CN115815287A - 农村多元废弃物好氧堆肥预处理机及预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种农村多元废弃物好氧堆肥预处理机及预处理方法，以挖掘机的基座作为工作平台，其前端铲斗处于水平状态时，通过铲斗将物料装至进料腔，处于竖直状态时，进料腔内的物料在重力作用下，依次通过破碎腔和匀料腔，在破碎腔内利用破碎装置进行粉碎，在匀料腔内利用喷淋装置进行喷淋、利用搅拌装置混合均匀。本发明具有所需配套设备少、处理流程简单高效的优点。

Description

农村多元废弃物好氧堆肥预处理机及预处理方法

技术领域

本发明涉及一种农村多元废弃物好氧堆肥预处理机及预处理方法，属于堆肥处理技术领域。

背景技术

好氧堆肥技术是我国农村多元废弃物资源化的主要途径之一，目前国内市场中堆肥主要采用槽式堆肥、条垛式堆肥、纳米膜堆肥和反应器堆肥等方式，堆肥的原料主要是农村多元废弃物（包括稻麦油作物秸秆、蔬菜秸秆、畜禽粪污、园林绿植等），在堆肥之前均需要将原料进行粉碎、菌剂添加、调质加水、搅拌均匀的预处理流程，使得原料颗粒直径粉碎至3cm-5cm，含水率60%-65%，碳氮比25：1-30：1，将主料、辅料（辅料一般为尿素溶液、沼液或粪水）与物料总质量适当配比的微生物复合菌剂充分混匀，满足多元物料堆肥的启动要求。

然而，现有技术中，原料的粉碎、菌剂添加、调质、搅拌均匀等预处理步骤，目前仍然需要依次配套粉碎机、喷淋装置、装载机等3种以上的装备，操作人员最少需要3-4人（粉碎需要2人、喷淋需要1人、装载机需要1人），预处理流程复杂、配套设备繁多、购置成本高、人工投入大。另外，发酵时物料最合适的含水率为60%-65%，而农村多元废弃物中除了较为新鲜的含水率适中的物料以外，还有大量长时间存储的含水率很低的秸秆和枝条等，由于秸秆外表面的蜡质层和枝条的树皮、木质层，其瞬时吸水性较差，需要多次重复的添加水分，才能保证其含水率调节到60%-65%，效率较差。现有喷淋装置一般采用管道或者水桶等粗放形式，将混合液体喷洒在物料顶部，然后在孔隙中沉降下渗，喷淋的均匀度很差。 同时，多元混合堆肥原料（大田作物秸秆、尾菜、枝条）与辅料、菌剂的混合均匀度直接决定了堆肥效果好坏，现有搅拌装备采用装载机翻抛，物料的混合均匀度很差，导致产生堆肥分层盲区。

因此，如何减少预处理流程和配套设备，如何高效地保证物料的含水率达到60%-65%、碳氮比达到25:1-30:1，提高多元混合堆肥物料与菌剂、辅料混合均匀度，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种所需配套设备少、处理流程简单高效的农村多元废弃物好氧堆肥预处理机及预处理方法。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提出了一种农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，以挖掘机的基座作为工作平台，其前端铲斗内依次分隔成进料腔、破碎腔和匀料腔，所述破碎腔内设有破碎装置，所述匀料腔内设有搅拌装置和喷淋装置，所述匀料腔的底部设有出料门；所述铲斗具有两种工作状态，分别是水平状态和竖直状态；当铲斗处于水平状态时，通过铲斗将物料装至进料腔；当铲斗处于竖直状态时，进料腔内的物料在重力作用下，依次通过破碎腔和匀料腔，在破碎腔内利用破碎装置进行粉碎，在匀料腔内利用喷淋装置进行喷淋、利用搅拌装置混合均匀。

另一方面，本发明还提出了一种农村多元废弃物堆肥预处理方法，利用上述预处理机，执行以下步骤：

将挖掘机的铲斗调整为水平状态，将多元废弃物装入铲斗前端的进料腔；

将铲斗旋转至竖直状态，进料腔里的多元废弃物随着重力作用，进入破碎腔通过破碎装置进行粉碎；

粉碎后的多元废弃物，进入匀料腔进行匀料，即通过搅拌装置搅拌均匀，在搅拌过程中通过喷淋装置施加喷淋液；

匀料完成后，打开出料门，将搅拌和喷淋调质完成后的多元废弃物排出。

本发明以挖掘机基座作为工作平台，将其原有的前端抓斗替换成堆肥一体化预处理铲斗，在铲斗内完成进料、物料破碎以及匀料和喷淋工作，在预处理完成后即可打开出料门出料，将物料转移至发酵槽、发酵仓内，就可以直接开始好氧发酵，整个堆肥预处理过程只需要一台设备，操作人员仅需要一人即可完成，与现有技术中需要配套粉碎机、喷淋装置、装载机等3种以上的装备相比，减少了操作人员，简化了工作流程，降低了设备成本和人工投入，能够有效提高堆肥效率和物料的混合均匀度、调质精准度，减少堆肥预处理扬尘和污水四溢造成的二次污染，利于构建绿色低碳的循环生产方式。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是匀料腔的俯视示意图。

图3是喷淋装置的示意图。

图4是喷淋头的示意图。

图5是铲斗水平状态时的示意图。

图6是铲斗在竖直状态时的示意图。

附图标记：1、进料腔；2、导流板；3、主动粉碎辊；4、定刀；5、振动筛网；6、直线筛弹簧；7、上部齿轮；8、上部齿圈；9、储液管；10、上喷淋头；11、菌剂仓；12、下部齿轮；13、下部齿圈；14、渗滤液存储池；15、渗滤液过滤孔；16、匀料腔；17、出料门；18、门轴；19、破碎腔；20、水泵；21、螺旋导流条；22、多齿甩刀；23、电磁阀；24、辅料仓；25、控制系统；26、电机；27、振动电机；28、下喷淋头；29、轴流风扇；30、基座；31、从动粉碎辊；32、喷头连接部件；33、喷淋孔；34、电磁阀；35、风琴防护罩；36、液压系统。

具体实施方式

实施例一

本实施例涉及一种农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，如图1所示，以挖掘机的基座30作为工作平台，其前端铲斗内依次分隔成进料腔1、破碎腔19和匀料腔16，破碎腔19位于进料腔1和匀料腔16之间。所述破碎腔19内设有破碎装置，所述匀料腔16内设有搅拌装置和喷淋装置，所述匀料腔16的底部设有出料门17。

所述铲斗具有两种工作状态，分别是水平状态和竖直状态。当铲斗处于水平状态时，如图5所示，通过铲斗将物料装至进料腔1，如图1所示，进料腔1底部长上部短，呈半敞口式，当铲斗处于水平状态时，铲斗的作用与现有技术一致，便于物料的进料装载和暂存至进料腔1。

当铲斗处于竖直状态时，如图1和图6所示，进料腔1内的物料在重力作用下，依次通过破碎腔19和匀料腔16，在破碎腔19内利用破碎装置进行粉碎，在匀料腔16内利用喷淋装置进行喷淋、利用搅拌装置混合均匀。优选的，所述破碎装置由成对设置的主动粉碎辊3和从动粉碎辊31组成，所述动粉碎辊和从动粉碎辊31上均设有刀齿，所述破碎腔19的侧壁上设有与主动粉碎辊3、从动粉碎辊31相匹配的壁面定刀4。多元物料（可以是方捆状态或散乱状态等）进入破碎腔19后，利用破碎装置将作物秸秆、尾菜秸秆、枝条等废弃物进行粉碎，壁面定刀4可以加快物料的粉碎速度和粉碎均匀度，从而将多元物料撕碎成粒度为3cm-5cm，随着重力作用向下掉落至匀料腔16。

作为改进，如图1所示，所述进料腔1的底部设有用于将物料导流至破碎装置的导流板2，所述导流板2包括在使用时位于主动粉碎辊3上方的第一导流板2和位于从动粉碎辊31上方的第二导流板2，这样可以使物料更均匀地进入至破碎腔19内。

作为进一步的改进，如图1所示，所述第一导流板2的初始倾斜角度小于第二导流板2的倾斜角度，第一导流板2与铲斗的侧壁铰接，第一导流板2下方安装有液压系统36，可以实现第一导流板2的旋转和升降，通过重力作用控制物料进入破碎腔19的喂入量，保证物料的匀速喂入，利于物料均匀的向下进入破碎仓中在实施时，第一导流板2与铲斗的侧壁对应处预制成弧形壁面，且壁面与第一导流板2之间设有风琴防护罩35，防止物料进入第一导流板2下方。所述主动粉碎辊3的直径较大且其辊齿较多，所述从动粉碎辊31的直径较小且其辊齿较少。主动粉碎辊3的直径较大且其辊齿较多，利于铲斗旋转至水平状态时，在主动粉碎辊与铲斗的侧壁壁面之间形成较狭窄的粉碎间隙，利用较多的辊齿与壁面的定刀将物料进行二次粉碎，形成粒度更小的堆肥原料，所述从动粉碎辊31的直径较小且其辊齿较少，利于铲斗旋转至竖直状态时，物料更快地向下进入破碎仓中。本实施例中的倾斜角度是指铲斗处于竖直状态时，导流板2与水平面的夹角。

优选的，如图1所示，所述破碎腔19的底部设有振动筛网5；当铲斗处于水平状态时，所述主动粉碎辊3位于从动粉碎辊31的下方。振动筛网5中间略高两边较低，在振动电机2726和直线筛弹簧6的作用下，上下直线振动，使得掉落下来的秸秆颗粒均匀落到滚筒式匀料腔16中，保证了物料的均匀性；在粉碎一段时间后，有部分粒度较大的物料无法过筛时，可以将整个铲斗调整到水平状态，利用主动粉碎辊3和对应的壁面定刀4进行二次粉碎，这也是本发明对现有技术作出的重要贡献。

优选的，如图1和图2所示，所述匀料腔16为滚筒式倒圆锥状敞口腔体，所述搅拌装置包括沿匀料腔16的周向自上向下设置的多个螺旋导流条21，所述螺旋导流条21上设有锯齿，所述螺旋导流条21的下部设有上短下长的多齿甩刀22。所述匀料腔16依靠其外部的上部齿圈8和上部齿轮7、下部齿圈13和下部齿轮12实现轴向中心转动，此为现有技术，不再赘述。所述匀料腔16通过转动除了能够实现腔体内部物料均匀搅拌混合外，还通过螺旋导流条21上的锯齿和多齿甩刀22对物料进行二次粉碎，尤其对结团的物料具有更好的粉碎效果，防止因物料结团导致的混合不均匀。由于秸秆类物料外表面有蜡质层，一次喷淋很难使其吸收水分，很多喷淋的菌剂、辅料（辅料一般为尿素溶液、沼液或粪水）和水分顺着间隙流走，并没有与物料均匀混合。因此，通过导流条和带有倾斜角的上短下长的多齿甩刀，不仅可以将物料进一步破碎，还可以实现将底部的物料由下向上的扰动，利于多元物料之间、物料与下渗喷淋液的均匀混合。

如图1所示，所述铲斗的侧壁上设有储液仓，用于存储含有菌剂和辅料的喷淋液。当然，菌剂喷淋、辅料喷淋也可以单独设置，即分别设置单独的菌剂仓11和辅料仓24，分别进行喷淋。

所述匀料腔16的上方设有环形的储液管9，所述储液管9与储液仓连通，如图3所示，所述储液管9上设有若干喷淋头，在实施时，喷淋头采用不锈钢构造，如图4所示，球状面上开有40-50个喷淋孔，组合形成200°-240°的喷射角度，其工作压力(2–4bar)，喷淋头与喷头连接部件32采用螺纹连接。

喷淋头包括球形广角上喷淋头10和球形广角下喷淋头28，交替分布在储液管9上，其中上喷淋头10的喷淋孔33斜向上设置，下喷淋头28的喷淋孔33斜向下设置。滚筒式匀料腔16在工作时保持旋转，上、下喷淋头10、28形成液体交叉流场，均匀地将菌剂和辅料喷淋在粉碎后的物料上。

另外，所述铲斗上设有出风口朝向喷淋头的多个轴流风扇29，用于将喷淋液向匀料仓的中心区域吹送，因为上方物料主要从中间区域掉落，因此形成的空气流场利于喷淋分布区域扩展和均匀性。如图1所示，在匀料腔16底部开有若干个渗滤液过滤孔15，与渗滤液存储池14连通，多余或者未及时搅拌的渗滤液通过腔体底部的渗滤液过滤孔15流出，续存到一定液位时，电磁阀34和水泵20启动，实现渗滤液的循环喷淋，保证菌剂和辅料液体与物料的充分混合。

喷淋软管的连接顺序为：储液仓→电磁阀→水泵→喷头连接件→喷淋头，通过上述连接实现菌剂和辅料均匀喷淋在粉碎后的物料上，根据原始物料的含水率，计算出需要的菌剂、辅料和水分，进行混合得到喷淋液，进行物料喷淋，保证物料的含水量保持在60-65%，碳氮比在25:1-30:1。储液仓安装在滚筒式匀料腔16的外围，电磁阀23、电磁阀34和水泵20均安装在滚筒式匀料腔16的外部。

本实施例的预处理机适用于条垛式堆肥、槽式堆肥、反应器堆肥和膜式堆肥等主流堆肥方式的原料预处理，整个堆肥预处理过程仅需要一台设备，操作人员仅需要一人即可，因此不但流程简单、所需配套设备少，而且降低了人工成本。

实施例二

本实施例涉及一种农村多元废弃物好氧堆肥预处理方法，应用实施例一所述的预处理机，该方法执行以下步骤：

1）将挖掘机的铲斗调整为水平状态，将多元废弃物（包括稻麦油作物秸秆、蔬菜秸秆、畜禽粪污、园林绿植等）装入铲斗前端的进料腔1。

2）将铲斗旋转至竖直状态，进料腔1里的多元废弃物随着重力作用，进入破碎腔19通过破碎装置进行粉碎，保证破碎后的多元废弃物的颗粒直径为3cm-5cm。优选的，所述破碎腔19的底部设有振动筛网5，所述破碎腔19的侧壁上设有与主动粉碎辊3、从动粉碎辊31相匹配的壁面定刀4，通过上述改进，如果破碎腔19中无法过筛的废弃物达到预设量时，将铲斗调整至水平状态，通过主动粉碎辊3与相匹配的壁面定刀4对废弃物进行二次粉碎。

3）粉碎后的多元废弃物，进入匀料腔16进行匀料，即通过搅拌装置搅拌均匀，在搅拌过程中通过喷淋装置施加喷淋液。优选的，开始堆肥前，将原料多点取样混合后，采用水分仪检测出其初始含水率，并检测其碳氮比；通过喷淋装置施加喷淋液时，根据物料的初始含水率、碳氮比和重量，通过专家控制系统计算出需要的水分、菌剂量和辅料量（辅料一般为尿素溶液、沼液或粪水），将适量的水分与所需的辅料、菌剂制成喷淋液进行物料喷淋，使喷淋后物料的含水率保持在60%-65%，碳氮比保持在25：1-30：1。优选的，在匀料腔16底部开有若干个渗滤液过滤孔15，与渗滤液存储池14连通，多余或者未及时搅拌的渗滤液通过腔体底部的渗滤液过滤孔15流出，续存到一定液位时，电磁阀34和水泵20启动，实现渗滤液的循环喷淋，保证菌剂和辅料液体与物料的充分混合均匀。多元物料是否混合搅拌均匀由搅拌时间和渗滤液的液位共同判定。

多元物料与喷淋液的混合均匀程度，主要依据匀料腔的旋转和喷淋装置的喷淋共同作用。申请人的实验表明，在其他条件相同的情况下，比如每个喷淋头的喷淋液流速50-65L/min，轴流风扇的流量为2.2-3.4m³/分钟，匀料腔16的转速为16-22转/分钟，混合时间为10分钟，在匀料腔内加入导流条和带有倾斜角的上短下长的多齿甩刀时，其混合均匀度变异系数一般在2.5-3%之间，混合非常均匀，基本无发酵盲区；而在匀料腔内无导流条和多齿甩刀时，其混合均匀度变异系数一般接近10%，在后续的物料静态堆肥时，可能会有发酵盲区（即没有充足的菌剂、水分和氮元素进行发酵的区域）。其中，混合均匀度变异系数的测量方法为现有技术，在饲料生产领域是检测饲料的混合均匀度的标准流程之一，通常变异系数(CV)值小于5%说明混合均匀度非常好。本实施例将出料后的物料采用双对角线五点取样法采样检测，对所取样本进行数据统计分析，以样本的碳氮比、含水率的值在样本中所体现出的离散程度，来计算物料的混合均匀度变异系数。

4）匀料完成后，打开出料门17，将搅拌和喷淋完成后的多元废弃物排出，完成预处理。将预处理后的多元废弃物转移至发酵槽、发酵仓内，即可直接开始好氧发酵。

本实施例通过对菌剂、辅料和水分的控制，最终使得一体化预处理后的多元废弃物与辅料、菌剂混合均匀，达到颗粒直径为3cm-5cm，混合物料的含水率为60-65%，碳氮比为25：1-30：1。

Claims (10)

1.一种农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，其特征在于：以挖掘机的基座作为工作平台，其前端铲斗内依次分隔成进料腔、破碎腔和匀料腔，所述破碎腔内设有破碎装置，所述匀料腔内设有搅拌装置和喷淋装置，所述匀料腔的底部设有出料门；

所述铲斗具有两种工作状态，分别是水平状态和竖直状态；当铲斗处于水平状态时，通过铲斗将物料装至进料腔；当铲斗处于竖直状态时，进料腔内的物料在重力作用下，依次通过破碎腔和匀料腔，在破碎腔内利用破碎装置进行粉碎，在匀料腔内利用喷淋装置进行喷淋、利用搅拌装置混合均匀。

2.根据权利要求1所述的农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，其特征在于：所述破碎装置由成对设置的主动粉碎辊和从动粉碎辊组成，所述主动粉碎辊和从动粉碎辊上均设有刀齿，所述破碎腔的侧壁上设有与主动粉碎辊、从动粉碎辊相匹配的壁面定刀。

3.根据权利要求2所述的农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，其特征在于：所述进料腔的底部设有用于将物料导流至破碎装置的导流板，所述导流板包括在使用时位于主动粉碎辊上方的第一导流板和位于从动粉碎辊上方的第二导流板，所述第一导流板与铲斗的侧壁铰接，通过液压系统驱动使第一导流板具有旋转和升降功能。

4.根据权利要求3所述的农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，其特征在于：所述主动粉碎辊的直径较大且其辊齿较多，所述从动粉碎辊的直径较小且其辊齿较少。

5.根据权利要求1-4之任一项所述的农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，其特征在于：所述破碎腔的底部设有振动筛网；当铲斗处于水平状态时，所述主动粉碎辊位于从动粉碎辊的下方。

6.根据权利要求1-3之任一项所述的农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，其特征在于：所述铲斗的侧壁上设有储液仓，所述匀料腔的上方设有环形的储液管，所述储液管与储液仓连通，所述储液管上设有若干喷淋头；所述铲斗上设有出风口朝向喷淋头的多个轴流风扇，用于将喷淋液向匀料仓的中心区域吹送。

7.根据权利要求1-3之任一项所述的农村多元废弃物好氧堆肥预处理机，其特征在于：所述匀料腔为滚筒式倒圆锥状敞口腔体，所述搅拌装置包括沿匀料腔的周向自上向下设置的多个螺旋导流条，所述螺旋导流条上设有锯齿，所述螺旋导流条的下部设有上短下长的多齿甩刀。

8.一种应用权利要求1-3之任一项所述的预处理机的农村多元废弃物堆肥预处理方法，执行以下步骤：

将挖掘机的铲斗调整为水平状态，将多元废弃物装入铲斗前端的进料腔；

将铲斗旋转至竖直状态，进料腔里的多元废弃物随着重力作用，进入破碎腔通过破碎装置进行粉碎；

粉碎后的多元废弃物，进入匀料腔进行匀料，即通过搅拌装置搅拌均匀，在搅拌过程中通过喷淋装置施加菌剂、辅料混合的喷淋液；

匀料完成后，打开出料门，将搅拌和喷淋调质完成后的多元废弃物排出。

9.根据权利要求8所述的预处理方法，其特征在于：所述破碎腔的底部设有振动筛网，所述破碎腔的侧壁上设有与主动粉碎辊、从动粉碎辊相匹配的壁面定刀；

当铲斗旋转至竖直状态后，如果破碎腔中无法过筛的废弃物达到预设量时，将铲斗调整至水平状态，通过主动粉碎辊与相匹配的壁面定刀对废弃物进行二次粉碎。

10.根据权利要求8或9所述的预处理方法，其特征在于：通过喷淋装置施加喷淋液时，根据物料的原始含水率、碳氮比和重量，计算出需要的水分、菌剂量和辅料量，将适量的水分与所需的辅料、菌剂制成喷淋液进行物料喷淋，使喷淋后物料的含水率保持在60%-65%，碳氮比保持在25：1-30：1。

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