一种干清粪便水解腐熟生产有机肥工艺及装置的制作方法

本发明涉及有机肥制备技术领域，具体来说，涉及一种干清粪便水解腐熟生产有机肥工艺及装置。

背景技术：

目前在使用养殖干清粪便生产有机肥的工艺过程绝大多数是使用厌氧或者好氧或者好氧与厌氧结合的微生物发酵方式，生产工艺时间长、生产中原料因发酵气体的释放有效营养成分损失比较大，生产出来的有机肥用于农田后还需要经过二次发酵过程才能够释放有效的肥力，从肥料质量上来看，属于低端的有机肥。常规情况下，1吨干清粪便能生产200公斤左右的有机肥，在经过二次发酵后，有效的肥料剩余量不超过120公斤。而在农田使用中，由于肥力和肥效比较低，因此使用量比较大，一般每亩使用量大约在0.8—1.2t左右，而且还要求必须使用底肥，种植过程中还需要追肥。这种肥料市场销售价格不高，项目自身盈利能力比较差。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种干清粪便水解腐熟生产有机肥工艺及装置，能够解决上述技术问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种干清粪便水解腐熟生产有机肥装置，包括至少两个水解腐熟罐，所述至少两个水解腐熟罐之间通过减压蒸馏器与减压蒸馏罐连通，所述至少两个水解腐熟罐的上端均与上料机的输出端连通，所述至少两个水解腐熟罐的上端通过喷料阀门与脱水仓连通，所述脱水仓与减压蒸馏罐之间连接有脱水引风机，所述脱水仓的输出端与送料机的输入端连接，所述送料机的输出端和减压蒸馏罐的第一输出端均与干燥龙的输入端连接，所述减压蒸馏罐的第二输出端与液体肥浓缩罐的入口连接，所述液体肥浓缩罐的出口与液体肥包装机连接，所述干燥龙的输出端依次连接有出料沙克龙、筛分机。

进一步地，所述脱水仓内设有翻料机。

进一步地，所述筛分机的第一输出端连接有包装机，所述筛分机的第二输出端连接有专用肥制肥机。

进一步地，通过空气压缩机为所述至少两个水解腐熟罐提供水蒸气。

进一步地，所述减压蒸馏罐的第一输出端与干燥龙的输入端之间连接有干燥引风机，所述干燥龙的输出端还连接有热风送风机。

一种干清粪便水解腐熟生产有机肥工艺，包括如下步骤：

s1.干清粪便送入水解腐熟罐，设置水解腐熟罐加热参数：加热至170-200℃，压力达到1-1.2mpa，保温1小时；

s2.达到保温时间后，降压后得到水解固体物，将水解固体物进行脱水蒸馏；

s3.经脱水蒸馏后干燥的物料进行筛分，其中4-10mm的颗粒物料直接进入包装机中装袋包装完毕，4mm以下粉末物料进入到制肥系统中制成各类优质的专用肥。

进一步地，干清粪便送入水解腐熟罐后，具体包括如下步骤：

s1.1关闭水解腐熟罐的水蒸汽输送阀门，打开减压蒸馏器的互换阀门，将排放的减压蒸馏水蒸气直接输送到另一个装满物料的水解腐熟罐中，当两个水解腐熟罐的压力达到平衡后，切换减压蒸馏器的阀门，将减压蒸馏蒸汽输送到减压蒸馏冷凝罐中，直到压力下降到常压，同时将水蒸气直接通入到被输入减压蒸馏蒸汽的水解腐熟罐中，进行下一罐物料的水解腐熟；

s1.2水解腐熟罐在压力下降为常压后，用空气压缩机向水解腐熟罐内输入压缩空气，达到0.3mpa后停止供气。

进一步地，所述水解固体物的脱水蒸馏包括初步脱水和强制脱水的步骤；所述初步脱水的步骤为：脱水蒸馏的水蒸气通过脱水引风机引出并送入减压蒸馏冷凝罐中，同时脱水仓中的翻料机不断翻动水解固体物，增加脱水效果，当水解固体物的温度降低到50℃后，其含水率也降低到50%以下进行强制脱水；所述强制脱水的步骤为：将经过初步脱水所得物料送入干燥龙中，在干燥引风机的作用下，通过热风送风机引入高温热烟气对物料进行强制脱水，干燥龙输出的物料含水率低于20%，干燥引风机引出的蒸馏蒸汽混合热烟气的尾气共同输入到减压蒸馏罐中共同冷凝成蒸馏冷凝液体。

进一步地，将冷凝成的蒸馏冷凝液体经过气味消除处置后，再经过浓缩后，制成浓度不低于36%的液体肥料，或者经过微生物添加培养，制成高浓度的液体微生物有机肥。

进一步地，所述热烟气经过干燥龙后形成的干燥尾气，通过干燥引风机引入到减压蒸馏冷凝罐中，蒸汽成分和粉尘成分留在冷凝液体中，剩余尾气则从液体表面析出，再经过尾气脱硫脱销除尘系统净化处置，达标后排放。

本发明的有益效果：通过水解腐熟手段快速完成有机肥的生产工艺过程，将有机肥生产腐熟周期压缩到5小时之内完成，当天可以生产出优质的合格有机肥产品，并实现了优质固体有机肥和优质液体有机肥同步生产，解决了有机农业产业发展所需的生产资料安全可靠环保等问题，还解决了城市、农村粪便污染源治理的关键收口工艺。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种干清粪便水解腐熟生产有机肥装置的结构示意图。

图中：1.上料机；2.水解腐熟罐；3.减压蒸馏器；4.减压蒸馏罐；5.空气压缩机；6.喷料阀门；7.脱水仓；8.翻料机；9.脱水引风机；10.送料机；11.干燥龙；12.干燥引风机；13.出料沙克龙；14.热风送风机；15.筛分机；16.包装机；17.专用肥制肥机；18.液体肥浓缩罐；19.液体肥包装机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种干清粪便水解腐熟生产有机肥装置，包括至少两个水解腐熟罐2，所述至少两个水解腐熟罐2之间通过减压蒸馏器3与减压蒸馏罐4连通，所述至少两个水解腐熟罐2的上端均与上料机1的输出端连通，所述至少两个水解腐熟罐2的上端通过喷料阀门6与脱水仓7连通，所述脱水仓7与减压蒸馏罐4之间连接有脱水引风机9，所述脱水仓7的输出端与送料机10的输入端连接，所述送料机10的输出端和减压蒸馏罐4的第一输出端均与干燥龙11的输入端连接，所述减压蒸馏罐4的第二输出端与液体肥浓缩罐18的入口连接，所述液体肥浓缩罐18的出口与液体肥包装机19连接，所述干燥龙11的输出端依次连接有出料沙克龙13、筛分机15。

所述脱水仓7内设有翻料机8。

所述筛分机15的第一输出端连接有包装机16，所述筛分机15的第二输出端连接有专用肥制肥机17。

通过空气压缩机5为所述至少两个水解腐熟罐2提供水蒸气。

所述减压蒸馏罐4的第一输出端与干燥龙11的输入端之间连接有干燥引风机12，所述干燥龙11的输出端还连接有热风送风机14。

一种干清粪便水解腐熟生产有机肥工艺，包括如下步骤：

s1.干清粪便送入水解腐熟罐2，设置水解腐熟罐2加热参数：加热至170-200℃，压力达到1-1.2mpa，保温1小时；

s2.达到保温时间后，降压后得到水解固体物，将水解固体物进行脱水蒸馏；

s3.经脱水蒸馏后干燥的物料进行筛分，其中4-10mm的颗粒物料直接进入包装机16中装袋包装完毕，4mm以下粉末物料进入到制肥系统中制成各类优质的专用肥。

干清粪便送入水解腐熟罐2后，具体包括如下步骤：

s1.1关闭水解腐熟罐2的水蒸汽输送阀门，打开减压蒸馏器3的互换阀门，将排放的减压蒸馏水蒸气直接输送到另一个装满物料的水解腐熟罐中，当两个水解腐熟罐2的压力达到平衡后，切换减压蒸馏器3的阀门，将减压蒸馏蒸汽输送到减压蒸馏冷凝罐4中，直到压力下降到常压，同时将水蒸气直接通入到被输入减压蒸馏蒸汽的水解腐熟罐2中，进行下一罐物料的水解腐熟；

s1.2水解腐熟罐2在压力下降为常压后，用空气压缩机5向水解腐熟罐2内输入压缩空气，达到0.3mpa后停止供气。

所述水解固体物的脱水蒸馏包括初步脱水和强制脱水的步骤；所述初步脱水的步骤为：脱水蒸馏的水蒸气通过脱水引风机9引出并送入减压蒸馏冷凝罐4中，同时脱水仓7中的翻料机8不断翻动水解固体物，增加脱水效果，当水解固体物的温度降低到50℃后，其含水率也降低到50%以下进行强制脱水；所述强制脱水的步骤为：将经过初步脱水所得物料送入干燥龙11中，在干燥引风机12的作用下，通过热风送风机14引入高温热烟气对物料进行强制脱水，干燥龙11输出的物料含水率低于20%，干燥引风机12引出的蒸馏蒸汽混合热烟气的尾气共同输入到减压蒸馏罐4中共同冷凝成蒸馏冷凝液体。

将冷凝成的蒸馏冷凝液体经过气味消除处置后，再经过浓缩后，制成浓度不低于36%的液体肥料，或者经过微生物添加培养，制成高浓度的液体微生物有机肥。

所述热烟气经过干燥龙11后形成的干燥尾气，通过干燥引风机12引入到减压蒸馏冷凝罐4中，蒸汽成分和粉尘成分留在冷凝液体中，剩余尾气则从液体表面析出，再经过尾气脱硫脱销除尘系统净化处置，达标后排放。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本发明所述的一种干清粪便水解腐熟生产有机肥装置，水解腐熟罐2的要求为：承压能力：1.6mpa，进出口阀门：1.6mpa，230℃，水解腐熟罐2的数量最低2个一组，按照生产能力决定配套数量。

为了降低生产能耗、提高液体肥原液浓度，减压蒸馏时将减压蒸馏蒸汽直接通入另一个装满水解物料的水解腐熟罐2中，直至两个水解腐熟罐2压力达到平衡，再向减压蒸馏冷凝罐4中排放减压蒸馏蒸汽，使另一水解腐熟罐2快速完成初期水蒸气加热过程，降低水蒸气使用量，有效利用废弃热能，提高水解密水浓度，有利于生产节能，同时加快生产进程。因此在多个水解腐熟罐2使用中，需要在各个水解腐熟罐2之间建立往复减压蒸馏连接管路和阀门，并实现自动控制。

干清粪便从水解腐熟罐2反应完成后，通过喷料阀门6直接喷料到脱水仓7，脱水仓7中配装有翻料机8、脱水引风机9和螺旋送料器，脱水仓7的容量按照水解腐熟罐2的3倍设计，脱水仓7的出口端连接干燥龙11的送料机10。脱水引风机9的出口直接连接减压蒸馏冷凝罐4，引出的蒸汽输入到冷凝罐的液体中，释放冷凝液后，空气从液面排出。

干燥龙11设计为卧式滚动龙，输入端连接送料机10，输出端连接出料沙克龙13，热风从输出端引入，在干燥龙11的输入端设置干燥引风机12，干燥引风机12直接输入到减压蒸馏冷凝罐4；在干燥龙11内设置游星翻转翻料机和导料槽，保证物料在充分翻转中最大程度增大与热风的接触面积，保证物料沿导料槽向出口端缓慢滚动输出。

水解腐熟反应、物料脱水干燥均需要可靠的热动力，热动力来源于蒸汽锅炉，蒸汽锅炉产生的高压水蒸气直接供应水解腐熟工艺，产生的热烟气直接供应干燥龙11使用，干燥龙11产生的尾气经过冷凝罐后统一收集进行脱硫、脱硝、除尘处置后达标排放。

根据目前国内对锅炉的管理规范，蒸汽锅炉不能直接燃烧煤炭，必须使用燃气或者燃油或者生物质燃料，比较理想的方式是使用生物质燃料并用热解气化方式加工成燃气，锅炉则使用燃气蒸汽锅炉，蒸汽锅炉输出的水蒸气压力上限为1.55mpa，这种方式可以大幅度降低生产中燃料消耗的成本，并且环保性能非常好。

水解腐熟的原理为：

所有的有机生物质（包括粪便、厨余餐厨垃圾、食品工业下脚料、中药渣等）在高温高压和催化剂的作用下，都能够彻底熟化并分解成小分子的有机营养物质，这个原理就是厨具与胃肠合并的功能。

反应的温度和压力不同，所需要的催化剂各异，有机生物质水解后的效果也完全不同。

当反应温度低于140℃、压力低于0.6mpa条件下，要求必须在稀强酸的条件下才能达到基本腐熟，腐熟度低于80%，因此使用的催化剂要求是硫酸酐或者浓硫酸，水解腐熟后气味酸臭，生产出来的有机肥进入农田后还要经过二次发酵腐熟，而且农药化肥抗生素激素的分解消除率只能达到40%左右，杂菌和虫卵灭活率低于30%，固氮等美拉德固定反应无法完成。产生的水解密水可利用性差，还需要投入大量的成本进行污水处理。

当反应温度高于170℃、压力高于1mpa条件下，要求使用的催化剂是纳米铁和纳米锆催化剂，物料腐熟度达到100%，水解腐熟后的气味为咖啡香味，生产出来的有机肥料用于农田可直接释放肥力，农药化肥抗生素激素残留物的分解消除率可达100%，杂菌和虫卵灭活率为100%，固氮等美拉德固定反应可以顺利完成。产生的水解密水营养成分高，可同步产生液体有机肥，产量为固体有机肥的50%

从工艺、生产成本、产品产量和产品售价几个角度考虑，我们决定选择高温高压工艺路线，根据实验确定，我们选择的水解腐熟基本条件为170-200℃、1-1.2mpa，蒸汽加热时间为4小时，达到170℃后保温1小时。

有机生物质水解腐熟过程中发生非常复杂的有机化学反应，具体包括有机生物质分解反应、有害残留消除反应和美拉德固定反应等。

a.有机生物质分解反应

（1）淀粉水解

淀粉——糊精——多糖——低聚糖——双糖——单糖

（2）纤维素水解

纤维素——短链纤维素——多糖——低聚糖——双糖——单糖

（3）半纤维素水解

半纤维素——多糖——低聚糖——四糖——单糖

（4）木质素水解

木质素是以苯丙烷为单元的有机高分子化合物，结合键有三种类型：包括不易水解键，如醚键、芳芳键、烷基芳基键型；部分易水解键和极容易水解键。在高温高压下，木质素水解形成三种类型低聚物。

（5）脂质水解

脂质也叫脂肪和油脂，脂肪水解成脂肪酸和甘油

（6）果胶水解

果胶比半纤维素多一个甲基，有很好的水溶性，最易水解。

（7）蛋白质水解

氨基酸是蛋白质的基本构成单位，氨基酸有含硫氨基酸、非含硫氨基酸、含烷基氨基酸和含芳香基氨基酸等20多种。

蛋白质在水解过程中分子量逐步降低，水解过程如下：

蛋白质→蛋白胨→蛋白眎→多肽→低聚肽→寡肽→氨基酸

分解反应还有很多，以上是比较典型的反应。

b.有害残留消除反应

有机生物质中，有害残留包括农药、激素、抗生素、化肥、重金属、杂菌、虫卵、食盐nacl等成分。

工艺过程中物料有效温度不低于170℃，所有的农药、激素、抗生素、化肥最高分解温度不超过150℃，因此反应过程中上述化学残留物全部分解成co2和水，化学残留彻底消除；

杂菌、虫卵灭活温度最高不超过170℃，虫卵和杂菌彻底消除。

常规条件下，有机生物质自身含有的重金属不超标，而水解腐熟过程没有发酵过程，不产生有机生物质的损失，因此产品重金属同样不可能超标，而在后续的美拉德反应过程中还将消耗一部分重金属，因此重金属问题在水解腐熟反应过程中不存在。

c.美拉德反应

在水解腐熟保温阶段发生的美拉德反应过程就是固定反应和置换反应过程，反应过程中使用的催化剂就是纳米铁和纳米锆，在固定反应中，有机生物质分解产生的氮磷钾成分与氨基酸、肽、糖、甘油、脂肪酸等成分发生固定反应，还有少量的重金属同步固定在上述有机营养成分的分子链上面，直接形成肥料的有效营养成分。

置换反应主要是氯化钠被转化成硝酸钠、硫酸钠等肥料有效营养成分并发生固定反应，多余的氯离子则参与到固定反应中。

经过美拉德反应后，肥料的安全性和全营养结构彻底得到保障。

所得产品，包括固体有机肥和液体有机肥。

固体有机肥：水解腐熟反应完成后，需要使用减压蒸馏手段对水解腐熟罐2降压，减压蒸馏的出口对应减压蒸馏冷凝罐4，减压蒸馏到常压后，再向水水解腐熟罐2中充入0.3mpa的压缩空气，然后打开排放阀门，将水解腐熟后的水解固体物（含水率约70-75%）排放到脱水仓7中，利用水解固体物自身的降温过程使水解固体物脱水，温度下降到50℃左右时物料的含水率低于50%，此时再将固体物料送入干燥龙11中热风干燥。固体物料干燥脱水到含水率不高于20%条件下排放出干燥龙11，此时的物料呈颗粒与粉末混合物状体，颗粒的尺寸不大于10mm，对物料进行筛分后，4mm以上颗粒物料可直接装袋成为成品，4mm以下物料作为半成品，则需要深入加工，主要加工方式是向其中投入定向的微生物和有机营养质，制成适用于不同类种植物的专用肥料，如茶叶专用、富硒、高钾、高钙等等可以用于生产各类专用肥和微生物有机肥。

液体有机肥：减压蒸馏产生的冷凝液体中含有大量的有机肥营养成分，这些营养成分主要是水解物料中水溶性挥发性成分，有机营养成分含量不低于16%，主要包括核酸、赤霉素、水溶性蛋白质、生长素、氨基酸、葡萄糖、赖氨酸、腐殖酸、黄腐酸等等以及部分氮磷钾水溶性成分，其中氮磷钾总含量不低于6%，是优质的液体有机肥，经过气味改良加工后，可以直接作为液体有机肥销售，也可以通过微生物培养后成为液体微生物有机肥销售，销售前需要进行膜过滤浓缩，形成产品后的浓度应该不低于36%，产量约为固体有机肥的50%。如果检测营养成分缺失，则可以通过微生物培养或者做专项调配，使其中的有机营养成分达到标准后形成产品。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过水解腐熟手段快速完成有机肥的生产工艺过程，将有机肥生产腐熟周期压缩到5小时之内完成，当天可以生产出优质的合格有机肥产品，并实现了优质固体有机肥和优质液体有机肥同步生产，解决了有机农业产业发展所需的生产资料安全可靠环保等问题，还解决了城市、农村粪便污染源治理的关键收口工艺。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。