一种具有改进的搅拌通气装置的发酵设备及其使用方法与流程

本发明属于有机肥发酵领域，更具体而言本发明提供了一种用于处理畜禽粪便的具有改进的搅拌通气装置的密闭式耗氧发酵设备。

背景技术：

在中国，畜禽养殖业的快速发展对农村经济发展和农民增收发挥了重要作用，目前我国畜禽养殖企业进行无害化处理或资源化利用畜禽粪便的企业不足5％，大多数城市的畜禽养殖业已经对当地环境造成了污染，治理畜禽粪便的污染已经到了十分必要的程度。目前国内处理畜禽粪便最常用的办法为：直接还田、晾晒、烘干进行处理。畜禽粪便直接施用的方法无需投资、简便易操作、易于农民利用，但是不便于大量施用，在使用上受到限制。这是目前处理畜禽粪污的主要办法，占处理方式的90％以上。另外有5％左右畜禽粪便采用微生物堆肥法，微生物堆肥法是通过人为控制堆肥所需条件，利用微生物对其进行腐化分解，生产出高效的有机肥料。处理畜禽粪便采用微生物发酵模式是国际处理畜禽粪便的通用办法，也是我国目前对畜禽粪便处理的强行要求。

封闭式高效畜禽粪便发酵机是目前先进的畜禽粪便处理方式，这类发酵机是把畜禽粪便处理后转化成有机肥的关键设备，通过驱动系统的搅拌和通氧来对畜禽粪便进行好氧发酵，再把腐熟的有机物料通过蜗杆排料机排出的设备。封闭式畜禽粪便发酵机为“一进一出”全封闭、无二次污染、发酵速度快，直接生产有机肥，运营成本低。

然而，目前市场上可获得的封闭式畜禽粪便发酵机仍存发酵不充分、耗能大、发酵物料含水量高等问题。因此，本领域中需要一种在上述一个或多个方面进行改进的畜禽粪便处理设备。

技术实现要素：

本发明人发现，现有的用于畜禽粪便的封闭式发酵设备中普遍存在的发酵不充分、发酵物料含水量高等问题可以通过改善发酵设备的发酵罐体中的通气方式而得到改进。具体而言，本发明提供了一种具有改进的搅拌通气装置的发酵设备，用于实现上述效果。

因此，在第一方面，本发明提供了一种具有改进的搅拌通气装置的发酵设备，所述发酵设备包括：发酵罐体，在所述发酵罐体的中心纵向设置有搅拌轴，在所述搅拌轴上从下至上横向设置有腐熟层搅拌部件、发酵层搅拌部件和预热层搅拌部件，所述腐熟层搅拌部件、所述发酵层搅拌部件和所述预热层搅拌部件上设有搅拌臂，其特征在于：所述搅拌轴、所述腐熟层搅拌部件和所述发酵层搅拌部件中设有连通的气体通道，所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂和所述发酵层搅拌部件的搅拌臂上设有与所述气体通道连通的通气孔，所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的数量多于所述发酵层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的数量，并且/或者所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的孔径大于所述发酵层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的孔径。

在一个优选的实施方案中，所述预热层搅拌部件的搅拌臂上无通气孔。

在一个优选的实施方案中，所述腐熟层搅拌部件包括3个搅拌臂。

在一个优选的实施方案中，所述腐熟层搅拌部件包括第一腐熟层搅拌部件和第二腐熟搅拌部件，所述第二腐熟层搅拌部件在所述第一腐熟层搅拌部件上方40-65cm，优选50-55cm，最优选50cm处。优选地，所述第一腐熟层搅拌部件包括3个搅拌臂，所述第二腐熟层搅拌部件包括2个搅拌臂。优选地，所述第一腐熟层搅拌部件的搅拌臂的宽度大于所述第一腐熟层搅拌部件的搅拌臂的宽度。

在一个优选的实施方案中，所述发酵层搅拌部件有1个或多个，例如2个、3个或4个；每个发酵层搅拌部件包括1、2、3个或4个以上搅拌臂，优选1个或2个搅拌臂。

在一个优选的实施方案中，所述腐熟层搅拌部件有1个或多个，例如2个、3个或4个；每个腐熟层搅拌部件包括2、3、4个或5个以上搅拌臂，优选3个或4个搅拌臂。所述腐熟层搅拌部件间距40-65cm，优选50-55cm，最优选50cm。

在一个优选的实施方案中，所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的直径是1.0-3.0cm，优选1.4-2.4cm，最优选1.4cm，每个搅拌臂上的通气孔数目以每米发酵罐体半径计为5-8个，优选以每米发酵罐体半径计为6-7个。

在一个优选的实施方案中，所述发酵层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的直径是0.7-1.3cm，优选0.9-1.1cm，最优选1.0cm，每个搅拌臂上的通气孔数目以每米发酵罐体半径计3-6个，优选以每米发酵罐体半径计4-5个。

在一个优选的实施方案中，所述发酵层搅拌部件在所述腐熟层搅拌部件上方50-70cm，优选55-65cm，最优选60cm处。

在一个优选的实施方案中，所述预热层搅拌部件有1个或多个，例如2个、3个或4个，每个预热层搅拌部件包括1、2、3个或4个以上搅拌臂，优选1个或2个搅拌臂。

在有多个预热层搅拌部件的实施方案中，相邻预热层搅拌部件之间距离为50-80cm，优选60-70cm，最优选65cm。

在一个优选的实施方案中，所述发酵层搅拌部件的搅拌臂的宽度和所述预热层搅拌部件的搅拌臂的宽度小于所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂的宽度。

在一个优选的实施方案中，所述预热层搅拌部件的搅拌臂的宽度小于所述发酵层搅拌部件的搅拌臂的宽度。

在第二方面，本发明还提供了一种利用本发明的发酵设备处理动物或人粪便的方法，所述方法包括：将动物或人粪便等有机污染物经投料器投入到所述发酵设备中，在搅拌、通气的条件下进行好氧发酵，生产出优质的有机肥原料。

本发明通过对发酵设备的搅拌和通气结构进行改进，实现了搅拌通气充分，降低了发酵设备的能耗，使得发酵充分、发酵物料含水量降低。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施方案的发酵设备纵切面示意图。

图2示出了图1的发酵设备的搅拌通气装置。

图3示出了图1和图2发酵设备的腐熟层搅拌部件和发酵层搅拌部件。

具体实施方式

本发明提供了一种具有改进的搅拌通气装置的发酵设备，所述发酵设备实现了搅拌通气充分，降低了发酵设备的能耗，使得发酵充分、发酵物料含水量降低。

通气和搅拌严重影响发酵效率，在动物或人粪便特别是畜禽粪便处理中，发酵罐体中通气和搅拌不良将会大大延缓发酵过程，有时15天、甚至20天都无法完成发酵，而且发酵效果差，发酵出来的物料不均匀，有害细菌、虫卵、杂草种子等不一定能够完全杀灭。在本发明中，发酵设备发酵速度快，一般在7-10天完成发酵。动物或人粪便等有机污染物经预混机调节后，经投料器投入到所述发酵设备中，在搅拌、通气的条件下进行好氧发酵，产生发酵热。此热既能加速好氧发酵，又能蒸发畜禽粪便自带的水分，在一定的温度条件下可以杀灭有害细菌、虫卵、杂草种子等，生产出优质的有机肥原料。既实现了有机污染物的无害化处理，又实现了资源化利用。

在本发明中，所述搅拌轴、所述腐熟层搅拌部件和所述发酵层搅拌部件中设有连通的气体通道，外部鼓风机通(热)空气至所述搅拌轴的气体通道，例如鼓风机的输出压力可达3500水柱，35000Pa，风流量可达15m³/min以上。在通热空气的情况下，其温度可达45℃以上，可起到对新进物料升温的作用。鼓风机送出的风经搅拌轴、搅拌臂的通气孔密闭输送到发酵机内的腐熟层和发酵层。

搅拌和通气在腐熟层和发酵层中起到不同的作用。在腐熟层中，腐熟层搅拌部件的搅拌臂翻动发酵物料，并大量通气，实现水分的快速蒸发，加快肥料出料进程，缩短物料在发酵罐体中停留的时间。本发明的发酵设备排出的发酵物料含水量一般为30-35％，并可人为进行调整。因此，在优选的实施方案中，所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂的宽度大于所述发酵层搅拌部件的搅拌臂的宽度和所述预热层搅拌部件的搅拌臂的宽度，以使得搅拌更有力。所述腐熟层搅拌部件优选包括3个搅拌臂也是为了保证更有效的搅拌。所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的数量多于所述发酵层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的数量，并且/或者所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的孔径大于所述发酵层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的孔径，以增加通气量，加快水分蒸发。

在发酵层中需要足够的氧气使发酵物料中的微生物得到充分的氧供应，快速完成发酵过程。腐熟层中通入的空气经过腐熟层加温后往上至发酵层，继续用于发酵层的氧供应，作为氧气补充。因此，发酵层中的空气供应少于腐熟层中的空气供应，就足以维持发酵。充分的氧气供应使得发酵层保持高温，有利于好氧发酵，例如使温度保持在50-75摄氏度，优选55-75摄氏度，最优选60-70摄氏度(特别是对于畜禽粪便)。该温度可以保证杀灭有害细菌、虫卵、杂草种子等，生产出优质的有机肥原料。

所述预热层搅拌主要起到给新加入的料预热为发酵做准备，温度升温至40-45摄氏度。不对该预热层通气，以减少鼓风机的压力。

所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂和所述发酵层搅拌部件搅拌臂上的通气孔的孔径和数量考虑发酵罐体的大小。在本发明中，所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的直径是1.0-3.0cm，优选1.4-2.4cm，最优选1.4cm；所述发酵层搅拌部件的搅拌臂上的通气孔的直径是0.7-1.3cm，优选0.9-1.1cm，最优选1.0cm，这样的孔径确保通气效率，不容易堵塞。所述腐熟层搅拌部件的每个搅拌臂上的通气孔数目是5-8个/米(发酵罐体半径)，优选6-7个/米(发酵罐体半径)；所述发酵层搅拌部件的每个搅拌臂上的通气孔数目是3-6个/米(发酵罐体半径)，优选4-5个/米(发酵罐体半径)，这样可以保证所述腐熟层和发酵层足够的氧气供应。

在本发明中，为了减轻液压搅拌电机的压力，在保证搅拌效果的情况下应尽量减少搅拌部件的个数，因为每增加一个搅拌部件就多一份阻力，如果搅拌部件间距，搅拌效果会降低。因此，搅拌部件的总数目与发酵罐体的高度相关，例如对于高5.4米的发酵罐体，一般总共设置4-5个搅拌部件。所述腐熟层搅拌部件包括第一腐熟层搅拌部件和第二腐熟搅拌部件，所述第二搅拌部件在所述第一腐熟层搅拌部件上方40-65cm，优选50-55cm，最优选50cm处。所述发酵层搅拌部件在所述腐熟层搅拌部件上方50-70cm，优选55-65cm，最优选60cm处。如果有多个预热层搅拌部件，相邻预热层搅拌部件之间距离为50-80cm，优选60-70cm，最优选65cm。

在本发明中，为了进一步减轻液压搅拌电机的压力，根据需要在不同的搅拌部件上设置不同数目和宽度的搅拌臂。优选地，所述第一腐熟层搅拌部件包括3个搅拌臂，所述第二腐熟层搅拌部件包括2个搅拌臂。优选地，所述发酵层搅拌部件的搅拌臂的宽度和所述预热层搅拌部件的搅拌臂的宽度小于所述腐熟层搅拌部件的搅拌臂的宽度；所述预热层搅拌部件的搅拌臂的宽度小于所述发酵层搅拌部件的搅拌臂的宽度。通过这种策略，能够大大降低发酵设备的能量消耗。例如，对于80吨的发酵罐体，可以使得液压搅拌电机的耗电量从11.5kw降低至7.5kw，一天节约大约100度电。

虽然本发明以粪便，特别是畜禽粪便，为例说明了本发明的发酵设备的应用，但本发明的具有改进的搅拌通气装置的发酵设备并不仅限于粪便的处理，还可以用于其他腐料的发酵，例如城市垃圾、落叶、农业垃圾等的发酵。

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

图1示出了根据本发明的一个实施方案的发酵设备示意图。所述发酵设备包括发酵罐体100，在发酵罐体100的中心纵向设置有搅拌轴101，在搅拌轴101上从下至上横向设置有腐熟层搅拌部件102、发酵层搅拌部件103和预热层搅拌部件104；腐熟层搅拌部件102、发酵层搅拌部件103和预热层搅拌部件104上设有搅拌臂105/106/107，搅拌轴101、腐熟层搅拌部件102和发酵层搅拌部件103中设有连通的气体通道110，腐熟层搅拌部件102的搅拌臂105和发酵层搅拌部件103的搅拌臂106上设有与气体通道110连通的通气孔108/109，腐熟层搅拌部件102的搅拌臂105上的通气孔108的数量多于发酵层搅拌部件103的搅拌臂106上的通气孔109的数量，腐熟层搅拌部件102的搅拌臂105上的通气孔108的孔径大于发酵层搅拌部件103的搅拌臂106上的通气孔109的孔径。图中发酵设备设置两个腐熟层搅拌部件102a/102b，搅拌臂分别为105a和105b表示，通气孔分别为108a和108b表示。

图2示出了图1的发酵设备的搅拌通气装置。在搅拌轴201上从下至上横向设置有腐熟层搅拌部件202、发酵层搅拌部件203和预热层搅拌部件204；腐熟层搅拌部件202、发酵层搅拌部件203和预热层搅拌部件204上设有搅拌臂205/206/207。发酵层搅拌部件203在腐熟层搅拌部件202上方60cm处。预热层搅拌部件204在发酵层搅拌部件203上方65cm处。在图中显示的实施方案中，腐熟层搅拌部件202设置3个搅拌臂205、发酵层搅拌部件203设置1个搅拌臂206，预热层搅拌部件204设置3个搅拌臂207。图中还示出了搅拌臂205上的通气孔208和搅拌臂206上的通气孔209。搅拌臂205一般设置3个或3个以上；搅拌臂206根据需要可以设置1个或多个；搅拌臂207也可以设置1个或2个，特别是对于具有多个预热层搅拌部件的情况。在优选的实施方案中，腐熟层搅拌部件包括第一腐熟层搅拌部件和第二腐熟搅拌部件，第二腐熟搅拌部件在第一腐熟层搅拌部件上方50cm处；预热层搅拌部件包括第一预热层搅拌部件和第二预热层搅拌部件，它们之间距离为65cm。

图3示出了图1和图2发酵设备的腐熟层搅拌部件和发酵层搅拌部件。腐熟层搅拌部件302的搅拌臂305上的通气孔308的直径是1.4cm；发酵层搅拌部件303的搅拌臂306上的通气孔309的直径是1.0cm；预热层搅拌部件304的搅拌臂307上无通气孔。对于直径4.5米的发酵罐体，腐熟层搅拌部件302的每个搅拌臂305上的通气孔308数量是14-16个，发酵层搅拌部件303的搅拌臂306上的通气孔309的数量是10个。在图中显示的实施方案中，腐熟层搅拌部件302设置3个搅拌臂305，发酵层搅拌部件303设置2个搅拌臂306，预热层搅拌部件304设置3个搅拌臂307。腐熟层搅拌部件302的搅拌臂305、发酵层搅拌部件303的搅拌臂306和预热层搅拌部件304的搅拌臂307宽度依次减小，实现所需的搅拌效果而又减少阻力。

以下通过具体的实施例，说明利用本发明的发酵设备发酵畜禽粪便的过程：

发酵机塔体采用圆柱筒状结构，畜禽粪便经混料后的物料从发酵罐体100的上部加料口加入发酵罐，发酵罐里必须保持60％-70％的填充物料，塔体内每一天加入10-12m³(重量10-12吨)畜禽粪便，排出4.5-5吨(发酵物料相当于原物料量的45％左右)发酵完全的有机物料。每天投入的物料量和排出的物料量体积相当。搅拌轴每40分钟旋转一圈，发酵周期为7天。也就是第一天加入的畜禽粪便，物料在每一层停留一定时间后，依次移送到下一层，第7天完全腐熟后排出。物料经预热层搅拌部件104/204/304的搅拌臂107/207/307的搅拌作用缓慢往下移动，发酵罐下部上升的发酵后气体和水蒸气对物料进行加热，在物料进入发酵层之前温度升至40-45摄氏度，准备进行发酵。预热后的物料进入发酵层后，在发酵层搅拌部件103/203/303的搅拌臂106/206/306的作用下发酵，腐熟层上升的热气体和发酵层搅拌部件103/203/303的搅拌臂106/206/306上的通气孔109/209/309中通入的气体足够进行发酵，在微生物发酵的作用下温度可以达到60-70摄氏度(甚至达到80℃以上)，可以通过调整出料速度、通入的气体量和对通入气体加温维持该温度，该温度可以保证杀灭有害细菌、虫卵、杂草种子等。而搅拌轴、搅拌臂可随搅拌过程中利用特殊的通道为发酵物料供应足够量的氧气，为好氧微生物提供充足的氧气。同时，搅拌时可使物料中的固体物保持悬浮状态，增加气体在物料中的停留时间，有效利用空气中的氧。物料中的微生物在适宜的环境条件下被激活，进行好氧发酵。经过3-4天，温度渐渐下降，到5-7天完全发酵，发酵料中水分含量保持30-40％，成为咖啡色发酵肥(鸡粪的发酵物料)。在完成发酵后，物料进入腐熟层，腐熟层搅拌部件102(102a/102b)/202/302的搅拌臂105(105a/105b)/205/305实现对物料更加剧烈的翻动，同时通气孔108(108a/108b)/208/308通入大量气体实现水分快速蒸发。搅拌时可使物料中的固体物保持悬浮状态，增加气体与物料的接触。最后物料由最下层排出，排出物料的含水量在30％-35％。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。