CN1226241C - 禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺及专用翻料设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺及专用翻料设备，该工艺显著特点是粪便在移动过程中实现破碎、腐熟、无害化与干化以及连续进料与出料，适用于鸡粪、猪粪、牛粪等各种禽畜粪便的工厂化生物发酵处理。其工艺步骤如下：首先设置发酵槽，发酵槽的前后两端分别为进料口和出料口；将禽畜粪便物料投入发酵槽内发酵，并控制发酵槽内物料的发酵时间；在发酵过程中采用本发明的专用翻料设备进行翻料，每次从出料口开始翻料直至进料口，通过翻料将槽中物料整体向出料口方向水平移动一段距离，同时在进料口处腾出的空间投放新料，在出料口处移出腐熟的物料，如此反复循环即构成一个动态连续发酵工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种粪便槽式动态连续发酵工艺及专用翻料设备，尤其适用于规模化养殖场禽畜粪便工厂化处理，属于农业环境保护领域中的固体废弃物好氧处理技术。
背景技术
近年来，由于规模化、集约化养殖业的迅猛发展，以及缺乏安全有效的处理措施，禽畜粪便尤其是规模养殖场动物排泄物正成为农业与农村生态环境的一种新的污染源。据统计，我国禽畜粪便年排放量已达18亿吨以上，是工业废弃物排入量的2.7倍，其中规模养殖场禽畜粪便排放量约占粪便排放总量的40％，如何有效地处理和处置这一新的污染物，已经引起我国政府高度关注。
迄今，我国处理禽畜粪便工艺主要采用传统的堆肥方法。传统堆肥工艺非常简单，常将禽畜粪便在户内或户外制成一定大小的堆垛，堆垛表面裸露或覆盖一层泥土、塑料薄膜、秸秆等，经历半年到1年的时间物料腐熟后还田。该工艺尽管操作简单、几乎无运行成本，但存在养分损失严重，物料发酵不均匀，腐熟时间长，占地面积大，处理效率低下等诸多缺点，已经不能适应规模化养殖对粪便处理的技术要求。
国外近年相继出现一些新型粪便发酵处理工艺，这些工艺按照对氧的需求程度，可分为厌氧堆肥和好氧堆肥，按物料运动形式，可分为静态、动态堆肥。此外，按照进出料方式，可分为批次、连续堆肥，按照堆肥设施容器可分为塔式、仓式、槽式和滚筒式等堆肥，相关的技术工艺和配套设施部分已获得专利保护。国内现代化禽畜粪便发酵工艺研究起步较晚，特别是槽式动态堆肥工艺更鲜有研究。
中国专利公开号2264184介绍了一种固体废弃物动态连续发酵仓。该发酵仓由仓体、进料装置、出料装置及联动行走机组成。物料通过发酵仓上方进料口连续向仓内加料，进料螺旋输送机构将物料均匀分布在仓内进行发酵，发酵好的物料通过出料装置从发酵仓下部出料口送出仓体，进料和出料速度根据发酵所需要的时间、温度等参数调节，设备一旦开动，即可连续生产。存在的缺点是：1、不能直接处理高湿度废物，尤其是含水分率70％以上的物料，否则由于物料自重压实，会造成严重厌氧和堵塞现象；2、物料在垂直下行过程中进受压力增大，空隙度减少，无机械翻动而仅凭借抽风机引风，难以实现氧气均匀充分地供给，不能良好的好氧发酵；3、物料气体交换表面积小，不能很好地利用发酵产生的热能蒸发水分，几乎无干化物料的作用；4、对结块物料，不能有效处理，同时发酵过程又会产生新的结块现象。
上海农业学报(增刊)1994年曾报道陈天荣的“畜禽粪工厂化好氧发酵干燥处理技术试验”，从报道内容可以看出，该技术涉及的是一种槽式动态批次发酵工艺。如图1所示，其成套设备总体结构包括，导轨墙1’、发酵搅拌机2’、发酵塑料大棚3’，其存在的缺点是：1、批次发酵工艺不符合规模养殖场粪便发生规律，会造成新粪和产物积压和设施场地占用；2、翻料设备可完成的动作过于简单，缺乏灵活性，不能根据物料性质的不同和发酵不同阶段做必要的改变，因此不能处理好槽中性质欠均一的物料；3、翻料机的翻料构件与发酵槽等宽，阻力大，功耗高，加之无防长纤维类物质缠绕设计，易烧毁电机。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺点、不同养殖规模以及各类禽畜粪便物料差异大且因垫圈混入大量秸秆等特点，提供一种投资省，能耗低，二次污染少，生产效率高，能连续生产的禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺，适用于鸡粪、猪粪、牛粪等各种禽畜粪便的生物发酵，尤其是规模养殖场粪便的工厂化处理的粪便槽式动态连续工艺。
本发明另一个目的是提供一种变速旋耕式翻料机，为该工艺专用翻料设备，该设备在翻料时能破碎、提升、移动物料，使物料与空气充分接触，快速脱水干化，保证了物料在动态连续发酵工艺过程中的良好发酵效果。
为了达到上述目的，本发明的动态连续发酵工艺通过以下方式实现：
(1)首先设置发酵槽，槽的长度为40-150米、深度为1-1.5米、宽度为2-10米，发酵槽的前后两端分别为进料口和出料口；
(2)将禽畜粪便物料投入发酵槽内发酵，并控制发酵槽内物料的发酵时间为8～25天；
(3)在发酵过程中采用本发明的专用翻料设备进行翻料，每次从出料口开始翻料直至进料口，通过翻料将槽中物料整体向出料口方向水平移动一段距离，同时在进料口处腾出的空间投放新料，在出料口处移出腐熟的物料，如此反复循环即构成一个动态连续发酵工艺；
其中，所用的专用翻料设备由车架、翻料装置和车架动力装置组成，车架为矩形框架，其长度与发酵槽的宽度相配合，它通过底部的车架滚轮滑动架设在发酵槽上端两侧边缘的轨道上，所述翻料装置包括翻料架、翻料轴、翻料叶片、翻料轴驱动电机、升降电机及其减速器，所述翻料架为小矩形框，它的后端与车架后梁连接，其前端通过钢丝绳固定在车架前梁上的升降电机的减速输出轴相连，所述翻料轴通过轴承转动连接在翻料架上，其上螺旋状分布有翻料叶片，翻料轴通过传动链条与固定在翻料架上的翻料轴驱动电机的减速输出轴相连；车架动力装置由动力电机和动力转轴构成，动力电机设置在车架后梁的中部位置；
其中，发酵槽包括两道平行墙体和混泥地面，在发酵槽的平行墙体顶部铺设钢轨，翻料设备的车架设置在钢轨上，车架可沿钢轨自由往复运动，车架宽度与发酵槽的宽度相当，每次翻料结束后，翻料轴提升，沿途返回至出料口，准备下一次翻料。
本发明在发酵槽的两道平行墙体内增加几道平行墙体，将发酵槽分隔成几道小槽，并在发酵槽两端留有空隙，相应地翻料设备增设有平移部件。
在于发酵槽外搭建塑料大棚。发酵槽中的地面靠近进料口的一段设有通风管道系统，对此段物料进行强制通风；发酵槽外增设土壤生物膜尾气处理系统。
车动力转轴与车架后梁同长并位于车架后梁的后下方，它由两根长轴和一根小短轴组成，两长轴的外端作为车架滚轮的滚轮轴通过轴承分别与车架两端侧梁下部的车架滚轮相连，两长轴的内端分别通过轴承与位于中间的小短轴两端相连，动力电机及其减速器设置在车架后梁中部，动力电机输出轴通过传送带与动力电机减速器相连，减速器输出轴通过链条与动力转轴中的小短轴上的齿轮相连。
翻料装置设有平移部件，设置在翻料架的后端，平移部件包括平移电机及其减速器，其减速输出轴通过传动带与翻料架后端下部的平移滚轮相连，并通过平移滑轮与车架后梁滑动连接。
述翻料叶片呈螺旋状排列，叶片的远轴端为扁平齿状。
本发明由于采取了如上所述的工艺和配套设施，它与现有工艺技术相比具有如下优点：
1、本发明能更好适应规模养殖场粪便排放连续而稳定的特点，使养殖场每天产生的粪便及时得到处理，有效的减少鲜粪及发酵产物存储的场地设施占用；
2、不同时段所进物料在发酵过程中彼此很少或无干扰，避免了一次物料水分过大影响多批物料发酵的现象；
3、对物料形状要求低，可处理含水率为45～80％的猪粪、鸡粪、牛粪等各类禽畜粪便。依据粪便性质和水分含量自由确定发酵槽长度、翻料频率、速度和通气量，使不同性质的物料在发酵过程中充分破碎、腐熟和无害化；
4、具有更强的脱水干化效果，物料在发酵槽内不仅能快速产生高温发酵，实现无害化和腐熟，还能实现快速脱水干燥。由于采用高速甩动物料的翻料方式，物料被抛起和下落距离达1m以上，使得物料可以与空气充分接触，大大提高了水分蒸发和物料干化的速度。
5、配套负压式吸风装置以及尾气处理系统，增加了发酵槽棚内空气流通，并可减少发酵过程中产生的二次污染。
6、本发明的旋耕式翻料机，通过带齿的翻料叶片高速旋转，对长纤维类物质具有超强破碎能力，可有效避免翻料轴被长纤维缠绕，而且叶片螺旋状分布和中心轴短，翻料时阻力大大减少，能耗低，故障少。
7、本发明的旋耕式翻料设备，它的翻料动作与提升动作均采用无级调速，可针对槽中不同物料和气候的变化来改变槽中任意一段物料的堆积高度，从而保证物料发酵的均匀充分。
8、本发明采用的旋耕式翻料设备，它的翻料装置可平移、可升降设计，使设备能适应不同槽宽的发酵工艺需要，大大提高了单机处理能力。
附图说明
图1为现有技术发酵成套处理设备总体结构示意图。
图2为本发明旋耕式翻料机结构示意图。
图3为本发明旋耕式翻机的翻料装置结构示意图。
图4为本发明旋耕式翻机的翻料叶片结构示意图。
图5为本发明发酵工艺及其专用翻料设备总体结构示意图。
图中：1’、导轨墙 2’、发酵搅拌机 3’、发酵塑料大棚 1、车架 2、车架后梁 3、车架前梁 4、车架动力电机 5、长轴 6、小短轴 7、侧梁 8、车架动力减速器 9、翻料轴 10、翻料叶片 11、翻料架 12、升降电机 13、钢丝绳 14、翻料轴驱动电机 15、翻料轴驱动减速器 16、车架滚轮 17、平移电机 18、平移滑轮 19、进料口 20、出料口 21、发酵槽墙体 22、通风管道系统 23、鼓风机 24、电缆线 25、旋耕式翻料机 26、塑料大棚 27、引风机 28、通风管 29、尾气处理池
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
实施例1：
如图5所示，图5为本发明发酵工艺及其专用翻料设备总体结构示意图，其所示发酵槽宽大于2米，对于发酵槽为2米宽时，车架宽度可设定为2米，同时平移部件，其基本工作原理相同。本实施例发酵槽宽度为2米，长度为80米，深度1米。发酵槽包括两道砖混结构的平行墙体和混泥地面，槽的前后两端分别为进料口19和出料口20。配备一台旋耕式翻料机25，槽外搭建塑料大棚26。
发酵槽进料口30m以内槽中地面设有通风管道系统22，以便对此段物料进行强制通风。发酵槽外增设负压吸风装置与尾气处理池29，增加空气流通与对发酵产生的废气进行处理。
在发酵槽的两道平行的墙体顶部铺设钢轨，翻料机的车架1设置在该钢轨上，并可沿钢轨往复运动，翻料机的车架1宽度与发酵槽外部的宽度相同，翻料器宽度2米。
将禽畜粪便物料投入发酵槽内发酵，并控制发酵时间为8～25天。发酵过程中不断进行翻料，翻料机从出料口20开始翻料，直至进料口19，翻料机在翻料过程中通过提升、抛散物料，能将物料向出料口方向一次性水平移动2米距离，腐熟的物料便从出料口20移出，一次翻料结束后提升翻料装置并退回至出料口20，在进料口19处腾出的2米空间补充新鲜物料。
每天翻料4次，每次翻料都将物料向出料口20方向水平移动2米距离。即每天有8米腐熟的物料由出料口20移出，同时在进料口19处补充8米新鲜物料，按照此翻料频率和速度，10天左右即能移出80米腐熟的物料，控制发酵槽内物料的发酵时间为10天左右。如此反复移出腐熟的物料，补充新鲜物料，即构成一个动态连续发酵工艺。
本发明的发酵工艺的专用翻料设备为施耕式翻料机，它由车架1、翻料装置和车架动力装置组成。
车架为矩形框架，其长度与发酵槽的宽度相配合，对于2米宽的槽，车架大约2米宽，它通过底部的车架滚轮16滑动架设在发酵槽上端两侧边缘的轨道上。
翻料装置包括翻料架11、翻料轴9、翻料叶片10、翻料轴驱动电机、升降电机12及其减速速器。所述翻料架11为2m宽的小矩形框，它的后端与车架后梁2连接，其前端通过钢丝绳13固定在车架前梁3上的升降电机的减速输出轴相连；所述翻料轴9为一根中心轴，通过轴承转动连接在翻料架11上，通过传动链条与固定在翻料架11上的翻料轴驱动部电机14的减速输出轴相连；翻料叶片10为金属叶片呈螺旋状排列在翻料轴9上，叶片的远轴端为扁平齿状，每片叶片的一端固定在翻料轴9上；升降电机12及其减速器通过齿轮及链条传动翻料装置，升降电机12及其减速器设置在车架前梁3上，通过固定在减速输出轴上的钢丝绳13与翻料架11相连。
车架动力装置由车架动力电机4和动力转轴构成，其动力转轴与车架后梁2等长并位于车架后梁2的后下方，它由两根长轴5和一根小短轴6组成，两长轴5的外端作为车架滚轮16的滚轮轴，两长轴5通过轴承分别与车架两端侧梁7下部的车架滚轮16相连，其内端分别通过轴承与位于中间的小短轴6两端相连，车架动力电机8及其减速器设置在车架后梁2中部，动力电机输出轴通过传送带与车架动力减速器8相连，其减速器输出轴通过链条与动力转轴中的小短轴6上的齿轮相连。车架动力电机4设置在车架后梁2的中部位置，是为了增加车架1的稳定性。
翻料机的所有动作包括车架行走、翻料器翻料与升降，均通过电缆线24由设置在发酵槽出料口20的控制柜统一控制。为了适应不同物料性质和不同气候条件对槽中物料不同堆高的要求，车架1的运行和翻料轴9的自动升降均设计为无级调速。
实施例2
将发酵槽靠近进料口30米以内槽中地面设的通风管道系统22去除。其余同实施例1。
实施例3
将发酵槽长度设置为60米，翻料频率为每天翻料3次，速度为每次翻料物料向出料口方向水平移动1米距离，控制发酵槽内物料的发酵时间为20天左右。其余同实施例1。
实施例4
将发酵槽长度设置为100米，宽2米，深度1.5米，翻料频率为每天翻料2次，速度为每次翻料物料向出料口方向水平移动2.5米距离，控制发酵槽内物料的发酵时间为20天左右。其余同实施例1。
实施例5：
将发酵槽宽4米，配备一台可平移的旋耕式翻料机，翻料频率为每天翻料4次，速度为每次翻料物料向出料口20方向水平移动2米距离，控制发酵槽内物料的发酵时间为10天左右。翻料机车架的宽度大约为4米，该可平移的旋耕式翻机是在实施例1所用翻料机的基础上增设平移部件，如图5所示。该平移部件设置在翻料架的后端，平移部件包括平移电机17及其减速器，其减速输出轴通过传动带与翻料架11后端下部的平移滑轮18相连，并通过平移滑轮18与车架后梁2滑动连接，翻料装置的升降电机12与减速器通过滚轮与车架前梁3滑动连接。当翻料机每翻完一行2米宽物料时，提升翻料轴9，退至发酵槽的出料口20，通过平移部件，将翻料装置沿车架前、后梁平移2米，再翻下一行物料。逐趟翻料，直至全部翻完，其余同实施例1。
实施例6：
发酵槽宽度为10米，翻料频率为每天2次，发酵槽内物料的发酵时间为20天左右，旋耕式翻料机的车架宽度为10米左右。其余同实施例5。
实施例7：
仅将10米宽的发酵槽纵向用4道平行的砖混墙体分隔成5条2米宽度小槽，各墙体顶均部铺设钢轨，发酵槽两端留有空缺，以便旋耕式翻料机行至发酵槽末端时，翻完一小槽的物料，翻料装置再水平移至相邻小槽翻料，各小槽物料由同一方向进出。该可平移的旋耕式翻料机在车架前后梁对应小槽墙体部位加设滚轮，以减轻车架两端滚轮的负荷。其余同实施例6。
实施例8：
仅将小槽物料进出改为交错方向。其余同实施例7。
Claims (7)
1、禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺，其特征在于工艺步骤如下：
(1)首先设置发酵槽，槽的长度为40-150米、深度为1-1.5米、宽度为2-10米，发酵槽的前后两端分别为进料口和出料口；
(2)将禽畜粪便物料投入发酵槽内发酵，并控制发酵槽内物料的发酵时间为8～25天；
(3)在发酵过程中采用本发明的专用翻料设备进行翻料，每次从出料口开始翻料直至进料口，通过翻料将槽中物料整体向出料口方向水平移动一段距离，同时在进料口处腾出的空间投放新料，在出料口处移出腐熟的物料，如此反复循环即构成一个动态连续发酵工艺；
其中，所用的专用翻料设备由车架、翻料装置和车架动力装置组成，车架为矩形框架，其长度与发酵槽的宽度相配合，它通过底部的车架滚轮滑动架设在发酵槽上端两侧边缘的轨道上，所述翻料装置包括翻料架、翻料轴、翻料叶片、翻料轴驱动电机、升降电机及其减速器，所述翻料架为小矩形框，它的后端与车架后梁连接，其前端通过钢丝绳固定在车架前梁上的升降电机的减速输出轴相连，所述翻料轴通过轴承转动连接在翻料架上，其上螺旋状分布有翻料叶片，翻料轴通过传动链条与固定在翻料架上的翻料轴驱动电机的减速输出轴相连；车架动力装置由动力电机和动力转轴构成，动力电机设置在车架后梁的中部位置；
其中，发酵槽包括两道平行墙体和混泥地面，在发酵槽的平行墙体顶部铺设钢轨，翻料设备的车架设置在钢轨上，车架可沿钢轨自由往复运动，车架宽度与发酵槽的宽度相当，每次翻料结束后，翻料轴提升，沿途返回至出料口，准备下一次翻料。
2、根据权利要求1所述的禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺，其特征在于在发酵槽的两道平行墙体内增加几道平行墙体，将发酵槽分隔成几道小槽，并在发酵槽两端留有空隙，相应地翻料设备增设有平移部件。
3、根据权利要求1所述的禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺，其特征在于发酵槽外搭建塑料大棚。
4、根据权利要求1所述的禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺，其特征在于发酵槽中的地面靠近进料口的一段设有通风管道系统，对此段物料进行强制通风；发酵槽外增设土壤生物膜尾气处理系统。
5、根据权利要求1或2所述的禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺，其特征在于所述车动力转轴与车架后梁同长并位于车架后梁的后下方，它由两根长轴和一根小短轴组成，两长轴的外端作为车架滚轮的滚轮轴通过轴承分别与车架两端侧梁下部的车架滚轮相连，两长轴的内端分别通过轴承与位于中间的小短轴两端相连，动力电机及其减速器设置在车架后梁中部，动力电机输出轴通过传送带与动力电机减速器相连，减速器输出轴通过链条与动力转轴中的小短轴上的齿轮相连。
6、根据权利要求5所述的禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺，其特征在于所述翻料装置设有平移部件，设置在翻料架的后端，平移部件包括平移电机及其减速器，其减速输出轴通过传动带与翻料架后端下部的平移滚轮相连，并通过平移滑轮与车架后梁滑动连接。
7、根据权利要求6所述的禽畜粪便槽式动态连续发酵工艺，其特征在于所述翻料叶片呈螺旋状排列，叶片的远轴端为扁平齿状。
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