
本发明所述取样口2、出料口3和进料口8均填充保温棉和安上密封圈做成带有手柄的塞子，长60mm，设有螺母孔，可通过螺母28与圆筒体上设置螺母孔连接，使塞子与圆筒体之间能够紧密固定，达到保温和密闭的作用，同时具有操作方便的功能。
所述取样口2内径80mm，出料口3内径260mm，进料口8内径200mm；法兰密封盖7也填充保温棉和安上密封圈，设有螺母孔，通过螺母28与圆筒体上设置螺母孔连接。
法兰密封盖7总直径700mm，保温层部分直径500mm，厚度50mm，及螺母孔边缘部分，厚度为20mm，包括设置螺母孔边缘部分；透视孔10开于进料口保温盖8的中央，透视孔10为透明材料制成，安装于进料口保温盖的里层，内径为60mm，并配有保温塞。
预处理好的蔬菜废弃物进入发酵室1前，拧紧和固定住取样口2密封保温塞、出料口3密封保温塞和法兰密封保温盖7，在拧紧和固定法兰密封保温盖7之前，放入布气多孔板19于布气室18内壁突出环形圈上，布气多孔板可移动，靠近边上对称处设有两个布气多孔板拉环20，然后将蔬菜废弃物通过进料口8进入发酵室1，盖上进料口8密封保温盖和透视孔10密封保温塞；
本发明所述观测灯9用来发出光源，便于透视孔10观察，透视孔开于进料口保温盖的中央，透视孔用来观察蔬菜废弃物发酵的物理状况，观测灯孔和透视孔为透明材料制成，安装于进料口保温盖的里层，内径为60mm，不观察时用保温塞塞紧利于保温；湿度气体传感器孔11和温度压力传感器孔开于法兰密封盖圆心与内筒边缘之间，运用内螺纹进行打孔，直径为25mm，不用时用塞子塞上，用时插上各种传感器。移动轮27高150mm，方便渗滤液管道的使用和维护，圆筒外壁中间两边对称处各设有1个把手，方便实验装置的搬运。
本发明进一步公开了采用蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置进行发酵的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
(1)原料预处理:将各种粉碎好的蔬菜废弃物与其它辅料混合均匀，使物料的碳氮比达到25～30:1，水分达到55～60%;其中蔬菜废弃物指的是在蔬菜种植生产中蔬菜收获后产生的各种秧子和尾菜，如黄瓜秧子、西红柿秧子、豆角秧子、辣椒秸秆、茄子秸秆、大白菜叶等等，其它辅料指的是鸡粪和蘑菇渣；其中蔬菜废弃物:辅料的重量份数比为75:25。
(2)装料前的准备：首先把密封保温塞插入取样口和出料口，并用螺母拧紧固定在发酵装置上；其次用多孔板挂钩把布气多孔板放置于布气室内壁突出环形圈上，然后拧紧固定法兰密封保温盖于发酵装置上；接下来取下法兰密封保温盖上所有传感器元件，用螺母替代传感器将所有孔拧紧密封；然后将出气口、渗滤液出口和进气口的阀门全关紧密闭；最后，取出进料口密封保温盖，露出进料口；
（3）装料：把预处理好的发酵原料通过进料口均匀放入带有刻度的装置发酵室内，物料堆置高度为85cm，物料装好后拧紧进料口法兰密封保温塞。
（4）灭菌：通过蒸汽发生器产生蒸汽，然后通过布气管道、布气室和布气多孔板把蒸汽通入发酵室进行高温高压灭菌，罐压达到并保持0.11-0.15Mpa，温度控制在121-123℃，维持时间30分钟；
（5）接菌：物料灭完菌冷切后，打开进料口，均匀撒入微生物活性菌剂，补充因灭菌杀死的微生物，加速发酵进程，所述的微生物菌剂为蔬菜废弃物腐熟菌剂，它的活性成分包括黄孢平革菌(Phanerochaetechrysosporium)、哈茨木霉（Trichoderma harzianum）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和胶胨样芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）。黄孢平革菌：哈茨木霉：枯草芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌的重量份数为0.5～2:0.5～2:0.5～2: 0.5～2。物料:菌剂重量比为100:1。
（6）发酵：盖上进料口密封保温塞和透视孔保温塞，拧下各传感器孔上的螺母，连接湿度气体传感器和温度压力传感器于法兰密封保温盖上，再把各种传感器连接到数据转换器上，以便通过数据转换器发酵温度、湿度、压力和气体情况显示在微机上便于数据的读取、存储、管理和打印。温度传感器可测发酵室上、中、下三层的发酵温度；
发酵初期，通过时间控制器在8点、16点和24点每天向发酵堆体强制通风三次，每次通风时间40分钟，在直至发酵温度达45℃进入发酵中期；发酵中期应用温度控制器、压力控制器、流量计、出气口阀门和储气罐进行控制，向堆体自动连续通风，保持发酵装置压力恒定在0.02～0.03Mpa，温度恒定在45℃，直至温度开始下降低于45℃进入发酵后期；发酵后期应用时控器控制通风时间每次为20分钟，休息时间4小时，直至发酵温度与外界环境温度一样，整个发酵周期大约为10～12天；
（7）取样检测：取样包括发酵物料和渗滤液的取样，发酵物料取样分四次时间，发酵初期、发酵中期、发酵后期和发酵成品，发酵初期、发酵中期、发酵后期从发酵装置取样口抽取，打开取样口法兰密封塞，用取样铲插入发酵室腔进行取样，抽出时样品留于取样铲凹槽内，发酵成品的取样在出料时刻抽取，渗滤液的取样从渗滤液出口取；
（8）出料：
发酵完成后打开出料口法兰密封保温塞，用出料刮耙进行出料，出料后用挂钩把布气多孔板取出进行发酵室的清理。
本发明进一步公开了用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，及在提高腐熟程度和菌数，减少病菌及缩短发酵时间等方面的应用试验。所述发明装置通过灭菌、控压、控温、通风、保温和渗滤液收集的作用加速了蔬菜废弃物的发酵速度和发酵质量。
本发明提供的用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，具有如下的技术特点：
（1）本发明配有蒸灭菌汽设备，可对蔬菜废弃物进行蒸汽灭菌后发酵。
（2）蒸汽灭菌，可为研究专用腐熟菌剂对蔬菜废弃物快速发酵的影响提供精准条件；
（3）全密闭保温设计，可进行温度控制，最高发酵温度控制在45℃之间。
（4）可在0.02～0.03Mpa压力下进行蔬菜废弃物的快速发酵研究。
（5）发酵室设有刻度，利于装料量的稳定，进行了防止发酵物料从发酵室掉入布气室的设计，以及便于发酵后发酵室和布气室清理的设计。
（6）根据发酵装置取样、出料和清洗的要求，并结合装置的外形特点，设计了浑然一体的取样管、出料刮耙和多孔板取出钩作为发酵辅助工具。
本发明用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置所具有的优点在于：
（1）蒸汽灭菌可彻底杀死蔬菜废弃物中携带的病虫卵，可为装置中温（45℃）发酵提供可能，45℃的中温发酵，防止了高温抑制微生物的繁殖生长，促进了大部分中低温微生物的生长，从而加速蔬菜废弃物的腐熟进程。
（2）蒸汽灭菌后，通过加入专用蔬菜废弃物腐熟菌剂能加快腐熟进程；
（3）一定压力状态下的发酵可促进生物酶活性，加速蔬菜废弃物的发酵速度和质量。
（4）用本发明发酵装置进行蔬菜废弃物的处理发酵，从提高腐熟程度和菌数，减少病菌及缩短发酵时间等方面来比较，效果好于对照同体积普通塑料桶的发酵，装置控温压发酵周期10～12天，不控温压需19天，对照37天，其中用所述发明装置处理蔬菜废弃物所得成品未检出黄瓜枯萎病菌，而对照每克达2×103个。
（5）该发酵装置可进行温度、湿度、气体、压力进行现场测定，结合取样分析，为蔬菜废弃物发酵提供及时和全面的实验数据，以便指导蔬菜废弃物规模化快速发酵生产。
附图说明
图1为蔬菜废弃物发酵装置的纵剖面图；
图2为蔬菜废弃物发酵装置的俯视图；
图3为蔬菜废弃物发酵装置的侧面图；
图4为出料刮耙示意图；
图5为取样铲示意图；
其中：1为发酵室、2为取样口、3为出料口、4为内筒、5为外筒、6为保温层、7为法兰密封保温盖、8进料口、9为观测灯、10为透视孔、11为湿度气体传感器、12为温度压力传感器、13为数据转换器、14为微机、15空压机和储气罐、16为时控器、温控器、压控器和流量计、17为布气管道、18为布气室、19为布气多孔板、20为布气多孔板拉环、21为出气管道、22为装有除臭填料的除臭柜、23为斜坡面、24为防堵地漏、25为排水管道、26为蒸汽发生器、27为移动轮、28为固定螺母。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。其中的聚丙烯材料、不锈钢材料、保温棉均有市售；所述黄孢平革菌的来源为中国农业微生物菌种保藏管理中心保藏编号为ACCC30414的菌株。所述哈茨木霉具体的来源为中国农业微生物菌种保藏管理中心保藏编号为ACCC30371的菌株。所述枯草芽孢杆菌的来源为中国农业微生物菌种保藏管理中心保藏编号为ACCC11089的菌株。所述胶胨样芽孢杆菌的来源为中国农业微生物菌种保藏管理中心保藏编号为ACCC10013的菌株。
实施例1：
装置的构造说明
结合图1-5图，一种用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，其特征在于该装置外形为中空的圆筒体，包括发酵系统、监测系统、蒸汽灭菌系统、通风系统、渗滤液系统、保温系统、除臭系统和辅助工具8大系统；所述的发酵系统与监测系统连接，监测系统通过微机和打印机进行数据的读取、存储、管理和打印。
其中发酵系统包括：发酵室1、取样口2、出料口3、内筒4、外筒5、保温层6、法兰密封保温盖7、进料口8、观测灯9、透视孔10、移动轮27、固定螺母28，还包括给其它系统开的各种孔；
取样口开于发酵室一侧的正中间，出料口3开于发酵室1的底部，出料口底部平于布气多孔板19的表面，取样口与出料开于发酵室1的同一侧，圆心在同一垂直线上，内筒放置于外筒内，并于顶部焊接固定，两筒内外壁均垂直平行，并形成一空腔，在空腔内填置保温棉后形成保温层6，在内外筒连接处的顶部设有凸出于筒体并平行于地面的一圈边缘部分，呈法兰状，并在上开有螺母孔，法兰密封盖7分为两部分，一部分为处于盖中央的保温层，嵌入发酵室，另一部分为较薄的边缘部分，也呈法兰状，也开有螺母孔，通过固定螺母28与内外筒顶部设置的边缘部分进行固定连接，进料口8开于法兰密封保温盖7保温层的一侧，突出于法兰密封保温盖形成法兰状，可与进料口8密封保温盖进行固定连接，观测灯孔9开于法兰密封保温盖7保温层的一侧，由透明材料封闭，在孔口放置发光源，透视孔开于进料口8密封保温盖的中央，外筒5外壁中间两边对称处各设有1个把手，移动轮27安装于发酵装置的底部。
监测系统包括湿度气体传感器11、温度压力传感器12、数据转换器13和微机14；
通风系统包括空压机和储气罐15、时控器、温控器、压控器和流量计16、布气管道17、布气室18、布气多孔板19、布气多孔板拉环20、出气管道21；
渗滤液系统包括收集室18（即布气室）、渗滤多孔板19（即布气多孔板）、斜坡面23、防堵地漏24和排水管道25；
发酵过程中发酵室中堆体产生的渗滤液可通过渗滤多孔板19（即布气多孔板）进入到收集室18（即布气室）暂时保存，或通过排水管道25排出收集进行数据分析，收集室18（即布气室）底部为斜坡面，渗滤液口为最低处，可避免渗滤液在收集室（即布气室）中长期积压，影响渗滤液分析数据，防堵地漏24可防止大块发酵物料掉入渗滤液孔堵塞排水管道25。
保温系统包括取样口2密封保温塞、出料口3密封保温塞、内筒4、外筒5、保温层6、法兰密封保温盖7、进料口8密封保温盖和透视孔10保温塞；
蒸汽灭菌系统包括蒸汽发生器26、布气管道17、布汽室18（即布气室）、布汽多孔板19（即布气多孔板）、布汽多孔板拉环20、出气管道21和排水管道25；
除臭系统包括出气管道21和装有除臭填料的除臭柜22；
工具系统包括出料刮耙（图4）、取样管（图5）和多孔板取出钩。
蔬菜废弃物发酵装置，外形为中空的圆筒形，利于发酵均匀，无死角。筒高1220mm，内筒4直径500mm，外筒5直径600mm，保温层6厚度50mm。内筒4材料为pp（即聚丙烯）材料，耐酸碱、耐压和耐高温；外筒5材料为不锈钢材料，耐腐蚀，实用、美观；保温层6材料为保温棉，用于蔬菜废弃物发酵蒸汽灭菌和产生热量的保温。取样口2、出料口3和进料口8均填充保温棉和安上密封圈做成带有手柄的塞子（2、3和8），长60mm，设有螺母孔，可通过螺母28与圆筒体上设置螺母孔连接，使塞子与圆筒体之间能够紧密固定，达到保温和密闭的作用，同时具有操作方便的功能，取样口2内径80mm，取样口2设于发酵室正中间，出料口3内径260mm，出料口3设于发酵室底部平于布气多孔板19上表面，进料口8内径200mm；法兰密封盖7也填充保温棉和安上密封圈，设有螺母孔，可通过螺母28与圆筒体上设置螺母孔连接，使密封盖与圆筒体之间能够紧密固定，达到保温和密闭的作用，同时具有操作方便的功能，法兰密封盖7总直径700mm，保温层部分直径500mm，厚度50mm，及螺母孔边缘部分，厚度为20mm，包括设置螺母孔边缘部分，呈法兰状；观测灯9用来发出光源，便于透视孔10观察，透视孔保温塞10开于进料口保温盖8的中央，透视孔10用来观察蔬菜废弃物发酵的物理状况，观测灯孔9和透视孔10为透明材料制成，安装于进料口保温盖的里层，内径为60mm，不观察时用保温塞10塞紧利于保温；湿度气体传感器孔11和温度压力传感器孔12开于法兰密封盖圆心与内筒边缘之间，运用内螺纹进行打孔，直径为25mm，不用时用塞子塞上，用时插上各种传感器。移动轮27高150mm，方便渗滤液管道的使用和维护，圆筒外壁中间两边对称处各设有1个把手，方便实验装置的搬运。
预处理好的蔬菜废弃物进入发酵室1前，拧紧和固定住取样口2密封保温塞、出料口3密封保温塞和法兰密封保温盖7，在拧紧和固定法兰密封保温盖7之前，放入布气多孔板19于内筒底部，然后将蔬菜废弃物通过进料口8进入发酵室1，盖上进料口8密封保温盖和透视孔保温塞10，接着通过螺纹把湿度气体传感器11、温度压力传感器12连接固定在法兰密封保温盖7上，再把各种传感器连接到数据转换器13上，通过数据转换器13把发酵温度、湿度、压力和气体情况显示在微机14上，便于数据的读取、存储、管理和打印。
蔬菜废弃物进入发酵室1后可通过蒸汽灭菌系统进行灭菌，杀死蔬菜废弃物所携带的病虫卵，具体方法是通过蒸汽发生器26产生蒸汽，通过进气管17、布气室18和布汽多孔板19把蒸汽通入发酵室进行高温高压灭菌，灭完菌冷切降压后通过进料口8加入活性微生物菌剂，以利加速发酵进程。
下面进入蔬菜废弃物发酵阶段，发酵室设有装料刻度，保证装料量准确，装料后可通过空压机储气罐15通风，并通过时控器、温控器、压控器和流量计16控制流量供应设计需要的氧气量，氧气通过进气管道17进入布气室18，然后通过布气多孔板19上的孔进入发酵室1中的蔬菜废弃物发酵堆体进行好氧发酵。发酵室1高900mm，布气室18高100mm，两室通过布气多孔板19隔开，布气多孔板19为pp（即聚丙烯）材料，根据不同物料，孔径可为5mm、6mm和8mm。布气多孔板19放置于布气室18内壁突出环形圈上，上下空间不留缝隙，防止发酵物料从布气多孔板19四周掉入布气室18，也便于清理，布气多孔板19可移动，靠近边上对称处设有两个布气多孔板拉环20，便于用多孔板取出钩从上取出和放置，也便于发酵后的清理；发酵过程中发酵室1中堆体产生的渗滤液可通过渗滤多孔板19（即布气多孔板）进入到收集室18（即布气室）暂时保存，或通过排水管道25排出收集进行数据分析，收集室18（即布气室）底部为斜坡面，渗滤液口为最低处，可避免渗滤液在收集室18（即布气室）中长期积压，影响渗滤液分析数据，防堵地漏24可防止大块发酵物料掉入渗滤液孔。发酵过程中可打开取样口2密封保温塞，用取样管（图5）进行取样，然后在实验室进行物理、化学和生物指标的分析，取得最佳的发酵工艺和参数。发酵过程中产生的臭气可通过除臭系统进行处理，产生的臭气通过出气管道21进入装有除臭填料的除臭柜22进行除臭后排出。
蔬菜废弃物发酵腐熟完成后打开出料口3密封保温塞，然后用铲子从底部把发酵物料铲出一部分，最后用出料刮耙（图4）把大部分发酵物料刮耙到出料口取出，取出的腐熟成品可作进一步检测分析或用于田间使用。
实施例2：
装置的使用方法
1、原料预处理
按干配湿、硬配软、碳配氮等原则，将各种粉碎好的蔬菜废弃物与其它辅料混合均匀，使物料的碳氮比达到25～30:1，水分达到55～60%；其中蔬菜废弃物指的是在蔬菜种植生产中蔬菜收获后产生的各种秧子和尾菜，如黄瓜秧子、西红柿秧子、豆角秧子、辣椒秸秆、茄子秸秆、大白菜叶等等，其它辅料指的是鸡粪和蘑菇渣；其中蔬菜废弃物:辅料的重量份数比为75:25。
2、装料前的准备
装料前，需对发酵装置做一些准备。首先把密封保温塞插入取样口和出料口，并用螺母拧紧固定在发酵装置上；其次用多孔板挂钩把布气多孔板放置于布气室内壁突出环形圈上，然后拧紧固定法兰密封保温盖于发酵装置上；接下来取下法兰密封保温盖上所有传感器元件，用螺母替代传感器将所有孔拧紧密封；然后将出气口、渗滤液出口和进气口的阀门全关紧密闭；最后，取出进料口密封保温盖，露出进料口。
3、装料
把预处理好的发酵原料通过进料口均匀放入带有刻度的装置发酵室内，物料堆置高度为85cm，物料装好后拧紧进料口法兰密封保温塞。
4、灭菌
蔬菜废弃物进入发酵室后需通过蒸汽灭菌系统进行灭菌消毒，杀死蔬菜废弃物所携带的病虫卵，防止二次危害。工艺流程是：通过蒸汽发生器产生蒸汽，然后通过布气管、布气室和布汽多孔板把蒸汽通入发酵室进行高温高压灭菌。
具体方法如下：
（1）蒸汽发生器的使用
打开供水阀，向水箱加水，并加满；接通电源，电源指示灯亮；启动加水开关，水泵启动，把水由水箱抽入蒸发器，低水位灯亮并有报警声，水位正常后灯灭，报警声停；启动加热开关，加热灯亮，达到设定压力后，加热灯灭，加热停止；输送和使用蒸汽；
（2）只打开出气口阀门，其它阀门保持关闭；
（3）打开蒸汽发生器进汽口阀门，蒸汽通过布汽管进入到布气室，通过多孔板进入发酵室中的发酵物料；
（4）调整控制好蒸汽进汽和出汽阀的开度，使罐压达到并保持0.11-0.15Mpa，温度控制在121℃，维持时间30分钟；
（5）灭菌时间到后，关上蒸汽进汽阀，及按顺序关闭蒸汽发生器加热、水泵和电源开关，停止工作。待罐内压力降到0.05Mpa时打开空气进气阀，启动鼓风机进行物料通风冷切。
5、接菌
物料灭完菌冷切后，打开进料口，均匀撒入微生物活性菌剂，补充因灭菌杀死的微生物，加速发酵进程；所述的微生物菌剂为蔬菜废弃物腐熟菌剂，它的活性成分包括黄孢平革菌(Phanerochaetechrysosporium)、哈茨木霉（Trichoderma harzianum）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和胶胨样芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）。黄孢平革菌：哈茨木霉：枯草芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌的重量份数为0.5～2:0.5～2:0.5～2: 0.5～2。物料:菌剂重量比为100:1。
6、发酵
盖上进料口密封保温塞和透视孔保温塞，拧下各传感器孔上的螺母，连接湿度气体传感器和温度压力传感器于法兰密封保温盖上，再把各种传感器连接到数据转换器上，以便通过数据转换器发酵温度、湿度、压力和气体情况显示在微机上便于数据的读取、存储、管理和打印。温度传感器可测发酵室上、中、下三层的发酵温度。
发酵初期，通过时间控制器在8点、16点和24点每天向发酵堆体强制通风三次，每次通风时间40分钟，在直至发酵温度达45℃进入发酵中期；发酵中期应用温度控制器、压力控制器、出气口阀门和储气罐进行控制，向堆体自动连续通风，保持发酵装置压力恒定在0.02Mpa，温度恒定在45℃，直至温度开始下降低于45℃进入发酵后期；发酵后期应用时控器控制通风时间每次为20分钟，休息时间4小时，直至发酵温度与外界环境温度一样。整个发酵周期大约为10～12天。
7、取样检测
取样包括发酵物料和渗滤液的取样，发酵物料取样分四次时间，发酵初期、发酵中期、发酵后期和发酵成品，发酵初期、发酵中期、发酵后期从发酵装置取样口抽取，打开取样口法兰密封塞，用本发明设计的配套取样铲插入发酵室腔进行取样，抽出时样品留于取样铲凹槽内，发酵成品的取样在出料时刻抽取。渗滤液的取样从渗滤液出口取。
8、出料
发酵完成后打开出料口法兰密封保温塞，用本发明设计的配套出料刮耙进行出料，出料后用挂钩把布气多孔板取出进行发酵室的清理。
实施例3：
装置的应用效果
以下是用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置在提高腐熟程度和菌数，减少病菌及缩短发酵时间等方面的应用试验。
原料为粉碎晒干茄子秸秆+黄瓜秧子重量比1:3，辅料为鸡粪和蘑菇渣重量比1:1。其中蔬菜废弃物:辅料:菌种的重量份数比为75:25:1，总含水量为55%～60%，体积为170L，室温21℃，设4个处理。
处理1：在所述发明装置内进行控温控压好氧发酵；处理2：在所述发明装置内进行控温好氧发酵；处理3：在所述发明装置内进行自然（不控温控压）好氧发酵；处理4：在170L普通塑料桶内自然发酵（对照），每个处理3次重复。
处理1、处理2和处理3都经过高温灭菌后均接入所述蔬菜废弃物腐熟菌剂，发酵周期以发酵温度降至室温为止计算所得，发酵第10天对各处理进行取样分析，包括菌数、大肠杆菌和黄瓜枯萎病菌，取平均值，并观察发酵的物理状态，结果如下表所示:
表1 不同处理对蔬菜废弃物的处理效果
注：+号越多表示腐熟程度越高，判断标准是茄子秸秆的颜色和强度：+颜色为白色质地硬；++颜色为浅白色质地较软；+++颜色为黑色质地很软。
由表1可知，从各项指标来看，处理1、处理2和处理3的发酵效果明显好于处理4，其中处理1、处理2和处理3的发酵温度在3天内能够达到45℃，同时，处理1和处理2的最高温达45℃，处理3最高温度达58℃，说明装置的保温系统起到了良好的效果，另外，高温消毒灭菌作用也使病菌得到了消灭，处理1、处理2和处理3大肠杆菌检测结果为阴性，黄瓜枯萎病菌检测为0，而处理4因发酵没有经过高温灭菌也达不到高温55℃大肠杆菌检测结果为阳性，黄瓜枯萎病菌检测数量为每克高达2×103。装置的通风系统和渗滤液系统可以通过通风和减少水份来增加发酵物的氧气含量，从而增加微生物的活性，使处理1、处理2和处理3处于好氧发酵，而处理4基本处于厌氧发酵，发酵的结果表现为处理1、处理2和处理3的微生物数量生长繁殖活跃，菌数和腐熟程度如表1所示均高于处理4，发酵周期也大大缩短，其中处理1为10天，处理2为12天，处理3为19天，处理4为37天，处理4茄子秸秆白色质地硬，处理2和处理3茄子秸秆浅白色质地较软，而处理1茄子秸秆黑色质地很软，处理1发酵腐熟程度最高。
处理1和处理2相比处理3，由于处理1和处理2均控制最高发酵温度在45℃，而处理3的最高发酵温度达58℃，高温会抑制微生物的生长和酶活性，阻碍发酵的速度，表现为菌数的减少和发酵周期的延长，由表1可知处理1的每克发酵物菌数达38.3亿个，发酵周期为10天，处理2的每克发酵物菌数达36.8亿个，发酵周期为12天，而处理3每克发酵物菌数只有29.1亿个，发酵周期为19天，说明装置通过控制发酵温度可以缩短物料发酵周期。
处理1相比处理2，由于处理1控制发酵压力在0.02～0.03Mpa之间，而处理2在正常大气压下发酵，数据显示处理1发酵后腐熟程度和发酵周期好于处理2，说明压力提高了酶活性，促进了蔬菜废弃物的发酵速度。
总而言之，通过数据表明，所述发明装置通过灭菌、控压、控温、通风、保温和渗滤液收集的作用加速了蔬菜废弃物的发酵速度和发酵质量。
Claims (10)
1.一种用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，其特征在于该装置外形为中空的圆筒体，包括发酵系统、监测系统、蒸汽灭菌系统、通风系统、渗滤液系统、保温系统、除臭系统和辅助工具8大系统；所述的发酵系统与监测系统连接，监测系统通过微机和打印机进行数据的读取、存储、管理和打印；
其中发酵系统包括：发酵室（1）、取样口（2）、出料口（3）、内筒（4）、外筒（5）、保温层（6）、法兰密封保温盖（7）、进料口（8）、观测灯（9）、透视孔（10）、移动轮（27）、固定螺母（28），还包括给其它系统开的各种孔；
取样口（2）开于发酵室（1）一侧的正中间，出料口（3）开于发酵室（1）的底部，出料口底部平于布气多孔板（19）的表面，取样口（2）与出料口（3）开于发酵室（1）的同一侧，圆心在同一垂直线上，内筒（4）放置于外筒（5）内，并于顶部焊接固定，两筒内外壁均垂直平行，并形成一空腔，在空腔内填置保温棉后形成保温层（6），在内外筒连接处的顶部设有凸出于筒体并平行于地面的一圈边缘部分，呈法兰状，并在上开有螺母孔，法兰密封盖（7）分为两部分，一部分为处于盖中央的保温层，嵌入发酵室，另一部分为较薄的边缘部分，也呈法兰状，也开有螺母孔，通过固定螺母（28）与内外筒顶部设置的边缘部分进行固定连接，进料口（8）开于法兰密封保温盖（7）保温层的一侧，突出于法兰密封保温盖（7）形成法兰状，可与进料口（8）密封保温盖进行固定连接，观测灯孔（9）开于法兰密封保温盖（7）保温层的一侧，由透明材料封闭，在孔口放置发光源，透视孔开于进料口（8）密封保温盖的中央，外筒（5）外壁中间两边对称处各设有1个把手，移动轮（27）安装于发酵装置的底部；
监测系统包括：湿度气体传感器（11）、温度压力传感器（12）、数据转换器（13）和微机（14）；
湿度气体传感器（11）孔和温度压力传感器（12）孔开于法兰密封保温盖（7）圆心与内筒（4）内壁之间，用内螺纹打孔，传感器上有外螺纹，可以固定在法兰密封保温盖（7）上，传感器与数据转换器(13)连接，数据转换器(13)连接于微机(14)上；
蒸汽灭菌系统包括：蒸汽发生器（26）、布气管道（17）、布气室（18）、布气多孔板（19）、布气多孔板拉环（20）、出气管道（21）和排水管道（25）；
蒸汽发生器(26)与布气管道（17）连接，布气管道（17）穿过外筒（5）和内筒（4）进入从布气室（18），布气室（18）筒壁设有一突出环形圈，布气多孔板（19）放置突出环形圈上，布气多孔板可移动，靠近边上对称处设有两个布气多孔板拉环（20），出气管道（21）安装于法兰密封保温盖（7）上一侧，排水管道（25）安装于装置底部，管道有分支，一支从筒的侧面伸出，一支从布气筒的底部伸出；
通风系统包括空压机和储气罐（15）、时控器、温控器、压控器和流量计（16）、布气管道（17）、布气室（18）、布气多孔板（19）、布气多孔板拉环20、出气管道（21）；
空压机储气罐(15)与时控器温控器压控器和流量计(16)连接，控制器（16）与布气管道（17）连接，布气管道（17）穿过外筒（5）和内筒（4）进入从布气室（18），布气室（18）筒壁设有一突出环形圈，布气多孔板（19）放置突出环形圈上，布气多孔板可移动，靠近边上对称处设有两个布气多孔板拉环（20），出气管道（21）安装于法兰密封保温盖（7）上一侧；
渗滤液系统包括：收集室（18）（即布气室）、渗滤多孔板（19）（即布气多孔板）、斜坡面（23）、防堵地漏（24）和排水管道（25）；
收集室（18）底部为斜坡面（23），渗滤液出口位于最低处，防堵地漏（24）放于渗滤液出口，排水管道（25）与渗滤液出口连接，排水管道（25）安装于装置底部，管道有分支，一支从筒的侧面伸出，一支从布气筒的底部伸出；
保温系统包括：取样口（2）密封保温塞、出料口（3）密封保温塞、内筒（4）、外筒（5）、保温层（6）、法兰密封保温盖（7）、进料口（8）密封保温盖和透视孔（10）保温塞；
取样口（2）密封保温塞和出料口（3）密封保温塞通过固定螺母（28）密闭连接固定于发酵装置侧面，法兰密封保温盖（7）通过固定螺母（28）密闭连接固定于发酵装置顶部，进料口（8）密封保温盖通过固定螺母（28）密闭连接固定于法兰密封保温盖（7）上，透视孔（10）密封保温塞直接插入透视孔（10）中；
除臭系统包括：出气管道（21）和装有除臭填料的除臭柜（22）；
出气管道（21）与发酵室（1）连接，装有除臭填料的除臭柜（22）连接于出气管道（21）；
工具系统包括：出料刮耙、取样管和多孔板取出钩。
2.根据权利要求1所述的用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，其特征在于所述中空的圆筒体，筒高1220mm，内筒（4）直径500mm，外筒（5）直径600mm，保温层（6）厚度50mm。
3.根据权利要求1所述的用于蔬菜废弃物快速腐熟的好氧发酵装置，其特征在于所述的发酵室（1）高900mm，布气室（18）高100mm，两室通过布气多孔板（19）隔开，布气多孔板的孔径为5mm、6mm和8mm。
4.根据权利要求1所述的用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，其特征在于所述的内筒（4）材质为聚丙烯材料；外筒（5）材质为不锈钢材料；保温层（6）材质为保温棉。
5.根据权利要求1所述的用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，其特征在于所述的取样口（2）、出料口（3）和进料口（8）均填充保温棉和安上密封圈做成带有手柄的塞子，长60mm，设有螺母孔，可通过螺母（28）与圆筒体上设置螺母孔连接。
6.根据权利要求1所述的用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，其特征在于所述取样口（2）内径80mm，出料口（3）内径260mm，进料口（8）内径200mm；法兰密封盖（7）也填充保温棉和安上密封圈，设有螺母孔，通过螺母（28）与圆筒体上设置螺母孔连接。
7.根据权利要求1所述的用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置，其特征在于所述法兰密封盖（7）总直径700mm，保温层部分直径500mm，厚度50mm，及螺母孔边缘部分，厚度为20mm；透视孔（10）开于进料口保温盖（8）的中央，透视孔（10）为透明材料制成，安装于进料口保温盖的里层，内径为60mm，并配有保温塞。
8.一种采用权利要求1所述的蔬菜废弃物发酵装置进行发酵的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
(1)原料预处理:将各种粉碎好的蔬菜废弃物与其它辅料混合均匀，使物料的碳氮比达到25～30:1，水分达到55～60%；其中蔬菜废弃物指的是在蔬菜种植生产中蔬菜收获后产生的各种秧子和尾菜，其它辅料指的是鸡粪和蘑菇渣；其中蔬菜废弃物:辅料的重量份数比为75:25；
(2)装料前的准备：首先把密封保温塞插入取样口和出料口，并用螺母拧紧固定在发酵装置上；其次用多孔板挂钩把布气多孔板放置于布气室内壁突出环形圈上，然后拧紧固定法兰密封保温盖于发酵装置上；接下来取下法兰密封保温盖上所有传感器元件，用螺母替代传感器将所有孔拧紧密封；然后将出气口、渗滤液出口和进气口的阀门全关紧密闭；最后，取出进料口密封保温盖，露出进料口；
（3）装料：把预处理好的发酵原料通过进料口均匀放入带有刻度的装置发酵室内，物料堆置高度为85cm，物料装好后拧紧进料口法兰密封保温塞；
（4）灭菌：通过蒸汽发生器产生蒸汽，然后通过布气管道、布气室和布气多孔板把蒸汽通入发酵室进行高温高压灭菌，罐压达到并保持0.11-0.15Mpa，温度控制在121-123℃，维持时间30分钟；
（5）接菌：物料灭完菌冷切后，打开进料口，均匀撒入微生物活性菌剂，补充因灭菌杀死的微生物，加速发酵进程，所述的微生物菌剂为蔬菜废弃物腐熟菌剂，它的活性成分包括黄孢平革菌(Phanerochaetechrysosporium)、哈茨木霉（Trichoderma harzianum）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和胶胨样芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus），黄孢平革菌：哈茨木霉：枯草芽孢杆菌：胶胨样芽孢杆菌的重量份数为0.5～2:0.5～2:0.5～2: 0.5～2；
物料:菌剂重量比为100:1；
（6）发酵：盖上进料口密封保温塞和透视孔保温塞，拧下各传感器孔上的螺母，连接湿度气体传感器和温度压力传感器于法兰密封保温盖上，再把各种传感器连接到数据转换器上，以便通过数据转换器发酵温度、湿度、压力和气体情况显示在微机上便于数据的读取、存储、管理和打印；
温度传感器可测发酵室上、中、下三层的发酵温度；
发酵初期，通过时间控制器在8点、16点和24点每天向发酵堆体强制通风三次，每次通风时间40分钟，在直至发酵温度达45℃进入发酵中期；发酵中期应用温度控制器、压力控制器、流量计、出气口阀门和储气罐进行控制，向堆体自动连续通风，保持发酵装置压力恒定在0.02～0.03Mpa，温度恒定在45℃，直至温度开始下降低于45℃进入发酵后期；发酵后期应用时控器控制通风时间每次为20分钟，休息时间4小时，直至发酵温度与外界环境温度一样，整个发酵周期为10～12天；
（7）取样检测：取样包括发酵物料和渗滤液的取样，发酵物料取样分四次时间，发酵初期、发酵中期、发酵后期和发酵成品，发酵初期、发酵中期、发酵后期从发酵装置取样口抽取，打开取样口法兰密封塞，用取样铲插入发酵室腔进行取样，抽出时样品留于取样铲凹槽内，发酵成品的取样在出料时刻抽取，渗滤液的取样从渗滤液出口取；
（8）出料：发酵完成后打开出料口法兰密封保温塞，用出料刮耙进行出料，出料后用挂钩把布气多孔板取出进行发酵室的清理。
9.权利要求8所述的蔬菜废弃物发酵装置进行发酵的方法，其中蔬菜废弃物指的是如黄瓜秧子、西红柿秧子、豆角秧子、辣椒秸秆、茄子秸秆和大白菜叶等。
10.权利要求1所述的用于蔬菜废弃物快速腐熟的发酵装置在提高腐熟程度和菌数，减少病菌及缩短发酵时间等方面的应用试验。
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