CN204702674U - 利用秸秆微生物发酵生态复合肥的智能制备系统 - Google Patents

Abstract

利用秸秆微生物发酵生态复合肥的智能制备系统，该系统包括切割、发酵、智能控制、余热回收、压滤、研磨粉碎、混配、造粒烘干和成品分装等单元，发酵单元包括发酵罐、沼气回收机构、加热机构、热交换机构、喷淋机构、自动上料机构和搅拌机构。本实用新型通过智能控制单元对发酵罐的发酵温度进行智能化控制，在发酵过程中，通过发酵罐的热交换机构与发酵物进行热交换，可以将发酵所产生的热量通过热交换介质对热量进行收集，一方面可以较好的控制发酵罐的发酵温度，另一方面，可以将收集的余热循环用于秸秆发酵或通过余热回收单元提供给供暖、热力、空气能发电机组等设备，以充分利用余热，节约能源。

Description

利用秸秆微生物发酵生态复合肥的智能制备系统

技术领域

本实用新型属于农业秸秆资源生物发酵技术领域，具体涉及一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态复合肥的智能制备系统。

背景技术

1、秸秆焚烧既浪费资源，又危害巨大。

危害一：污染空气环境，危害人体健康。有数据表明，焚烧秸秆时，大气中二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物三项污染指数达到高峰值，其中二氧化硫的浓度比平时高出1倍，二氧化氮、可吸入颗粒物的浓度比平时高出3倍，相当于日均浓度的五级水平。当可吸入颗粒物浓度达到一定程度时，对人的眼睛、鼻子和咽喉含有黏膜的部分刺激较大，轻则造成咳嗽、胸闷、流泪严重时可能导致支气管炎。

危害二：引发火灾，威胁群众的生命财产安全。秸秆焚烧，极易引燃周围的易燃物，尤其是在村庄附近，一旦引发火灾后果将不堪设想。

危害三：引发交通事故，影响道路交通和航空安全。焚烧秸秆形成的烟雾，造成空气能见度下降，可见范围降低，容易引发交通事故。

危害四：破坏土壤结构，造成耕地质量下降。焚烧秸秆使地面温度急剧升高，能直接烧死、烫死土壤中的有益微生物，影响作物对土壤养分的充分吸收，直接影响农田作物的产量和质量，影响农业收益。

2、生态肥良好的发展前景。

生态肥料的概念：生态肥料是有机固体废弃物(包括有机垃圾、秸秆、人、畜、禽粪便、饼粕、农副产品和食品加工产生的固体废弃物)经微生物发酵、除臭和完全腐熟后制作而成的有机肥料。富含多种功能性微生物和丰富的微量元素，可以改良土壤结构，对作物生长起到营养、调理和保健作用。

生态肥料的特点：生态肥料营养元素齐全，能够改良土壤，改善使用化肥造成的土壤板结。改善土壤理化性状，增强土壤保水、保肥、供肥的能力。生物有机肥料中的有益微生物进入土壤后与土壤中微生物形成相互间的共生增殖关系，抑制有害菌生长并转化为有益菌，相互作用，相互促进，起到群体的协同作用，有益菌在生长繁殖过程中产生大量的代谢产物，促使有机物的分解转化，能直接或间接为作物提供多种营养和刺激性物质，促进和调控作物生长。提高土壤孔隙度、通透交换性及植物成活率、增加有益菌和土壤微生物及种群。同时，在作物根系形成的优势有益菌群能抑制有害病原菌繁衍，增强作物抗逆抗病能力降低重茬作 物的病情指数，连年施用可大大缓解连作障碍。减少环境污染，对人、畜、环境安全、无毒，是一种环保型肥料。

3、秸秆堆肥的利与弊。秸秆直接还田会引起土壤碳氮比失调、有机酸累积、耕作播种困难、新出苗长势不旺等问题。秸秆堆肥是将农作物秸秆变成优质有机肥，不仅解决农业废弃物秸秆，还能生产优质有机肥，改良土壤，提高土壤肥力，保护生态环境，对国家粮食安全和农业可持续发展都有重要意义。但目前推广秸秆堆肥技术存在很多问题，主要有：1、秸秆堆肥后产物直接还田，其商业价值低，难以进行产业化生产。2、秸秆堆肥过程中，前期热量不足，使堆肥周期长；堆肥中期，秸秆内外温度不均匀，需要翻堆处理，劳动强度大，生产效率低。3、堆肥过程中需要额外购买发酵剂进行发酵，增加了发酵成本，虽然也有直接将动物粪便作为发酵剂，但其发酵方法，发酵周期长，发酵效果不稳定。

4、现有生态肥存在一些制约其推广应用的诸多缺陷：一是加工粗放简单，发酵是在无序无控制状态下进行的，质量无法保证。二是肥效发挥缓慢，难以符合各种植物速效肥力需要。三是缺乏微肥、生根粉、抗旱保水剂功能成分，无法实现肥料多功能、高效化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态复合肥的智能制备系统及制备方法，以解决现有技术存在的不足。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态复合肥的智能制备系统，其结构特点在于，包括切割单元、发酵单元、智能控制单元、余热回收单元、压滤单元、研磨粉碎单元、混配单元、造粒烘干单元和成品分装单元，发酵单元包括发酵罐、自动上料机构、喷淋机构、搅拌机构、加热机构、热交换机构和沼气回收机构；所述智能控制单元包括传感器和智能控制芯片；所述发酵罐具有用于秸秆发酵的容腔，所述传感器和搅拌机构设在罐体容腔内；所述加热机构用于容腔的加热，并通过智能控制单元进行加热控制，所述热交换机构用于交换收集容腔内秸秆发酵所产生的过量热量，所述发酵罐顶部设有进料口和沼气收集口，所述沼气收集口与沼气回收机构连通，用于沼气收集；所述进料口上方设有自动上料机构和喷淋机构；在所述容腔内同时设有温度传感器和搅拌机构，在所述发酵罐底部设有排料口及发酵液的排液口，所述排液口连通发酵液收集池；所述压滤单元用于压滤发酵后的发酵物水分，压滤出的发酵液通过管道也汇集到发酵液收集池；所述发酵液收集池汇集的发酵液利用污泥泵通过管路输送给发酵灌顶的喷淋机构二次循环利用；所述余热回收单元利用空气能热交换原理收集热交换机构中的热量；将所述收集的热量和沼气用于下游的造粒烘干。

本实用新型一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态复合肥的智能制备系统，其结构特点还在于：

所述发酵罐为双层双腔结构，外层为绝热保温层，内层为防腐导热层，内外层之间的环状容腔为热交换通道，内层围合的空间是供秸秆发酵的容腔。

所述发酵罐为竖向的筒体结构，便于原料循序下行，利于发酵热量自然上行使原料顺序预热。

所述智能控制单元包括传感器和智能控制芯片，具有智能检测和智能控制功能，可以对投料、温度、湿度进行检测记录和自动数据处理，依据数据信息智能控制硬件设施，并可连接网络实现远程监控。

一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态复合肥制备方法，其特点在于，以生物秸秆为主要原料，以动物粪便为发酵剂，具体制备方法如下：

S1、将废弃生物秸秆切成长度5-10cm的秸秆段，用自动上料机构从发酵罐顶部的进料口装入发酵罐，然后按秸秆重量2％的比例将新鲜动物粪便用10倍的水稀释搅拌后通过喷淋机构喷淋到罐内秸秆上，启动搅拌机构使粪便液与秸秆混合均匀；初始加料时，使用加热机构使罐内温度迅速升至30℃以上，然后进行封闭自然发酵，发酵周期3-5天；发酵期间罐内的温度控制在37℃-40℃区间，温度超过40℃，用热交换机构将罐内热量导出发酵罐，利用空气能原理进行收集用于下游的造粒烘干；发酵产生的沼气收集起来通过液压分离提纯后供燃气锅炉产生高温蒸汽用于下游发酵物的生物灭菌、灭活；

S2、将步骤S1发酵的产物通过排料口排出输送到压滤机构进行水分压滤，使发酵物含水率在35-40％，同时将压滤所得的发酵液汇集到发酵液收集池用污泥泵输送到喷淋机构进行二次循环利用，然后将压滤后的产物用回收沼气燃烧制备的120℃以上的高温蒸汽灭菌、灭活，得半干燥发酵体；在发酵罐出料的同时，从上料口同比例向发酵罐内补料，保证进出料循环平衡；

S3、将步骤S2灭活所得的半干燥发酵体用磨具研磨粉碎成长度低于3mm以下的秸秆粉末；

S4、将步骤S3研磨获得的秸秆粉末按其重量加入25-30％粘土干粉、15-20％无机肥，以及适量的微肥、生根粉、抗旱保水剂，混合搅拌均匀，经造粒机造粒后通风干燥烘干即得生态复合肥。

作为优选，所述废弃生物秸秆是指收割后自然含水率30％以上的秸秆。

作为优选，所述动物粪便是只指室温下收集的48小时内动物排泄的新鲜粪便。

作为优选，所述生物秸秆为水稻、小麦、玉米、高粱或其它农作物秸秆；所述动物粪便为人粪或禽畜粪便。

作为优选，所述无机肥为N肥、P肥、钾肥或农作物可接受的其它无机肥中的任意一种或多种组合；所述微肥是指铜肥、硼肥、钼肥、锰肥、铁肥和锌或农作物可接受的其它微肥中的任意一种或多种组合，其组合比例按肥料使用地域土质不同进行合理调整。

作为优选，所述抗旱保水剂按秸秆粉末重量的1-5％投料，所述生根剂，按秸秆粉末重量的500ppm比例投料。

与已有技术相比，本实用新型优点体现在：

1、本实用新型秸秆生态复合肥智能制备系统，从发酵罐排液口收集的发酵液和压滤机构压滤出的发酵液通过管道也汇集到发酵液收集池，由于发酵液含有丰富的浓度较高的微生物群落，将该发酵液用于秸秆的二次循环利用，一方面可以充分循环利用发酵所产生的发酵液，实现零污染排放，另一方面，由于循环利用的发酵液微生物群落浓度高，有利于秸秆快速腐化降解能加速秸秆的发酵降解，既能提高发酵效率，又保证发酵剂廉价高效实用。

2、本实用新型在节能方面，立式罐体有助于发酵热的上行利用，沼气和余热的收集利用。

3、本实用新型秸秆生态复合肥制备系统，在发酵过程中，通过发酵罐的热交换机构与发酵物进行热交换，可以将发酵所产生的热量通过热交换介质对热量进行收集，一方面可以较好的控制发酵罐的发酵温度，另一方面，可以将收集的余热循环用于秸秆发酵或通过余热回收单元提供给供暖、热力、空气能发电机组等设备，以充分利用余热，节约能源。

4、本实用新型秸秆发酵中以新鲜动物粪便作为发酵剂，由于新鲜粪便中含有大量的微生物及以及消化酶，发酵过程中采用与动物体温相近的发酵温度，可以保持酶的活性，促进微生物对秸秆的降解；而排泄后的动物粪便在36℃的温度条件下，进一步发酵使其pH值呈弱碱性，有利于打开秸秆中纤维素、半纤维素、木质素之间对碱不稳定的酯键,使纤维素发生膨胀,改变秸秆中木质素、纤维素的膨胀力与渗透性,进而使酶与被分解的底物有更多的接触面积，从而加速秸秆的降解速度，缩短发酵周期，提高发酵效率。

5、本实用新型生态肥中添加无机肥和微肥、生根粉、保水剂，提高了肥料多功能、高效化，实现了速效缓释一体化，更有利于秸秆堆肥技术商业化开发。

附图说明

图1是本实用新型制备系统示意图。

图2是本实用新型发酵罐结构示意图。

图中标号：1发酵罐、2沼气回收机构、3加热机构、4热交换机构、5喷淋机构、6自动上料机构、7搅拌机构、8温度传感器、9余热回收单元、10余热发电机构、11气动泵、101排料口、102排料口密封盖、103集液管

具体实施方式

以下通过具体实施例对本实用新型技术方案做进一步解释说明。本实用新型实用新型方中所述的生物秸秆可以是小麦或水稻、玉米、花生、豆类、高粱等农作物秸秆，畜禽粪可以选自鸭粪或鸡粪或猪粪或鹅粪或牛粪。以下实施例中无机肥、微肥、抗旱保水剂、生根剂均为现有市售产品。

实施例1

如图所示，一种秸秆生态复合肥智能制备系统，包括切割单元、发酵单元、智能控制单元、余热回收单元、压滤单元、研磨粉碎单元、混配单元、造粒烘干单元和成品分装单元，发酵单元包括发酵罐1、沼气回收机构2、加热机构3、热交换机构4、喷淋机构5、自动上料机构6和搅拌机构7和智能温控单元，智能温控单元包括温度传感器8和智能控制芯片，发酵罐具有用于秸秆发酵的容腔，温度传感器8和搅拌机构7设在容腔内，其中温度传感器8为多个，可分布在容腔的内壁以及搅拌机构上，智能温控单元通过温度传感器实时监测发酵罐内发酵秸秆的温度，并通过智能控制芯片控制加热机构及热交换机构；加热机构用于秸秆的预加热，其通过智能温控单元控制加热机构的开停机，为了合理布局，加热机构与搅拌机构为一体结构，即加热机构可同时作为搅拌机构的动力轴。热交换机构4用于交换容腔内秸秆发酵所产生的热量，发酵罐顶部设有沼气口和进料口，沼气口与沼气回收机构2连通，进料口上方设有自动上料机构6和喷淋机构5；压滤单元用于压滤发酵后的发酵物水分，研磨粉碎单元用于压干后的发酵物研磨粉碎，混配单元用于秸秆及无机肥、微肥等原料的混配，造粒烘干单元用于复合肥的造粒烘干，而成品分装单元用于生产出的复合肥成品分装，所述余热回收单元利用空气能热交换原理收集热交换机构中的热量；将所述收集的热量和沼气用于下游的造粒烘干；上述压滤单元、混配单元、造粒烘干单元和成品分装单元、余热回收单元均采用现有技术实现。

如图所示，发酵罐底部设有排料口101，排料口密封连接一集液管103，集液管设有排料口和发酵液排液口；排料口设在物料出口的正下方，发酵液排液口设在集水管的末端，排料口101设有气缸11推动的封盖102。具体实施时，集液管在排料口通向发酵液排液口处设有滤网，滤网靠近排料口设置。

所述发酵罐的排液口连通发酵液收集池；压滤单元压滤出的发酵液通过管道也汇集到发 酵液收集池；发酵液收集池汇集的发酵液利用污泥泵通过管路输送给发酵灌顶的喷淋机构二次循环利用。

上述智能控制单元所包括的传感器和智能控制芯片，具有智能检测和智能控制功能，可以对投料、温度、湿度进行检测记录和自动数据处理，依据数据信息智能控制硬件设施，并可连接网络实现远程监控。

作为优选，发酵罐为双层双腔结构，外层为绝热保温层，内层为防腐导热层，内外层之间的环状容腔为热交换通道，内层围合的空间是供秸秆发酵的容腔。

进一步，发酵罐为竖向的筒体结构，便于原料循序下行，利于发酵热量自然上行使原料顺序预热。

实施例2

一种利用秸秆微生物发酵合成高效生态肥制备方法，以生物秸秆为主要原料，以动物粪便为发酵剂，具体制备方法如下：

S1、将废弃生物秸秆切成长度5-10cm的秸秆段，用自动上料机构从发酵罐顶部的进料口装入发酵罐，然后按秸秆重量2％的比例将新鲜动物粪便用10倍的水稀释搅拌后通过喷淋机构喷淋到罐内秸秆上，启动搅拌机构使粪便液与秸秆混合均匀；初始加料时，使用加热机构使罐内温度迅速升至30℃以上，然后进行封闭自然发酵，发酵周期3-5天；发酵期间罐内的温度控制在37℃-40℃区间，温度超过40℃，用热交换机构将罐内热量导出发酵罐，利用空气能原理进行收集用于下游的造粒烘干；发酵产生的沼气收集起来通过液压分离提纯后供燃气锅炉产生高温蒸汽用于下游发酵物的生物灭菌、灭活；

S2、将步骤S1发酵的产物通过排料口排出输送到压滤机构进行水分压滤，使发酵物含水率在35-40％，同时将压滤所得的发酵液汇集到发酵液收集池用污泥泵输送到喷淋机构进行二次循环利用，然后将压滤后的产物用回收沼气燃烧制备的120℃以上的高温蒸汽灭菌、灭活，得半干燥发酵体；在发酵罐出料的同时，从上料口同比例向发酵罐内补料，保证进出料循环平衡；

S3、将步骤S2灭活所得的半干燥发酵体用磨具研磨粉碎成长度低于3mm以下的秸秆粉末；

S4、将步骤S3研磨获得的秸秆粉末按其重量加入25-30％粘土干粉、混合搅拌均匀，经造粒机造粒后通风干燥烘干即得生态有机肥。

作为优选，所述废弃生物秸秆是指收割后自然含水率30％以上的秸秆。

作为优选，所述动物粪便是只指室温下收集的48小时内动物排泄的新鲜粪便。

作为优选，动物粪便在于生物秸秆混合前，先在温度36℃、湿度60％环境下预发酵1-3小时。

实施例3

一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态肥制备方法，步骤同实施例2，其不同的是，S4步骤为：将步骤S3研磨获得的秸秆粉末按其重量加入25-30％粘土干粉、15-20％无机肥，混合搅拌均匀，经造粒机造粒后通风干燥烘干即得生态复合肥。无机肥为N肥、P肥、钾肥或农作物可接受的其它无机肥中的任意一种或多种组合，其组合比例也可按肥料使用地域土质不同进行合理调整。

实施例4

一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态肥制备方法，步骤同实施例2，其不同的是，S4步骤为：将步骤S3研磨获得的秸秆粉末按其重量加入25-30％粘土干粉、15-20％无机肥，以及1-5％的微肥，混合搅拌均匀，经造粒机造粒后通风干燥烘干即得生态复合肥。无机肥为N肥、P肥、钾肥或农作物可接受的其它无机肥中的任意一种或多种组合。微肥是指铜肥、硼肥、钼肥、锰肥、铁肥和锌或农作物可接受的其它微肥中的任意一种或多种组合。其组合比例也可按肥料使用地域土质不同进行合理调整。

实施例5

一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态肥制备方法，步骤同实施例2，其不同的是，S4步骤为：将步骤S3研磨获得的秸秆粉末按其重量加入25-30％粘土干粉、15-20％无机肥，以及适量的抗旱保水剂，具体实施时，抗旱保水剂按秸秆粉末重量的1-5％投料。其组合比例也可按肥料使用地域土质不同进行合理调整。

实施例6

一种利用秸秆微生物发酵合成速效缓释一体高效生态肥制备方法，步骤同实施例2，其不同的是，S4步骤为：将步骤S3研磨获得的秸秆粉末按其重量加入25-30％粘土干粉、15-20％无机肥，2-5％的微肥，以及适量的抗旱保水剂和生根剂，具体实施时，抗旱保水剂按秸秆粉末重量的1-5％投料，生根剂，按秸秆粉末重量的500ppm(即1kg秸秆粉末加0.5g生根剂)比例投料。其组合比例也可按肥料使用地域土质不同进行合理调整。

实施例7

以界首市小麦种植为例，将实施例2所得有机肥按200㎏/亩，在小麦播种前施于翻耕的土壤中，作为基肥，播种后，在苗分蘖期和抽穗期分别施10-15㎏的尿素，每次5-7.5kg每亩，其它按常规田间管理，收获期，小麦亩产在472-508㎏之间。

对照组：播种前，亩施农家肥1000-1500公斤，尿素15公斤或碳铵45公斤，作为基肥，播种后，在苗分蘖期和抽穗期分别施10-15㎏的尿素，每次5-7.5kg每亩，其它按常规田间管理，收获期，小麦平亩产在443-482㎏之间。

实施例8

同样以实施例3制备所得到复合肥为例，无机肥为尿素和氯化钾，秸秆粉末：尿素：氯化钾为100:11:2.5。同样以界首市小麦种植为例，将有机肥按130㎏/亩，在小麦播种前施于翻耕的土壤中，作为基肥，播种后，在抽穗期追施5-7.5㎏的尿素，其它按常规田间管理，收获期，小麦亩产在495-512㎏之间。

实施例9

同样以实施例5制备所得到复合肥为例，无机肥为尿素和氯化钾，秸秆粉末：尿素：氯化钾：保水剂为100:12.5:2.5：2.5。将有机肥按130㎏/亩，在小麦播种前施于翻耕的土壤中，作为基肥，播种后，在抽穗期追施5-7.5㎏的尿素，其它按常规田间管理，收获期，小麦亩产在490-550㎏之间。

实施例10

以实施例6制备所得到复合肥为例，无机肥为尿素、氯化钾，微肥为硼肥、锌肥，其中，秸秆粉末：尿素：氯化钾：硼肥、锌肥为100:10:2.5：0.8:1.2，抗旱保水剂按秸秆粉末重量的1-5％投料，生根剂，按秸秆粉末重量的500ppm(即1kg秸秆粉末加0.5g生根剂)，将该复合肥用于葡萄枝条的扦插繁育，将复合肥按将有机肥按150㎏/亩，施于翻耕的苗床土壤中作为基肥，采用露天扦插，扦插方法及其他田间管理按现有常规方法进行，扦插成活率达96％，且根系发达，新枝直径达1.0-1.5cm。

Claims (3)

1.利用秸秆微生物发酵生态复合肥的智能制备系统，其特征在于，包括切割单元、发酵单元、智能控制单元、余热回收单元、压滤单元、研磨粉碎单元、混配单元、造粒烘干单元和成品分装单元，发酵单元包括发酵罐、自动上料机构、喷淋机构、搅拌机构、加热机构、热交换机构和沼气回收机构；所述智能控制单元包括传感器和智能控制芯片；所述发酵罐具有用于秸秆发酵的容腔，所述传感器和搅拌机构设在罐体容腔内；所述加热机构用于容腔的加热，并通过智能控制单元进行加热控制，所述热交换机构用于交换收集容腔内秸秆发酵所产生的过量热量，所述发酵罐顶部设有进料口和沼气收集口，所述沼气收集口与沼气回收机构连通，用于沼气收集；所述进料口上方设有自动上料机构和喷淋机构；在所述容腔内同时设有温度传感器和搅拌机构，在所述发酵罐底部设有排料口及发酵液的排液口，所述排液口连通发酵液收集池；所述压滤单元用于压滤发酵后的发酵物水分，压滤出的发酵液通过管道也汇集到发酵液收集池；所述发酵液收集池汇集的发酵液利用污泥泵通过管路输送给发酵灌顶的喷淋机构二次循环利用；所述余热回收单元利用空气能热交换原理收集热交换机构中的热量；将所述收集的热量和沼气用于下游的造粒烘干。

2.根据权利要求1所述的利用秸秆微生物发酵生态复合肥的智能制备系统，其特征在于，所述发酵罐为双层双腔结构，外层为绝热保温层，内层为防腐导热层，内外层之间的环状容腔为热交换通道，内层围合的空间是供秸秆发酵的容腔。

3.根据权利要求2所述的利用秸秆微生物发酵生态复合肥的智能制备系统，其特征在于，所述发酵罐为竖向的筒体结构，便于原料循序下行，利于发酵热量自然上行使原料顺序预热。