CN116195418A - 水肥一体化喷灌方法及水肥一体化加工喷洒装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种水肥一体化喷灌方法及水肥一体化加工喷洒装置，其中，水肥一体化喷灌方法，包括以下步骤：S10将畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物通过消化方法加工成水肥；S20通过喷洒设备吸附步骤S10的水肥；S30通过喷洒设备喷洒水肥至农田。本申请的技术方案有效地解决了现有技术中的畜禽养殖废弃物污染环境的问题。

Description

水肥一体化喷灌方法及水肥一体化加工喷洒装置

技术领域

本申请涉及废肥料喷灌的技术领域，尤其涉及一种水肥一体化喷灌方法及水肥一体化加工喷洒装置。

背景技术

随着经济的快速发展，广大人民群众的生活水平日益提高，人们对猪、牛、羊、鸡、鸭等动物蛋白质的需求不断增大。畜禽产品为主的肉类食品作为人们餐桌上的日常消费品，促使着畜禽养殖行业的发展日新月异的同时，也推动了标准化、规模化畜禽养殖场的建设。但是另一方面，在畜禽养殖行业规模急剧扩大的同时，由此而造成的生态环境污染问题也日益严重。主要原因在于畜禽养殖的过程中会产生大量的废弃物，对周围的生态环境造成极大的影响。主要表现在以下两点：

其一，畜禽养殖废弃物中含有大量的病原微生物及寄生虫卵，同时也是滋生蚊蝇的主要媒介。随着畜禽数量的不断增加，环境中的病原微生物和寄生虫卵也会大量的繁殖与传播，进而造成与之接触的人与牲畜的感染。一旦爆发畜禽瘟疫而且没有得到及时有效的控制，便很容易造成大面积的疫情传播。

其二，畜禽养殖场一般采用大量水清理饲养场地，在浪费水资源的同时，产生的污水中还会携带有大量的污染物质。相关数据显示，畜禽养殖场所排放的污水中NH3-N(氨氮含量指标)的浓度可高达4000mg/L，高于企业污水排放标准的100倍以上。当污水被排入自然环境中，不仅会加快周围水质的恶化，还会造成水体富营养化，增加水质中的氮元素与磷元素，严重威胁当地的水产业发展及水质生态。

发明内容

本申请提供了一种水肥一体化喷灌方法及水肥一体化加工喷洒装置，以解决现有技术中的畜禽养殖废弃物污染环境的问题。

为解决上述问题，本申请提供了一种水肥一体化喷灌方法，包括以下步骤：S10将畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物通过消化方法加工成水肥；S20通过喷洒设备吸附步骤S10的水肥；S30通过喷洒设备喷洒水肥至农田。

进一步地，步骤S10包括以下步骤：S11从畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物并投入反应器中；S12将废弃物中的重金属进行钝化处理；S13利用紫外线和臭氧除去病原微生物及寄生虫卵；S14按照废弃物与复合菌剂质量比为1:1000至1:5000的比例投入复合菌剂；S15将步骤S14预处理后的混合液，在反应器中控温控压消化2天至5天。

进一步地，在步骤S10中，包括采用建立数据变换矩阵，并基于数据变换建立综合评价模型进行筛选。

进一步地，在步骤S10中，实时监控消化加工水肥的温度，确保温度呈阶梯式上升。

进一步地，温度呈阶梯式上升过程可分为两个阶段：第一阶段：开始反应至第二天，温度从常温上升至30℃；第二阶段：第二天至第五天，温度从30℃上升至45℃并保持。

进一步地，复合菌剂包括活性乳酸菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌、德氏乳杆菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、短芽孢杆菌和炭疽芽孢杆菌中的至少一种。

根据本申请的另一方面，还提供了一种水肥一体化加工喷洒装置，水肥一体化加工喷洒装置用于上述的水肥一体化喷灌方法，水肥一体化加工喷洒装置包括农用设备和喷洒设备，喷洒设备包括：水肥储放罐、吸附管道、真空泵、离心泵和喷枪，吸附管道的第一端与水肥储放罐相连，真空泵与水肥储放罐通过管道相连，喷枪与水肥储放罐相连，离心泵设置在喷枪和水肥储放罐之间的管道上。

进一步地，水肥一体化加工喷洒装置还包括水肥反应设备，吸附管道的第二端与水肥反应设备相连，水肥反应设备包括：反应器，反应器包括反应器本体和流体循环通道，反应器本体包括加料口、加气口、排气口和出料口，加料口和排气口位于反应器本体的上部，加气口和出料口均位于反应器本体的下部，流体循环通道安装在反应器本体内。

进一步地，流体反应器本体包括多个流体筒，流体筒的上端口与反应器本体的上部内壁具有预定距离，流体筒的下端口与反应器本体的下部内壁具有预定距离。

进一步地，流体筒内壁具有一个缩颈结构和多个凸环，缩颈结构和多个凸环沿流体筒的轴线相间隔地设置。

本申请提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请的技术方案，将畜禽、畜禽的废弃物以及畜禽清洗的液体等废弃物加工成植物需要的水肥，再通过喷洒设备将上述的水肥喷洒至农田。这样可以实现废弃物的重新利用，既避免了上述的废弃物污染环境，又能够得到甘蔗等植物生长所需要的营养物质。即本申请的加工方法减少了对环境的污染，创造了价值。本申请的技术方案有效地解决了现有技术中的畜禽养殖废弃物污染环境的问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例的水肥一体化喷灌方法的工艺流程示意图；

图2示出了本申请实施例的水肥一体化喷洒装置的喷洒装置的工艺结构示意图；

图3示出了图2的喷洒装置的整体结构示意图；

图4示出了图2的水肥一体化喷洒装置的水肥反应设备的结构示意图；

图5示出了图4的水肥反应设备的内部结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、反应器本体；2、反应器盖；3、加料口；4、排气口；5、挡液板；6、探头套管；7、夹套；8、支架；9、导流筒组；10、出料口；11、气体分布器；12、导流板；13、流出筛孔；14、缩颈结构、15、凸环；100、农用拖拉机头；110、传动轴；120、移动底座；130、齿轮箱；140、第一联轴器；150、第一离合器；160、真空泵；170、第一管道；180、第二管道；190、真空抑制器；200、负压真空罐；210、第三管道；220、气孔；230、人孔；240、出液口；250、出液管；260、离心泵；270、第二离合器；280、第二联轴器；290、调压器；300、农用灌溉蜗轮蜗杆喷枪；310、汽水分离器；320、油气分离器；330、第一阀门；340、第二阀门；350、第三阀门；360、第四阀门；370、第五阀门；380、第六阀门。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1至图3所示，本实施例的水肥一体化喷灌方法，包括以下步骤：S10将畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物通过消化方法加工成水肥。S20通过喷洒设备吸附步骤S10的水肥。S30通过喷洒设备喷洒水肥至农田。

应用本实施例的技术方案，将畜禽、畜禽的废弃物以及畜禽清洗的液体等废弃物加工成植物需要的水肥，再通过喷洒设备将上述的水肥喷洒至农田。这样可以实现废弃物的重新利用，既避免了上述的废弃物污染环境，又能够得到甘蔗等植物生长所需要的营养物质。即本申请的加工方法减少了对环境的污染，创造了价值。本实施例的技术方案有效地解决了现有技术中的畜禽养殖废弃物污染环境的问题。

步骤S10包括以下步骤：S11从畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物并投入反应器中。S12将废弃物中的重金属进行钝化处理。S13利用紫外线和臭氧除去病原微生物及寄生虫卵。S14按照废弃物与复合菌剂质量比为1:1000至1:5000的比例投入复合菌剂。S15将步骤S14预处理后的混合液，在反应器中控温控压消化2天至5天。

应用本实施例的技术方案，将畜禽、畜禽的废弃物以及畜禽清洗的液体等废弃物，通过去除重金属、除菌、消化等一系列的操作，将上述的废弃物加工成甘蔗需要的营养物质，这样可以实现废弃物的重新利用，既避免了上述的废弃物污染环境，又能够得到甘蔗等植物生长所需要的营养物质。即本实施例的加工方法减少了对环境的污染，创造了价值。本实施例的技术方案有效地解决了现有技术中的畜禽养殖废弃物污染环境的问题。

需要说明的是，通过对畜禽废弃物重金属检测，上述的重金属包括有机砷、铜等。

如图1所示，在本实施例的技术方案中，在步骤S10中，包括采用建立数据变换矩阵，并基于数据变换建立综合评价模型进行筛选。通过理论筛选可以大大地提高效率，减少做实验的时间，节约成本。

本实施例以从畜禽养殖场收集到的畜禽养殖废弃物为主要原料，消化降解，生产适用于甘蔗种植水肥一体化的有机水溶肥，并以均匀试验法为基础，确定生产过程中的反应温度、压力和溶氧浓度等因素的最佳控制方案。均匀试验法作为一种适用于多因素控制且精度要求较高问题的试验方法，可以最大限度减少繁琐复杂的实验次数。

生产方案设计：

总结以往的生产经验可知，对于畜禽养殖废弃物等原材料，应保持其反应温度在30℃-45℃；对于气升式反应器，为防止外界空气进入造成杂菌污染，应使其系统压力保持略高于外界大气压，可取0.1-0.15MPa；对于细菌和酵母类微生物，应保证反应液中氧含量充足，可取溶氧浓度为5％-10％。

生产结束时水溶肥各项指标的合理区间如下表：

根据上述信息，结合均匀设计法与均匀设计使用表，设计出符合生产过程要求的实验方案如下表1：

表1：生产过程实验方案设计

采用相同的反应原料置于反应器中，分别按照上述实验方案反应5d，得到有机水溶肥各项指标如下表2：

表2：生产过程实验方案结果

建立数据变换矩阵：

对生产方案进行综合评价，首先要建立评价对象集和评价指标值。评价对象集为生产方案体系：F＝(F₁，F₂，F₃，F₄，F₅，F₆，F₇，F₈，F₉，F₁₀)，评价指标值：G＝(各指标超出合理区间的量)。在此基础上，建立评价矩阵X＝(x_ij)10×6样本值，矩阵X的每一列为评价指标，共有6项；每一行为不同生产方案关于评价指标的评价值，共有10个方案。x_ij表示第i个方案关于第j项评价指标的评价值。在生产实验中，对各指标超出合理区间的量取绝对值的百分比，可得如下样本值：

基于数据变换的综合评价模型：

根据数据评价模型，设原始矩阵为X：

(1)利用变异系数法建立权向量：

s_j与/>

分别为第j项指标的标准差和均值。

ω_j＝(0.2315，0.2064，0.1529，0.0982，0.1973，0.1136

(2)建立理想方案：

其中，

(3)建立相对偏差模糊矩阵R：

其中，

利用MATLAB软件得到：

(4)建立综合评价模型：

评价准则为：若D_i＞D_j，则第i个方案的指标优于第j个方案的指标。

经计算可得：

D₁＝0.6220，D₂＝0.6009，D₃＝0.8545，D₄＝0.6479，D₅＝0.5052，

D₆＝0.5049，D₇＝0.7714，D₈＝0.7429，D₉＝0.7985，D₁₀＝0.6032。

根据评价准则可知各个方案的优劣排序如下：

F₃→F₉→F₇→F₈→F₄→F₁→F₁₀→F₂→F₅→F₆

1.具体的MATLAB运行程序：

％输入原始样本数据

>>m＝mean(X)；％计算各指标均值

m＝(0.0360，0.1000，0.0460，0.1330，0.2300，0.1220)

>>s＝std(X)；％计算各指标标准差

s＝(0.0513，0.1269，0.0433，0.0803，0.2791，0.0852)

>>v＝s./abs(m)；％计算各指标变异系数

v＝(1.4236，1.2693，0.9404，0.6036，1.2134，0.6985)

>>w＝v/sum(v)；％计算各指标权重

w＝(0.2315，0.2064，0.1529，0.0982，0.1973，0.1136)

>>R＝abs(X-ones(10,1)*max(X))./[ones(10,1)*range(X)]；％计算相对偏差矩阵

>>D＝R*w’；％计算综合评价值

D＝(0.6220，0.6009，0.8545，0.6479，0.5052，0.5049，0.7714，0.7429，0.7985，0.6032)

>>[F1,t1]＝sort(D)；％综合评价值排序

F1＝(0.5049，0.5052，0.6009，0.6032，0.6220，0.6479，0.7429，0.7714，0.7985，0.8545)

t1＝(6，5，2，10，1，4，8，7，9，3)

2.结果分析：

为进一步研究数据变换综合评价模型所得生产方案3的科学合理性，针对影响评价的权重分配合理性，以及对应权重下的实验结果精确性做简单分析讨论：

(1)合理性分析：

为了达到无害化处理畜禽养殖废弃物的目的，以从畜禽养殖场收集到的畜禽养殖废弃物为主要原料，消化降解，生产适用于甘蔗种植水肥一体化的有机水溶肥。原材料自身的成分含量以及生产过程中相关因素的控制对生产结果有重要影响，主要表现在pH值、氨氮含量、有机质含量、磷含量、硫含量以及COD等指标上。生产方案3的结果显示，上述六项指标中，pH值、有机质含量、硫含量以及COD四项指标均在合理区间内，氨氮含量与磷含量略超出合理区间，但可通过改变生产原材料的氮、磷含量来调节。综合来看，生产方案3的各项指标情况均优于其他生产方案。可见，结合试验和数据变换综合评价模型所确定的生产结果各项指标权重大ω_j＝(0.2315，0.2064，0.1529，0.0982，0.1973，0.1136)是科学合理的。

(2)精确性分析：

基于数据变换综合评价模型获得的生产方案的优劣排序为：F₃→F₉→F₇→F₈→F₄→F₁→F₁₀→F₂→F₅→F₆。对于上述六项指标，能够同时满足最多项指标处于合理区间内的生产方案是方案3和方案8，都为同时满足四项指标在合理区间内。但对于方案8而言，其硫含量过高，超过上限值的70％，属于严重超标；而方案3超出指标范围的氨氮含量与磷含量虽略高或略低于合理区间，但超出量也仅10％和22％。因此，综合来看，生产方案3的各项指标确为所有生产方案中最合理的。因此，基于数据变换综合评价模型所获得的生产方案是科学合理的，其结果也是比较精确的。

由上述结果可知：采用均匀设计和数据变换综合评价模型选出的生产方案3作为生产适用于甘蔗种植水肥一体化的有机水溶肥的生产方案是比较理想的。生产过程中的温度、压力及溶氧浓度如下表：

温度	压力	溶氧浓度
			35.2	0.16	6.9

如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，在步骤S15中，采用脉冲式供气。采用脉冲式供气，使得液体和气体的接触效果较好，液体的流动性更好。在本实施的技术方案中，脉冲式供气每隔1秒至2秒，供气1秒。

如图1所示，在本实施例的技术方案中，在步骤S15中，实时监控反应器中的温度，确保反应器内的温度呈阶梯式上升。根据畜禽废物的特点，温度呈阶梯式上升，可以保证畜禽废弃物中的反应效果更好，阶梯式上升，可以节约反应时间。

如图1所示，在本实施例的技术方案中，温度呈阶梯式上升过程可分为两个阶段：第一阶段：开始反应至第二天，温度从常温上升至30℃。第二阶段：第二天至第五天，温度从30℃上升至45℃并保持。第一阶段的温度，可以使得微生物快速繁殖，第二阶段的温度，微生物发酵效果较好。

在本实施例的技术方案中，复合菌剂包括活性乳酸菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌、德氏乳杆菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、短芽孢杆菌和炭疽芽孢杆菌中的至少一种。需要说明的是，根据不同物料特性，采用不同的复合菌剂配方技术配制经活化后的复合菌剂。

通过上述可知，本实施例包括以下步骤：S11从畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物并投入反应器中；S12将所述废弃物中的重金属进行钝化处理；S13利用紫外线和臭氧除去病原微生物及寄生虫卵；S14按照所述废弃物与复合菌剂质量比为1:1000至1:5000的比例投入所述复合菌剂；S15将所述步骤S14预处理后的混合液，在反应器中控温控压消化2天至5天。本实施例以从畜禽养殖场收集到的畜禽养殖废弃物为主要原料，消化降解，生产适用于甘蔗种植水肥一体化的有机水溶肥。水溶肥营养元素比例满足甘蔗不同生长期对肥料的需求，可对甘蔗实施水肥一体化灌溉施肥。

下面通过三组实验的数据进行说明：

实验1：

一种甘蔗水肥一体化加工方法，该工艺包括以下步骤：

步骤11：从畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物并投入反应器中；

步骤12：采用相关方法将废弃物中残留的有机砷、铜及其他重金属离子进行钝化预处理；

步骤13：利用紫外线和臭氧除去病原微生物及寄生虫卵；

步骤14：根据物料特性，采用合理的复合菌剂配方技术配制经活化后的复合菌剂，按质量比1：1000kg的比例投放；

步骤15：将预处理后的原料，于生物反应器中控温控压液态消化3d。期间采用脉冲式供气，每隔1s供气1s。以100L反应设备为例，每次供气量为2.0L，总供气量为60L/min。实时监控反应器中的温度，确保其呈阶梯式上升。其上升过程可分为两个阶段：

阶段1：开始反应至第1.5天，温度从常温上升至30℃；

阶段2：第1.5天至第3天，温度从30℃上升至35.2℃并保持。

实时监控反应器中的压力，并通过自动控制系统调节压力控制阀，保持反应器内部压力恒定为0.16MPa；实时监控反应器中的溶氧浓度，并通过调节供气量与所供气体的含氧量，控制其值为6.9％。

实验2：

一种甘蔗水肥一体化加工方法，该工艺包括以下步骤：

步骤11：从畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物并投入反应器中；

步骤12：采用相关方法将废弃物中残留的有机砷、铜及其他重金属离子进行钝化预处理；

步骤13：利用紫外线和臭氧除去病原微生物及寄生虫卵；

步骤14：根据物料特性，采用合理的复合菌剂配方技术配制经活化后的复合菌剂，按质量比1：3000kg的比例投放；

步骤15：将预处理后的原料，于生物反应器中控温控压液态消化4d。期间采用脉冲式供气，每隔1.5s供气1s。以100L反应设备为例，每次供气量为2.5L，总供气量为60L/min。实时监控反应器中的温度，确保其呈阶梯式上升。其上升过程可分为两个阶段：

阶段1：开始反应至第2天，温度从常温上升至30℃；

阶段2：第2天至第4天，温度从30℃上升至35.2℃并保持。

实时监控反应器中的压力，并通过自动控制系统调节压力控制阀，保持反应器内部压力恒定为0.16MPa；实时监控反应器中的溶氧浓度，并通过调节供气量与所供气体的含氧量，控制其值为6.9％。

实验3：

一种甘蔗水肥一体化加工方法，该工艺包括以下步骤：

步骤11：从畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物并投入反应器中；

步骤12：采用相关方法将废弃物中残留的有机砷、铜及其他重金属离子进行钝化预处理；

步骤13：利用紫外线和臭氧除去病原微生物及寄生虫卵；

步骤14：根据物料特性，采用合理的复合菌剂配方技术配制经活化后的复合菌剂，按质量比1：5000kg的比例投放；

步骤15：将预处理后的原料，于生物反应器中控温控压液态消化5d。期间采用脉冲式供气，每隔2s供气1s。以100L反应设备为例，每次供气量为3.0L，总供气量为60L/min。实时监控反应器中的温度，确保其呈阶梯式上升。其上升过程可分为两个阶段：

阶段1：开始反应至第2.5天，温度从常温上升至30℃；

阶段2：第2.5天至第5天，温度从30℃上升至35.2℃并保持。

实时监控反应器中的压力，并通过自动控制系统调节压力控制阀，保持反应器内部压力恒定为0.16MPa；实时监控反应器中的溶氧浓度，并通过调节供气量与所供气体的含氧量，控制其值为6.9％。

将实验1-3得到的适用于甘蔗种植水肥一体化的有机水溶肥进行相关指标检测，结果如下表：

由上表可以看出，本发明所公开的一种适用于甘蔗种植水肥一体化的工艺技术及设备，其所生产出的有机水溶肥各项指标均达到NY/T 3831-2021《有机水溶肥料通用要求》、NY 1110-2010《水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》、NY 1107-2010《大量元素水溶肥料》等标准的规定。相关标准中所规定的各项典型理化指标如下表：

本申请还提供了一种水肥一体化加工喷洒装置，水肥一体化加工喷洒装置用于上述的水肥一体化喷灌方法，水肥一体化加工喷洒装置包括农用设备和喷洒设备，喷洒设备包括：水肥储放罐、吸附管道、真空泵、离心泵和喷枪，吸附管道的第一端与水肥储放罐相连，真空泵与水肥储放罐通过管道相连，喷枪与水肥储放罐相连，离心泵设置在喷枪和水肥储放罐之间的管道上。

水肥一体化加工喷洒装置还包括水肥反应设备，吸附管道的第二端与水肥反应设备相连，水肥反应设备包括：反应器。反应器包括反应器本体和流体循环通道，反应器本体包括加料口、加气口、排气口和出料口，加料口和排气口位于反应器本体的上部，加气口和出料口均位于反应器本体的下部，流体循环通道安装在反应器本体内。

如图2和图3所示，流体反应器本体包括多个流体筒，流体筒的上端口与反应器本体的上部内壁具有预定距离，流体筒的下端口与反应器本体的下部内壁具有预定距离。流体筒内壁具有一个缩颈结构和多个凸环，缩颈结构和多个凸环15沿流体筒的轴线相间隔地设置。这些设计使得流体和气体的接触效果更好。

水肥一体化移动式负压喷灌平台，它包含农用拖拉机头100传动轴110、移动底座120、齿轮箱130、第一联轴器140、第一离合器150、真空泵160、第一管道170、第二管道180、真空抑制器190、负压真空罐200(水肥储放罐)、第三管道210、气孔220、人孔230、出液口240、出液管250、离心泵260、第二离合器270、第二联轴器280、调压器290、农用灌溉涡轮蜗杆喷枪300(喷枪)、汽水分离器310、油气分离器320、阀门若干(第一阀门330、第二阀门340、第三阀门350、第四阀门360、第五阀门370、第六阀门380)。本申请的喷洒设备主要包括水肥喷灌系统和水肥吸入系统两大部分，而农用拖拉机头100则为水肥喷灌系统和水肥负压吸入系统提供动力。

水肥喷灌系统由第二联轴器280、第二离合器270、离心泵260、调压器290、农用灌溉涡轮蜗杆喷枪300、出液管250、第六阀门380组成。传动轴110连接齿轮箱130，通过齿轮传动将动力传递到齿轮箱的两个输出端，第一离合器150拨动至全合状态，第二离合器270拨动至全分离状态，通过第一联轴器140，真空泵160启动，关闭第三阀门350、第六阀门380，打开第一阀门330，第五阀门370、第二阀门340和第四阀门360。通过真空泵160将负压真空罐200内形成负压，使水肥池中的水肥经排污口/进液口吸入负压真空罐200。

水肥负压吸入系统由第一联轴器140、第一离合器150、真空泵160、第一管道170、汽水分离器310、第一阀门330构成。传动轴110连接齿轮箱130，通过齿轮传动将动力传递到齿轮箱的两个输出端，第一离合器150拨动至全分离状态，第二离合器270拨动至全合状态全分离状态，第一阀门330、第三阀门350、第六阀门380打开，第二阀门340、第四阀门360、第五阀门370关闭。通过第二联轴器280启动离心泵260，离心泵260将负压真空罐200内的水肥通过出液口240、出液管250，输送至农用灌溉涡轮蜗杆喷枪300，调压器290用于调整喷枪的压力。

其中，人孔230用于负压真空罐的检查维修，排污口/进液口用于负压真空罐的排污或者补充水肥，真空抑制器190用于防止负压真空罐200的罐体在被抽真空过程中损坏，汽水分离器310用于将水从气体分离出来，而气体则到达真空泵的吸气口。气体在真空泵内与泵内的润滑油混合，然后从真空泵的排气口排出，油气混合物经油气分离器320进行分离，分离出的润滑油流回油箱，分离出的气体排到大气。

另外，负压真空罐内部必须增设防浪板，它是液罐车设计中比较重要的部件，罐车装运的水肥介质粘度较小，而且充装量在20％～80％之间时，故罐体内部必须加装防浪板。其作用是为了减少罐体内部液体的波动和冲击，提高车辆行驶的稳定性。

根据图2-图3所示，反应器本体1、反应器盖2、挡液板5、导流筒组9及气体分布器11。反应器本体1外部由夹套7包裹，可根据需要调整其内部介质，对反应器进行保温或制冷。夹套7上安装有支架8。反应器本体1侧壁上设有探头套管6，可安放各参数检测仪探头，探头连接到外部的各参数监控设备，实现对反应器内部相关参数的实时监控。反应器本体1底部周围设有出料口10，同时与气体分布器11相连。反应器盖2上设有加料口3和排气口4，在其与液面之间设有挡液板5，可防止反应原料随气体喷出。为使喷射到挡液板5上的反应原料快速落回反应器中参与反应，挡液板朝下的一侧为凸凹面，具体为锯齿状结构。导流筒组9由五个导流筒组成，每个导流筒外部均设有导流板12。其中，外圈四个导流筒设环形导流板，中心导流筒采用菱形导流板与环形导流板相间分布的形式。这些导流板12可与反应器主体1内壁上的环形导流板配合使反应原料在导流板12之间折流向下，延长氧气溶解于反应原料中的时间，强化菌种细胞与反应原料之间的气体交换，并使反应原料中的不同成分充分混合，增强气液传质。导流筒组9采用五个导流筒配合的组合方式，影响反应原料的流向，避免其从中部直接上升到顶部的同时，还可改变反应器内部流场，获得涡流以强化传质。使反应起始阶段的一些固态物质随反应原料一起运动进而被分解掉，避免其积聚于导流筒组9中部的导流板12下。每个导流板12上均遍布有大小不一的筛孔13，筛孔13截面呈梯台式，上宽下窄，以使反应原料流经筛孔13时横截面积不断缩小，压力也不断增大，流出筛孔13后又因横截面积突然增大，压力下降而逸出，以增加流场效应。导流筒中部设置缩颈结构14，气液两相受高压流入缩颈结构14前半部，穿过窄喉后由后半部逸出，以显著提高气液两相流速，并促使其充分混合。导流筒内部对向间隔排列布置凸环15作为压缩面，可以增大该区域附近的压力分布，使附近的反应原料可以快速溢出流向上方，增强反应原料的循环。气体分布器11采用盘型气体分布器11，在其上表面开五个圆孔，分别对应于五个导流筒，仅在这些圆孔上开设小孔，确保反应器内上升段与下降段可以明确区分而不紊乱。气体分布器11可连接气泵，为反应器供气。在气体分布器11与气泵之间可安装压力控制系统，实时监控反应器内部压力的同时，通过自动控制系统调节压力控制阀，保持反应器内部压力恒定。反应器包括反应器本体1和反应器盖2。

本申请在生产的过程中，为使气流在流体筒内部得到加速，从而更好地与反应原料混合，在导流筒中部加装缩颈结构。缩颈结构的具体参数的确定步骤如下：

1.计算面积比：

设本申请中气流在流体筒内的流动为等熵流动，且在喉部处达到声速，在流体筒的出口处被加速到的马赫数为Ma_e。于是可得流体筒的出口截面与喉部截面的面积比为：

式中，A_e为出口截面面积；A_t为喉部面积；γ为绝热指数。

本申请在生产时通入的气体为无菌空气，γ＝1.4，于是：

由此即可得到装置出口截面与喉部截面的面积比。

2.验算工况：

本申请无需将气流加速至超声速，其在装置内部始终为亚声速流动，属于工况

其中，/>

p_b为装置的下游背压，p₀为装置的上游总压，即流体筒内的上下游压力比。/>

为第三特征压强比，可由给定面积比查完全气体等熵流动函数表得到，或由如下方式计算得出：

代入Υ＝1.4，于是：

将所得面积比代入上式，解此方程可得马赫数Ma_t。由该马赫数可得对应装置的特征压强p₃，再由气动函数公式可求得：

由于本发明在生产过程中，受压力控制系统的影响，反应器内部压力始终保持在0.1-0.15MPa，即：装置的下游背压p_b＝0.1～0.15MPa。设装置的上游总压为p₀，于是：

若经验算，该面积比所得装置的压强比满足上式，则符合要求。

以100L反应设备为例：

本申请在发酵过程中需要不断地从反应器上方对发酵液进行调整，为方便操作人员加料，因此采用较低的高径比。又由于导流筒内部对向间隔排列布置诸多凸环，且中部设置缩颈结构，气液两相在流经这些地方时会有能量损耗。过高的高径比将极大地降低气液两相在上升段末端的速度，因此将反应器的高径比定为5。

本申请采用的是脉冲式供气，气液两相在上升段快速上升，在下降段的导流板之间缓慢下降。因此增大气液两相在上升段的流速，同时降低其在下降段的流速可以更好地增强气液传质效果。于是采用较小的导流筒直径和较低的上升段与下降段面积比。

由于反应器高径比为5，因此反应器内部横截面积应为0.1075m²，高度为0.925m。为达到上述目的，使上升段面积/下降段面积＝0.6。因此导流筒组总横截面积为0.04m²，下降段横截面积为0.0675m²。于是，单个导流筒的半径应为0.05m。即：已知缩颈结构的出口截面面积A_e约为0.008m²，装置的下游背压为0.1～0.15MPa。设气流在缩颈结构内最低被加速至0.8马赫，最高被加速至0.9马赫，装置入口处的总压为0.1MPa。于是：

当气流在流体筒内被加速至0.8马赫时，有：

可得装置喉部面积A_t最小应为0.0077m²。

由面积比查完全气体等熵流动函数表得，装置的第三特征压强比为：

经验算，

可见，此时装置内的气流流动情况符合工况/>

当气流在装置内被加速至0.9马赫时，有：

可得装置喉部面积A_t最大应为0.0079m²。

由面积比查完全气体等熵流动函数表得，装置的第三特征压强比为：

经验算，

可见，此时装置内的气流流动情况符合工况/>

综上所述，本发明所设置的缩颈结构，其喉部面积范围应在0.0077-0.0079m²之间。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种水肥一体化喷灌方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10将畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物通过消化方法加工成水肥；

S20通过喷洒设备吸附步骤S10的水肥；

S30通过喷洒设备喷洒水肥至农田。

2.根据权利要求1所述的水肥一体化喷灌方法，其特征在于，所述步骤S10包括以下步骤：

S11从畜禽养殖场收集畜禽养殖废弃物并投入反应器中；

S12将所述废弃物中的重金属进行钝化处理；

S13利用紫外线和臭氧除去病原微生物及寄生虫卵；

S14按照所述废弃物与复合菌剂质量比为1:1000至1:5000的比例投入所述复合菌剂；

S15将所述步骤S14预处理后的混合液，在反应器中控温控压消化2天至5天。

3.根据权利要求2所述的水肥一体化喷灌方法，其特征在于，在所述步骤S10中，包括采用建立数据变换矩阵，并基于数据变换建立综合评价模型进行筛选。

4.根据权利要求1所述的水肥一体化喷灌方法，其特征在于，在所述步骤S10中，实时监控消化加工水肥的温度，确保所述温度呈阶梯式上升。

5.根据权利要求5所述的水肥一体化喷灌方法，其特征在于，所述温度呈阶梯式上升过程可分为两个阶段：

第一阶段：开始反应至第二天，温度从常温上升至30℃；

第二阶段：第二天至第五天，温度从30℃上升至45℃并保持。

6.根据权利要求1所述的水肥一体化喷灌方法，其特征在于，所述复合菌剂包括活性乳酸菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌、德氏乳杆菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、短芽孢杆菌和炭疽芽孢杆菌中的至少一种。

7.一种水肥一体化加工喷洒装置，其特征在于，所述水肥一体化加工喷洒装置用于所述权利要求1至6中任一项所述的水肥一体化喷灌方法，所述水肥一体化加工喷洒装置包括农用设备和喷洒设备，所述喷洒设备包括：

水肥储放罐、吸附管道、真空泵、离心泵和喷枪，所述吸附管道的第一端与所述水肥储放罐相连，所述真空泵与所述水肥储放罐通过管道相连，所述喷枪与所述水肥储放罐相连，所述离心泵设置在所述喷枪和所述水肥储放罐之间的管道上。

8.根据权利要求7所述的水肥一体化加工喷洒装置，其特征在于，所述水肥一体化加工喷洒装置还包括水肥反应设备，所述吸附管道的第二端与所述水肥反应设备相连，所述水肥反应设备包括：

反应器，所述反应器包括反应器本体和流体循环通道，所述反应器本体包括加料口、加气口、排气口和出料口，所述加料口和所述排气口位于所述反应器本体的上部，所述加气口和所述出料口均位于所述反应器本体的下部，所述流体循环通道安装在所述反应器本体内。

9.根据权利要求8所述的水肥一体化加工喷洒装置，其特征在于，所述流体反应器本体包括多个流体筒，所述流体筒的上端口与所述反应器本体的上部内壁具有预定距离，所述流体筒的下端口与所述反应器本体的下部内壁具有预定距离。

10.根据权利要求9所述的水肥一体化加工喷洒装置，其特征在于，所述流体筒内壁具有一个缩颈结构和多个凸环，所述缩颈结构和所述多个凸环沿所述流体筒的轴线相间隔地设置。

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