CN112898063B - 一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法 - Google Patents

一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112898063B
CN112898063B CN202110156636.5A CN202110156636A CN112898063B CN 112898063 B CN112898063 B CN 112898063B CN 202110156636 A CN202110156636 A CN 202110156636A CN 112898063 B CN112898063 B CN 112898063B
Authority
CN
China
Prior art keywords
reactor
fermentation
composting
ventilation
straw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110156636.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112898063A (zh
Inventor
李妍
石岩
吴迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Academy of Agricultural Sciences
Original Assignee
Tianjin Academy of Agricultural Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Academy of Agricultural Sciences filed Critical Tianjin Academy of Agricultural Sciences
Priority to CN202110156636.5A priority Critical patent/CN112898063B/zh
Publication of CN112898063A publication Critical patent/CN112898063A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112898063B publication Critical patent/CN112898063B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/90—Apparatus therefor
    • C05F17/957—Apparatus therefor using two or more serially arranged devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F11/00—Other organic fertilisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/90—Apparatus therefor
    • C05F17/964—Constructional parts, e.g. floors, covers or doors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Abstract

本发明提供了一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法，属于秸秆处理技术领域，所述秸秆废弃物发酵反应器组合，包括立式罐体堆肥反应器和膜堆肥反应器；所述立式罐体堆肥反应器以高密度聚氨酯作为保温层；所述膜堆肥反应器包括高分子纳米膜；秸秆废弃物经过立式罐体堆肥反应器前发酵后，置于膜堆肥反应器中进行后腐熟。利用本发明所述的发酵反应器组合，能够显著缩短秸秆堆肥发酵时间，加速后腐熟进程，减少传统堆肥过程中有毒气体排放造成的二次污染；出料外观好，可直接售卖。

Description

一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法
技术领域
本发明属于秸秆处理技术领域，尤其涉及一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法。
背景技术
堆肥是一种古老而新颖的处理方式，也是目前我国城乡普遍采用的处理方法。堆肥利用微生物的代谢过程处理生活垃圾并实现资源化利用。在西方发达国家，这项技术已逐渐成熟，形成以好氧堆肥技术为核心的生活垃圾高效处理技术系统及解决方案，涵盖技术、运营、管理、规范等各个方面，成为欧美处理各种有机废弃物的基本选择之一。如加拿大静态好氧发酵及生物除臭技术、德国的强制通风隧道式发酵技术、美国槽式堆肥技术、日本筒仓式堆肥系统等等。而由于我国相关技术及专用设备主要用于畜禽废弃物、有机垃圾的无害化处理。表1中列出了国内外过去和现在沿用的堆肥系统。这些堆肥系统简单来说，可归结为三类系统：条垛式、静态垛式和反应器系统。这几种系统的优缺点比较如表2所示。
表1国内外主要堆肥系统分类
Figure BDA0002933848040000011
表2现有堆肥系统优缺点比较
项目 条垛堆肥 静态堆肥 反应器堆肥
投资成本 低 低 高
运行和维护费用 较低 低 高
操作难度 低 较低 难
受气候条件影响大小 大 较大 小
臭味控制 差 良 优
占地面积 大 中 小
堆肥时间 长 中 短
堆肥产品质量 良 良 优
我国目前只针对秸秆制肥设备的研发较少，相关设备主要依托于垃圾、畜禽粪便堆肥设备工艺。如邱才娣等将农村生活垃圾至于厌氧发酵反应器内，采用间歇曝气和连续曝气供氧方式，研究了厌氧发酵垃圾的资源化处理技术(邱才娣.一种新型的农村生活垃圾资源化工艺技术研究[J].环境科学,2009,30(3):930-936.)。蔡传钰利用新型间歇式强制静态通风微发酵、堆肥全过程污染控制、机械分级筛分优化深加工等工艺技术处理有机生活垃圾，最终得到品质较高的有机肥料(蔡传钰.农村生活垃圾分类与资源化处理技术研究[D].浙江大学，2012.)。高贤彪等利用微生物技术及工程技术提出了针对有机垃圾的处理工艺系统，但缺少配套设备实施(高贤彪.生活垃圾分类处理生产有机土工艺系统:中国，201510157335.9[P].2015-7-22.)。罗小宣初步探索了一种秸秆环保高效制肥装备，利用紫外灯对秸秆进行照射灭菌处理后，将秸秆进行加热汽化制肥，但并未考虑二次污染问题，肥料产品质量有待提升(罗小宣，一种秸秆环保高效制肥设备：中国，CN201710536214.4[P].2017-09-22.)。王选发明一种智能堆肥反应器系统，包括反应器罐体、用于监测罐体内温度的温度监测部、真空泵、用于监测罐体内氧气浓度的氧浓度监测部、气体冷凝部、加热保温部(保温棉)和PLC控制部，主要用于畜禽废弃物的无害化处理，缺点是市场售价高昂(王选,马林,柏兆海.智能堆肥反应器系统以及堆肥反应器：中国，CN201710536214.4[P].2017-12-15.)。
目前，堆肥的现有技术和设备工艺并不匹配，规范化标准化程度不高，有的设备和方法还容易造成二次污染，设备造价、能耗仍是限制市场应用的主要因素，相关产品的开发、安全利用及评价还有待深入研究。兼顾气候因素、经济性和农业环境保护的新型秸秆制肥专用设备有待研制与验证。
膜覆盖技术(Membrane Cover Technology，可简称为MCT)指高温好氧发酵过程在功能膜(半透性柔性复合膜)覆盖的环境中进行，控制料堆与周围环境的物质与能量交换，使料堆排放的污染物(臭气、气溶胶)浓度低于规定的限值。从本质上讲，膜覆盖技术是一种改良的静态条垛堆肥技术。高分子纳米膜是经多道工序制成孔径为纳米级的选择透过性纳米膜，允许水蒸气、二氧化碳等小于膜孔径的物质透过，并将异味气体、病原菌、灰尘等超过膜孔径的物质截留在膜内。
近几年功能膜覆盖堆肥技术在我国兴起，其在堆肥中存在较大优势，主要表现在：一、环保、应用效果稳定、养分损失少：二、灵活简便、易操作、实用性强：三、投入少、成本低。同时，膜覆盖技术在堆肥应用中也存在不足，膜覆盖技术与静态好氧技术类似，存在停留时间长，系统效率低等问题，出料品质不稳定，尤其用于处理秸秆、生活垃圾等均一性较差废弃物，出料外观和均一性均较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种针对秸秆废弃物的发酵反应器组合及发酵方法；所述发酵反应器组合包括立式罐体堆肥反应器和膜堆肥反应器，利用本发明所述的发酵反应器组合，能够显著缩短秸秆堆肥发酵时间，加速后腐熟进程，减少传统堆肥过程中有毒气体排放造成的二次污染；出料外观好，出料后可直接售卖，无需再次筛分。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种秸秆废弃物发酵反应器组合，包括立式罐体堆肥反应器和膜堆肥反应器；所述立式罐体堆肥反应器以高密度聚氨酯作为保温层；所述膜堆肥反应器包括高分子纳米膜；
秸秆废弃物经过立式罐体堆肥反应器前发酵后，置于膜堆肥反应器中进行后腐熟。
优选的，所述立式罐体堆肥反应器的保温层的厚度为5～8cm。
本发明提供了一种秸秆废弃物发酵方法，包括以下步骤：
1)将秸秆废弃物置于所述立式罐体堆肥反应器中进行前发酵6～8d获得前发酵出料；
2)将所述前发酵出料堆垛、覆盖所述的膜堆肥反应器中的高分子纳米膜进行后腐熟14～21d获得秸秆堆肥。
优选的，所述秸秆废弃物包括秸秆和尾菜；所述秸秆和尾菜的质量比为(3～5)：1。
优选的，所述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆和腐熟秸秆堆肥中的一种或几种。
优选的，所述秸秆废弃物的含水量为55％～65％。
优选的，在步骤1)所述秸秆废弃物置于所述立式罐体堆肥反应器之前，对所述立式罐体堆肥反应器进行垫料；所述垫料的体积为所述立式罐体堆肥反应器容积的1/6～1/5。
优选的，所述垫料为腐熟秸秆堆肥，所述垫料的含水量为10％～30％。
优选的，在步骤1)中所述前发酵过程中进行间隔搅拌，相邻两次搅拌的时间间隔为1～2h，每次搅拌的时间为4～6min。
优选的，在步骤1)中所述前发酵过程中进行间歇通风；所述间歇通风为供气5min后，停歇10～15min，循环进行；所述供气的速率为0.05～0.4Nm3/min·m3。
本发明的有益效果：本发明提供的发酵反应器组合包括立式罐体堆肥反应器和膜堆肥反应器，通过所述立式罐体堆肥反应器对秸秆废弃物进行前发酵，获得前发酵出料，然后利用所述膜堆肥反应器对所述前发酵出料进行后腐熟；利用本发明所述的发酵反应器组合，将所述秸秆废弃物的前发酵和后腐熟分别在不同的空间和条件中进行，能够显著缩短秸秆堆肥发酵时间，加速后腐熟进程(后腐熟的时间从1～2月缩短到14～21d)，减少传统堆肥过程中有毒气体排放造成的二次污染；出料外观好，粒径≤1cm的出料颗粒占比大于99％，出料后可直接售卖，无需再次筛分。
利用本发明所述的发酵反应器组合以及方法制备获得的堆肥理化性能优良，氮、磷、钾含量提高，粗纤维含量降低，种子发芽率高。
附图说明
图1为立式罐体堆肥反应器保温层采用不同的保温材料的模拟实验照片；
图2为立式罐体堆肥反应器保温层分别采用高密度聚氨酯和保温棉时，前发酵温度变化曲线；
图3为环境温度为20℃，本发明所述立式罐体堆肥反应器通风速率分别设置0.2Nm3/min·m3、0.3Nm3/min·m3、0.4Nm3/min·m3时的物料温度变化曲线；
图4为环境温度为0℃，本发明所述立式罐体堆肥反应器通风速率分别设置为0.05Nm3/min·m3、0.1Nm3/min·m3、0.15Nm3/min·m3、0.2Nm3/min·m3、0.25Nm3/min·m3、0.3Nm3/min·m3时的物料温度变化曲线；
图5为当后腐熟阶段的通风速率控制在0.05Nm3～0.20Nm3/min·m3范围时，采用本发明所述的立式罐体堆肥反应器前发酵和膜堆肥反应器后腐熟的方法与单独采用膜堆肥反应器进行前发酵和后腐熟的方法在后腐熟阶段堆温变化曲线；
图6为单独利用膜堆肥反应器、单独利用立式罐体堆肥反应器和采用立式罐体堆肥反应器进行前发酵，然后利用膜堆肥反应器进行后腐熟出料的外观状态对比；
图7为膜堆肥反应器的结构示意图，包括通风管道(丨)和风机(φ)。
具体实施方式
本发明提供了一种秸秆废弃物发酵反应器组合，包括立式罐体堆肥反应器和膜堆肥反应器；所述立式罐体堆肥反应器以高密度聚氨酯作为保温层；所述膜堆肥反应器包括高分子纳米膜；秸秆废弃物经过立式罐体堆肥反应器前发酵后，置于膜堆肥反应器中进行后腐熟。
在本发明中，所述立式罐体堆肥反应器的保温层厚度优选为5～8cm，更优选为6～7cm。在本发明中，采用高密度聚氨酯作为保温层能够提高所述立式罐体堆肥反应器的保温性能，使得前发酵过程升温快，同时能够保证前发酵阶段长期处于相对较高的温度；尤其利于北方冬季的堆肥发酵，保温效果更为突出，能够大幅节省设备耗电量。
在本发明中，所述立式罐体堆肥反应器优选的购自江苏中科纽克生态科技有限公司11FFG-10型，本发明在所述11FFG-10型发酵罐的基础上进行如下改进：在本发明中，所述立式罐体堆肥反应器中设置通风管道；所述通风管道沿着所述立式罐体堆肥反应器的轴向设置，所述通风管道包括主管道和支管道；所述通风管道的主管道优选的位于罐体中心轴；在本发明中，所述通风管道的主管道在垂直方向上等分为上、中、下三层，每层对称设置支管道，在中层和下层的支管道上设置通风孔，所述通风孔的直径优选为4.0～4.5mm，更优选为4.2mm；相邻通风孔之间的孔间隔优选为4.5～5.5cm，更优选为5cm。在本发明中，所述支管道上、下优选的设置扇形搅拌扇叶，所述扇形搅拌扇叶的倾斜角度优选为5～30°；所述扇形搅拌扇叶优选的通过焊接的方式与支管道连接。在本发明中，所述支管道优选的仅在所述扇形搅拌扇叶内侧的一侧设置通风孔，以防止搅拌过程中物料堵塞支管道的通风孔。在本发明中，所述主管道优选的不设置通风孔。本发明在所述立式罐体堆肥反应器的顶端设置风机，所述风机与所述通风管道连接。
在本发明中，所述立式罐体堆肥反应器包括控制系统，所述控制系统优选的由控制柜集中完成；所述控制柜中优选的包括调节风机和变频器，通过调节风机和变频器来实现通风速率大小和强度控制，通过监测系统的情况来反馈物料状态，本发明中根据实验内设的程序来启动对风机的控制；所述监测系统包括罐体侧壁的温度传感器和氧浓度传感器。
在本发明中，所述膜堆肥反应器包括高分子纳米膜；在本发明中，所述高分子纳米膜为功能膜，能够阻挡H2S、氨气、氮氧化物等气体的排放，避免造成的二次污染。在本发明中，所述膜堆肥反应器还包括通气系统和控制系统。在本发明中，所述通气系统优选的包括：风机和通风管道；在本发明中，所述风机连通主通风管道，主通风管道连接若干个支管道，每一个支管道与主通风管道连接处设置有电磁阀来控制所述支管道是否需要通风；本发明优选的在每个堆体下方预设支管道；风机产生的风由总管道进入到需要通风的支管道。在本发明具体实施过程中，每个堆体内部设置有温度传感器探头来监测堆体的温度变化情况；优选的根据堆体温度来调节通风时间和停歇时间。
本发明提供了一种秸秆废弃物发酵方法，包括以下步骤：1)将秸秆废弃物置于所述立式罐体堆肥反应器中进行前发酵6～8d获得前发酵出料；2)将所述前发酵出料堆垛、覆盖所述的膜堆肥反应器中的高分子纳米膜进行后腐熟14～21d获得秸秆堆肥。
在本发明中，所述秸秆废弃物优选的包括秸秆和尾菜；所述秸秆和尾菜的质量比优选为(3～5)：1，更优选为4:1。在本发明中，所述秸秆优选的包括玉米秸秆、小麦秸秆和腐熟秸秆堆肥中的一种或几种。本发明对所述尾菜的种类没有特殊限定，采用本领域常规尾菜即可。在本发明中，所述腐熟秸秆堆肥优选为已在上述反应体系中完全完成发酵的腐熟秸秆堆肥；在本发明中，所述秸秆废弃物的含水量优选为55％～65％，更优选为58～63％；所述秸秆废弃物的含水量优选的通过调整物料碳氮比、加水或晾晒的方式进行调整。在本发明中，所述秸秆和尾菜优选的进行粉碎处理，所述秸秆和尾菜粉碎后的粒径优选为1～5cm，更优选为1cm。
本发明在所述秸秆废弃物置于所述立式罐体堆肥反应器之前，优选的对所述立式罐体堆肥反应器进行垫料。在本发明中，所述垫料的体积优选为所述立式罐体堆肥反应器容积的1/6～1/5；所述垫料优选为腐熟秸秆堆肥，所述垫料的含水量优选为10％～30％。在本发明中，所述垫料的作用是调节起始进料的含水率，以便于罐体内物料的发酵启动。
本发明在将所述秸秆废弃物置于所述立式罐体堆肥反应器后进行前发酵；所述前发酵过程中优选的进行间隔搅拌，相邻两次搅拌的时间间隔优选为1～2h，更优选为1h；每次搅拌的时间优选为4～6min，更优选为5min。本发明在所述前发酵过程中优选的进行间歇通风；所述间歇通风的供气的速率优选为0.05～0.4Nm3/min·m3；在本发明具体实施过程中，当通气速率为0.05Nm3/min·m3时，供气5min，停歇55min；当通气速率为0.22Nm3/min·m3时，供气5min后，停歇15min；当通气速率为0.3Nm3/min·m3时，供气5min后，停歇10min；当通气速率为0.4Nm3/min·m3时，供气5min后，停歇7min。具体的在本发明中，冬季的供气速率优选为0.05Nm3～0.20Nm3/min·m3，其他季节的供气速率优选为0.3～0.4Nm3/min·m3。
在本发明中，所述前发酵阶段优选的进行连续发酵。在本发明中，所述连续发酵的进料优选的分批次进行，每次进料的体积为所述立式罐体堆肥反应器容积的1/7～1/5，连续两次进料的时间间隔优选为1～2天，在本发明具体实施过程中，若每批次进料量为罐体容积的1/5，则每两天进料一次，若每批次进料量为罐体容积的1/7，则每一天进料一次。当所述立式罐体堆肥反应器中物料体积达到反应器满料状态后，再进料前，优选的先出料；每批次的出料体积优选为1～1.5m3，根据出料的体积来确定后续进料的体积，每批次出料的体积与进料体积一致。在本发明中，每一次出料前确定罐体中层(罐体内部空间等分物上、中、下三层)物料堆温已达到55℃并至少保持3天方可出料。
在本发明中，当所述前发酵阶段结束后，获得前发酵出料，所述前发酵出料的粒径≤1cm的颗粒占比优选为98％。本发明将所述前发酵出料进行堆垛获得堆体。在本发明中，所述堆体优选为体形；所述堆体的宽度优选为3.5～5m，所述堆体的高度优选为1.2～1.8m；本发明对所述堆体的长度没有限定，优选的根据具体的出料量确定堆体长度。在本发明中，所述堆体优选的堆垛于膜堆肥反应器中，将所述高分子纳米膜完全覆盖堆体，并将边缘压实，保持边缘不漏气；所述压实优选的采用压边袋实现。在本发明中，所述压边袋优选的以均一、质量重的填料作为内容物，例如湿沙、石子等。本发明在所述高分子纳米膜边缘压实后，优选的进行通风，所述通风的通风速率优选为：0.05Nm3～0.20Nm3/min·m3；在本发明中，所述通风优选的间歇进行，具体的间歇时间根据堆体的体积确定，在本发明具体实施过程中，以40m3堆体为例，所述间歇时间优选的为通风10min，停歇30min；在本发明中，所述通分优选的通过电控柜进行控制。本发明在所述后腐熟的前6～8天保持所述高分子纳米膜处于压实状态；在所述后腐熟的12～21天，优选的延长通风时间；优选的通风10min，停1h。本发明在所述后腐熟的12～21天，优选的可以放气，以保证所述高分子纳米膜处于鼓起紧绷状态。
在本发明中，所述后腐熟阶段优选的避光、避湿静置进行。本发明在所述后腐熟阶段7天后翻堆一次；在本发明中，优选的当所述堆体温度降至30℃以下即可完成后腐熟阶段。在本发明中，获得的所述秸秆堆肥满足NY525-2012相关指标。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
立式罐体堆肥反应器保温层材料保温性能对比
本实施例对比了三种不同保温材料的保温效果。模拟发酵罐物料反应温度，罐体保温层厚度为6cm，发酵罐内装3L的水，加热罐体，当温度计显示升至80℃后关闭加热装置开始计时，罐体开始自然降温。记录当温度计指示到50℃时所需要的时间，具体结果如表3所示。
表3不同环境温度下不同保温材料的保温效果对比
Figure BDA0002933848040000091
在通风速率为0.3～0.4Nm3/min·m3条件下，对比立式罐体堆肥反应器以高密度聚氨酯为保温层、玻璃棉和橡塑保温棉(橡胶和聚氯乙烯(NBR/PVC))为保温层的升温保温效果。
将秸秆废弃物置于所述立式罐体堆肥反应器中进行前发酵7d，堆温变化曲线如图2所示，由此可知，以高密度聚氨酯为保温层进行前发酵，堆体温度升温速度快，且可保持55℃以上的高温条件五天，短期内可杀灭废弃秸秆中各种有害微生物及虫卵等。而以橡塑保温棉为保温材料堆温升温速度慢，在7天时间内，无法满足5天以上55℃高温的发酵要求。
实施例2
采用12立方米立式罐体堆肥反应器进行前发酵
立式罐体堆肥反应器：保温层为高密度聚氨酯，厚度为6cm；主体通风轴向罐体(等分为上、中、下三层)的中层和下层。
1.垫料：空罐情况下，为使供气更加均匀，先进料一些垫料，体积为反应器容积的1/6。垫料用堆好的腐熟秸秆堆肥(含水率为10％～30％)。
2.培养阶段上料：将玉米秸秆与尾菜按4:1的质量比例混合均匀获得秸秆废弃物，放入料斗内进行上料。混合物料含水率保持55％～65％。
3.进料：进好垫料后，将均匀混合的秸秆废弃物通过进料斗装入罐体中。每批次进料量为罐体容积的1/5，则每两天进料一次。
搅拌：搅拌间隔为3h。每天搅拌7～8次。
供气：供气5min，停歇10min。
在环境温度为20℃，通风速率分别设置0.2Nm3/min·m3、0.3Nm3/min·m3、0.4Nm3/min·m3，堆肥温度变化如图3所示：通风速率为0.3Nm3/min·m3时堆温最高；
在环境温度为0℃，通风速率分别设置为0.05Nm3/min·m3、0.1Nm3/min·m3、0.15Nm3/min·m3、0.2Nm3/min·m3、0.25Nm3/min·m3、0.3Nm3/min·m3，堆肥温度变化如如图4所示：通风速率为0.05Nm3/min·m3和0.1Nm3/min·m3时，堆温相互对较高。
可见在不同的环境温度下，最佳的通风速率是不同的，环境温度相对较低时，最佳通风速率需求也低。
实施例3
立式罐体堆肥反应器+膜堆肥反应器组合发酵、单独的立式罐体堆肥反应器、单独的膜堆肥反应器发酵堆肥效果比较
实验在9月中旬进行。
1.立式罐体堆肥反应器+膜堆肥反应器组合发酵
采用12立方米立式罐体堆肥反应器进行前发酵
立式罐体堆肥反应器：保温层为高密度聚氨酯，厚度为6cm；主体通风轴向罐体(等分为上、中、下三层)的中层和下层。
垫料：空罐情况下，为使供气更加均匀，先进料一些垫料，体积为反应器容积的1/6。垫料用堆好的腐熟秸秆堆肥(含水率为10％～30％)。
培养阶段上料：将玉米秸秆与尾菜按4:1的质量比例混合均匀获得秸秆废弃物，放入料斗内进行上料。混合物料含水率保持55％～65％。
进料：进好垫料后，将均匀混合的秸秆废弃物通过进料斗装入罐体中。每批次进料量为罐体容积的1/6，则每一天进料一次。
搅拌：搅拌间隔1h，每天搅拌24次，冬季延长搅拌间隔时间，搅拌间隔为2h，每天搅拌11次。
供气具体方案如下：
当环境平均温度≥10℃，供气5-min后，停歇10min。通气速率为0.3m3/min·m3。
当0℃＜环境温度＜10℃，供气5min后，停歇15min，通气速率为0.22m3/min·m3。当环境温度≤0℃，通风速率为0.1m3/min·m3或0.05m3/min·m3。
尾气风机：常规。
洗气塔水泵：常规。
装载物料体积达到反应器满料状态后，开始连续生产阶段。
出料：继续上料前，需先进行出料。每天出料量：1立方米。出料前确定罐体中层物料堆温已达到55℃并至少保持3天。出料体积多少，相应进料体积多少。
经前期发酵罐发酵后，前发酵出料的物料长度≤1cm。前发酵出料进入膜堆肥反应器处理系统。将前发酵出料堆垛成梯形，以20立方物料为例，堆体宽度3.5m，堆高1.2m，堆长4.7米。将纳米膜完全覆盖在堆体上，利用压边袋压实纳米膜边缘，保持边缘不漏气。
当覆膜压实完毕后，利用电控柜进行通风操作，电控柜控制通风速率为：0.20Nm3/min·m3，在堆肥发酵前7天保持边缘不漏气，待发酵后期(堆肥12～20天)无臭味、温度较高时，延长通风时间，保证膜处理鼓起紧绷状态，跑水。
膜堆肥反应器堆肥阶段物料需要避光、避湿静止放置。当通风七天后翻堆一次，堆满14天，当堆体温度14天后上层和中层的堆温仍高于55℃，加大通风速率至0.40Nm3/min·m3，风机开15min，停15min，当堆体温度降至30℃以下即可完成后腐熟过程，腐熟秸秆堆肥相关指标满足NY525-2012相关指标。
单独的立式罐体堆肥反应器发酵
前发酵阶段与上述组合发酵的条件一致，后腐熟阶段不是在罐体内完成，罐体内前发酵7天后，每天开始往外面放料，放出的料堆放在室外进行后腐熟，1.5个月才能腐熟完全。后腐熟秸秆堆肥建堆，堆体宽3米，高1.5米，长4.5米。每半个月翻到一次。
单独的膜堆肥反应器发酵
将玉米秸秆与尾菜按4:1的质量比例混合均匀获得秸秆废弃物，混合物料含水率保持55％～65％；将秸秆废弃物堆垛成梯形，堆体宽3.5米，高1.5米，长8米。将纳米膜完全覆盖在堆体上，利用压边袋压实纳米膜边缘，保持边缘不漏气。
结果对比：
单独采用膜堆肥发酵工艺，当通风速率控制在0.05Nm3～0.20Nm3/min·m3范围，温度变化曲线如图5所示，发酵温度始终处于较高水平，发酵时间过长，物料分解速度慢。
经前期立式罐体堆肥反应器好氧发酵处理后，出料进入膜堆肥系统，当通风速率控制在0.05Nm3～0.20Nm3/min·m3范围，与单独采用膜堆肥对比，从降温变化趋势可以看出，经过前期发酵罐高温好氧发酵，加速了有机物的分解，从而在后续膜堆肥过程中，在采取同样通风速率条件下，降温进程加速，从而缩短了整个发酵周期。
三种发酵工艺发酵腐熟30天的指标对比
表4三种发酵方法效果对比
Figure BDA0002933848040000121
表5有机肥理化性状对比
Figure BDA0002933848040000131
由上述实施例可知，本发明提供的发酵反应器组合，能够显著缩短秸秆堆肥发酵时间，加速后腐熟进程(后腐熟的时间从1～2月缩短到14～21d)，减少传统堆肥过程中有毒气体排放造成的二次污染；出料外观好，粒径≤1cm的出料颗粒占比大于99％，出料后可直接售卖，无需再次筛分；本发明制备获得的堆肥理化性能优良，氮、磷、钾含量提高，粗纤维含量降低，种子发芽率高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种秸秆废弃物发酵反应器组合发酵秸秆废弃物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将秸秆废弃物置于秸秆废弃物发酵反应器组合中12立方米立式罐体堆肥反应器中进行前发酵；
前发酵过程为：
空罐条件下，所述立式罐体堆肥反应器用堆好的腐熟秸秆堆肥作为垫料；所述垫料的体积为所述立式罐体堆肥反应器容积的1/6，垫料的含水率为10%~30%；
培养阶段上料：将玉米秸秆与尾菜按4:1的质量比例混合均匀获得秸秆废弃物，放入料斗内进行上料；混合物料含水率保持55％～65％；
进料：进好垫料后，将均匀混合的秸秆废弃物通过进料斗装入罐体中；每批次进料量为罐体容积的1/6，则每一天进料一次；
搅拌：搅拌间隔1h，每天搅拌24次，冬季延长搅拌间隔时间，搅拌间隔为2h，每天搅拌11次；
供气具体方案如下：
当环境平均温度≥10℃，供气5min后，停歇10min，通气速率为0.3m3/min·m3；
当0℃＜环境温度＜10℃，供气5min后，停歇15min，通气速率为0.22m3/min·m3；当环境温度≤0℃，通风速率为0.1m3/min·m3或0.05m3/min·m3；
装载物料体积达到反应器满料状态后，开始连续生产阶段；
出料：继续上料前，需先进行出料；每天出料量为1立方米；出料前确定罐体中层物料堆温已达到55℃并至少保持3天；出料体积多少，相应进料体积多少；
经前期发酵罐发酵后，前发酵出料的物料长度≤1cm；前发酵出料进入膜堆肥反应器处理系统；
将前发酵出料堆垛成梯形，以20立方物料为例，堆体宽度3.5m，堆高1.2m，堆长4.7米；将高分子纳米膜完全覆盖在堆体上，利用压边袋压实纳米膜边缘，保持边缘不漏气；
当覆膜压实完毕后，利用电控柜进行通风操作，电控柜控制通风速率为：0.20Nm3/min·m3，在堆肥发酵前7天保持边缘不漏气，待发酵后期，堆肥12～20天，无臭味、温度较高时，延长通风时间，保证膜处理鼓起紧绷状态，跑水；
膜堆肥反应器堆肥阶段物料需要避光、避湿静止放置；当通风七天后翻堆一次，堆满14天，当堆体温度14天后上层和中层的堆温仍高于55℃，加大通风速率至0.40Nm3/min·m3，风机开15min，停15min，当堆体温度降至30℃以下即可完成后腐熟过程，腐熟秸秆堆肥相关指标满足NY525-2012相关指标；
所述秸秆废弃物发酵反应器组合由立式罐体堆肥反应器和膜堆肥反应器组成；
所述立式罐体堆肥反应器以高密度聚氨酯作为保温层；所述保温层厚度为5cm~8cm；所述立式罐体堆肥反应器中设置通风管道，所述通风管道沿着所述立式罐体堆肥反应器的轴向设置，所述通风管道包括主管道和支管道，所述通风管道的主管道位于罐体中心轴；所述通风管道的主管道在垂直方向上等分为上、中、下三层，每层对称设置支管道，在中层和下层的支管道上设置通风孔，所述通风孔的直径为4.0mm~4.5mm；相邻通风孔之间的孔间隔为4.5cm~5.5cm；所述支管道上、下设置扇形搅拌扇叶，所述扇形搅拌扇叶的倾斜角度为5°~30°；所述扇形搅拌扇叶通过焊接的方式与支管道连接；所述支管道仅在所述扇形搅拌扇叶内侧的一侧设置通风孔，以防止搅拌过程中物料堵塞支管道的通风孔，所述主管道不设置通风孔；在所述立式罐体堆肥反应器的顶端设置风机，所述风机与所述通风管道连接；所述立式罐体堆肥反应器包括控制系统，所述控制系统由控制柜集中完成；所述控制柜中包括调节风机和变频器，通过调节风机和变频器来实现通风速率大小和强度控制，通过监测系统的情况来反馈物料状态，根据实验内设的程序来启动对风机的控制；所述监测系统包括罐体侧壁的温度传感器和氧浓度传感器；
所述膜堆肥反应器包括高分子纳米膜；所述膜堆肥反应器还包括通气系统和控制系统，所述通气系统包括风机和通风管道；所述风机连通主通风管道，主通风管道连接若干个支管道，每一个支管道与主通风管道连接处设置有电磁阀来控制所述支管道是否需要通风；在每个堆体下方预设支管道；风机产生的风由总管道进入到需要通风的支管道；
秸秆废弃物经过立式罐体堆肥反应器前发酵后，置于膜堆肥反应器中进行后腐熟；
所述膜堆肥反应器中，将所述高分子纳米膜完全覆盖堆体，并将边缘采用压边袋压实，保持边缘不漏气。
2.根据权利要求1所述的秸秆废弃物发酵方法，其特征在于，所述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆和腐熟秸秆堆肥中的一种或几种。
CN202110156636.5A 2021-02-04 2021-02-04 一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法 Active CN112898063B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110156636.5A CN112898063B (zh) 2021-02-04 2021-02-04 一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110156636.5A CN112898063B (zh) 2021-02-04 2021-02-04 一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112898063A CN112898063A (zh) 2021-06-04
CN112898063B true CN112898063B (zh) 2022-09-23

Family

ID=76122418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110156636.5A Active CN112898063B (zh) 2021-02-04 2021-02-04 一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112898063B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114289476A (zh) * 2022-02-18 2022-04-08 天津市农业科学院 一种农业废弃物好氧发酵装置及使用方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103193527B (zh) * 2013-04-10 2014-09-10 河南农业大学 一种利用鸡粪发酵生产的有机肥及其生产方法
CN110437015A (zh) * 2019-08-30 2019-11-12 辽宁恒润农业有限公司 一种利用中草药药渣发酵制备炭基黄腐酸生物有机肥的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112898063A (zh) 2021-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105110834B (zh) 一种双层物料循环通风的有机固体废弃物堆肥装置及利用该装置进行堆肥的方法
CN105084966B (zh) 一种膜内衬集装箱式发酵装置及利用该装置进行堆肥、除臭的方法
WO2018014757A1 (zh) 一种厨余有机物好氧堆肥方法
CN103242073B (zh) 一种槽式好氧堆肥臭气减排、收集和处理方法
JP5295754B2 (ja) 発酵乾燥用コンテナ装置及び含水有機物の乾燥方法
CN101421194A (zh) 高固含量高温厌氧消化装置、污泥的厌氧消化方法和系统
CN104744090A (zh) 利用城市废弃物制备新型生态栽培基质的方法及装置
CN103332974B (zh) 罐式oar处理装置
WO2018014754A1 (zh) 厨余垃圾高效好氧堆肥工艺
CN108276039A (zh) 一种提高仓式发酵固体有机肥腐熟度的方法及其装置
CN205907262U (zh) 一种厌氧‑好氧一体式联合发酵装置
CN105586362A (zh) 一种高温干式厌氧共发酵生产甲烷的方法
CN112898063B (zh) 一种秸秆废弃物发酵反应器组合及发酵方法
CN101973794B (zh) 一种堆肥的方法
CN115368175A (zh) 一种分子膜覆盖的好氧堆肥方法
CN204848609U (zh) 一种养殖场固态粪污处理系统
KR102356188B1 (ko) 자연친화형 무전원 유기물 고속발효방법
CN110813989A (zh) 一种生活有机垃圾快速定向腐殖化发酵方法
CN209652190U (zh) 秸秆粪污发酵取热装置
CN218620644U (zh) 一种规模化尾菜好氧发酵系统
CN114350500B (zh) 一种膜覆盖好氧发酵循环装置及循环方法
CN216191964U (zh) 一种农村有机废弃物资源化利用设备
CN115784545B (zh) 利用发酵热耦合间歇式负压对禽畜粪便干化杀菌的方法及装置
CN102992564A (zh) 一种猪场沼气的综合利用方法
CN219621096U (zh) 一种可移动式分子膜好氧堆肥发酵箱

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant