一种农作物秸秆与养猪废水混合厌氧发酵装置及发酵方法与流程

本发明涉及厌氧发酵技术领域，更具体地说是涉及一种农作物秸秆与养猪废水混合厌氧发酵装置及方法。

背景技术：

农作物秸秆是指水稻、小麦、玉米等禾本科农作物成熟脱粒后剩余的茎叶部分。在工业化以前，农民对秸秆的利用五花八门，非常丰富。比如在中国南方，人们将稻秆晒干储藏，可用作柴火，编织座垫、床垫、扫帚等家用品，铺垫牲圈、喂养牲畜，堆沤肥还田，甚至用于制作简易房屋的屋顶等，很少被直接浪费掉。中国近二十年来由于煤、电、天然气的普及、各种工业制品的丰富，农村对秸秆的需求减少，大量秸秆的处理成为了一个严重的社会问题，虽然法律禁止，但很多地方农民仍然直接在田地里燃烧秸秆，引发空气污染、火灾、飞机无法正常起降等后果。

随着畜牧业的发展，畜产废水排放量日益增加。由于养猪废水中含有大量的有机物，固液混杂，因此，对农业生态环境和水体环境带来的影响日益加重，如果可以将农作物秸秆和养猪废水进行混合厌氧发酵处理，就可以实现农作物秸秆和养猪废水的综合利用，降低对环境的污染，提高资源的利用效率。

因此，如何提供一种农作物秸秆与养猪废水混合厌氧发酵装置及发酵方法本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种混合厌氧发酵装置和方法，该装置集粉碎与发酵为一体，实现了对秸秆的粉碎及发酵，结构简单，便于操作；发酵过程中，合理地控制了发酵温度、湿度和ph值，提高了资源的利用率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种农作物秸秆与养猪废水混合厌氧发酵装置，包括：粉碎装置和发酵装置，所述粉碎装置包括：粉碎箱，所述粉碎箱顶部和底部分别设有秸秆进口和粉碎料出口，所述粉碎箱内部设置有多个圆杆，多个所述圆杆两端分别与所述粉碎箱两内壁固定；多个所述圆杆上安装有转轮和电动机一，所述电动机一的输出端与所述转轮固定连接，且所述转轮外周布设有刀齿；

所述发酵装置包括：发酵箱，所述发酵箱的顶部并排设置有粉碎料进口和废水进口，且所述粉碎料进口与所述粉碎料出口连通；所述发酵箱侧壁靠近底部的位置设置有发酵料出口；

所述发酵箱外壁固定有电动机二，所述发酵箱内部设置有搅拌轴、搅拌叶和搅动涡轮；其中，所述搅拌叶安装在所述搅拌轴上，所述搅动涡轮套接在所述搅拌轴上，所述搅拌轴一端与所述发酵箱内壁转动连接，另一端贯穿所述发酵箱并与所述电动机二的输出端固定连接。

以上技术方案达到的技术效果是：粉碎箱中，转轮以圆杆为旋转轴，电动机通过连接杆与齿轮固定连接，启动电动机一时，带动齿轮旋转，两个圆杆间的距离为一个齿轮直径的距离，这样，保证相邻两齿轮在转动时，充分咬合在一起，以实现对秸秆的粉碎；发酵箱中，设置有搅拌轴和搅拌叶，搅拌轴的一端通过轴承与发酵箱内壁转动连接，电动机二同样通过连接杆与搅拌轴的另一端固定连接，以带动搅拌轴的旋转，进而实现对原料的搅拌；发酵料出口安装有密封门，密封门一端与出口旋转连接，另一端与出口可拆卸连接，发酵完成后，由于搅拌轴的倾斜设置，在搅拌轴的旋转作用和搅动涡轮的推动作用下，便于排出发酵料。

作为本发明优选的技术方案，所述发酵箱内还设置有加热装置，所述加热装置固定在所述发酵箱底部。

以上技术方案达到的技术效果是：加热装置可以对空气进行加热，以提供厌氧发酵时需要的温度。

作为本发明优选的技术方案，还包括支撑架和传送带，所述支撑架底端与所述发酵箱底部固定，所述传动带固定在所述支撑架顶端，且所述传送带的输出端与所述秸秆进口连通。

以上技术方案达到的技术效果是：支撑架用于支撑传送带，需要对秸秆发酵时，只需将秸秆放置在传送带上，由传送带运至秸秆进口，进行粉碎。

作为本发明优选的技术方案，所述发酵箱外壁还固定有鼓风机，所述鼓风机与发酵箱内部连通。

以上技术方案达到的技术效果是：当发酵料在发酵箱中有少量残留时，开启鼓风机，使得发酵料在吹风机的动力下，排出。

作为本发明优选的技术方案，所述加热装置的型号为hg140-75w。

作为本发明优选的技术方案，所述鼓风机的型号hg-120。

一种利用权利要求上述农作物秸秆与养猪废水混合厌氧发酵装置进行发酵的方法，包括下述步骤：

1)粉碎：将农作物秸秆置于粉碎箱中进行粉碎，使得粉碎后的农作物秸秆通过粉碎料进口进入到发酵箱中；

2)堆沤：通过废水进口向发酵箱中注入清水，并对粉碎料进行搅拌，使得粉碎料的含水量为50-60％，堆沤3-4d，得到堆沤料；

3)厌氧发酵：堆沤结束后，将养猪废水通过废水进口注入到发酵箱中，密封秸秆进口和废水进口，开启电动机二和加热装置，保持发酵箱内的温度为35～40℃，进行搅拌厌氧发酵；其中，养猪废水与堆沤料的体积比为1:(4-5)。

以上技术方案达到的技术效果是：先对秸秆进行粉碎，便于充分对秸秆进行堆沤，防止了因秸秆体积太大造成的堆沤不完全影响发酵效果问题的出现；在厌氧发酵前，先对粉碎料进行堆沤，堆沤是有氧发酵的过程，其可以使秸秆中的大分子物质部分分解为小分子物质，便于在后续发酵时，为养猪废水的发酵提供碳源，且未分解的大分子物质发酵产生沼气；在厌氧发酵时，保持发酵温度为35-40℃，以提供厌氧微生物生命活动所需的最适温度。

作为本发明优选的技术方案，步骤1)中，粉碎料的长度为1-2cm。

作为本发明优选的技术方案，步骤2)中，对粉碎料进行堆沤时，打开加热装置进行加热，保持堆沤的温度为30-35℃。

以上技术方案达到的技术效果是：耗氧微生物的最适生长温度为30-35℃，因此，将堆沤温度控制在该区间下，便于将秸秆中的大分子物质分解为小分子物质，为后续的发酵提供碳源。

作为本发明优选的技术方案，步骤3)中，在发酵时，每隔4-5h，开启一次废水进口，便于对沼气进行收集。

以上技术方案达到的技术效果是：在进行厌氧发酵时，堆沤料在养猪废水中厌氧微生物的作用下，会产生沼气，因此，需定时收集其中的沼气，防止因发酵箱内部压强过大，损坏发酵箱；养猪废水中含有大量的含氮、含磷化合物，在微生物的作用下，与堆沤料共同发酵后，可作为牲畜的饲料，提高了资源的利用率。

综上所述，本发明提供了一种混合厌氧发酵装置和方法，该发酵装置集粉碎、堆沤和发酵为一体，可以实现对农作物秸秆和废水的厌氧发酵。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明实施例1提供的结构示意图；

图2附图为本发明实施例2提供的结构示意图；

图3附图为本发明提供的结构示意图。

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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图3所示，一种农作物秸秆与养猪废水混合厌氧发酵装置，包括：粉碎箱1和发酵箱2；

粉碎箱1顶部和底部分别设有秸秆进口11和粉碎料出口12，粉碎箱1内部设置有多个圆杆13，多个圆杆13两端分别与粉碎箱1两内壁固定；多个圆杆13上安装有转轮14和电动机一15，电动机一15的输出端与转轮14固定连接，且转轮14外周布设有刀齿16；

发酵箱2的顶部并排设置有粉碎料进口21和废水进口28，且粉碎料进口21与粉碎料出口12连通；发酵箱2侧壁靠近底部的位置设置有发酵料出口13；发酵箱2外壁固定有电动机二25，发酵箱2内部设置有搅拌轴22、搅拌叶23和搅动涡轮24；其中，搅拌叶23安装在搅拌轴22上，搅动涡轮24套接在搅拌轴22上，搅拌轴22一端与发酵箱2内壁转动连接，另一端贯穿发酵箱2并与电动机二25的输出端固定连接；

发酵箱2内还设置有加热装置26，加热装置26的型号为hg140-75w，加热装置26固定在发酵箱2底部；

发酵箱2外壁还固定有鼓风机27，鼓风机27的型号为hg-120，且鼓风机27与发酵箱内部连通。

实施例2

如图2所示和图3所示，一种农作物秸秆与养猪废水混合厌氧发酵装置，包括：粉碎箱1、发酵箱2、支撑架3和传送带4；

粉碎箱1顶部和底部分别设有秸秆进口11和粉碎料出口12，粉碎箱1内部设置有多个圆杆13，多个圆杆13两端分别与粉碎箱1两内壁固定；多个圆杆13上安装有转轮14和电动机一15，电动机一15的输出端与转轮14固定连接，且转轮14外周布设有刀齿16；

发酵箱2的顶部并排设置有粉碎料进口21和废水进口22，且粉碎料进口21与粉碎料出口12连通；发酵箱2侧壁靠近底部的位置设置有发酵料出口13；发酵箱2外壁固定有电动机二25，发酵箱2内部设置有搅拌轴22、搅拌叶23和搅动涡轮24；其中，搅拌叶23安装在搅拌轴22上，搅动涡轮24套接在搅拌轴22上，搅拌轴22一端与发酵箱2内壁转动连接，另一端贯穿发酵箱2并与电动机二25的输出端固定连接

发酵箱2内还设置有加热装置26，加热装置26的型号为hg140-75w，加热装置26固定在发酵箱2底部；

支撑架3底端与发酵箱2底部固定，传动带4固定在支撑架3顶端，且传送带4的输出端与秸秆进口11连通；

发酵箱2外壁还固定有鼓风机27，鼓风机27的型号为hg-120，且鼓风机27与发酵箱内部连通。

工作原理是：当需要对秸秆进行发酵时，启动电动机一15、电动机二25、鼓风机27，将秸秆放入粉碎箱1中进入粉碎，然后粉碎后的秸秆依次经过粉碎料出口12和粉碎料进口21进入发酵箱2中，此时，设置在发酵箱2底部的温度传感器6自动感应发酵箱2中的温度，并将信号传递给与温度传感器6电性连接的加热控制器5，加热控制器5根据温度传感器6检测到的温度，控制与加热控制器5电性连接的加热装置26对发酵箱2进行加热。加热控制器5的型号为jk2psz-48125。

实施例3

利用实施例2进行发酵的方法包括：

1)粉碎：将200kg农作物秸秆置于粉碎箱中进行粉碎，使得粉碎后的农作物秸秆通过粉碎料进口进入到发酵箱中，其中，粉碎料的长度为1cm；

2)堆沤：通过废水进口向发酵箱中注入清水，打开加热装置进行加热，保持堆沤的温度为30℃，并对粉碎料进行搅拌，使得粉碎料的含水量为50％，堆沤3d，得到堆沤料；

3)厌氧发酵：堆沤结束后，将养猪废水通过废水进口注入到发酵箱中，密封秸秆进口和废水进口，开启电动机二和加热装置，保持发酵箱内的温度为35℃，进行搅拌厌氧发酵，每隔4h，开启一次废水进口，便于对沼气进行收集；其中，养猪废水与堆沤料的体积比为1:5。

实施例4

利用实施例2进行发酵的方法包括：

1)粉碎：将200kg农作物秸秆置于粉碎箱中进行粉碎，使得粉碎后的农作物秸秆通过粉碎料进口进入到发酵箱中，其中，粉碎料的长度为2cm；

2)堆沤：通过废水进口向发酵箱中注入清水，打开加热装置进行加热，保持堆沤的温度为35℃，并对粉碎料进行搅拌，使得粉碎料的含水量为60％，堆沤4d，得到堆沤料；

3)厌氧发酵：堆沤结束后，将养猪废水通过废水进口注入到发酵箱中，密封秸秆进口和废水进口，开启电动机二和加热装置，保持发酵箱内的温度为40℃，进行搅拌厌氧发酵，每隔5h，开启一次废水进口，便于对沼气进行收集；其中，养猪废水与堆沤料的体积比为1:4。

实施例5

利用实施例2进行发酵的方法包括：

1)粉碎：将200kg农作物秸秆置于粉碎箱中进行粉碎，使得粉碎后的农作物秸秆通过粉碎料进口进入到发酵箱中，其中，粉碎料的长度为1cm；

2)堆沤：通过废水进口向发酵箱中注入清水，打开加热装置进行加热，保持堆沤的温度为32℃，并对粉碎料进行搅拌，使得粉碎料的含水量为55％，堆沤3.5d，得到堆沤料；

3)厌氧发酵：堆沤结束后，将养猪废水通过废水进口注入到发酵箱中，密封秸秆进口和废水进口，开启电动机二和加热装置，保持发酵箱内的温度为37℃，进行搅拌厌氧发酵，每隔4.5h，开启一次废水进口，便于对沼气进行收集；其中，养猪废水与堆沤料的体积比为1:4。

对比例1：按照实施例5的方法进行发酵，不同的是，去除步骤2)中堆沤的过程；

对比例2：按照实施例5的方法进行发酵，不同的是，保持步骤2)中的含水量为40％；

对比例3：按照实施例5的方法进行发酵，不同的是，保持步骤2)中的含水量为70％；

对比例4：按照实施例5的方法进行发酵，不同的是，保持步骤3)中，发酵温度为20℃；

对比例5：按照实施例5的方法进行发酵，不同的是，保持步骤3)中，发酵温度为45℃。

发酵24h，统计沼气的产生量(l)、沼气的平均产生速率(l/h)、固体的减量(％)；结果见表1；

表1

由表1可知，堆沤对发酵结果影响最大，堆沤可以显著提高沼气的产生量，提高秸秆和养猪废水的利用率；除此之外，堆沤的含水量、发酵温度也对发酵结果产生明显的影响，所以，本发明将发酵温度控制在35-40℃。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。