好氧发酵装置及其使用方法与流程

本发明涉及生物有机肥技术领域，尤其涉及一种好氧发酵装置及其使用方法。

背景技术：

有机液肥是一种高浓缩、高肥效、多功能、全营养增效型的新型肥料。由于有机液肥是将有机营养、无机营养和拮抗微生物及其代谢产物集于一体，因此相比于传统的肥料，有机液肥中含有大量的活性细胞、高效的营养酶素、氨基酸和微量元素等多种营养成分，不仅具有较好的营养价值和生防功能、能够在极短时间里被植物吸收，而且流动性好、容易运输储存。

有机液肥制备过程中需要利用微生物将动植物残体、堆制腐熟的禽畜粪便、可做有机肥源的矿物粉等有机物料进行降解以使其释放养分。相比于厌氧发酵方式，采用好氧发酵方式即利用好氧微生物制备的有机液肥具有发酵时间短、物质分解更彻底、恶臭气体产生量少等优点。而氧气是好氧微生物生长所必需的物质，从而溶氧量是制备有机液肥过程中的一个关键影响因素。但是，由于发酵过程中好氧微生物的代谢繁殖是一个动态变化过程，因此发酵过程中待发酵物料的溶氧量难以维持在目标范围内，也就是说，发酵过程中难以创建一个适宜好氧微生物生长代谢的有氧条件，进而不仅会影响有机液肥的质量和生产效率，而且还可能影响好氧微生物生长、造成能源浪费。

技术实现要素：

本发明要解决的是发酵过程中待发酵物料的溶氧量难以维持在目标范围内、进而影响有机液肥的质量和生产效率的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种好氧发酵装置，该装置包括发酵罐、搅拌单元、供氧单元和溶氧量检测器；所述发酵罐的上部设有可开闭的进料口、下部设有可开闭的出液口和排渣口；所述搅拌单元插设在所述发酵罐的顶部、用于搅拌所述发酵罐内的待发酵物料，所述搅拌单元的搅拌速度和搅拌时间可调；所述供氧单元与所述发酵罐的下部连通、用于向所述发酵罐内供氧，所述供氧单元的供氧量和供氧时间可调；所述溶氧量检测器插设在所述发酵罐中、用于检测所述待发酵物料的溶氧量。

其中，还包括控制器，所述搅拌单元、所述供氧单元和所述溶氧量检测器分别与所述控制器电连接。

其中，所述搅拌单元包括搅拌轴以及设置在所述发酵罐顶部的搅拌电机和调速器，所述调速器与所述搅拌电机电连接、用于调节所述搅拌电机的转速；所述搅拌轴的一端与所述搅拌电机连接、另一端插入所述发酵罐中；所述搅拌轴上沿所述搅拌轴的轴向设有多个浆叶组，每个浆叶组包括多个沿所述搅拌轴的径向间隔设置的浆叶。

其中，所述供氧单元包括气泵，所述气泵依次通过流量调节阀和单向阀与所述发酵罐连通。

其中，所述发酵罐包括罐体、顶盖和置物筛板，所述罐体的顶端为敞口，所述顶盖盖设于所述敞口；所述置物筛板上设有多个筛孔，所述置物筛板设置在所述罐体内、用于承载所述待发酵物料，所述置物筛板将所述罐体由上至下分隔为上腔体和下腔体；所述排渣口和所述出液口分别位于所述置物筛板的上下两侧。

其中，所述罐体侧壁的下部设有用于与所述供氧单元连接的进气口，所述进气口与所述出液口在水平方向的夹角小于180°。

其中，所述罐体的底部设有可开闭的排污口。

为解决上述问题，本发明还提供了一种好氧发酵装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

s1、通过所述溶氧量检测器获取待发酵物料的实际溶氧量；

s2、判断所述实际溶氧量是否小于最低溶氧量阈值，若是则执行步骤s3，若否则执行步骤s4；

s3、调大所述搅拌单元的搅拌速度和/或搅拌时间以及所述供氧单元的供氧量和/或供氧时间，并跳转执行步骤s1；

s4、判断所述实际溶氧量是否大于最高溶氧量阈值，若是则执行步骤s5，若否则执行步骤s1；

s5、调小所述搅拌单元的搅拌速度和/或搅拌时间以及所述供氧单元的供氧量和/或供氧时间，跳转执行步骤s1。

其中，在执行步骤s1之前还包括以下步骤：

s0’、在所述控制器上设定最低溶氧量阈值、最高溶氧量阈值、搅拌单元的初始搅拌时间和初始搅拌速度以及供氧单元的初始供氧时间和初始供氧量,跳转执行步骤s0”；

s0”、控制所述搅拌单元按照所述初始搅拌时间和所述初始搅拌速度运转以及控制所述供氧单元按照所述初始供氧时间和所述初始供氧量运转，跳转执行步骤s1。

其中，所述步骤s3具体包括：控制所述搅拌单元按照第一搅拌速度和第一搅拌时间运转以及控制所述供氧单元按照第一供氧量和第一供氧时间运转，其中，所述第一搅拌速度大于所述初始搅拌速度，所述第一搅拌时间大于所述初始搅拌时间；所述第一供氧量大于所述初始供氧量，所述第一供氧时间大于初始供氧时间；

所述步骤s5具体包括：控制所述搅拌单元按照第二搅拌速度和第二搅拌时间运转以及控制所述供氧单元按照第二供氧量和第二供氧时间运转其中，所述第二搅拌速度小于所述初始搅拌速度，所述第二搅拌时间小于所述初始搅拌时间；所述第二供氧量小于所述初始供氧量，所述第二供氧时间小于初始供氧时间。

本发明结构简单、操作便捷，在发酵过程中溶氧量检测器实时监测待发酵物料的溶氧量，当溶氧量检测器的检测值即待发酵物料的实际溶氧量小于预设的最低溶氧量阈值时，就可调大搅拌单元的搅拌速度和/或搅拌时间，与此同时还可调大供氧单元的供氧量和/或供氧时间；当溶氧量检测器的检测值即待发酵物料的实际溶氧量大于预设的最高溶氧量阈值时，就可调小搅拌单元的搅拌速度和/或搅拌时间，与此同时还可调小供氧单元的供氧量和/或供氧时间。由此，在整个发酵过程中，待发酵物料的溶氧量就可始终保持在目标范围内即最低溶氧量阈值与最高溶氧量阈值之间，从而不仅能促进好氧微生物的生长代谢、为其提供一个适应的环境，而且还能提高有机液肥的质量和生产效率。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例1中的一种好氧发酵装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1中发酵罐的结构示意图；

图3是本发明实施例1中搅拌单元的结构示意图；

图4是本发明实施例2中的一种好氧发酵装置的使用方法的流程图。

附图标记：

1、发酵罐；1-1、进料口；1-2、出液口；1-3、排渣口；

1-4、排污口；1-5、进气口；1-6、排气口；1-7、安装孔；

1-8、罐体；1-9、顶盖；1-10、置物筛板；1-11、凸台；

2、搅拌单元；2-1、调速器；2-2、搅拌电机；2-3、搅拌轴；

2-4、浆叶；3、供氧单元；3-1、气泵；3-2、流量调节阀；

3-3、单向阀；4、溶氧量检测器；5、控制器；6、支撑架。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

实施例1

结合图1至图3所示，本实施例提供了一种好氧发酵装置，该装置包括发酵罐1、搅拌单元2、供氧单元3和溶氧量检测器4；发酵罐1的上部设有可开闭的进料口1-1、下部设有可开闭的出液口1-2和排渣口1-3；搅拌单元2插设在发酵罐1的顶部、用于搅拌发酵罐1内的待发酵物料，搅拌单元2的搅拌速度和搅拌时间可调；供氧单元3与发酵罐1的下部连通、用于向发酵罐1内供氧，供氧单元3的供氧量和供氧时间可调；溶氧量检测器4插设在发酵罐1中、用于检测待发酵物料的溶氧量。其中，溶氧量检测器4可以但不限于是溶氧量传感器。

制备有机液肥时：首先，通过进料口1-1将待发酵物料即动植物残体、堆制腐熟的禽畜粪便和矿物粉等有机物料以及好氧微生物加入发酵罐1；然后，调节溶氧量检测器4伸入发酵罐1的长度、以使溶氧量检测器4的检测端位于待发酵物料中；接着，启动搅拌单元2和供氧单元3，使搅拌单元2按照预设的初始搅拌时间和初始搅拌速度运转，同时使供氧单元3按照预设的供氧时间和供氧量运转。在此过程中，若溶氧量检测器4的检测值即待发酵物料的实际溶氧量小于预设的最低溶氧量阈值时，就可调大搅拌单元2的搅拌速度和搅拌时间，与此同时还可调大供氧单元3的供氧量和供氧时间。若溶氧量检测器4的检测值即待发酵物料的实际溶氧量大于预设的最高溶氧量阈值时，就可调小搅拌单元2的搅拌速度和搅拌时间，与此同时还可调小供氧单元3的供氧量和供氧时间。需要说明的是，对于搅拌单元2来说，在上述调节过程中既可以同时调节搅拌单元2的搅拌时间和搅拌速度，也可以根据实际情况仅调节搅拌单元2的搅拌时间和搅拌速度中的一项。同理，对于供氧单元3来说，在上述调节过程中既可以同时调节供氧单元3的供氧时间和供氧量，也可以根据实际情况仅调节供氧单元3的供氧时间和供氧量中的一项。由此，在整个发酵过程中，待发酵物料的溶氧量就可始终保持在目标范围内即最低溶氧量阈值与最高溶氧量阈值之间。最后，当发酵完成后直接打开出液口1-2就能获取有机液肥。

另外，为了进一步降低工作人员的劳动强度、提高调控精度，实现自动化控制，该装置还包括控制器5，搅拌单元2、供氧单元3和溶氧量检测器4分别与控制器5电连接。其中，控制器5可以但不限于是plc控制器。发酵前，工作人员可直接在控制器5上设定最低溶氧量阈值、最高溶氧量阈值、搅拌单元2的初始搅拌时间和初始搅拌速度以及供氧单元3的初始供氧时间和初始供氧量。发酵时，控制器5控制搅拌单元2按照初始搅拌时间和初始搅拌速度运转的同时，控制供氧单元3按照初始供氧时间和初始供氧量运转。在此过程中，溶氧量检测器4将实时监测的待发酵物料的实际溶氧量发送给控制器5：若实际溶氧量小于最低溶氧量阈值时，控制器5则控制搅拌单元2按照第一搅拌速度和第一搅拌时间运转以及控制供氧单元3按照第一供氧量和第一供氧时间运转；其中，第一搅拌速度大于初始搅拌速度，第一搅拌时间大于初始搅拌时间，第一供氧量大于初始供氧量，第一供氧时间大于初始供氧时间。若实际溶氧量是否大于最高溶氧量阈值，控制器5则控制搅拌单元2按照第二搅拌速度和第二搅拌时间运转以及控制供氧单元3按照第二供氧量和第二供氧时间运转；其中，第二搅拌速度小于初始搅拌速度，第二搅拌时间小于初始搅拌时间；第二供氧量小于初始供氧量，第二供氧时间小于初始供氧时间。

优选地，搅拌单元2包括搅拌轴2-3以及设置在发酵罐1顶部的搅拌电机2-2和调速器2-1，调速器2-1与搅拌电机2-2电连接、用于调节搅拌电机2-2的转速；搅拌轴2-3的一端与搅拌电机2-2连接、另一端插入发酵罐1中；搅拌轴2-3上沿搅拌轴2-3的轴向设有多个浆叶组，每个浆叶组包括多个沿搅拌轴2-3的径向间隔设置的浆叶2-4。例如，本实施例中搅拌轴2-3上设有三个浆叶组，每个浆叶组包括2个或3个浆叶2-4。进一步地，搅拌电机2-2和调速器2-1通过支撑架6固定在发酵罐1的顶部。当该装置具有控制器5时，调速器2-1与控制器5电连接，控制器5通过调速器2-1调节搅拌电机2-2的转速，进而调节搅拌轴2-3的转速。

优选地，供氧单元3包括气泵3-1，气泵3-1依次通过流量调节阀3-2和单向阀3-3与发酵罐1连通。当该装置具有控制器5时，流量调节阀3-2、单向阀3-3和气泵3-1均与控制器5电连接。发酵过程中，控制器5控制气泵3-1启动、单向阀3-3和流量调节阀3-2打开。当需要增大供氧量时，控制器5控制流量调节阀3-2增大开度；反之，控制器5则控制流量调节阀3-2减小开度。另外，由于单向阀3-3的存在，可避免供氧过程中发酵罐1内的待发酵物料发生倒流而损坏气泵3-1。

优选地，发酵罐1包括罐体1-8、顶盖1-9和置物筛板1-10，罐体1-8的顶端为敞口，顶盖1-9盖设于敞口；置物筛板1-10上设有多个筛孔，其中筛孔的直径优选为1～3mm；置物筛板1-10设置在罐体1-8内、用于承载待发酵物料，置物筛板1-10将罐体1-8由上至下分隔为上腔体和下腔体；排渣口1-3和出液口1-2分别位于置物筛板1-10的上下两侧，也就是说，排渣口1-3与上腔体连通、出液口1-2与下腔体连通。这样设置的好处在于，由于置物筛板1-10的存在罐体1-8内形成了初级固液分离，发酵过程中产生的有机液肥可直接通过筛孔进入下腔体，而有机物废渣则被拦截在上腔体。发酵完成后，打开出液口1-2就可直接排出下腔体内存储的有机液肥，打开排渣口1-3就可排出存储在上腔体内的有机物废渣。

进一步地，为了便于安装和清理置物筛板1-10，置物筛板1-10与罐体1-8可拆卸连接。例如，在本实施例中，罐体1-8的侧壁上距离罐体1-8底面10～15cm处设有沿罐体1-8径向延伸的凸台1-11，置物筛板1-10搭设在凸台1-11上。其中，排渣口1-3和出液口1-2均设置在罐体1-8的侧壁上，且排渣口1-3位于置物筛板1-10上方0.5cm处，出液口1-2位于罐体1-8底面上方0.5cm处。

更进一步地，顶盖1-9与罐体1-8可拆卸连接。例如，本实施例中顶盖1-9的周向设有多个搭扣，搭扣用于与罐体1-8顶部的边缘扣合。当然，顶盖1-9与罐体1-8之间的连接方式并不限于上述方式，例如顶盖1-9与罐体1-8之间还可以通过螺纹连接或法兰连接。另外，为了提高发酵罐1的密闭性，顶盖1-9的底面设有环槽，环槽内嵌设有用于与罐体1-8顶面密封配合的密封圈。

进一步地，考虑到一些尺寸较小的有机物废渣可能会穿过筛孔进入下腔体，为了避免供氧过程中氧气气流将沉积在下腔体底部的小颗粒有机物废渣吹入出液口1-2，进而造成出液口1-2堵塞，所以，用于与供氧单元3连接的进气口1-5设置在罐体1-8侧壁的下部，且进气口1-5与出液口1-2在水平方向的夹角小于180°，也就是说，进气口1-5与出液口1-2不相对设置。其中，进气口1-5与出液口1-2在水平方向的夹角优选为90°。

优选地，罐体1-8的底部设有可开闭的排污口1-4、以便定期清理沉积在下腔体底部的小颗粒有机物废渣。

优选地，为了避免罐体1-8内压力过高，便于定期放气，顶盖1-9上设于可开闭的排气口1-6，排气口1-6上连接有压力表。

优选地，顶盖1-9上开设有用于插设溶氧量检测器4的安装孔1-7。更优选地，安装孔1-7为螺纹孔，溶氧量检测器4通过连接管与安装孔1-7螺纹配合连接，以便于调整溶氧量传感器伸入罐体1-8内的长度。

实施例2

如图4所示，本实施例提供了一种好氧发酵装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

s0’、在控制器5上设定最低溶氧量阈值、最高溶氧量阈值、搅拌单元2的初始搅拌时间和初始搅拌速度以及供氧单元3的初始供氧时间和初始供氧量,跳转执行步骤s0”；

s0”、控制搅拌单元2按照初始搅拌时间和初始搅拌速度运转以及控制供氧单元3按照初始供氧时间和初始供氧量运转，跳转执行步骤s1；

s1、通过溶氧量检测器4获取待发酵物料的实际溶氧量；需要说明的是，步骤s1既可以在步骤s0”后续执行，也可与步骤s0”同步执行。

s2、判断实际溶氧量是否小于最低溶氧量阈值，若是则执行步骤s3，若否则执行步骤s4；

s3、调大搅拌单元2的搅拌速度和/或搅拌时间以及供氧单元3的供氧量和/或供氧时间，并跳转执行步骤s1；具体地：控制器5控制搅拌单元2按照第一搅拌速度和第一搅拌时间运转以及控制供氧单元3按照第一供氧量和第一供氧时间运转，其中，第一搅拌速度大于初始搅拌速度，第一搅拌时间大于初始搅拌时间；第一供氧量大于初始供氧量，第一供氧时间大于初始供氧时间。

s4、判断实际溶氧量是否大于最高溶氧量阈值，若是则执行步骤s5，若否则执行步骤s1；

s5、调小搅拌单元2的搅拌速度和/或搅拌时间以及供氧单元3的供氧量和/或供氧时间，跳转执行步骤s1。具体地：控制器5控制搅拌单元2按照第二搅拌速度和第二搅拌时间运转以及控制供氧单元3按照第二供氧量和第二供氧时间运转其中，第二搅拌速度小于初始搅拌速度，第二搅拌时间小于初始搅拌时间；第二供氧量小于初始供氧量，第二供氧时间小于初始供氧时间。

可见，在整个发酵过程中，待发酵物料的溶氧量始终保持在目标范围内即最低溶氧量阈值与最高溶氧量阈值之间，从而不仅能促进好氧微生物的生长代谢、为其提供一个适应的环境，而且还能提高有机液肥的质量和生产效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。