一种制备土壤改良剂的家用发酵炭化一体化装置

1.本发明涉及废弃生物质资源化利用技术领域，具体涉及一种以农业废弃秸秆为原料制备土壤改良剂的家用发酵炭化一体化装置。


背景技术：

2.农业废弃秸秆的处理及资源化利用是许多农业大国所面临的共性问题。秸秆直接焚烧所造成的环境代价巨大，已被明令禁止。而经微生物发酵生产燃料、饲料和有机肥等虽是废弃秸秆利用的重要途径，但微生物发酵无法实现秸秆的彻底转化，规模化发酵和生物生产之后产生的大量发酵废弃物仍是亟待解决的次生环境问题。因此，从农业废弃秸秆产生的源头入手，有效提高秸秆利用指数，对农业农村环境生态平衡和生物质资源循环利用具有重要的意义。
3.热解炭化是废弃秸秆的利用途径之一。其主要产物-生物质炭，因具有独特的表面特性，如，高比表面积、高芳香性、高碱度和富含官能团等，被广泛用于环境修复。生物质炭用于土壤改良不仅可以改善土壤环境、增加土壤肥效，还可固定土壤中的有机和无机污染物，减少其在微生物和动、植物中的富集。目前，生物质炭的流通以产品化销售为主，其制备过程多以规模厂家为主体，采用大型炭化装置进行。该模式包含秸秆回收、运输、产品销售等多个环节，不仅耗费人力、物力、财力，更极大限制了生物质炭在农业土壤改良中的普遍应用。
4.生物质炭的高性能是其作为土壤修复剂的关键所在。传统生物质炭制备工艺中，为提高炭化产物性能，农业废弃秸秆在热解前常经高温爆破处理或酸碱处理，以破坏天然秸秆的紧密结构，增加炭化产物孔隙度和比表面积。然而，以上预处理技术需以专业设备或试剂为工具，操作过程繁琐，增加成本，反应条件严苛，极易引发二次污染。相反地，微生物发酵过程节能环保，操作简单，微生物所分泌的纤维素酶可有助于疏松天然秸秆的紧密结构；发酵秸秆经炭化后，其比表面积和含氧官能团丰度均得到有效提升，秸秆炭性能得到明显改善，进而可被有效用于农田土壤改良和修复。
5.个体农户是我国农村种植业的主体，废弃秸秆管理难度大、秸秆种类多、位置分散、运输成本高等问题，导致我国农业废弃秸秆难以被集中处理。


技术实现要素：

6.本发明针对生物质炭从制备技术到产品推广应用的局限性，提供一种以农业废弃秸秆为原料制备土壤改良剂的小型家用发酵炭化一体化装置。
7.本发明基于农业废弃秸秆利用现状，提供一种以农业废弃秸秆为原料制备土壤改良剂的小型家用发酵炭化一体化装置，以解决农业废弃秸秆运输成本高、集中处理难，以及处理不当引发次生环境污染等问题，同时制得高性能土壤改良剂，以降低农户肥料成本、提高经济效益。
8.本发明提出的一种以农业废弃秸秆为原料制备土壤改良剂的小型家用发酵炭化
一体化装置，包括：粉碎装置、发酵装置、传输装置、喷淋装置、烘干装置、炭化装置；其特征在于所述粉碎装置顶部设有物料入口，所述粉碎装置与发酵装置相连；所述发酵装置顶部设有进水口和接菌口，底部设有震荡装置，侧面设有通气口，所述发酵装置与喷淋装置间由传输装置相连；所述喷淋装置底部设有排水口，所述喷淋装置与烘干装置间由传输装置相连；所述烘干装置两端设有物料进出口，内设热风机，所述烘干装置与炭化装置间由传输装置相连；所述炭化装置从上到下分别有储料室、炭化室、陈化冷却室及成品室。
9.作为对上述方案的进一步改进，粉碎装置内设有粉碎刀片，外部设有孔径为0.85mm的滤网。
10.作为对上述方案的进一步改进，发酵装置内设有搅拌棒、加水口与加菌口，底部设有振动带，内部设有控温系统，外部材质为保温材质。
11.作为对上述方案的进一步改进，喷淋装置顶部设有喷头，可引入外部液体，内部设有搅拌棒，搅拌棒底部设有滤水网及排水口。
12.作为对上述方案的进一步改进，烘干装置的内管道为导热材质，外管道为隔热材质。
13.作为对上述方案的进一步改进，炭化装置中储料室与炭化室之间有可打开的隔热隔板，炭化室中有炭化单元，炭化室与陈化冷却室间有可打开的隔热隔板，陈化冷却室中有散热装置，陈化冷却室与成品室之间有可打开的隔热隔板。
14.所述的一种以农业废弃秸秆为原料制备土壤改良剂的小型家用发酵炭化一体化装置，还包括：用于控制系统各部件的一体化智能控制面板，所述的一体化智能控制面板与各部件连接。智能控制面板集成了农业秸秆收集、粉碎、发酵、烘干、炭化与储存等功能，并由程序自动控制。
15.小型家用发酵炭化一体化装置可安装在农田旁或农户家中；
16.当投递秸秆到规定重量时，投料口自动关闭，粉碎装置开始工作，被粉碎后的秸秆经过0.85mm的滤网落入发酵装置；当发酵装置感受到秸秆重力不再变化时，通过进水口与接菌口加入水及发酵菌株。搅拌棒、震荡装置开始工作，恒温恒湿发酵后，发酵秸秆经传输装置传入喷淋装置。
17.发酵秸秆进入喷淋装置后关闭进出口，打开喷淋按钮，淋洗秸秆，废水经过滤后由排水口排出。淋洗后的秸秆经传输装置进入烘干装置。
18.烘干装置内圈设进出风口，外圈密闭，并设有物料进出口。物料进入烘干装置后关闭物料进出口，热风机出风时圆筒匀速翻滚让物料受热均匀，直至物料烘干后转入炭化装置。
19.炭化装置内设有储料室，物料于储料室收集完毕后，隔热隔板打开，物料进入炭化室，隔热板关闭。炭化室内设有炭化单元，炭化单元的温度设定范围为200～1000℃；单元外设有导热片可使物料受热均匀，炭化室内壁设有温度传感系统，热解完毕后，物料通过隔板进入冷却室，冷却室内由冷凝管降温，当冷却室中温度传感器监测到温度降低至常温时，隔热板打开，物料最后进入成品室储存待用。
20.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
21.本发明通过智能程序控制，利用粉碎机、发酵装置、搅拌器、喷淋装置、烘干机、炭化炉等对农业秸秆进行发酵和炭化处理，并将产物应用于土壤改良。从源头实现农业秸秆
无害化、减量化和资源化利用，解决个体农户焚烧秸秆造成的环境问题；同时，有效节省农业废弃秸秆集中处理的运输成本和技术成本，提高秸秆利用指数。利用本装置将农业秸秆发酵并炭化制成高性能土壤改良剂，可有效提高农作物产量和品质，降低农户肥料成本，以个体农户为单位实现农业经济和环境效益的良性循环和提升。
22.本装置供小型个体农户使用，同时配备秸秆发酵装置和热解炭化装置，利用功能微生物进行秸秆发酵预处理，有效提升秸秆炭性能。制备过程高效环保、智能便捷，可满足个体农户多样化和个性化需求，从源头就地处理农业废弃秸秆，炭化产物可作为高效土壤改良剂改善土壤健康，在解决农业废弃秸秆处理处置困难的同时降低农户肥料成本，提高经济效益。
附图说明
23.图1为本发明制备土壤改良剂的小型家用发酵炭化一体化装置的结构示意图。
具体实施方式
24.本发明可供个体农户和土地承包户进行农业废弃秸秆资源化处理。下面结合附图，对以农业废弃秸秆为原料制备土壤改良剂的小型家用发酵炭化一体化装置做详细说明。
25.如图1所示，一种以农业废弃秸秆为原料制备土壤改良剂的小型家用发酵炭化一体化装置，包括：粉碎装置1、发酵装置2、传输装置10、喷淋装置3、烘干装置4、炭化装置5。
26.粉碎装置1顶部设有物料入口12，粉碎装置1与发酵装置2相连；发酵装置2顶部设有进水口11和接菌口13，底部设有震荡装置18，发酵装置2侧面设有通气口17，发酵装置2与喷淋装置3间由传输装置10相连；喷淋装置3底部设有排水口21，喷淋装置3与烘干装置4由传输装置10相连；烘干装置4两端设有物料进出口，内设热风机25，烘干装置4与炭化装置5间由传输装置10相连。炭化装置5从上到下分别有储料室6、炭化室7、陈化冷却室8及成品室9。
27.粉碎装置1内设有粉碎刀片15，外部是孔径为0.85mm的滤网14。
28.发酵装置2内设有搅拌棒16、进水口11与接菌口13，底部设有振动带18，内部设有控温系统，外部材质为保温材质。加水口11和加菌口13的出口在发酵装置2内，底部设有振动带18，内部设有控温系统，温度精度满足设定温度
±
2℃，外部材质为保温材质。
29.喷淋装置3顶部设有喷头19可引入外部液体，内部设有搅拌棒22，搅拌棒底部设有滤水网20，搅拌棒22底部连接为喷淋装置3容器底部29，容器底部29连接排水口21。
30.烘干装置4内管道23为导热材质，外管道24为隔热材质。
31.炭化装置5中储料室6与炭化室7间有可打开的隔热隔板26，炭化室7中有炭化单元27，炭化室7与陈化冷却室8间有可打开的隔热隔板26，陈化冷却室8中有散热装置28，陈化冷却室8与成品室9间有可打开的隔热隔板26。
32.以农业废弃秸秆为原料制备土壤改良剂的小型家用发酵炭化一体化装置，还包括：用于控制系统各部件的一体化智能控制面板，所述的一体化智能控制面板与各部件连接。智能控制面板集成了农业秸秆收集、粉碎、发酵、烘干、炭化与储存等功能，并由程序自动控制。
33.小型家用发酵炭化一体化装置可安装在农田旁或农户家中；
34.当投递秸秆量达到设定重量5kg时，投料口会自动关闭，粉碎装置开始工作，被粉碎后的秸秆经过0.85mm的滤网落入发酵装置；当发酵装置感受到秸秆重力不再变化时，通过进水口与接菌口加入水及发酵菌株。搅拌棒、震荡装置以每分钟100转的频率开始工作，30℃恒温恒湿通气发酵5～10天，发酵秸秆经传输装置传入喷淋装置。
35.发酵秸秆进入喷淋装置后，关闭进出口，打开喷淋按钮，淋洗秸秆，废水经过滤后由排水口排出。淋洗后的秸秆经传输装置进入烘干装置。
36.烘干装置内圈为进出风口，外圈密闭，并设有物料进出口。物料进入烘干装置后关闭物料进出口，热风机出风时圆筒匀速翻滚让物料受热均匀，直至物料烘干后转入炭化装置。
37.炭化装置内设有储料室，物料于储料室收集完毕后，隔热隔板打开，物料进入炭化室，隔热板关闭。炭化室内设有炭化单元，加热功率为2kw
·
h，炭化单元的温度设定范围为200～1000℃，温度精度能够达到
±
2℃，；单元外设有导热片可使受热均匀，炭化室内壁设有温度传感系统，热解完毕后，物料通过隔板进入冷却室，冷却室内由冷凝管降温，当冷却室中温度传感器监测到温度降低至常温时，隔热板打开，物料最后进入成品室储存待用。制备好的生物质炭可用作土壤改良剂，改善土壤理化性质，促进作物生长，提高经济效益和生态效益。
38.在上述实施例中，对本发明的最佳实施方式做了描述，显然，在本发明的基础上，仍可以做出很多改变，应该说明，在本发明的构思下所做出的的任何改变都将在本发明的保护范围内。