利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的生产方法及其装置

摘要

一种利用有机废弃物制造生物活性有机肥料的生产方法及其装置，通过发酵、疏松、输送、干燥综合处理装置，利用微生物发酵污泥、畜禽粪便、果渣、酱油渣、药渣、枯枝烂叶、草碳、稻壳等有机废弃物，结合太阳能生物工程，制造生物发酵活性有机肥料的生产方法，其生产的生物发酵活性有机肥料是集生物菌肥、有机肥、腐殖酸肥于一体的无污染的高效有机复合肥料。充分利用太阳能和自身的发酵能量，解决了发酵质量和生产中无需消耗其他能源的问题，具有提高产量、降低成本、变废为宝、保护环境和实现了工业化生产的功效。

说明书

技术领域

本发明涉及生物发酵工程技术领域，特别是指利用微生物发酵污泥、畜禽粪便、果渣、酱油渣、药渣、枯枝烂叶、草碳、稻壳等有机废弃物，结合太阳能生物工程，制造生物发酵活性有机肥料的生产方法及其装置，尤其重要的是对大量废弃物污泥的充分发酵利用，其生产的生物发酵活性有机肥料是集生物菌肥、有机肥和腐殖酸肥于一体的高效有机复合肥料。

背景技术

目前，公知的畜禽粪便、秸秆、枯枝落叶、稻壳、果渣、药渣及城市污水处理厂的污泥等有机废弃物已经对环境造成严重的污染。如何把这些对环境有害的废弃物充分利用起来，成为必须要解决的问题。

对于城市污水处理厂的大量的污泥处理，目前主要的处理方法是：堆积法、烘干法和普通发酵法等。其主要缺陷在于：

传统的方法都没有对其进行无害化、科学化及实用化的充分处理运用。例如：堆积法就是原始的农村沤肥，在技术上很原始，并且不能进行工厂化生产；

烘干法是简单地把畜禽粪便、污泥等有机废弃物直接进入烘干转桶设备进行火力(燃煤供热)高温烘干脱水，而且肥料的养分经高温炭化损失很大，更重要的是机械处理成本比较高，对环境污染很大；

普通发酵法虽然解决了某些有机废弃物料的发酵问题，但发酵技术和机械处理技术成本都很高，同时由于机械处理设计不合理，导致了对处理物料有很大的局限性和发酵质量不彻底性，在处理中还需要进行二次发酵处理，限定了生产量比较小，产品质量受到局限。在生产过程中还得需要消耗其他能源(燃煤供热)进行脱水干燥，大大提高了生产成本，同时也没有克服环境污染的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的生产方法，通过微生物发酵处理，把微生物工程、太阳能设施工艺及自动化发酵、疏松、输送干燥综合处理装置巧妙地结合起来，对污泥等有机废弃物进行发酵、分解、螯合、络合、清消、吸附和转化，达到使其成为无污染的高效生物发酵活性有机肥料的目的。

本发明的另一目的是提供一种利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的发酵、疏松、输送、干燥综合处理装置，通过将发酵池设置于温室的塑膜大棚及可以前后、或左右、或上下移动旋转的翻刨转轮的设计，充分利用太阳能和自身的发酵能量，解决了发酵质量和生产中无需消耗其他能源的问题，达到提高产量、降低成本、保护环境和实现了规模工业化生产的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的生产方法，其特征是：它包括如下步骤：

(1)配料：按照如下重量份数的配比配料：

有机废弃物：1000份、

酵母菌：0.5-5.0份、

辅助发酵菌剂：0.1-3.0份、

吸附剂：1-20份、

保水剂：0.1-0.5份；

(2)混合发酵：

将配料送到发酵、疏松、输送、干燥综合处理装置中进行混合均匀和发酵，发酵时间为120-200小时，温度在30-80℃之间，将有机废弃物中的病原菌和寄生虫卵杀死；将有机废弃物中的有毒物：农药、石油烃、多环芳烃、硝基芳香烃、氰脂类、碳酸气、亚磷酸盐、硫化氢、吲哚酮类发臭腐败物质或重金属，通过发酵、降解、吸附、清消、钝化、络合或螯合方法，转化为植物能吸收的有机化合物，发酵终点的判定为没有原料的腐朽气味，而具有发酵的香味；

(3)粉碎过筛及检验包装：

将完成发酵的物料通过粉碎机粉碎，进入造粒机制成颗粒状并过筛，再按照常规检验包装。

该有机废弃物包括畜禽粪便、秸秆、枯枝落叶、稻壳、果渣、草炭、药渣及城市污水处理厂的污泥的一种或多种组合。该辅助发酵菌剂包括如下菌种的至少一种：解磷菌、解钾菌、固氮菌、螺旋盐杆菌、红球菌、丛毛单胞菌、节杆菌、分枝杆菌、甲烷杆菌、芽基甲苯孢杆菌、土壤杆菌、黄杆菌、微球菌、枝动杆菌、乳酸杆菌、曲霉菌、青霉菌或根霉菌。该保水剂是选自粉末或颗粒状的树脂保水剂。该吸附剂是选自沸石粉。

本发明还提供一种利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的综合处理装置，其特征是：它是一种集发酵、疏松、输送和干燥于一身的综合处理装置，它包括在发酵池上分别设有供活动车前后或左右移动的纵向移动轨道和横向移动轨道，该活动车上装设有升降机构和翻刨转轮，上部罩设有塑膜大棚，在发酵池和塑膜大棚的纵向两端分别设有进料口和出料口。

该塑膜大棚是由塑膜大棚行架外面铺设有塑膜，在顶部的塑膜呈错开铺设，形成通风口。该活动车设有四个行车轮，行车电机带动行车轮在横向移动轨道上横向移动。该升降机构的升降中心轴的一侧通过升降中心轴托和螺丝固定于升降方纲梁上，另一侧通过支撑架固接于升降方纲梁上，另一端设有升降从动链轮与升降主动链轮啮合，该升降方纲梁另侧连接的槽钢的上部设有升降轴托，升降轴托上的销孔供装置升降架销轴。该翻刨转轮的结构是在一长轴上焊接有多数支撑杆，每个支撑杆的顶端形成具有2-4齿的叉子形的机械手，该电机传动轴与翻刨转轮的从动轴设计在一条断开的中心线上。

下面结合较佳实施例和附图进一步说明。

附图说明

图1是本发明的综合处理装置的横向剖视示意图。

图2是本发明的活动车的侧视示意图。

图3是本发明的纵向活动车的主视示意图。

图4是本发明的翻刨转轮的平面示意图。

图5是图4的左视示意图。

图6是本发明的升降机构示意图。

图7是图6的右视示意图。

图8是本发明的生产工艺流程示意图。

具体实施方式

参阅图8所示，本发明的利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的生产方法包括如下步骤：

1、配料：按照如下重量份数的配比配料：

有机废弃物    1000份、

酵母菌        0.5-5.0份、

辅助发酵菌剂  0.1-3.0份、

吸附剂        1-20份、

保水剂        0.1-0.5份；

2、混合发酵：

将混合均匀的配料输送到发酵、疏松、输送干燥综合处理装置中进行发酵，发酵时间为120-200小时，温度在30-80℃之间。这一过程可将污泥中的有毒物，例如：氰脂类、碳酸气、亚磷酸盐和硫化氢、吲哚酮类等发臭腐败物质通过物化、吸附方法转化为可利用的有机化合物，这一过程将解决各种微生物对污泥、畜禽粪便、果渣等有机废弃物的充分发酵问题。

3、粉碎过筛及检验包装：

将上述完成发酵的物料通过粉碎机粉碎，造粒级制成颗粒状并过筛，再按照常规检验、包装。由于其为现有技术，故不详述。

其中有机废弃物包括畜禽粪便、秸秆、枯枝落叶、稻壳、果渣、草炭、药渣及城市污水处理厂的污泥等一种或多种组合；

该辅助发酵菌剂包括如下菌种的至少一种：解磷菌、解钾菌、固氮菌、螺旋盐杆菌、红球菌、丛毛单胞菌、节杆菌、分枝杆菌、甲烷杆菌、芽基甲苯孢杆菌、土壤杆菌、黄杆菌、微球菌、枝动杆菌、乳酸杆菌、曲霉菌、青霉菌或根霉菌。本发明经过长期的反复的试验研究证明：通过加入辅助发酵菌剂，可以极大地增强发酵效果，提高有机肥的品质。

保水剂是选用市售的农用的保水剂产品。该保水剂是选自以粉末或颗粒为主的高吸水树脂保水剂，无毒、无臭、无害，不溶解于水，具有吸水力强、保水力大、释水性好及反复使用期长等特点

吸附剂选用沸石粉。该沸石粉具有较强的阳离子交换容量，能保证有机肥料中的养分在处理中不流失，又因沸石具有多孔构造能吸收水分和气体成分的特性，起到保水、保肥、保温、提高肥料品质的作用。在土壤里还起到吸氨保氮的作用，并使土壤变得疏松。因沸石的交换性盐基多，还能使有机肥料中无效磷变成有效磷而被作物吸收，据试验资料表明有效期在两年以上。同时对有机污染物和重金具有明显的吸附和清除作用。

通过长期的研究和实践，创造出本发明的综合处理装置。

参阅图1-图7所示，本发明所使用的发酵、疏松、输送、干燥综合处理装置是一种集发酵、疏松、输送和干燥以一身的综合处理装置，它包括在发酵池1的顶部罩设有塑膜大棚6，在发酵池1和塑膜大棚6的纵向两端分别设有进料口7和出料口(图未示，在进料口7的对侧)。发酵池1是在水泥地面11的周边建造砖石结构的墙壁12，形成长方形池体(也可以是方形或其他形状)，提供发酵物料进行发酵和干燥处理；

塑膜大棚6是由塑膜大棚行架62外面铺设有塑膜61，在顶部的塑膜61呈不连续的错位铺设，形成自吸式的通风口63，本发明的塑膜大棚6形成温室，可以充分利用太阳能，对有机废弃物进行彻底的发酵处理，不需要另外提供热源，极大地降低制造成本。

在发酵池1内设有供活动车4左右移动的横向移动轨道2，在横向移动轨道2下面的两侧分别设有供活动车4前后纵向移动的纵向移动轨道3，纵向移动轨道3是固定于发酵池1内的左右两侧的半高墙31上，横向移动轨道2通过底部设有行走轮41和行走电机42的驱动，在纵向移动轨道3上纵向移动。如图1、2所示

本发明的活动车4上装设有升降机构8和翻刨转轮5，活动车4设有四个行车轮40，通过行车电机43的驱动，行车轮40在横向移动轨道2上横向移动，行车电机43的输出轴430的链轮431与行车轮40的轴上的链轮401啮合，行车电机43带动行车轮40在横向移动轨道2上左右横向移动；横向移动轨道2下设的四个纵向行走轮41的转轴410通过轴承412与轮架44枢接，轮架44与双轨横向移动轨道2的侧边的连接板441连接，固接于活动车4的横向移动轨道2上，行走电机42固定于横向移动轨道2上，行走电机42的主轴套422由支架423支撑，主轴420上的链轮421通过链条与活动车4的行走轮41的转轴410上的链轮411连接，行走电机42转动，带动活动车4的行走轮41转动，在纵向轨道3上纵向移动，如图2、3所示。

旋转电机45设于连接板441上，旋转电机45的输出轴与翻刨转轮5的主轴50连接，旋转电机45带动翻刨转轮5旋转，如图2所示。

参阅图4-图5所示，翻刨转轮5的结构是在一主轴50上固接有多数支撑杆51，每个支撑杆51的顶端形成具有2-4齿的叉子形的机械手52，而且旋转电机45的传动轴与翻刨转轮5的从动轴设计在一条断开的中心线上，增大了翻刨转轮5的旋转角度，使翻刨转轮5能够实现上下、左右、前后三维工作。

参阅图6-图7所示，本发明的升降机构8是通过向下90度的角度变化，实现使翻刨转轮5在上下移动，该升降机构8的升降中心轴81的一侧通过升降中心轴托811和螺丝814固定于升降方纲梁84上，另一侧通过支撑架812固接于升降方纲梁84上，另一端设有升降从动链轮82与升降主动链轮83啮合，升降主动链轮83通过升降电机启动(图未示)，该升降方纲梁84另侧连接的槽钢85的下部设有轴承座托架86，上部设有升降轴托87，升降轴托87上的销孔871供装置升降架销轴872，通过升降电机启动升降主动链轮83转动，带动升降从动链轮82旋转，连动翻刨转轮5向下90度角的范围内摆动，使翻刨转轮5在发酵池1内90度角的范围内摆动旋转，同时，翻刨转轮5的主轴上的链轮501与旋转电机45的输出轴上450的链轮451连接，旋转电机45带动翻刨转轮5旋转，代替人工在发酵池1中进行上料、混合、疏松、输送和出料。

本发明的发酵、疏松、输送、干燥综合处理装置是一种结构简单、多功能及高效率的联合装置，使用时，是在发酵池1的一侧进料口7进料，通过活动车4上的翻刨转轮5的上下、左右、前后三维旋转作用，不断地将发酵物料混合发酵和翻转移动，完成发酵、疏松、输送和干燥的综合处理，至发酵池1的另一侧出料口(图未示)出料，节省了设备成本，减少了工序，实现连续化的生产作业，开创了发酵工业的新装置。

本发明的操作，除了加料和出料外，只需操作电机控制柜(图未示)，就可以控制活动车4上的翻刨转轮5前后、或左右或上下动作，免除了体力劳动，具有自动化较高的优点。

以下通过具体的实施例对本发明详细说明。

实施例1

本发明的利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的生产方法包括如下步骤：

1、配料：按照如下重量份数的配比配料：

有机废弃物污泥800公斤、畜禽粪便100公斤、草炭100公斤、酵母菌1.0公斤、辅助发酵菌剂0.5公斤、吸附剂2公斤、保水剂0.2公斤；其中辅助发酵菌剂包括解磷菌0.2公斤、螺旋盐杆菌0.2公斤、红球菌0.1公斤；

2、混合发酵：

将配料输送到发酵、疏松、输送、干燥综合处理装置中进行混合均匀和发酵处理，发酵时间为130-135小时，温度在40-60℃之间，发酵终点的判定为没有原料的腐朽气味，而具有发酵的香味。

3、粉碎过筛及检验包装：

通过粉碎机粉碎成颗粒状，并使用40目的筛网过筛，再按照常规检验包装。

本发明的方法生产的生物发酵活性有机肥料的商品名称为“羌郎生物发酵活性有机肥”，经北京市新型肥料质量监督检验站的检验，其主要质量指标如下：

全氮2.01％、全磷(P₂O₅)2.02％、全钾(K₂O)1.26％、水分8.4％、有机物总量34.0％及腐植酸总量7.01％。

其中的有害物质残存量为：

砷8.54mg/kg、汞3.07mg/kg、镉9.45×10^-1mg/kg、铬45.85mg/kg及铅33.45mg/kg。

参阅附件一：北京市新型肥料质量监督检验站的检验报告单单价1-2页。

本发明所使用的污泥样品的分析结果如下：

有机质51.6％(烘干重)、总磷(P)3.96mg/g(风干重)、氮(N)2.71％(风干重)、钾(K)7.9％(风干重)、铬(Cr)86.7mg/kg(风干重)、铅(Pb)36.4mg/kg(风干重)、镉(Cd)0.7mg/kg(风干重)、砷(As)10.5mg/kg(风干重)、汞(Hg)4.8mg/kg(风干重)。

参阅附件二：国家环境分析测试中心的分析测试报告单1-2页。

从上述测试数据可以清楚的看到：

1、本发明的方法生产的生物发酵活性有机肥料富含有氮、磷、钾的营养成分；特别是有机物总量34.0％及腐植酸总量7.01％都较高，是一种综合的营养活性有机肥。

2、另外，其中重金属等有害物质，通过发酵明显的比污泥原料中的含量减少。

实施例2

本发明的利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的生产方法包括如下步骤：

1、配料：按照如下重量份数的配比配料：

有机废弃物污泥700公斤、畜禽粪便150公斤、水果渣150公斤、酵母菌1.5公斤、辅助发酵菌剂0.7公斤、吸附剂2公斤、保水剂0.2公斤；其中辅助发酵菌剂包括解钾菌0.2公斤、固氮菌0.2公斤、分枝杆菌0.1公斤、丛毛单胞菌0.2公斤；

2、混合发酵：

将配料输送到发酵、疏松、输送、干燥综合处理装置中进行混合均匀和发酵处理，发酵时间为140-150小时，温度在50-70℃之间，发酵终点的判定为没有原料的腐朽气味，而具有发酵的香味。

3、粉碎过筛及检验包装：

通过粉碎机粉碎成颗粒状，并使用40目的筛网过筛，再按照常规检验包装。

其产品的主要质量指标如下：

全氮1.09％、全磷0.54％、全钾0.86％、有机物总量51.3％及腐植酸总量13.1％。

参阅附件一：北京市新型肥料质量监督检验站的检验报告单第3页。

比较实施例1和实施例2的产品质量指标，可以看到：

使用的原料不同，其产品的质量指标不同，本实施例2使用了水果渣原料，其制造的生物发酵活性有机肥料的产品中的有机物总量51.3％及腐植酸总量13.1％，都有大幅提高，因此，通过使用不同的原料，可以开发出适用于不同植物的活性有机肥料产品。

实施例3

本发明的利用有机废弃物制造生物发酵活性有机肥料的生产方法包括如下步骤：

1、配料：按照如下的配比配料：

有机废弃物污泥600公斤、畜禽粪便200公斤、稻壳150公斤、药渣50公斤、酵母菌1.2公斤、辅助发酵菌剂0.6公斤、吸附剂10公斤、保水剂0.35公斤；其辅助发酵菌剂包括乳酸杆菌0.2公斤、甲烷杆菌0.2公斤、红球菌0.1公斤、芽基甲苯孢杆菌0.1公斤；

2、混合发酵：

将配料输送到发酵、疏松、输送、干燥综合处理装置中进行混合均匀和发酵处理，发酵时间为150-170小时，温度在60-75℃之间，发酵终点的判定为没有原料的腐朽气味，而具有发酵的香味。

3、粉碎过筛及检验包装：

通过粉碎机粉碎成颗粒状，并使用30目的筛网过筛，再按照常规检验包装。

下面举例说明本发明的生物发酵活性有机肥料的应用试验效果。

以大白菜为例，通过使用本发明的生物发酵活性有机肥料的实际生产对比应用效果，使用本发明的生物发酵活性有机肥料与空白试验比较，增产17.6-18.3％；与常规施肥试验比较，增产4.1％以上。

参阅附件三：羌郎有机肥大白菜试验总结第1-6页。

本发明的主要有益效果如下：

一、本发明的方法，有效的解决了畜禽粪便、秸秆、枯枝落叶、稻壳、果渣、草炭、药渣及城市污水处理厂的污泥等固体废弃物难以彻底发酵的问题，形成产品后无臭味、无污染、无二次发酵现象产生，免去了工厂化生产中二次发酵的工艺过程。在利用微生物发酵技术处理有机固体废弃物是一个很大的突破。同时在微生物的共生共殖、新陈代谢的作用下，有效的降低对污泥等有机固体废弃物中的重金属含量。(参阅附件一和附件二的《分析测试报告单》)。

二、在连续120-200小时及30-80℃的温度下发酵，将病虫卵、大肠杆菌、病原菌等有害细菌杀死，保证了肥料的无害化，减少了土壤和作物受到污染和病虫害的侵害，将有机肥、生物菌肥和腐殖酸肥进行有机复合，对植物生长进行有效地激活效果。

三、通过利用塑膜大棚温室装置和自身的发酵热能相结合，使物料中大量的水分在无需外加能源的情况下很快由70-80％降至20％，保证了物料中的养分不受损失，这一过程将实现生产工艺中物理流体学、生物化学和微生物学中的能源的充分利用，解决生产过程中的通风问题、环保问题和降低能耗问题。

四、通过本发明的发酵、疏松、输送、干燥联合装置的自动化机械处理设备，在机械设计方面采用三维的动作设计，主设备既能上下运动、又能左右和前后移动、同时还能自身的旋转运动，起到混合、搅拌、疏松、输送等功能，特别是旋转功能，有效的解决了污泥、果渣、药渣等有机废弃物的胶体性大、粘性大、含水率高的有机废弃物的发酵处理问题。

本发明使用的处理污泥等有机固体废弃物的专用发酵、疏松、输送、干燥联合装置，是本发明人通过反复的生产实践开创的全新的机械设备，在微生物发酵工程生产方面具有如下的突出特点：

1、机械设计思维巧妙，生产过程简单合理，结合利用现代温室设施别具一格，采用自动化工艺，简单易学。

2、规模可大可小，投资可多可少，适应大规模生产或因陋就简小规模试制；其出料、入料或翻转的自动化程度高，节省人力，降低成本，提高生产效率。

3、无需做设备防腐处理，设备成本低，使用寿命长，故障率低。

4、能耗低，整个生产过程利用物料自身的发酵热和太阳热供给，运行成本低。

5、连续的生产方式，使工艺更合理，操作更方便，产品性能稳定可靠。

6、利用微生物发酵原理，不受季节、天气的影响，可全天候生产。

7、生产过程中不会产生二次污染，恶臭物质(硫化物、氮化物等)通过生物分解而吸附转化，而不是使恶臭物质挥发而脱臭。

8、全套工艺采用保温、保时、干燥技术及保证了杀菌灭卵，保证了生物发酵活性有机肥料产品的活性。

附件一：北京市新型肥料质量监督检验站的检验报告单1-3页。

附件二：国家环境分析测试中心的分析测试报告单1-2页。

附件三：羌郎有机肥大白菜试验总结第1-6页。