CN106220250A - 一种粪污快速发酵生产有机肥的方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种粪污快速发酵生产有机肥的方法及系统，发酵方法通过在设有保温层的发酵罐中采用分层式的循环发酵，物料进入发酵罐后，经历了预热层40～50度，发酵高温层60～70度，降温层50～60度，腐熟层40～50度后完成整个发酵过程，再自动出料，发酵所需的热量自给自足，本发明的所有投料步骤都不需添加辅料，除第一批原始物料外，其余投入发酵罐内的各批次的物料均不需添加发酵菌种，本发明的发酵系统全程自动化程度高，封闭性强，不会产生二次污染。

Description

一种粪污快速发酵生产有机肥的方法及系统

技术领域

本发明涉及微生物好氧发酵技术，特别的，涉及一种粪污快速发酵生产有机肥的方法及系统。

背景技术

改革开放30年，随着国家政策的开放及扶持，我国的畜禽养殖业已呈现出一派繁荣。联合国粮农组织2009年公布的统计资料：我国生猪存栏5.23亿头，占世界存栏总数的50.9％，居世界第1位；绵羊2.19亿只，占世界存栏总数的18.72％，居世界第1位；山羊2.46亿只，占世界存栏总数的25.14％，居世界第1位；牛1.89亿头，占世界存栏总数的9.2％，居世界第3位。肉类总产量达10845万吨，禽蛋(不含鸡蛋)843.6万吨，鸡蛋3578.6万吨，奶类3785万吨，其中肉类产量占世界总产量的百分之三十，禽蛋产量占百分之八十，鸡蛋产量占百分之四十，奶类产量占百分之五。养殖业的迅速发展，由此产生了大量的畜禽粪便污染。如把粪便堆积在一起，发酵腐烂，由此产生大量的细菌病毒繁殖传播，蚊蝇泛滥，臭气难挡，严重影响生态环境。2011年全国畜禽粪尿总量为26.89亿吨，加上水冲、垫圈，粪便总排放量约为30亿吨，相当于当年工业固体废弃物排放总量的2倍，有机污染物中仅COD就达到1.2亿吨，已超过工业和生活废弃物中COD的总和，成为环境污染三大源头之一。

然而，从另一角度来分析，畜禽粪便又是一种宝贵的饲料和肥料资源，通过加工处理可制成优质饲料和有机复合肥料，不仅变废为宝，还能防止环境污染，疾病蔓延，具有较高的社会效益和一定的经济效益。施用有机肥一直以来都是中国传统农业的生产方式，直到20世纪50～60年代，我国肥料资源绝大部分仍然依靠有机肥料。20世纪60年代以后，特别是农村实行承包责任制以后，化肥用量迅速增加，有机肥的比重有所下降。据前瞻产业研究院《2013～2017年中国有机肥料行业产销需求与投资预测分析报告》最新统计数据显示，中国有机肥施用量占肥料总投入量的比例，从1949年的99.9％降至1990年的37.4％，2000年降至30.6％，2003年降至25％，目前，该比重已经降至8％～10％左右。发达国家有机肥使用率一般在40％左右；目前我国农业废弃物利用率远远低于60％；现阶段，如何解决畜禽粪便无害化处理的问题已成为社会上环保工作者和科技工作者的热点问题。

现有的粪污发酵系统占地面积大，人工操作多，操作较为复杂，效率低；且发酵时间长，受环境温度影响大，夏天20～25天/批；冬天30～50天/批，还需要添加谷壳、锯木屑、稻草、秸秆等辅料进行发酵；另外，现有的粪污发酵系统一方面由于发酵不充分，产生大量的尾气(主要是氨气)，另一方面采用半开放式车间，尾气无法集中回收处理，直接造成对环境气候的污染。

中国专利201120026726.4公开了一种猪粪发酵机，该方案简要介绍了利用其保温发酵罐进行发酵的工艺过程，其发酵过程大致为：先将粪便、水、发酵菌种三者混合，再将三者的混合原料一次性投入罐体内，混合原料总量大约是罐体内容积的70～80％，再在罐体内边搅拌，边加氧发酵，持续发酵8～10天，该方案中物料为一次性整体发酵，每投一次物料都需要添加一次发酵菌种，且在发酵过程中，罐体内各处的温度均保持在65～75℃，而发酵温度在65℃以上时，氨气挥发较多，一是对环境影响大，二是留存于有机肥中的氮元素减少，降低有机肥的肥效。

发明内容

本发明目的在于提供一种粪污快速发酵生产有机肥的方法及系统，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种粪污快速发酵生产有机肥的方法，包括以下步骤：

4)收集粪污废弃物，对粪污废弃物进行固液分离，使粪污废弃物固液分离后得到含水率≤70％的物料；

5)设置初始发酵环境：

2-1)取体积小于或等于发酵罐容积1/n的物料加入发酵菌种混合后作为初始物料，将初始物料投入保温发酵罐进行好氧发酵，至初始物料发酵至60～70℃时，投入第二批体积小于或等于发酵罐容积1/n的物料；

2-2)参照步骤2-1的过程，上一批物料发酵至60～70℃时，投入下一批体积小于或等于发酵罐容积1/n的物料，至投入第n批物料时，最底层的第一批原始物料温度降至40～50℃，初始发酵环境即设置完成，n＝5、6、7或8；

6)当最底层的物料温度低于40℃时，表示最底层物料已发酵完，将最底层发酵完的物料排出，再从发酵罐罐顶投入体积小于或等于发酵罐容积的1/n的物料，如此循环出料与投料，使每次投入的物料进入发酵罐后，从上到下依次经历40～50℃的预热层、60～70℃的发酵高温层、50～60℃的降温层、40～50℃的腐熟层后从罐底排出，且每次投入的物料从进罐到出罐经历5～8天的好氧发酵周期；

进一步的，步骤2～步骤3中所述好氧发酵过程中，每小时空气的供给量为发酵罐内全部物料总体积的3.5～4.5倍，发酵过程中用搅拌叶片进行间歇性的搅拌。

进一步的，步骤2～步骤3中所述好氧发酵过程中，空气的供气频率为3～5次/小时，每次供气8～11分钟，所述搅拌叶片的搅拌频率为：5～15分钟转一次，每次转25°～35°的角度。

优选的，步骤1中所述粪污废弃物为畜禽粪便、畜禽粪便与其他畜禽废弃物二者的混合物或畜禽粪便与个体重量小于30公斤的畜禽尸体及其他畜禽废弃物三者的混合物。

根据所述粪污快速发酵生产有机肥的方法，本发明还提供了一种粪污快速发酵生产有机肥的系统，包括具有保温层的封闭式发酵罐5，发酵罐5内设有搅拌转轴6，搅拌转轴6上设有搅拌叶片61，发酵罐5内壁固设有用于供气的进风管7，进风管7的进风口设于发酵罐5罐体外并与风机8的出风口连接，发酵罐5的顶部设有进料口51与排气口52，排气口52与尾气处理塔9连接，发酵罐5的底部设有出料口53，所述发酵罐5内底部设有用于检测底层物料温度的温度传感器A，所述出料口53处设有出料阀门开关，所述发酵系统还设有控制器，所述出料阀门开关、温度传感器A、搅拌转轴(6)的驱动装置、风机(8)均由控制器电连接控制,控制器用于对发酵过程中的供气、搅拌进行自动控制，并用于接收温度传感器A反馈的最底层物料的温度而控制出料阀门的开关，实现自动出料。

进一步的，所述搅拌转轴6沿发酵罐5高度方向设置在发酵罐5内，搅拌转轴6上的搅拌叶片61与搅拌转轴6垂直，且预热层1及发酵高温层2中均分布有搅拌叶片61。

进一步的，发酵高温层2及降温层3均分布有进风管7。

进一步的，所述发酵罐5与物料接触的部位的材质均采用耐腐蚀的不锈钢。

进一步的，所述风机8的进风口设有用于对输入发酵罐内的空气进行加热升温的加热装置；风机8的出风口设有用于检测输入发酵罐5内的空气温度的温度传感器B。

进一步的，所述风机内的加热装置及风机出风口处的温度传感器B均由所述控制器电连接控制，控制器还用于通过温度传感器B自动监测发酵罐的供风温度而实时启动风机内的加热装置。

本发明的工作原理为：

在温度40～60℃且氧气与水分充足的情况下，经粪污中多种微生物共同作用，粪便中的有机物质可降解转化为稳定的无异味的腐殖质类物质，在这一过程中，微生物以粪便为食物生长繁殖，消耗氧气，主要产生二氧化碳、水及其他稳定程度高、可被植物迅速吸收的腐殖质类物质，同时释放热量使系统内温度升高，在45～60℃促进微生物的代谢，60℃以上时可杀死粪便中的病原微生物、寄生虫卵和草籽等而起到自动杀菌消毒的作用。

由于本发明中，发酵罐内的物料为分层投入的，各层物料发酵状态不同，中间层的物料(即发酵高温层2)为发酵最活跃的物料层，产热最多，温度相对较高(60～70℃)，粪便中的病原微生物、寄生虫卵和草籽在此阶段被杀死，中间物料层释放的多余热量在保温结构的发酵罐内向上传递至新进的低温物料(即预热层1)，在蒸发掉物料自带的水份的同时为顶层新进物料发酵提供所需能量，无需添加用于产热升温的辅料(如稻草、麦秸、木屑等)，避免添加辅料使整个系统都处于65℃以上的高温状态而造成氨气挥发过多，一方面减少废气处理压力，另一方面增加生成的有机肥的肥效；中间层的物料经发酵活跃期后发酵活跃度逐渐减低(转为降温层3)，随着底层物料不断从发酵罐底排出，原中间层的物料逐层下降至到达发酵罐底时刚好已发酵完(成为腐熟层4)，再出料，再继续从发酵罐顶投料，如此形成分层式的循环发酵。

有益效果：本发明的发酵方法通过在设有保温层的发酵罐中采用分层式的循环发酵，物料(畜禽废弃物)进入发酵罐后，经历了预热层40～50度，发酵高温层60～70度，降温层50～60度，腐熟层40～50度后完成整个发酵过程，再自动出料，发酵所需的热量自给自足，本发明的所有投料步骤都不需添加辅料，除第一批原始物料外，其余投入发酵罐内的各批次的物料均不需添加发酵菌种。

本发明的发酵系统通过设置在发酵罐内底部的温度传感器A及时监测发酵罐内的发酵情况，并可根据温度传感器A反馈的温度及时控制出料阀门开关实现自动出料，整个发酵系统自动化程度高，封闭性强，不会产生二次污染，其中主要的环节为好氧发酵部分，充分利用粪便内微生物的活性对有机物进行分解，自身产生高温对物料进行腐熟，以此杀灭病原体、细菌等有害物质，发酵过程中物料含水率不断下降，体积减小；发酵好的粪便可做有机肥原料进行农业生产，真正实现了无害化、减量化、资源化的目的。

本发明的发酵系统占地面积小，自动化程度高，一人操控即可完成发酵处理过程，与物料接触处均采用不锈钢材质，耐腐蚀；罐体采用双层保温结构，且风机设有加热装置，发酵过程不受外界温度影响；发酵罐内设有通风搅拌装置，大大提高发酵速度和质量。发酵过程中所产生的臭气经过收集系统进入尾气处理塔处理后达标排放，避免二次污染。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的发酵过程示意图；

图2是本发明优选实施例的发酵系统结构简图。

图中：1-预热层，2-发酵高温层，3-降温层，4-腐熟层，5-发酵罐，51-进料口，52-排气口，53-出料口，6-搅拌转轴，61-搅拌叶片，7-进风管，8-风机，9-尾气处理塔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本实施例提供的一种粪污快速发酵生产有机肥的方法，包括以下步骤：

1)收集粪污废弃物，对粪污废弃物进行固液分离，使粪污废弃物固液分离后得到含水率低于70％的物料；

2)设置初始发酵环境：

2-1)取体积等于发酵罐容积1/7的物料加入发酵菌种混合后作为初始物料，将初始物料投入保温发酵罐进行好氧发酵，至初始物料发酵至60℃时，投入第二批体积等于发酵罐容积1/7的物料并将第一批投入的初始物料覆盖；

2-2)参照步骤2-1的过程，上一批物料发酵至60℃时，投入下一批体积等于发酵罐容积1/7的物料并将上一批投入的物料覆盖，至投入第7批物料时，最底层的第一批原始物料温度降至40～50℃，初始发酵环境即设置完成；

3)当发酵罐内底部的温度传感器检测到最底层的物料温度低于40℃时，表示最底层物料已发酵完，通过出料阀门将最底层发酵完的物料排出，再从发酵罐罐顶投入体积等于发酵罐容积的1/7的物料并将发酵罐内最顶层的物料覆盖，如此循环出料与投料，使每次投入的物料进入发酵罐后，从罐顶到罐底依次经历40～50℃的预热层、60～70℃的发酵高温层、50～60℃的降温层、40～50℃的腐熟层后从罐底排出，且每次投入的物料从进罐到出罐经历7天的好氧发酵周期；

本实施例中，每次投料的体积等于发酵罐容积的1/7，相邻两次投料间隔时间为一天。

本实施例中，步骤2～步骤3中的好氧发酵过程中，每小时空气的供给量为发酵罐内全部物料总体积的4倍，发酵过程中用搅拌叶片进行间歇性的搅拌。

本实施例中，空气的供气频率为4次/小时，每次供气10分钟，搅拌叶片的搅拌频率为10分钟转一次，每次转30°的角度。

本实施例中，粪污废弃物为畜禽粪便。

一种粪污快速发酵生产有机肥的系统，包括罐壁为双层不锈钢封闭式结构的发酵罐5，且两层不锈钢之间夹设有保温层，发酵罐5内设有搅拌转轴6，搅拌转轴6上设有搅拌叶片61，发酵罐5内壁固设有用于供气的进风管7，进风管7的进风口设于发酵罐5罐体外并与风机8的出风口连接，进风管7的出风口为设置在进风管管壁上的孔口(图中未示出)，发酵罐5的顶部设有进料口51与排气口52，排气口52与尾气处理塔9连接，发酵罐5的底部设有出料口53，出料口53处设有出料阀门开关，发酵罐5内底部设有用于检测底层物料温度的温度传感器A(图中未示出)。

本实施例中，搅拌转轴6沿发酵罐5高度方向设置在发酵罐5内，搅拌转轴6上的搅拌叶片61与搅拌转轴6垂直，且预热层1及发酵高温层2中均分布有搅拌叶片61。

本实施例中，发酵高温层2及降温层3中均分布有进风管7。

本实施例中，风机8的进风口设有用于对输入发酵罐5内的空气进行加热升温的加热装置(图中未示出)，风机8的出风口设有用于检测输入发酵罐5内的空气温度的温度传感器B(图中未示出)，以防止环境温度过低无法正常发酵或其他需要辅助加温的情况。

本实施例的发酵系统还设有控制器，出料阀门开关、温度传感器A、搅拌转轴6的驱动装置、风机8、风机内的加热装置及风机出风口处的温度传感器B均由控制器电连接控制，控制器用于对发酵过程中的供气、搅拌频率与速度进行自动控制，并用于接收温度传感器A反馈的最底层物料的温度而控制出料阀门的开关，实现自动出料，控制器还用于通过温度传感器B自动监测风机的供风温度而实时启动风机内的加热装置。

本发明主要发酵流程如下：

1、通过专用密封运输车把粪污废弃物运送到调节池，在调节池中通过固液分离机进行固液分离得到含水率≤70％的物料；

2、将分离出来的物料用翻斗提升机经进料口51投入发酵罐5；

3、进入发酵罐5后，通过液压缸带动棘齿轮驱动搅拌转轴6每5～15分钟转动一次，进风管7每小时供气3～5次，每次供气8～11分钟；

4、通过5～8天的好氧发酵与干燥处理过程，当温度低于40度时，自动出料，形成水份低于35％的生物有机肥；

5、处理过程中，尾气通过微孔曝气盘进入尾气处理塔后达标排放；

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粪污快速发酵生产有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)收集粪污废弃物，对粪污废弃物进行固液分离，使固液分离后得到的物料含水率≤70％；

2)设置初始发酵环境：

2-1)取体积小于或等于发酵罐容积1/n的物料加入发酵菌种混合后作为初始物料，将初始物料投入保温发酵罐进行好氧发酵，至初始物料发酵至60～70℃时，投入第二批体积小于或等于发酵罐容积1/n的物料；

2-2)参照步骤2-1的过程，上一批物料发酵至60～70℃时，投入下一批体积小于或等于发酵罐容积1/n的物料，至投入第n批物料时，最底层的第一批原始物料温度降至40～50℃，初始发酵环境即设置完成，n＝5、6、7或8；

3)当最底层的物料温度低于40℃时，表示最底层物料已发酵完，将最底层发酵完的物料排出，再从发酵罐罐顶投入体积小于或等于发酵罐容积的1/n的物料，如此循环出料与投料，使每次投入的物料进入发酵罐后，从上到下依次经历40～50℃的预热层、60～70℃的发酵高温层、50～60℃的降温层、40～50℃的腐熟层后从罐底排出，且每次投入的物料从进罐到出罐经历5～8天的好氧发酵周期。

2.根据权利要求1所述的一种粪污快速发酵生产有机肥的方法，其特征在于，步骤2～步骤3中所述好氧发酵过程中，每小时空气的供给量为发酵罐内全部物料总体积的3.5～4.5倍，发酵过程中用搅拌叶片进行间歇性的搅拌。

3.根据权利要求2所述的一种粪污快速发酵生产有机肥的方法，其特征在于，步骤2～步骤3中所述好氧发酵过程中，空气的供气频率为3～5次/小时，每次供气8～11分钟，所述搅拌叶片的搅拌频率为：5～15分钟转一次，每次转25°～35°的角度。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种粪污快速发酵生产有机肥的方法，其特征在于，步骤1中所述粪污废弃物为畜禽粪便、畜禽粪便与其他畜禽废弃物二者的混合物或畜禽粪便与个体重量小于30公斤的畜禽尸体及其他畜禽废弃物三者的混合物。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述粪污快速发酵生产有机肥的方法设置的一种粪污快速发酵生产有机肥的系统，其特征在于，包括具有保温层的封闭式发酵罐(5)，发酵罐内设有搅拌转轴(6)，搅拌转轴上设有搅拌叶片(61)，发酵罐内壁固设有用于供气的进风管(7)，进风管的进风口设于发酵罐罐体外并与风机(8)的出风口连接，发酵罐的顶部设有进料口(51)与排气口(52)，排气口与尾气处理塔(9)连接，发酵罐的底部设有出料口(53)，所述发酵罐内底部设有用于检测底层物料温度的温度传感器A，所述出料口处设有出料阀门开关，所述发酵系统还设有控制器，所述出料阀门开关、温度传感器A、搅拌转轴(6)的驱动装置、风机(8)均由控制器电连接控制，控制器用于对发酵过程中的供气、搅拌进行自动控制，并用于接收温度传感器A反馈的最底层物料的温度而控制出料阀门的开关，实现自动出料。

6.根据权利要求5所述的一种粪污快速发酵生产有机肥的系统，其特征在于，所述搅拌转轴(6)沿发酵罐(5)高度方向设置在发酵罐内，搅拌转轴上的搅拌叶片(61)与搅拌转轴垂直，且预热层(1)及发酵高温层(2)中均分布有搅拌叶片。

7.根据权利要求6所述的一种粪污快速发酵生产有机肥的系统，其特征在于，发酵高温层(2)及降温层(3)均分布有进风管(7)。

8.根据权利要求5所述的一种粪污快速发酵生产有机肥的系统，其特征在于，所述发酵罐(5)与物料接触的部位的材质均采用耐腐蚀的不锈钢。

9.根据权利要求5～8中任意一项所述的一种粪污快速发酵生产有机肥的系统，其特征在于，所述风机(8)的进风口设有用于对输入发酵罐内的空气进行加热升温的加热装置；风机(8)的出风口设有用于检测输入发酵罐(5)内的空气温度的温度传感器B。

10.根据权利要求9所述的一种粪污快速发酵生产有机肥的系统，其特征在于，所述风机内的加热装置及风机出风口处的温度传感器B均由所述控制器电连接控制，控制器还用于通过温度传感器B自动监测发酵罐的供风温度而实时启动风机内的加热装置。