好氧堆肥釀制技術及生產裝置的研究與實施

張航孫雪嬌由莉莉趙紅星劉忠孝于洪蘭趙洪斌

(1.長春市農業機械研究院，吉林 長春 130062；2.農安縣哈拉海鎮綜合服務中心，吉林 農安 130204)

1 背景技術及發展過程

本研究涉及一種好氧堆肥釀制技術及生產裝置，該裝置是利用液體和有機材料的混合物，通過壓縮空氣的曝氣不斷攪拌和循環作用來混合液體及有機材料，曝氣有助于好氧微生物在液體堆肥釀制過程中的快速繁殖，利于堆肥快速形成，屬于好氧發酵生產液體堆肥技術領域。

很早以前，人們一直利用有氧發酵有機廢料等傳統方法來生產營養豐富的堆肥，并且已經掌握了分解有機材料的方法和生產堆肥的裝置或生產設備。

堆制堆肥是一種生產堆肥的有效方法，但存在一些缺點。堆制堆肥需要不斷進行翻轉攪拌和隨時進行溫度、濕度監測，以調整堆肥堆的水分和氧氣水平。這些工作包括翻轉堆和混合堆肥堆，或添加干燥的有機材料，這些都是密集和耗時費力的勞動。如果氧氣水平不足以使有機材料進行好氧分解，厭氧生物就可能會占據主導地位，而使堆肥堆制過程受到果蠅、蒼蠅等侵擾。尤其是在炎熱的夏天，令人惡心的霉菌和難聞氣味時有發生，經常處于這種環境下，會對人們的健康造成損害。為了解決這些問題，人們采用在密閉容器內使用活性炭吸附作用來減少氣味，但這種方法對蒼蠅和霉菌的控制是無能為力的。另外，還可以通過空氣流動來保持堆肥干燥；有人建議使用抽真空的方法排出大多數生命活動所需要的氧氣；利用干燥的方法，如使用干燥機，可以消除垃圾分解所需要的水分。但是這些方法都是不可取的，因為要消耗很多能量，同時還將其自身的氣味、濕氣和熱量排放到周圍環境中，造成一定的環境污染。

堆制堆肥過程如果水分不夠，堆肥發酵過程就會減慢或停止。堆肥堆還可能吸引動物、昆蟲、嚙齒動物等前來挖掘，極大地影響了環境衛生和人們的身體健康，這些都不利于堆肥的堆制。

堆肥箱和堆肥滾筒也曾用于生產堆肥。由于堆肥箱不能翻轉和混合堆肥，并且難以在堆肥箱內輸送氧氣和監測控制堆肥堆的水分和氧氣含量水平，現在人們很少使用。而堆肥滾筒通過增加轉動使堆肥得到混合，很好地解決了堆肥箱的這些缺點。然而，仍然需要密切監測堆肥滾筒內容物的濕度水平，并定期通過轉動滾筒來混合內容物來增加氧氣含量，生產過程也是比較復雜。

還有一種方法是釀造堆肥茶。堆肥茶是通過腐熟的堆肥與空氣鼓泡水在一個水箱釀造的。堆肥茶釀造裝置為生活在堆肥中的好氧生物在水中快速繁殖創造了有利條件。生產的液體堆肥被用于植物和土壤的噴灌，如通過噴霧器給植物進行葉面施肥。

2 主要研究內容

好氧堆肥釀造裝置包括一個堆肥容器，該堆肥容器用于存儲待攪拌的液體，并與有機材料混合以產生液體堆肥。該堆肥容器包括容器裝料口，用于將液體和有機材料裝填到堆肥容器的內部；液體排放口，用以排出所產生的液體堆肥。利用該技術使壓縮空氣分配器通過設置在堆肥容器內腔的最底面部位曝氣器，連續向堆肥容器的內部液體混合有機物料釋放壓縮空氣，以便將有機材料與液體混合物料收到氣體攪拌和充分混合，從而使有機混合物料得到連續曝氣，迫使堆肥過程的好氧微生物得到快速繁殖，形成好氧堆肥，而釀造裝置下面的固體堆肥大多用于營養土配制，來進行蔬菜種植，是營養價值非常豐富的有機肥料。好氧堆肥釀制技術及生產裝置應用，有助于堆肥技術工業化程度的不斷提高，隨著國家政策的不斷扶持，有機肥評價標準的不斷完善，堆肥技術在畜禽糞污中的資源化利用中將會越來越受到重視，保障畜禽養殖業和生態環境的和諧、健康、可持續發展[1]。

3 附圖說明及釀造裝置結構和組成

具體見圖1～12。

圖1 好氧堆肥釀造裝置的立體圖 圖2 好氧堆肥釀造裝置的側視圖 圖3 好氧堆肥釀造裝置的正視圖

圖4 好氧堆肥釀造裝置的剖視圖 圖5 處于未裝填狀態下的側面剖視圖 圖6 充滿液體狀態下的側面剖視圖

圖7 帶有充氣液體的側面剖視圖 圖8 用有機材料填充的側面剖視圖 圖9 液體和有機材料正在混合的側面剖視圖

圖10 排出液體堆肥的側面剖視圖 圖11 啟動壓縮空氣泵的流程圖 圖12 進行堆肥處理的流程圖

1.堆肥接收桶;2.堆肥容器;3.堆肥容器上端;4.堆肥容器下端;5.堆肥容器外壁;6.堆肥容器內壁;7.堆肥容器內腔;8.堆肥容器裝料口;9.液體堆肥排放口;10.裝料口蓋;11.排放閥門;12.壓縮空氣泵;13.輸氣導管;14.堆肥容器底部;15.空氣分配器;16.液體堆肥;17.裝料桶;18.曝氣器;19.液體;20.有機材料;21.壓縮空氣

4 釀造裝置工作原理及實施過程

結合附圖及結構組成對好氧堆肥釀造裝置作詳細描述。

在生產過程中，堆肥容器2首先裝填圖5、圖6所示的液體19的體積，液體19作為有機材料20的堆肥介質。堆肥容器2的堆肥容器內腔7可以部分或完全填充液體19。在不同的實施例中，所使用的液體19的體積可以不同，以適應不同體積的有機材料20。在一些實施例中，堆肥容器2可以被裝填堆肥容器內腔7大約3/4的體積。對于較大體積的有機材料20，將裝填較少的液體19來保證液體19的液面高度，以確保堆肥容器2不會產生溢流。

如圖4、圖7所示，可啟動壓縮空氣泵12，把壓縮空氣21由輸氣導管13傳送到空氣分配器15，經過曝氣器18向上曝氣并由下至上通過液體19。在一些實施例中，可以省略輸氣導管13，將壓縮空氣21直接從壓縮空氣泵12傳輸到空氣分配器15。

如圖8、圖9所示，在將有機材料20裝填到堆肥容器2內部之前或之后，可以啟動壓縮空氣泵12以分配壓縮空氣21。在圖7所示的實施例中，在裝填有機材料20之前，壓縮空氣21通過曝氣器18對液體19進行均勻曝氣。以這種方式，有機材料20在進入堆肥容器2內的液體19時將被均勻且自動地混合。當有機材料20被倒入液體19時，立即通過曝氣氣流攪拌會更有效地將有機材料20與液體19混合。

當壓縮空氣泵12被啟動時，壓縮空氣21將在堆肥容器2的堆肥容器底部14處或附近將通過空氣分配器15輸送到曝氣器18，由曝氣器18把壓縮空氣21分配到液體19中，使得壓縮空氣21從堆肥容器2的堆肥容器下端4向上曝氣，一直到堆肥容器2的堆肥容器上端3，使整個堆肥容器2中的液體19都得到均勻曝氣，從而將有機材料20與液體19得到充分混合，并使液體19在曝氣的同時加速了混合物中好氧微生物繁殖。優選地，壓縮空氣21在液體19所占的空間內均勻地曝氣，以便均勻地攪拌液體19和圖9所示的有機材料20的混合物。

在圖4所示的實施例中，所示的曝氣器18為對稱結構，能夠確保曝氣器18在液體19中均勻曝氣，以提高堆肥釀制過程的效率和攪拌的均勻性。在液體堆肥釀制過程中壓縮空氣21將通過空氣分配器15上的曝氣器18進入液體19向上曝氣。

如圖8所示，當液體19裝填在堆肥容器2的堆肥容器內腔7時，可以裝填有機材料20。有機材料20可包括固體、液體或半固體材料。有機材料20可通過堆肥容器2的堆肥容器裝料口8裝填到液體19中?？梢源蜷_容器裝料口蓋10以露出堆肥容器裝料口8，以便可以將有機材料20倒入或以其他方式通過堆肥容器裝料口8，直至進入堆肥容器內腔7并與液體19混合。

圖8顯示出了通過堆肥容器2的堆肥容器裝料口8，把裝料桶17內的有機材料20倒入到堆肥容器內腔7中。在不同的實施例中，有機材料20被倒入堆肥容器內腔7以與液體19混合的方式可以有不同方式。如，可以利用輸送機將有機材料20輸送到堆肥容器2中，或者使用軟管或其他導管通過堆肥容器裝料口8將有機材料20送入堆肥容器2內。

當有機材料20在液體19中混合時，可以關閉堆肥容器2上面的裝料口蓋10，完成堆肥容器裝料口8的封閉。這可防止堆肥過程受到污染或中斷，如天氣因素(雨、雪等)或動物(如害蟲或嚙齒動物)的進入，這些動物在堆肥釀制過程中可能會被從堆肥容器2中散發出的氣味所吸引。

當壓縮空氣21由空氣分配器15通過液體19進行分配時，有機材料20將與液體19連續混合。好氧微生物的繁殖將由液體19通過曝氣來完成，這將提高堆肥過程的生產效率。在堆肥過程中，可隨時向液體19添加有機材料20。在一些實施例中，堆肥容器2可包括給液體19加熱以輔助堆肥過程的加速(未示出)。

堆肥釀制過程將產生液體堆肥16，可通過液體堆肥排放口9排出。液體堆肥16可在好氧堆肥釀造裝置操作時從堆肥容器2中排出，先行排出額外的液體堆肥16。為了持續獲得液體堆肥16，要保持堆肥釀制過程，以便在使用液體堆肥16時(如通過液體堆肥排放口9)不會中斷。

有機材料20可包括液體、固體或半固體材料。在任一情況下，液體堆肥16可經由液體堆肥排放口9從堆肥容器2排出。在圖中所示的實施例中，液體堆肥排放口9包括可選擇性地打開液體堆肥16的排放閥門11，使液體堆肥16進入單獨的堆肥接收桶1。在排出所需的液體堆肥16之后，關閉排放閥門11以保證堆肥過程繼續進行，直到排出所有的液體堆肥16為止。

圖11和圖12是好氧堆肥釀制裝置的生產過程流程圖，準確說明了整個釀制過程的流程，能更好地指導堆肥釀制者生產實踐。

5 釀造裝置特點

好氧堆肥釀造裝置的特征：包括用于儲存液體體積的堆肥容器、用于向液體提供壓縮空氣的壓縮空氣泵、空氣分配器、曝氣器、液體堆肥排放口組成，堆肥容器包括堆肥容器上端、堆肥容器下端和用于儲存液體的堆肥容器內腔、空氣分配器和曝氣器，堆肥容器還包括堆肥容器底部和堆肥容器裝料口，其中堆肥容器裝料口用于裝填有機材料和液體，使有機材料與液體混合；壓縮空氣泵位于堆肥容器上部，便于操作和維護；好氧堆肥釀造裝置還包括連接在壓縮空氣泵和空氣分配器之間的輸氣導管，具有結構緊湊使用方便等特點；空氣分配器安裝有向液體進行曝氣的曝氣器，是好氧堆肥釀造裝置的核心部件，能提供大量的細小的空氣泡從好氧堆肥釀造裝置底部向上曝氣，使有機材料混合液得到均勻曝氣，提高了好氧微生物的繁殖速度；堆肥材料入口由堆肥容器裝料口組成，液體堆肥出口由液體堆肥排放口組成，由一個閥門控制，便于液體堆肥的排放使用；堆肥容器裝料口位于堆肥容器的上端，便于觀察堆肥容器內物料的情況并進行及時調整。

6 結論

通過好氧堆肥釀造裝置的一些實施例，能夠更好地理解好氧堆肥釀造裝置的結構和使用方法，能夠保證在最佳狀態下實現液體堆肥的批量釀制，同時能夠更好地了解本領域的當前發展狀況及需求。所生產的液體堆肥能夠配合水肥一體化滴灌系統使用，實現微生物生態有機肥替代農藥和化肥，使人們的生活方式得到改善和更加安全，給種植者提供了一個改善土壤生態環境的有效途徑[2]。擴大堆肥的使用，能夠調控土壤微生物群落的代謝功能和結構，從而改善土壤質量，實現農作物綠色有機生產和吉林省的黑土地保護總體規劃的實施。