CN111802259A - 一种奶牛场粪便发酵垫料加工系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种奶牛场粪便发酵垫料加工系统及方法。所述加工系统包括发酵箱体、进料机构、多功能链板翻抛平料机构、超高温菌剂喷淋机构和曝气机构；具有翻抛和平料功能的多功能链板翻抛平料机构设于发酵箱体内，且可沿发酵箱体的长度方向设置的导轨移动；超高温菌剂喷淋机构包括菌剂箱、菌剂管、水泵和流量计；菌剂管设于发酵箱体的顶部，菌剂管上设有若干通孔，菌剂管的一端密封，另一端通过管线与菌剂箱连通，管线上设有水泵和流量计，且水泵靠近菌剂箱设置。通过本发明加工系统可缩短垫料生产周期，通过超高温发酵加快物料水分脱除，并提高了快速灭菌效果，提高奶牛场粪便处理和利用水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种奶牛场粪便发酵垫料加工系统及方法，属于畜禽粪污资源化利用领域。
背景技术
随着我国奶业振兴的大力推进，奶牛养殖数量和规模的不断扩大，2017年奶牛存栏量已达1079.8万头，约占全球奶牛总量的8％，位居世界第三位。同其它畜禽养殖业相比，奶牛养殖业产生的粪污量大处理难，已成为奶牛养殖业健康和可持续发展的瓶颈。近年来，一些奶牛养殖场采用粪便发酵牛床垫料技术，将牛粪处理后作为垫料使用，在节省垫料成本的同时，解决了粪污的污染问题。粪便发酵牛床垫料技术是将粪污固液分离后，固体牛粪经发酵无害化处理后作为卧床垫料。目前，一些简易的牛床垫料加工设施设备的应用，导致牛粪垫料质量无法保证，养殖场粪便发酵牛床垫料水分过高，病原菌杀灭不彻底，对奶牛疾病防控和牛奶品质产生一定影响。
目前，针对奶牛粪便生产垫料，主要有固液分离直接利用、厌氧发酵垫料生产和好氧发酵垫料生产模式。固液分离直接利用的垫料，病原菌无法完全杀灭，存在一定隐患。而经过充分好氧发酵后的粪便垫料基本可实现垫料的安全利用，在国内一些养殖场逐步推广。国内目前垫料设备采用普通好氧发酵工艺，生产出的垫料产品含水率高、发酵周期长、发酵超高温持续时间短达不到杀菌要求等问题，限制了垫料技术的利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种奶牛场粪便发酵垫料加工系统及方法，通过本发明可缩短垫料生产周期，通过超高温发酵加快物料水分脱除，并提高了快速灭菌效果，提高奶牛场粪便处理和利用水平。
本发明所提供的奶牛场粪便发酵垫料加工系统，包括发酵箱体、进料机构、多功能链板翻抛平料机构、超高温菌剂喷淋机构和曝气机构；
所述发酵箱体呈一密闭的长方体；
所述发酵箱体的进料口和出料口设于所述发酵箱体的长度方向的两端；
所述进料机构的出料口与所述发酵箱体的所述进料口配合；
所述多功能链板翻抛平料机构设于所述发酵箱体内，且可沿所述发酵箱体的长度方向设置的导轨移动；
所述多功能链板翻抛平料机构具有翻抛和平料功能；
所述超高温菌剂喷淋机构包括菌剂箱、菌剂管、水泵和流量计；所述菌剂管设于所述发酵箱体的顶部，所述菌剂管上设有若干通孔，所述菌剂管的一端密封，另一端通过管线与所述菌剂箱连通，所述管线上设有所述水泵和所述流量计，且所述水泵靠近所述菌剂箱设置；
所述曝气机构包括曝气风机、干管和支管，所述支管设于所述发酵箱体的底部，所述支管与所述干管连通，所述干管设置于所述发酵箱体底部外侧，所述干管与所述曝气风机连通。
上述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统中，所述多功能链板翻抛平料机构包括翻抛链板和液压传动机构，所述翻抛链板上设有若干翻抛齿(焊接)，所述翻抛齿包括两段齿段，第一段齿与第二段齿之间成150～170°的夹角，可实现物料输送和物料破碎，实现物料均匀混合；
通过所述液压传动机构控制所述翻抛链板与水平面之间的角度；
所述液压机构包括液压缸、连接臂和转动铰链，所述液压缸通过所述连接臂与所述转动铰链连接，所述转动铰链的另一端连接所述翻抛链板，所述液压缸由液压马达驱动。
上述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统中，通过如下结构实现所述翻抛链板的翻抛功能：
翻抛电机驱动链板传动齿转动，所述链板传动齿带动链板轴转动，所述链板轴带动所述翻抛链板转动。
上述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统中，所述发酵箱体的顶部通过负压尾气收集口连接排气管路，所述排气管路的另一端连接除臭箱；所述除臭箱内设有滤料。
上述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统中，所述发酵箱体内设有与其底部平行的网格板，所述网格板靠近所述发酵箱体的底部设置；
所述发酵箱体的底部外配有一个或多个渗滤收集装置，所述渗滤收集装置与所述发酵箱体连通的管路上设有阀门，发酵过程中所述渗滤收集装置密封，定期进行检查和排水。
上述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统中，所述支管沿所述发酵箱体的宽度方向设置；
所述进料机构为螺旋进料器；
所述进料口设有所述发酵箱体的顶部，所述出料口设于所述发酵箱体的侧壁上且靠近所述发酵箱体的底部。
利用所述奶牛场粪便发酵垫料加工系统进行发酵的过程如下：
(1)奶牛场粪污经过固液分离后得到固体粪便；所述固体粪便与辅料混合得到混合物料，所述混合物料的C/N为20～40，质量含水率5为5％～65％；
(2)启动所述奶牛场粪便发酵垫料加工系统中的所述进料机构将所述混合物料送入至所述发酵箱体内，同时启动所述超高温菌剂喷淋机构向所述混合物料中接种垫料发酵快速升温菌剂和超高温复合菌剂；进料结束后，启动所述多功能链板翻抛平料机构对自由堆积的物料按照堆体高度进行平整；
(3)启动所述曝气机构进行曝气，所述曝气的条件为：每间隔30min曝气10～15min；通风量为：升温期间为400～550L/吨/天，高温期间为600～800L/吨/天；
(4)发酵进行1～2天后，静置1～2d，升温期结束；利用上述多功能链板翻抛平料机构翻抛物料；启动所述超高温菌剂喷淋机构对发酵3～4天的物料喷淋接种超高温复合菌剂；翻抛时将所述发酵箱体末端的物料(发酵时间达到7～8天)输出，其他发酵阶段的物料被翻抛一次；翻抛后，所述发酵箱体的前部留有一个批次的上料空间，可进行新一轮进料，如此往复；物料在所述发酵箱体内在75～85℃的温度下持续5天以上，物料含水率降至40％～50％，发酵过程可使病原菌完全杀灭；
(5)从所述发酵箱体输出的物料进行晾晒，期间白天3～4h翻抛一次，晾晒1～2d后含水率降至35％～40％即可。
上述发酵过程中，步骤(1)中，所述辅料为秸秆或木屑；
所述固体粪便与所述辅料的质量比为6～8:2～3。
上述发酵过程中，步骤(2)中，所述发酵快速升温菌剂的添加量为所述混合物料质量的1.5％～4％，所述超高温复合菌剂的添加量为所述混合物料质量的1％；
步骤(3)中，所述超高温复合菌剂的添加量为所述混合物料质量的2％～3％。
上述发酵过程中，所述超高温复合菌剂由脂肪芽孢杆菌、土芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和放线菌按照体积比为3:3～3.5:3～4:2～3:2～2.5:2～2.5(优选3:3:3:2:2:2)的比例混合得到，可以在80℃～85℃条件下微生物反应活性较高，实现高效处理有机物；
所述发酵快速升温菌剂由酵母菌、枯草芽孢杆菌和曲霉按照体积比为1:1～1.5:2～3(优选1:1:2)混合得到。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
(1)通过添加快速升温菌剂和超高温复合菌剂缩短升温期，提高好氧发酵温度至80～85℃，并延长高温期持续时间，实现病原菌彻底杀灭，提高垫料品质。
(2)在垫料发酵过程中通过维持超高温发酵，可提高发酵过程尾气的水分饱和含水量，并通过大曝气量和翻抛相结合实现物料的快速脱水，缩短垫料发酵时间，提高生产效率
(3)发酵设备为密闭式厢式发酵设备，保温效果好，发酵过程采用为自动控制，实现设备自动运行，降低劳动成本。
(4)多功能链板翻抛平料装置具备翻抛、出料和进料平整功能，改进的翻抛齿，可实现物料输送和物料破碎，实现物料均匀混合。
附图说明
图1为本发明牛场粪便发酵垫料加工方法的流程图。
图2为本发明牛场粪便发酵垫料加工系统的主视图。
图3为本发明牛场粪便发酵垫料加工系统的左视图。
图4为本发明牛场粪便发酵垫料加工系统中多功能链板翻抛平料机构的结构示意图。
图5为发酵物料发酵过程中的温度变化。
图6为发酵物料发酵过程中的含水率变化。
图中各标记如下：
1.支撑架、2.支管、3.干管、4.网格板、5.垫料发酵箱体、6.翻抛链板、7.链板传动齿、8.翻抛电机、9.菌剂管路、10.液压马达、11.菌剂箱、12.排气管路、13.除臭箱、14.曝气风机、15.螺旋进料装置、16.进料口、17.菌剂管、18.水泵、19.流量计、20.连接臂、21.液压缸、22.链板轴、23.翻抛齿、24.转动铰链、25.链板从动齿、26.出料口、27.运料车、28.渗滤收集装置、29.导轨、30.底板、31.控制柜。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
如图2和图3所示，本发明提供的奶牛场粪便发酵垫料加工系统，主要包括发酵箱体、混合物料输送设备、多功能链板翻抛平料装置、超高温菌剂喷淋系统、曝气系统、渗滤液收集系统、尾气收集处理系统、控制系统等结构。
具体地，螺旋进料装置15的出料口与垫料发酵箱体5的进料口16配合。垫料发酵箱体5为密闭长方体，设于支撑架1上。垫料发酵箱体5两侧设有用于多功能链板翻抛平料装置移动的导轨29，多功能链板翻抛平料装置具有翻抛和平料功能，翻抛链板6的角度可以根据需要通过远程控制进行调整，执行翻抛操作时，装置启动后翻抛链板6在运行条件下倾斜到一定角度，进入发酵物料进行翻抛，将垫料发酵箱体)中末端物料移除，然后多功能链板翻抛平料装置沿导轨29移出，不断将发酵物料翻起搅拌均匀并实现物料移动，翻抛结束后，翻抛链板6自动调整至水平位置，待进料完成后，装置再次启动，将进入的物料平整至堆体高度。垫料发酵箱体5的底部设有曝气装置，包括曝气风机14、干管3和支管2，支管2横向布设，支管2上方设置防堵曝气孔。超高温菌剂喷淋系统设于垫料发酵箱体5的顶部，包括菌剂箱11、水泵18、流量计19和菌剂管17组成，菌剂箱11包括两部分，靠前的菌剂箱内装有垫料发酵快速升温菌剂，靠后的菌剂箱内装有超高温复合菌剂。垫料发酵箱体5的顶部中间设有负压尾气收集口，臭气经负压收集后由排气管路12排出，水汽冷凝后，尾气经除臭箱13处理，除臭箱13中放置滤料，接种除臭菌剂，调试运行后，臭气经排气管路12进入除臭箱13中进行处理；控制系统由PLC控制器控制，按照发酵工艺要求对整个垫料发酵系统进行控制，实现垫料发酵自动运行。
如图3和图4所示，本发明加工系统中多功能链板翻抛平料装置的结构如下：主要部件为翻抛电机8、链板轴22、翻抛链板6、翻抛齿23、液压马达10、液压缸21等，翻抛电机8驱动链板传动齿25转动，链板传动齿25带动链板轴22转动，进而带动翻抛链板6转动。翻抛链板6的角度采用一液压机构进行调节，调节角度由控制系统进行控制，该液压机构括液压缸21、连接臂20和转动铰链24，液压缸21通过连接臂20与转动铰链24连接，转动铰链24的另一端连接翻抛链板6，液压缸21由液压马达10驱动。翻抛链板6上焊接翻抛齿23，按一定尺寸进行分布，翻抛齿23分为两段，第二段齿与第一段齿之间成150～170°的夹角，可实现物料输送和物料破碎，实现物料均匀混合。
垫料发酵箱体5的底部设有渗沥液收集装置28，渗滤收集装置28与垫料发酵箱体5连通的管路上设有阀门，发酵过程中渗滤收集装置密封，定期进行检查和排水。
利用本发明奶牛场粪便发酵垫料加工系统进行垫料发酵时，可按照下述步骤进行，流程图如图1所示：
a.物料混合：奶牛场粪污经过固液分离后，固体粪便6～8份与秸秆或木屑等辅料2～3份进行混合，混合物料的C/N为20～40，含水率55％～65％。
b.进料：通过螺旋进料装置15将物料送入垫料发酵箱体5，超高温菌剂喷淋系统向混合物料中接种垫料发酵快速升温菌剂和超高温复合菌剂，起泡剂的添加量为混合物料的1.5％～4％，超高温复合菌剂的添加量为混合物料的1％，物料进入发酵箱后堆积在发酵箱内，完成进料后，采用多功能链板翻抛平料装置按照堆体高度进行平整；
完成进料后，物料进入垫料发酵箱体5后自由堆积，
螺旋进料装置停止工作后，翻抛链板6在液压马达(10)的控制下移动至垫料发酵箱体5的前部，液压马达10通过控制液压缸21、连接臂20和转动铰链24自动调整翻抛链板6的角度，角度调节完成后，翻抛链板6进入发酵物料进行平整，平整完成后，翻抛链板6自动调整至水平位置，并按照原路线返回至垫料发酵箱体5后部。
超高温复合菌剂由脂肪芽孢杆菌(保藏号：ATCC 7953)、土芽孢杆菌(保藏号：ACCC02530)、环状芽孢杆菌(保藏号：ACCC 02960)、短小芽孢杆菌(保藏号：ACCC 01671)、枯草芽孢杆菌(保藏号：ACCC 01185)及放线菌(保藏号：ACCC 40661)按照体积比为3:3:3:2:2:2的比例混合组成，复合菌剂中的超高温菌可以在80℃～85℃条件下存活，并高效处理有机物；
所述发酵快速升温菌剂由酵母菌、枯草芽孢杆菌(保藏号：ACCC 01185)和曲霉(保藏号：ACCC 31527)按照体积比为1:1:2混合得到。
超高温菌剂喷淋系统启动，水泵18从菌剂箱11中抽出菌剂，流量计19控制菌剂流量，由菌剂管路9喷洒至堆体。
c.启动发酵：物料平整后，通过控制系统启动垫料发酵系统，曝气系统启动，曝气采用间歇曝气工艺，曝气与间隔时间为10～15min～30min，通过设置布气支管2的曝气孔密度实现升温期间每吨物料每天平均通风400～550L，高温期间每吨物料每天平均通风600～800L。
d.翻抛和出料：发酵进行1～2天后，物料静置1～2d后，升温期结束，翻抛链板6在液压马达10控制的控制下移动至垫料发酵箱体5的前部，液压马达10通过控制液压缸21、连接臂20和转动铰链24自动调整翻抛链板6的角度，角度调节完成后，翻抛链板6进入发酵物料，翻抛电机8翻转并带动链板传动齿7转动，链板传动齿7带动翻抛链板6和链板从动齿25转动，翻抛链板6转动进而使翻抛齿25工作，翻抛齿25带动物料沿着翻抛链板6移动，移动至翻抛结构的最顶端随着翻抛链板6的翻转，物料落下，物料在被抓起、下落和落地瞬间碰撞三个过程中混合均匀，翻抛齿23边缘为钩形，与现有直板形翻抛齿相比，该翻抛齿23可方便物料的抓起和防止在链板转动的工程中滑落。翻抛链板6的水平距离为1～2m(即工作期间翻抛链板6在底部水平面上的投影长度)，翻抛过程中，物料会被翻抛链板6向后移动1～2m，翻抛工作结束后，翻抛链板6会重新调整角度，将翻抛后的料进行平整，平整完成后，翻抛链板6自动调整至水平位置，并按照原路线返回至垫料发酵箱体5后部。超高温菌剂喷淋系统针对发酵第3～4天物料喷淋接种超高温菌剂2％～3％，翻抛时将垫料发酵箱体5末端的物料(发酵时间达到7～8天)，输出垫料发酵箱体5，经出料口26进入运料车27，运料车27将物料运送至晾晒场。其他发酵阶段的物料被均匀翻抛一次。翻抛链板6每18～24小时工作一次，每次翻抛后，垫料发酵箱体5前部会有2m左右的上料空间，因此每次翻抛结束后，螺旋进料装置15会重新工作，新物料会通过螺旋进料装置15进入垫料发酵箱体5，如此往复。物料在发酵箱内在75～85℃的温度下持续5天以上，物料含水率降至40％～50％，发酵过程可使病原菌完全杀灭。
e晾晒：物料均匀摊散在晾晒场，期间白天3～4h翻抛一次，晾晒1～2d后含水率降至35％～40％，如图5和图6所示。
由图5所示的温度变化图可知，在进料时添加快速升温菌剂和超高温菌剂，物料温度由29℃升高至70℃以上仅用了1天时间，较不添加超高温菌剂相比，升温期缩短了1～2天的时间；在高温期间再次添加超高温菌剂，使得物料温度在80℃以上维持了4天，整个发酵周期温度基本高于50℃。由图6可知，经过8天的发酵，物料含水率由66％降至49％。
Claims (9)
1.一种奶牛场粪便发酵垫料加工系统，包括发酵箱体、进料机构、多功能链板翻抛平料机构、超高温菌剂喷淋机构和曝气机构；
所述发酵箱体呈一密闭的长方体；
所述发酵箱体的进料口和出料口设于沿所述发酵箱体的长度方向的两端；
所述进料机构的出料口与所述发酵箱体的所述进料口配合；
所述多功能链板翻抛平料机构设于所述发酵箱体内，且可沿所述发酵箱体的长度方向设置的导轨移动；
所述多功能链板翻抛平料机构具有翻抛和平料功能；
所述超高温菌剂喷淋机构包括菌剂箱、菌剂管、水泵和流量计；所述菌剂管设于所述发酵箱体的顶部，所述菌剂管上设有若干通孔，所述菌剂管的一端密封，另一端通过管线与所述菌剂箱连通，所述管线上设有所述水泵和所述流量计，且所述水泵靠近所述菌剂箱设置；
所述曝气机构包括曝气风机、干管和支管，所述支管设于所述发酵箱体的底部，所述支管与所述干管连通，所述干管设置于所述发酵箱体底部外侧，所述干管与所述曝气风机连通。
2.根据权利要求1所述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统，其特征在于：所述多功能链板翻抛平料机构包括翻抛链板和液压传动机构；
所述翻抛链板上设有若干翻抛齿，所述翻抛齿包括两段齿段，第二段齿与第一段齿之间成150～170°的夹角；
通过所述液压机构控制所述翻抛链板与水平面之间的角度；
所述液压机构包括液压缸、连接臂和转动铰链，所述液压缸通过所述连接臂与所述转动铰链连接，所述转动铰链的另一端连接所述翻抛链板，所述液压缸由液压马达驱动。
3.根据权利要求1或2所述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统，其特征在于：通过如下结构实现所述翻抛链板的翻抛功能：
翻抛电机驱动链板传动齿转动，所述链板传动齿带动链板轴转动，所述链板轴带动所述翻抛链板转动。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统，其特征在于：所述发酵箱体的顶部通过负压尾气收集口连接排气管路，所述排气管路的另一端连接除臭箱；所述除臭箱内设有滤料。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统，其特征在于：所述发酵箱体内设有与其底部平行的网格板，所述网格板靠近所述发酵箱体的底部设置；
所述发酵箱体的底部外配有一个或多个渗滤收集装置，所述渗滤收集装置与所述发酵箱体连通的管路上设有阀门。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的奶牛场粪便发酵垫料加工系统，其特征在于：所述支管沿所述发酵箱体的宽度方向设置；
所述进料机构为螺旋进料器；
所述进料口设有所述发酵箱体的顶部，所述出料口设于所述发酵箱体的侧壁上且靠近所述发酵箱体的底部。
7.一种奶牛场粪便发酵垫料加工方法，包括如下步骤：
(1)奶牛场粪污经过固液分离后得到固体粪便；所述固体粪便与辅料混合得到混合物料，所述混合物料的C/N为20～40，质量含水率55％～65％；
(2)启动权利要求1-6中任一项所述奶牛场粪便发酵垫料加工系统中的所述进料机构将所述混合物料送入至所述发酵箱体内，同时启动所述超高温菌剂喷淋机构向所述混合物料中接种垫料发酵快速升温菌剂和超高温复合菌剂；进料结束后，启动所述多功能链板翻抛平料机构对自由堆积的物料按照堆体高度进行平整；
(3)启动所述曝气机构进行曝气，所述曝气的条件为：每间隔30min曝气10～15min；通风量为：升温期间为400～550L/吨/天，高温期间为600～800L/吨/天；
(4)发酵进行1～2天后，静置1～2d，升温期结束；利用上述多功能链板翻抛平料机构翻抛物料；启动所述超高温菌剂喷淋机构对发酵3～4天的物料喷淋接种超高温复合菌剂；翻抛时将所述发酵箱体末端的物料输出，其他发酵阶段的物料被翻抛一次；翻抛后，所述发酵箱体的前部留有一个批次的上料空间，可进行新一轮进料，如此往复；
(5)从所述发酵箱体输出的物料进行晾晒，期间白天3～4h翻抛一次，晾晒1～2d后含水率降至35％～40％即可。
8.根据权利要求7所述的奶牛场粪便发酵垫料加工方法，其特征在于：步骤(1)中，所述辅料为秸秆或木屑；
所述固体粪便与所述辅料的质量比为6～8:2～3；
步骤(2)中，所述发酵快速升温菌剂的添加量为所述混合物料质量的1.5％～4％，所述超高温复合菌剂的添加量为所述混合物料质量的1％；
步骤(3)中，所述超高温复合菌剂的添加量为所述混合物料质量的2％～3％。
9.根据权利要求7或8所述的奶牛场粪便发酵垫料加工方法，其特征在于：所述超高温复合菌剂由脂肪芽孢杆菌、土芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和放线菌按照体积比为3:3～3.5:3～4:2～3:2～2.5:2～2.5的比例混合得到；
所述发酵快速升温菌剂由酵母菌、枯草芽孢杆菌和曲霉按照体积比为1:1～1.5:2～3混合得到。
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