寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置及其使用方法

季彬 彭軼楠 葉澤 祁宏山 曾楊 王治業*

（1.甘肅省科學院生物研究所，甘肅蘭州 730030；2.甘肅省微生物資源開發利用重點實驗室，甘肅蘭州 730030）

存欄10000 頭牛每年牛糞產生量約為15 萬t，污水產生量達30 萬t[1]。資料顯示，甘肅省有80%的畜禽糞便沒有進行無害化、資源化處理，不但造成了巨大的資源浪費，還導致了水體、大氣、土壤和農產品污染等一系列環境問題[2]。因此，急需尋找新的處理畜禽污染物的理論、技術和方法。將畜禽糞便進行生物發酵處理是一種有效的無公害化處理方式，發酵處理后生產的生物有機肥可以用于農業生產，達到保護環境目的的同時也兼顧了經濟效益的改善[3]。

生物有機肥目前多采用自然條件或加入腐熟菌劑的堆肥發酵，在對畜禽糞便、農作物秸稈等堆肥時，加入腐熟用的生產菌株可以有效縮短發酵腐熟周期，提高生產效率；但通常這些生產菌株均需要在適宜的溫度、濕度等環境條件下才可以實施，對于高海拔、高緯度、西北干燥地區，常見生物有機肥發酵菌劑通常只能在15℃以上才能啟動發酵，而且由于外界溫差較大，需要保持大型T 字形堆體，一般為底部3m 寬頂部2m 寬，高度2m，低于15℃生物有機肥企業不能正常生產[4]?，F有技術中，寒冷地區的生物有機肥發酵也有在帶有加熱夾套的發酵罐進行發酵的，通過加熱夾套對發酵罐內的物料進行加熱來滿足物料發酵所需的啟動溫度，發酵啟動后由于物料發酵自身產熱，進而滿足發酵需求，但由于部分地區晝夜溫差較大，發酵罐內物料白天發酵產熱過多，而夜間溫差過大，發酵罐溫度流失速度過快，導致大部分時間物料均無法保持最佳發酵溫度，需浪費大量能源用于保持發酵罐內的發酵溫度，發酵效率慢[5]，為此本文提出一種寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置及其使用方法，用于解決上述問題。

1 裝置結構

寒冷地區生物發酵技術旨在提供一種寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置，它可以通過儲存物料發酵產生的多余熱量延長物料發酵高溫保持時間和補償物料啟動發酵加熱，有效降低寒冷地區的物料發酵耗能。循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置包括發酵罐本體，發酵罐本體的外壁包裹有加熱夾套，且加熱夾套外側包裹有發酵罐保溫套，加熱夾套的上下水管通過管道連接有熱水供應設備，發酵罐本體與加熱夾套之間設置有熱補償盤管，熱補償盤管的上下水管通過管道連接有能量儲存機構，能量儲存機構包括熱量儲存罐和換熱盤管，換熱盤管設置于熱量儲存罐內，且熱量儲存罐內腔填充有高熱密度導熱油，熱量儲存罐的外側包覆有熱量儲存保溫套，換熱盤管的出水端設置有溫度補償循環泵，且溫度補償循環泵輸出端與熱補償盤管進水端連通。

熱量儲存罐通過管道連接有第一膨脹箱，所述換熱盤管通過管道連接有第二膨脹箱，所述熱量儲存罐的容積是發酵罐本體容積的3～5 倍。熱量儲存保溫套的外側陣列設置有多個太陽能真空管，且多個太陽能真空管的內腔連通有熱泵機組，所述熱泵機組輸出端與熱量儲存罐的底部相抵。發酵罐本體的底部設置有輔助卸料機構，且輔助卸料機構包括有設置于發酵罐本體內的螺旋鉸刀和設置于發酵罐本體外側的鉸刀驅動機構。發酵罐本體上端設置有進料口，且發酵罐本體的一側設置有斗式提升機，所述斗式提升機的輸出端對應發酵罐本體的進料口，所述發酵罐本體的底部設置有卸料口，且卸料口處設置有卸料閘。發酵罐本體的兩側壁中部均設置有送氣管，且一側所述送氣管通過管道連接羅茨風機的輸出端。換熱盤管的輸入端繞接有熱量回收盤管，且另一側所述送氣管通過管道連接熱量回收盤管進氣端。溫度補償循環泵和熱水供應設備均電性連接有溫度補償控制器，且溫度補償控制器電性連接有物料溫度傳感器，所述物料溫度傳感器設置于發酵罐本體內腔。

2 裝置操作步驟

寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置的使用方法包括斗式提升機、溫度補償控制器等設備設施的啟動，具體操作步驟如下：啟動斗式提升機，將混有微生物菌劑的生物有機肥發酵物料轉運至發酵罐內；啟動溫度補償控制器，溫度補償控制器通過發酵罐內的物料溫度傳感器檢測溫度，若溫度低于15℃，則驅動熱水供應設備，并在加熱夾套內循環熱水，對發酵罐內的物料進行緩慢加熱，4～6h 溫度將達到15℃。物料達到發酵啟動溫度后開始發酵，其中的微生物逐漸生長，開始產熱，物料溫度自身上升時，溫度補償控制器發出電信號關閉熱水供應設備，停止加熱，并控制發酵罐盤管泵入能量儲存罐中的導熱油進行循環，隨著物料逐步升溫，帶動儲熱罐逐步升溫至65～75℃；待系統整體開始降溫時，補償系統停止循環，由物料自行發酵至終點并出料；再次啟動斗式提升機完成進料，進料后溫度補償控制器直接啟動能量儲存機構，通過能量儲存機構上次發酵的余熱初步加熱物料；當物料加熱到達啟動溫度時系統重復執行，直至完成所有物料的發酵。作為本發明的一種優選方案，所述熱量儲存罐內設置有儲能溫度傳感器，且儲能溫度傳感器與溫度補償控制器電相連接。

3 裝置具體使用方法

圖1a 為寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置，發酵罐的底部設置有輔助卸料機構，包括螺旋鉸刀和設鉸刀驅動機構，通過驅動螺旋鉸刀在發酵罐內腔底部高速旋轉，螺旋鉸刀旋轉切割上部物料，物料在自重作用下塌落，聚集在發酵罐底部的倒圓錐部位通過出料口排出，從而實現連續出料，發酵罐上端設置有進料口，且發酵罐的一側設置有斗式提升機，斗式提升機的輸出端對應發酵罐本體的進料口，通過斗式提升機提升物料并導入發酵罐內，便于發酵罐的上料，發酵罐的兩側壁中部均設置有送氣管，且一側送氣管通過管道連接羅茨風機的輸出端，羅茨風機通過一側送氣管泵入氧氣，輔助物料發酵，發酵罐底部設置有卸料口，且卸料口處設置有卸料閘，發酵罐的外壁包裹有加熱夾套，且加熱夾套的外側包裹有發酵罐保溫套，加熱夾套的上下水管通過管道連接有熱水供應設備，發酵罐與加熱夾套之間設置有熱補償盤管，熱補償盤管的上下水管通過管道連接有能量儲存機構。

圖1 寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置及能量儲存機構

如圖1b 所示，能量儲存機構包括熱量儲存罐和換熱盤管，換熱盤管設置于熱量儲存罐內，且熱量儲存罐內腔填充有高熱密度導熱油，外側包覆有熱量儲存保溫套，換熱盤管的出水端設置有溫度補償循環泵。溫度補償循環泵輸出端與熱補償盤管進水端連通，熱量儲存罐通過管道連接有第一膨脹箱，換熱盤管通過管道連接有第二膨脹箱，第一膨脹箱和第二膨脹箱能為空氣提供膨脹空間，避免熱量儲存罐和換熱盤管內壓力過大，提高了熱量儲存罐和換熱盤管的使用壽命。熱量儲存保溫套的外側陣列設置有多個太陽能真空管，太陽能真空管的內腔連通有熱泵機組，熱泵機組輸出端與熱量儲存罐的底部相抵，太陽能真空管內填充導熱油，通過太陽能真空管接收光照將導熱油加熱，加熱后的導熱油與熱泵機組內的蒸發端接觸，通過熱泵機組將熱量轉移到熱量儲存罐底部，對熱量儲存罐內的導熱油進行加熱，能夠通過太陽能進行儲能，充分利用新型能源輔助物料加熱，更加節能環保。換熱盤管的輸入端繞接有熱量回收盤管，且另一側送氣管通過管道連接熱量回收盤管進氣端，通過熱量回收盤管能回收送氣管排出的熱量，減少熱量損耗，進一步提高熱量利用效率[6]。溫度補償循環泵和熱水供應設備均電性連接有溫度補償控制器，且溫度補償控制器電性連接有物料溫度傳感器，物料溫度傳感器設置于發酵罐內腔，溫度補償控制器通過物料溫度傳感器的回饋，控制各設備的啟動，從而保證物料發酵的正常進行。

4 裝置工作原理

物料初次發酵通過熱水供應設備在加熱夾套內循環加熱，達到啟動溫度后物料開始發酵，所產生的熱量通過能量儲存設備存儲，降低物料與環境溫度的差距，進而降低了熱量流失速度，可顯著延長物料65～75℃的溫度停留時間，并且能量儲存設備內存儲的熱量能在后續物料發酵起始階段輔助物料加熱，減少后續物料加熱所消耗的熱量，在解決寒冷地區生物有機肥起溫問題的同時延長高溫保持時間，有效殺滅病原菌、草籽、蛔蟲卵等，大大提高了物料發酵時間和發酵效果。

5 裝置優勢

寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置有能量儲存機構的循環熱補償，可顯著延長物料溫度停留時間，在解決寒冷地區生物有機肥起溫問題的同時延長高溫保持時間，有效殺滅病原菌、草籽、蛔蟲卵等，改善物料發酵時間和發酵效果，減少了寒冷地區為了保持發酵啟動溫度所消耗的能源，更加環保。寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置通過設置的太陽能真空管和熱泵機組能儲能太陽能，充分利用新型能源輔助物料加熱，更加節能。寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置通過熱量回收盤管裝置能回收送氣管排出的發酵氣體中的熱量，減少熱量損耗，進一步提高熱量利用效率。

6 小結

寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置的應用對處理畜禽養殖中糞便污染問題及環境保護有重要作用。畜禽糞便不進行無害化、資源化利用不但造成了巨大的資源浪費，還會導致一系列環境污染問題。寒冷地區循環熱補償式密閉高溫有機肥發酵裝置可以生產有機肥料，達到還田種植的良性循環，對養殖業和種植業有積極影響。