CN204509147U - 一种农业废弃物高温快速发酵生产有机肥的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及农业废弃物高温快速发酵生产有机肥的装置，它包括储料系统、加热系统、搅拌系统、抽湿与生物除臭系统、充氧系统、进出料系统、电气自动控制系统，储料系统包括U型发酵箱和整体机架，加热系统包括加热保温夹套、导热油和电加热管，搅拌系统包括减速电机、搅拌轴和双层螺旋搅拌叶片，抽湿与生物除臭系统包括抽湿机和生物除臭滤料组，充氧系统包括空压机、输氧管道，进出料系统包括进料口、出料口，各单元电气自动控制系统均统一连接到电控箱中。采用本实用新型可实现农业废弃物与嗜热复合微生物菌剂搅拌混匀，并快速升温使装置内温度达到80-100℃，能有效灭活废弃物中有害微生物和病原体，同时激活嗜热复合微生物菌剂活性，在9h内生产出合格的有机肥产品。
Description
技术领域
本实用新型属于农业废弃物污染控制与治理领域，涉及农业废弃物生产有机肥装置，特别涉及到一种农业废弃物高温快速发酵生产有机肥的装置。
背景技术
据联合国环境规划署(UNEP)统计，全球每年产生约17亿吨的农作物秸秆。1998-2000年期间，西欧累计排放农业废弃物达7亿吨；法国在1995-2006年年均产生约3.65亿吨的农业废弃物；德国在2000年累计排放农业废弃物达1.75亿吨。我国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，每年大约产出40多亿t，其中农作物秸秆7.0 亿t，畜禽粪便排放量26.1亿t, 废弃农膜等塑料2.5 万t，蔬菜废弃物1 亿～1.5亿t，乡镇生活垃圾和人粪便2.5 亿t，肉类加工厂废弃物0.5 亿～0.65 亿t，饼粕类0.25 亿t，林业废弃物每年约3 700 万m3 。
农业废弃物的处理与利用技术主要包括以下4种：
（1）农业废弃物资源综合利用技术
农业废弃物经适当处理还可作为农业生产很好的基质原料，可用来栽培食用菌和花卉，养殖高蛋白蝇蛆、蚯蚓等。农业废弃物资源的综合生态化利用是根据生态学的食物链原理，将农业废弃物作为产业链中的一个重要环节，进而实现物质的多重循环和多次转化利用，提高资源利用率及整体效益。以“秸秆－食用菌－猪－沼气－肥田”模式为例，其能量利用率可达50%以上，有机质和营养元素的利用率可达95%。但若秸秆只经过牲畜过腹还田，则其能量利用率仅为20%，氮、磷、钾等营养元素的利用率仅为60%。目前，我国这方面的生态农业利用模式很多，如猪－沼－果模式、猪－沼－鱼模式等，最大程度的利用农业废弃物中有益的物质循环利用，是未来农业废弃物利用的一个重要方向。
（2）农业废弃物能源化利用技术
农业废弃物能源化利用技术在农村最典型的运用方式就是沼气。目前关于农业废弃物能源化方面主要集中在高效沼气发酵装置与配套设备及其发电工程系统的研究；中热值秸秆气化装置和燃气净化技术的研究；秸秆直接燃烧供热系统技术的研究；纤维素原料生产燃料乙醇技术的研究；生物质热解液化制备燃料油、间接液化生产合成柴油和副产物综合利用技术的研究；有机垃圾混合燃烧发电技术的研究，以及“能源－环境工程”生态农业综合利用模式的研究等方面。以能源为导向的沼气发展战略已经成为世界上许多国家的共识。发展以能源开发为主的有机生物质综合开发必将成为废弃物资源化的热点。
（3）农业废弃物饲料化利用技术
农业废弃物饲料化利用技术包括植物纤维性废弃物的饲料化和动物性废弃物的饲料化。植物纤维性废弃物主要指农作物秸秆类物质，其中含有纤维类物质和少量的蛋白质，经过适当的技术处理，便可作为饲料应用。主要的技术有通过微生物处理转化，将秸秆、木屑等植物废弃物加工变为微生物蛋白产品的技术；通过发酵对青绿秸秆处理的青贮饲料化技术；通过对秸秆氨化处理，改善原料适口性和营养价值的氨化技术。
（4）农业废弃物肥料化利用技术
农业废弃物肥料化利用技术主要包括秸秆肥料化技术和畜禽粪便肥料化技术。欧美国家的种植制度多为一年一季，收获时，在联合收割机后面悬挂秸秆粉碎机或直接悬挂深翻犁翻入土壤内，直接还田。美国从20世纪40年代开始研究覆盖免耕技术，现有70％的耕地实行农作物秸秆免耕覆盖种植。美国也有农场将秸秆青贮发酵，用作饲料，过腹还田。在日本畜禽粪便堆肥化已实现工厂化，他们研制的卧式转筒式和立式多层式快速堆肥装置，发酵时间约1～2周，具有占地少、发酵快、质地优等特点。俄罗斯研制的有机发酵装置每天生产100 t有机肥，最后成品肥每吨中约含N、P、K 量为45 kg。美国BIOTEC2120高温堆肥系统，由10个大型旋转生物反应器组成，通过微生物发酵可以在72 h内处理1300 t的畜禽粪便或垃圾，使之成为优质有机肥料，这种方法对于高湿物料具有特殊的作用。韩国采用槽式发酵和螺旋式搅拌在国际上属于较先进的粪便发酵技术。国外在堆肥发酵工艺、技术和设备上已日趋完善，基本上达到了规模化和产业化水平。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，利用电加热系统调节发酵装置内温度，灭活农业废弃物中的有害微生物和病原体，同时激活嗜热复合微生物菌剂活性，加速农业废弃物有机质的降解和腐殖质的形成，生产出稳定化、腐熟化、无害化的有机肥产品，实现整个发酵时间控制在9小时之内，较普通堆肥发酵大幅提高产肥效率，形成高温灭菌、快速发酵、资源再生和节能环保的发酵装置。
为了实现上述目的，本实用新型由储料系统、加热系统、搅拌系统、抽湿与生物除臭系统、充氧系统、进出料系统、电气自动控制系统组成，所述的储料系统为不锈钢的U型发酵箱1置于整体机架2上；所述的加热系统由加热保温夹套3、导热油4和电加热管5组成，加热保温夹套3位于U型发酵箱1外壁，导热油4和电加热管5位于夹套3内，通过连接线与电气控制设备箱6连接，为装置加热和控制温度；所述的搅拌系统由减速电机7、搅拌轴8和双层螺旋搅拌叶片9组成，双层螺旋搅拌叶片固定在搅拌轴8上，搅拌轴与减速电机连接，减速电机通过连接线与电气控制设备箱6连接，能调节电机的转速和运行时间；所述的抽湿与生物除臭系统由抽湿机10和生物除臭滤料11组成，生物除臭滤料位于抽湿机内，由活性炭、火山岩等组成；所述充氧系统由空压机12、输氧管道13组成，通过空压机和输氧管道间歇性地向U型发酵箱1充氧；所述的进出料系统由进料口14和出料口15组成，进料口位于U型发酵箱上方中心位置，出料口位于U型发酵箱底部中心位置，进料口和出料口均采用气动方式实现自动开闭；各单元电气自动控制系统均统一连接到电气控制设备箱6中，实现各个单元的自动控制功能。
所述的U型发酵箱为封闭式箱体，材质为具有防腐蚀和耐高温的304或316L不锈钢，发酵箱体上部2/3处设置有物料容积报警器16。
所述的加热保温夹套由不锈钢外壳包裹保温材料与U型发酵箱外壳共同连接而成，加热保温夹套设置有导热油的进口17和排空口18。
所述的加热保温夹套连接着温控系统，用于控制夹套内的反应温度，温度可在30℃-250℃间调节。
所述的搅拌系统由减速电机、搅拌轴和双层螺旋搅拌叶片连接为一体，能进行变频调速运行。
所述双层螺旋搅拌叶片，工作时内螺旋带动靠近轴心处物料做轴心旋转，轴向由内至两侧推动，外螺旋带动靠近桶壁物料做轴心旋转，轴向由两侧至内推动，从而保证了混合物料能够在较短时间内均匀混合。
所述的抽湿与生物除臭系统通过变频控制实现间歇性的运行。
所述的充氧系统在发酵箱体内设有含氧量在线检测探头19，通过传输线连接到电气控制设备箱显示屏上。
所述的进出料系统中进料口同时作为清理、检修设备时的人孔，出料口作为排空口。
本实用新型公开的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置与现有的技术相比所具有的积极效果在于：
（1）农业废弃物高温快速发酵装置为一封闭式的箱体，并且在设备顶部设置有抽湿与生物除臭系统，保障了无异味散发，不会对环境产生二次污染；
（2）装置通过自控系统能有效调节设备内温度、含氧量、湿度和pH值等参数，并在高温发酵过程将灭活混合物料中的病原微生物及寄生虫(卵)，保障了公共卫生安全；
（3）同时利用嗜高温菌群加速有机碳的分解、减少氮素损失，减少发酵过程中氨气的挥发，缩短发酵时间，整个发酵时间控制在9h之内，远远节约了传统发酵产肥时间，提高了产肥效率，适宜在畜禽养殖、秸秆、农村生活垃圾等农业废弃物治理工程中应用。
附图说明
图1是本实用新型的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置结构示意图；
图2是本实用新型的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置横向剖面示意图；
其中：
1为U型发酵箱，2为整体机架， 3为加热保温夹套，4为导热油，
5为电加热管， 6为电气控制设备箱，7为减速电机， 8为搅拌轴，
9为双层螺旋搅拌叶片， 10为抽湿机， 11为生物除臭滤料，
12为空压机， 13为输氧管道， 14为进料口， 15为出料口，
16为物料容积报警器， 17为导热油进口，18为导热油排空口，
19为含氧量在线检测探头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本实用新型农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置及其使用方法。但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。
实施例1
农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置
一种农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，它是由储料系统、加热系统、搅拌系统、抽湿与生物除臭系统、充氧系统、进出料系统、电气自动控制系统组成，所述的储料系统为不锈钢的U型发酵箱1置于整体机架2上；所述的加热系统由加热保温夹套3、导热油4和电加热管5组成，加热保温夹套3位于U型发酵箱1外壁，导热油4和电加热管5位于夹套3内，并设有导热油进口17和导热油排空口18，通过连接线与电气控制设备箱6连接，为装置加热和控制温度；所述的搅拌系统由减速电机7、搅拌轴8和双层螺旋搅拌叶片9组成，双层螺旋搅拌叶片9固定在搅拌轴8上，搅拌轴8与减速电机7连接，减速电机通过连接线与电气控制设备箱6连接，能调节电机的转速和运行时间；所述的抽湿与生物除臭系统由抽湿机10和生物除臭滤料11组成，生物除臭滤料位于抽湿机内，由活性炭、火山岩以重量份数比1:1组成；所述充氧系统由空压机12、输氧管道13组成，通过空压机和输氧管道间歇性地向U型发酵箱1充氧，在U型发酵箱1中设置有含氧量在线检测探头19；所述的进出料系统由进料口14和出料口15组成，同时设有物料容积报警器16，进料口位于U型发酵箱1上方中心位置，出料口位于U型发酵箱底部中心位置，进料口14和出料口15均采用气动方式实现自动开闭；各单元电气自动控制系统均统一连接到电气控制设备箱6中，实现各个单元的自动控制功能。
采用农业废弃物高温快速发酵生产有机肥的装置生产有机肥的方法，其特征在于要求畜禽粪便、秸秆农业废弃物混合物的含水率≤60%，C/N比为20-30之间，所使用的菌剂为嗜热复合微生物菌群，所述的复合菌群含有的混合菌包括波茨坦短芽孢杆菌（Brevibacillus borstelensis）、芽胞杆菌（Bacillus sp.）、地芽孢杆菌（Geobacillus sp.）、极端嗜热菌（Calditerricola yamamurae）和酿酒酵母（Saccharomyces.Cerevisiae），最高嗜热温度>80℃，并能在9h内通过高温发酵生产出稳定化、腐熟化、无害化的有机肥产品；
其详细步骤如下：
（1）使用高温快速发酵装置时，首先把畜禽粪便、秸秆、有机生活垃圾农业废弃物和嗜热微生物菌群按比例混合，混合比例为每公斤农业废弃物添加生物菌群总有效菌数为1.5×107至1.8×108，所述的嗜热微生物菌群指的是波茨坦短芽孢杆菌（Brevibacillus borstelensis）、芽胞杆菌（Bacillus sp.）、地芽孢杆菌（Geobacillus sp.）、极端嗜热菌（Calditerricola yamamurae）和酿酒酵母（Saccharomyces.Cerevisiae），所述复合菌比例为上述各种菌0.1:0.1:0.3:0.1:0.1，通过皮带输送机从进料口加到设备中；
（2）启动电源，通电加热使装置内温度在80℃范围内运行3h，然后断电，让其温度保持在60℃之间，激活嗜热微生物菌群活性；同时，启动搅拌系统，利用双层螺旋搅拌叶片的内螺旋带动靠近轴心处物料做轴心旋转，轴向由内至两侧推动，外螺旋带动靠近桶壁物料做轴心旋转，轴向由两侧至内推动，从而保证了混合物料能够在较短时间内均匀混合，搅拌速度设置为30r/min，在发酵9h时内一直运转；
（3）随着混合物料温度的升高，将会产生水蒸汽，通过启动抽湿与除臭系统，排出多余的水蒸汽，并有效进行异味处理；通过自控系统能有效调节设备内温度为80℃，、含氧量为3mg/kg、湿度为40%（v/v）和pH值7.8，高温过程将灭活混合物料中的病原微生物及寄生虫(卵)，同时利用激活的嗜高温菌群加速有机碳分解、减少氮素损失，减少发酵过程中氨气的挥发，缩短发酵时间；
（4）发酵完成后的有机肥通过出料口排出，至此一个完整的有机肥生产过程完毕，时间控制在9h之内，可进行下一批农业废弃物生产有机肥的操作。
实施例2
应用高温快速发酵生产有机肥装置开展了猪粪与秸秆的试验研究，猪粪/秸秆投加比例（质量比）为8/2，混合物料含水率为55%，C/N比为28/1，另按比例加入嗜热微生物菌剂，在高温快速发酵装置中发酵9h，所获得的有机肥有机质含量为80.2%，总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）含量为5.1%，含水率为28.5%，蛔虫卵未检出，粪大肠菌群<0.5MPN/g，总铬为35.2mg/kg，总镉为0.1mg/kg，总汞为0.1mg/kg，总铅为25.6mg/kg，总砷为7.6mg/kg，均满足《有机肥料》（NY 525-2012）标准。
实施例3
在天津市大港区进行了高温快速发酵生产有机肥装置的工程应用，一个生产周期产有机肥为5吨，采用猪粪和锯末为生产原料，猪粪/锯末投加比例（质量比）为7.5/2.5，混合物料含水率为60%，C/N比为25/1，另加入嗜热微生物菌剂0.25kg，在高温快速发酵装置中发酵8h，所获得的有机肥有机质含量为86.5%，总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）含量为5.5%，含水率为29.5%，蛔虫卵未检出，粪大肠菌群<0.3MPN/g，总铬为37.1mg/kg，总镉为0.1mg/kg，总汞为0.1mg/kg，总铅为23.2mg/kg，总砷为7.2mg/kg，均满足《有机肥料》（NY 525-2012）标准。
综上所述，本实用新型的内容并不局限在上述实施例中，相同领域内的有识之士可以在本实用新型的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本实用新型的范围之内。
Claims (9)
1.一种农业废弃物高温快速发酵生产有机肥的装置，它包括储料系统、加热系统、搅拌系统、抽湿与生物除臭系统、充氧系统、进出料系统、电气自动控制系统；
所述的储料系统为不锈钢的U型发酵箱（1）置于整体机架（2）上；
所述的加热系统包括加热保温夹套（3）、导热油（4）和电加热管（5），加热保温夹套（3）位于U型发酵箱（1）外壁，导热油（4）和电加热管（5）位于夹套（3）内，通过连接线与电气控制设备箱（6）连接为装置加热和控制温度；
所述的搅拌系统包括减速电机（7）、搅拌轴（8）和双层螺旋搅拌叶片（9），双层螺旋搅拌叶片（9）固定在搅拌轴（8）上，搅拌轴（8）与减速电机（7）连接，减速电机（7）通过连接线与电气控制设备箱（6）连接，能调节电机的转速和运行时间；
所述的抽湿与生物除臭系统包括抽湿机（10）和生物除臭滤料（11），生物除臭滤料（11）位于抽湿机（10）内；
所述充氧系统包括空压机（12）、输氧管道（13），通过空压机（12）和输氧管道（13）间歇性地向U型发酵箱（1）充氧；
所述的进出料系统包括进料口（14）和出料口（15），进料口位于U型发酵箱（1）上方中心位置，出料口位于U型发酵箱（1）底部中心位置，进料口（14）和出料口（15）均采用气动方式实现自动开闭；各单元电气自动控制系统均统一连接到电气控制设备箱（6）中。
2.根据权利要求1所述的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，其中所述的U型发酵箱为封闭式箱体，材质为具有防腐蚀和耐高温的304或316L不锈钢，发酵箱体上部2/3处设置有物料容积报警器（16）。
3.根据权利要求1所述的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，其中所述的加热保温夹套由不锈钢外壳包裹保温材料与U型发酵箱外壳共同连接而成，加热保温夹套设置有导热油的进口（17）和排空口（18）。
4.根据权利要求3所述的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，所述的加热保温夹套连接着温控系统，用于控制夹套内的反应温度，温度可在30℃-250℃间调节。
5.根据权利要求1所述的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，其中所述的搅拌系统由减速电机、搅拌轴和双层螺旋搅拌叶片连接为一体，能进行变频调速运行。
6.根据权利要求5所述的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，所述双层螺旋搅拌叶片，工作时内螺旋带动靠近轴心处物料做轴心旋转，轴向由内至两侧推动，外螺旋带动靠近桶壁物料做轴心旋转，轴向由两侧至内推动。
7.根据权利要求1所述的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，其中所述的抽湿与生物除臭系统通过变频控制实现间歇性的运行。
8.根据权利要求1所述的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，其中所述的充氧系统在发酵箱体内设有含氧量在线检测探头（19），通过传输线连接到电气控制设备箱显示屏上。
9.根据权利要求1所述的农业废弃物高温快速发酵生产有机肥装置，其中所述的进出料系统中进料口同时作为清理、检修设备时的人孔，出料口作为排空口。
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