CN108821809A - 利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法 - Google Patents

利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，系统由发酵装置、水肥一体施用装置、滴灌装置和自动控制装置等组成，其中发酵装置由发酵池、太阳能加热装置、太阳能搅拌通风装置、投料口、清渣口、过流管、沼气收集装置等组成；水肥一体施用装置由水泵、电磁阀、追肥桶、文丘里管等组成；滴灌装置由主管、支管及滴头等组成；自动控制装置由控制器硬件和软件、温度及土壤水分等一系列传感器等组成。该发明既能快速缓解经济发达地区果农对有机肥需求增加和禽畜禁养导致原料来源匮乏之间的矛盾，同时解决农业废弃物造成的资源浪费、环境压力和处理问题，以及传统有机肥在果园堆置存在的脏乱和施用费工费力问题。

Description

利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统 及方法
技术领域
本发明涉及一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，属于农业废弃物处理技术领域。
背景技术
随着生活现代化水平越来越高，有机食品越来越受到了人们的重视。有机食品的培育依赖于土壤有机质含量。然而我国果园种植普遍存在土壤有机质含量低、有机肥堆置粗放、施用费工费力、环境污染等问题，近年来经济发达地区禽畜禁养由导致有机肥来源受限。为缓解经济发达地区果农对有机肥需求增加和禽畜禁养导致原料来源匮乏之间的矛盾，解决农业废弃物造成的资源浪费、环境压力和处理问题，以及传统有机肥在果园堆置存在的脏乱和施用费工费力问题，本发明设计了一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体使用系统，用于农业废弃物进行处理并提高土壤有机质含量。
专利(申请号：201710705604.X)公开了一种农业废弃物循环利用系统，包括厌氧子系统、沼气处理子系统、固液分离子系统、沼液浓缩子系统和好氧堆肥子系统。利用农业废弃物发酵后产生的沼渣和沼液，浓缩为液态肥后用于农业生产，农业废弃物处理不能就地处理，液态肥也不能就地施用，增加了生产和使用成本。
专利(申请号：201510871489.4)公开了一种农业废弃物处理系统，包括粉碎桶和焚烧桶，利用农作物收割后产生的农业废弃物进行集中焚烧，再将焚烧后的灰烬用作土壤的养料，不适合用作果园中的农业废弃物处理。
发明内容
针对上述问题，本设计利用农业废弃物资源化处理生产有机菌肥，为农村减少了污染源，达到资源化、无害化、可循环的目的，也缓解了禽畜禁养带来的原料紧缺问题；采用集散式发酵设备，连续池式厌氧发酵和好氧发酵技术可有效抑制土壤有害微生物富集，缓解了果农对有机菌肥的供需矛盾，实现了农村经济循环发展；运用太阳能为发酵池通风搅拌加热提供能源，减少了废弃物排放，对于改善果园有机肥供应状况、提高土壤有机质含量和环境具有显著意义。
本发明提供了一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，通过不同时期不同种类植株生长周期特性对有机菌肥的需求差异选择不同配比原料及微生物，采用连续投料、持续发酵的方法，将含有有机肥和有益菌群的液体肥料通过水肥一体滴灌装置施用于果园土壤中，以改善我国土壤有机物含量低以及解决农业废弃物造成的资源浪费、环境压力和处理问题。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统，包括发酵装置、水肥一体施用装置、滴灌装置和自动控制装置；所述发酵装置用于产出液体有机菌肥，发酵装置包括沼气收集装置(1)、排气管(2)、太阳能加热装置(3)、加热装置(8)、一级发酵池(12)、二级发酵池(13)和三级澄清池(14)；沼气收集装置(1)通过排气管(2)与一级发酵池(12)、二级发酵池(13)和三级澄清池(14)相通，确保发酵过程中池内沼气及时排出；所述的太阳能加热装置(3)与一级发酵池(12)底部的加热装置(8)连接，可利用水循环加热提升一级发酵池(12)内温度；二级发酵池(13)侧置机械搅拌装置(9)通过太阳能搅拌装置(4)驱动，对二级发酵池(13)内液体有机菌肥进一步搅拌，然后送入三级澄清池(14)；水肥一体施用装置包括水泵(15)、电磁阀(16)、水源(19)、追肥桶(17)和文丘里管(18)；所述水泵(15)的一端分别通过管路连接电磁阀(16)，抽取三级澄清池(14)中的液体有机菌肥以及三级澄清池(14)旁边的水源(19)，水泵(15)的另一端通过文丘里管(18)连接追肥桶(17)，并将水和液体有机菌肥混合收入到滴灌装置中；所述滴灌装置包括滴灌分干管及滴头(23)和滴灌主干管(24)；所述文丘里管(18)和滴灌主干管(24)相连，滴灌主干管(24)连接滴灌分干管及滴头(23)；所述的自动控制装置包括温度传感器(7)、电磁阀(16)、土壤水分传感器(22)和控制柜(25)，通过温度传感器(7)、土壤水分传感器(22)分别采集一级发酵池(12)和滴灌装置的温度及湿度信息，利用控制柜(25)控制电磁阀(16)开通关断。
进一步，所述的一级发酵池(12)顶部设有物料投料口(5)，一级发酵池(12)通过过流管 (10)与二级发酵池(13)连接。
进一步，所述二级发酵池(13)顶部设有微生物投料口(6)，通过过流管(10)与一级发酵池(12)及三级澄清池(14)连接。
进一步，所述的三级澄清池(14)顶部设有清渣口(11)，一端通过过流管(10)与二级发酵池(13)相连，另一端与水泵(15)相连。
进一步，所述的文丘里管(18)是一个用于水肥混合的三口射流装置，分为进料口、进水口和出水口，进水口与水泵(15)相连，进料口与追肥桶(17)相连，出料口与滴灌主干管(24)相连。
进一步，压力表(20)设置在滴灌主干管(24)上，显示当前管压；水表(21)设置于滴灌分干管及滴头(23)之前。
进一步，所述的控制柜(25)与水泵(15)、温度传感器(7)、电磁阀(16)、土壤水分传感器(22)相连，测得数据经自动控制装置分析处理后可实现对发酵装置和滴灌装置的自动控制。
本发明的利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用方法的技术方案包括以下步骤：
步骤一：农业废弃物投料及发酵：对农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统上电并自检，自检通过后，启动温度传感器(7)及土壤水分传感器(22)，然后将农业废弃物通过物料投料口(5)持续投料到一级发酵池(12)，在池内温度进行预热的同时通过温度传感器(7)监测池内厌氧发酵过程中温度的变化，若温度不合适，则进行下一轮的温度信号采集；若温度合适，则持续发酵数天后通过过流管进入二级发酵池(13)，投入微生物后利用搅拌装置(9)使粪液与氧气充分接触，持续发酵经过数天后进入三级澄清池(14)；
步骤二：澄清并制备有机菌液：将三级澄清池(14)中农业废弃物发酵所产的有机菌液暂贮数天后，将有机菌液与水通过文丘里管(18)充分混合后送入滴灌装置；
步骤三：利用文丘里管加入微量元素：根据不同植株生长周期所需的营养元素不同，通过文丘里管(18)向有机肥中投入所含各元素富集的微量元素种类，采用连续投料、持续发酵的发酵工艺将含有微量元素的有机肥应用于滴灌技术；
步骤四：应用滴灌技术施用于果园：将制备的有机菌液泵入滴灌主干管(24)和滴灌分干管及滴头(23)，借助于土壤毛细管力的作用，使水肥在土壤中渗入和扩散，并采集土壤水分传感器(22)信号，若不达标，打开水泵(15)后采集下一轮的土壤水分传感器(22) 信号，若水分达标，则打开水泵(19)和电磁阀(16)，同时依据水表(21)及压力表(20) 监测滴灌主干管(24)管压。
进一步，步骤一中一级发酵池(12)持续发酵的天数为30～40天；二级发酵池(13)持续发酵天数为15～20天；步骤二中三级澄清池(14)的有机菌液暂贮天数为15～20天。本发明具有有益效果：
本发明利用不同种类植株生长周期特性对有机菌肥的需求差异选择不同配比原料及微生物，以太阳能为动力加速果园及周边农业废弃物发酵处理速率，并提取澄清后含有有机肥和有益菌群的液体肥料。将其通过水肥一体滴灌装置施用于果园土壤中，同时设计符合果农经济水平、稳定可靠的智能自动控制装置。该发明既能快速缓解经济发达地区果农对有机肥需求增加和禽畜禁养导致原料来源匮乏之间的矛盾，同时解决农业废弃物造成的资源浪费、环境压力和处理问题，以及传统有机肥在果园堆置存在的脏乱和施用费工费力问题。
附图说明
图1为农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法的工艺流程图；
图2为发酵装置的结构示意图，其中(a)为主视图、(b)为左视图、(c)为俯视图；
图3为滴灌装置的结构示意图；
图4为自动控制装置的运行流程图；
其中：1-水源；2-排气管；3-太阳能加热装置；4-太阳能搅拌装置；5-物料投料口；6-微生物投料口；7-温度传感器；8-加热装置；9-搅拌装置；10-过流管；11-清渣口；12-一级发酵池；13-二级发酵池；14-三级澄清池；15-水泵；16-电磁阀；17-追肥桶；18-文丘里管；19-水泵；20-压力表；21-水表；22-土壤水分传感器；23-滴灌分干管及滴头；24-滴灌主干管；25-控制柜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法主要包括发酵装置、水肥一体施用装置、滴灌装置和自动控制装置。所述的发酵装置用于产出液体有机菌肥，发酵装置包括沼气收集装置1、排气管2、太阳能加热装置3、加热装置8、一级发酵池12、二级发酵池13和三级澄清池14；沼气收集装置1通过排气管2与一级发酵池12、二级发酵池13和三级澄清池14相通，确保发酵过程中池内沼气及时排出；所述的太阳能加热装置3与一级发酵池12底部的加热装置8连接，可利用水循环加热提升一级发酵池12内温度；二级发酵池13侧置机械搅拌装置9通过太阳能搅拌装置 4驱动，对二级发酵池13内液体有机菌肥进一步搅拌，然后送入三级澄清池14。
水肥一体施用装置包括水泵15、电磁阀16、水源19、追肥桶17和文丘里管18；所述水泵15的一端分别通过管路连接电磁阀16，抽取三级澄清池14中的液体有机菌肥以及三级澄清池14旁边的水源19，水泵15的另一端通过文丘里管18连接追肥桶17，并将水和液体有机菌肥混合收入到滴灌装置中；
所述滴灌装置包括滴灌分干管及滴头23和滴灌主干管24；所述文丘里管18和滴灌主干管24相连，滴灌主干管24连接滴灌分干管及滴头23；
所述的自动控制装置包括温度传感器7、电磁阀16、土壤水分传感器22和控制柜25，通过温度传感器7、土壤水分传感器22分别采集一级发酵池12和滴灌装置的温度及湿度信息，利用控制柜25控制电磁阀16开通关断。
所述的一级发酵池12顶部设有物料投料口5，一级发酵池12通过过流管10与二级发酵池13连接。
所述的二级发酵池13顶部设有微生物投料口6，通过过流管10与一级发酵池12及三级澄清池14连接。
所述的三级澄清池14顶部设有清渣口11，一端通过过流管10与二级发酵池13相连，另一端与水泵15相连。
所述的文丘里管18是一个用于水肥混合的三口射流装置，分为进料口、进水口和出水口，进水口与水泵15相连，进料口与追肥桶17相连，出料口与滴灌主干管24相连。
所述的压力表20设置在滴灌主干管24上，显示当前管压；水表21设置于滴灌分干管及滴头23之前。
所述的控制柜25与水泵15、温度传感器7、电磁阀16、土壤水分传感器22相连，测得数据经自动控制装置分析处理后可实现对发酵装置和滴灌装置的自动控制。
一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用方法包括以下步骤：
步骤一：农业废弃物投料及发酵：对农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统上电并自检，自检通过后，启动温度传感器7及土壤水分传感器22，然后将农业废弃物通过物料投料口5持续投料到一级发酵池12，在池内温度进行预热的同时通过温度传感器7监测池内厌氧发酵过程中温度的变化，若温度不合适，则进行下一轮的温度信号采集；若温度合适，则持续发酵数天后通过过流管进入二级发酵池13，投入微生物后利用搅拌装置9使粪液与氧气充分接触，持续发酵经过数天后进入三级澄清池14；
步骤二：澄清并制备有机菌液：将三级澄清池14中农业废弃物发酵所产的有机菌液暂贮15～20天后，将有机菌液与水通过文丘里管18充分混合后送入滴灌装置；
步骤三：利用文丘里管加入微量元素：根据不同植株生长周期所需的营养元素不同，通过文丘里管18向有机肥中投入所含各元素富集的微量元素种类例如：氯、锰、铁、硼、锌等，采用连续投料、持续发酵的发酵工艺将含有微量元素的有机肥应用于滴灌技术。
步骤四：应用滴灌技术施用于果园：将制备的有机菌液泵入滴灌主干管24和滴灌分干管及滴头23，借助于土壤毛细管力的作用，使水肥在土壤中渗入和扩散，并采集土壤水分传感器22信号。若不达标，打开水泵15后采集下一轮的土壤水分传感器22信号，若水分达标，则打开水泵19和电磁阀16，同时依据水表21及压力表20监测滴灌主干管24管压。
进一步，步骤一中一级发酵池12持续发酵的天数为30～40天；二级发酵池13持续发酵天数为15～20天；步骤二中三级澄清池14的有机菌液暂贮天数为15～20天。
以猕猴桃种植园为例，根据图4，首先投入农业废弃物料到一级发酵池12，设定发酵温度并发酵30-40天后，加入好氧微生物到二级发酵池13，设定搅拌转速再发酵15-20天，采集温度传感器7和土壤水分传感器22信号并在三级澄清池14获得有机菌肥澄清液，由水泵15抽入滴灌装置后，进一步监测发酵温度及果园土壤水分是否达标，若不达标则返回采集下一轮温度传感器7和土壤水分传感器22信号，若达标则添加氯、锰、铁、硼、锌等适宜猕猴桃生长的微量元素，使菌液经过文丘里管18进入滴灌主干管24，再经过滴灌分干管及滴头23进入土壤，并在打开水泵及电磁阀后返回信号采集步骤。
本发明提供了一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，系统由发酵装置、水肥一体施用装置、滴灌装置和自动控制装置等组成，其中发酵装置由发酵池、太阳能加热装置、太阳能搅拌通风装置、投料口、清渣口、过流管、沼气收集装置等组成；水肥一体施用装置由水泵、电磁阀、追肥桶、文丘里管等组成；滴灌装置由主管、支管及滴头等组成；自动控制装置由温度传感器、电磁阀、土壤水分传感器和控制柜等组成。原料为果园和周边农业生产过程中产生的废弃物，如残果和叶、豆制品加工厂豆渣、农贸市场鱼杂、废菜等。
本发明的一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用方法，包括以下步骤：步骤一，农业废弃物投料及发酵；步骤二，获得有机菌肥澄清液；步骤三：利用文丘里管加入微量元素；步骤四，应用滴灌系统施用于果园。其特征在于：本发明利用不同种类植株生长周期特性，对有机菌肥的需求差异选择不同配比原料及微生物；以太阳能为热源和电源，为发酵过程提供加热和搅拌通风所需的能源；将含有有机肥和有机菌群的发酵澄清液，通过水肥一体滴灌装置施用于果园土壤中；必要时，通过文丘里管向果园土壤补充氯、锰、铁、硼、锌等微量元素。同时设计符合果农经济水平、稳定可靠的智能自动控制装置。该发明既能快速缓解经济发达地区果农对有机肥需求增加和禽畜禁养导致原料来源匮乏之间的矛盾，同时解决农业废弃物造成的资源浪费、环境压力和处理问题，以及传统有机肥在果园堆置存在的脏乱和施用费工费力问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统，其特征在于：包括发酵装置、水肥一体施用装置、滴灌装置和自动控制装置；
所述发酵装置用于产出液体有机菌肥，发酵装置包括沼气收集装置(1)、排气管(2)、太阳能加热装置(3)、加热装置(8)、一级发酵池(12)、二级发酵池(13)和三级澄清池(14)；沼气收集装置(1)通过排气管(2)与一级发酵池(12)、二级发酵池(13)和三级澄清池(14)相通，确保发酵过程中池内沼气及时排出；所述的太阳能加热装置(3)与一级发酵池(12)底部的加热装置(8)连接，可利用水循环加热提升一级发酵池(12)内温度；二级发酵池(13)侧置机械搅拌装置(9)通过太阳能搅拌装置(4)驱动，对二级发酵池(13)内液体有机菌肥进一步搅拌，然后送入三级澄清池(14)；
水肥一体施用装置包括水泵(15)、电磁阀(16)、水源(19)、追肥桶(17)和文丘里管(18)；所述水泵(15)的一端分别通过管路连接电磁阀(16)，抽取三级澄清池(14)中的液体有机菌肥以及三级澄清池(14)旁边的水源(19)，水泵(15)的另一端通过文丘里管(18)连接追肥桶(17)，并将水和液体有机菌肥混合收入到滴灌装置中；
所述滴灌装置包括滴灌分干管及滴头(23)和滴灌主干管(24)；所述文丘里管(18)和滴灌主干管(24)相连，滴灌主干管(24)连接滴灌分干管及滴头(23)；
所述的自动控制装置包括温度传感器(7)、电磁阀(16)、土壤水分传感器(22)和控制柜(25)，通过温度传感器(7)、土壤水分传感器(22)分别采集一级发酵池(12)和滴灌装置的温度及湿度信息，利用控制柜(25)控制电磁阀(16)开通关断。
2.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，其特征在于：所述的一级发酵池(12)顶部设有物料投料口(5)，一级发酵池(12)通过过流管(10)与二级发酵池(13)连接。
3.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，其特征在于：所述的二级发酵池(13)顶部设有微生物投料口(6)，通过过流管(10)与一级发酵池(12)及三级澄清池(14)连接。
4.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，其特征在于：所述的三级澄清池(14)顶部设有清渣口(11)，一端通过过流管(10)与二级发酵池(13)相连，另一端与水泵(15)相连。
5.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，其特征在于：所述的文丘里管(18)是一个用于水肥混合的三口射流装置，分为进料口、进水口和出水口，进水口与水泵(15)相连，进料口与追肥桶(17)相连，出料口与滴灌主干管(24)相连。
6.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，其特征在于：所述的压力表(20)设置在滴灌主干管(24)上，显示当前管压；水表(21)设置于滴灌分干管及滴头(23)之前。
7.根据权利要求1所述的一种利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统及方法，其特征在于：所述的控制柜(25)与水泵(15)、温度传感器(7)、电磁阀(16)、土壤水分传感器(22)相连，测得数据经自动控制装置分析处理后可实现对发酵装置和滴灌装置的控制。
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：农业废弃物投料及发酵：对农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用系统上电并自检，自检通过后，启动温度传感器(7)及土壤水分传感器(22)，然后将农业废弃物通过物料投料口(5)持续投料到一级发酵池(12)，在池内温度进行预热的同时通过温度传感器(7)监测池内厌氧发酵过程中温度的变化，若温度不合适，则进行下一轮的温度信号采集；若温度合适，则持续发酵数天后通过过流管进入二级发酵池(13)，投入微生物后利用搅拌装置(9)使粪液与氧气充分接触，持续发酵经过数天后进入三级澄清池(14)；
步骤二：澄清并制备有机菌液：将三级澄清池(14)中农业废弃物发酵所产的有机菌液暂贮数天后，将有机菌液与水通过文丘里管(18)充分混合后送入滴灌装置；
步骤三：利用文丘里管加入微量元素：根据不同植株生长周期所需的营养元素不同，通过文丘里管(18)向有机肥中投入所含各元素富集的微量元素种类，采用连续投料、持续发酵的发酵工艺将含有微量元素的有机肥应用于滴灌技术；
步骤四：应用滴灌技术施用于果园：将制备的有机菌液泵入滴灌主干管(24)和滴灌分干管及滴头(23)，借助于土壤毛细管力的作用，使水肥在土壤中渗入和扩散，并采集土壤水分传感器(22)信号，若不达标，打开水泵(15)后采集下一轮的土壤水分传感器(22)信号，若水分达标，则打开水泵(19)和电磁阀(16)，同时依据水表(21)及压力表(20)监测滴灌主干管(24)管压。
9.根据权利要求8所述的利用农业废弃物生产有机菌肥并用于果园水肥一体施用方法，其特征在于：步骤一中一级发酵池(12)持续发酵的天数为30～40天；二级发酵池(13)持续发酵天数为15～20天；步骤二中三级澄清池(14)的有机菌液暂贮天数为15～20天。
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