好氧堆肥釀制技術(shù)及生產(chǎn)裝置的研究與實(shí)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(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林 長春 130062；2.農(nóng)安縣哈拉海鎮(zhèn)綜合服務(wù)中心，吉林 農(nóng)安 130204)

1 背景技術(shù)及發(fā)展過程

本研究涉及一種好氧堆肥釀制技術(shù)及生產(chǎn)裝置，該裝置是利用液體和有機(jī)材料的混合物，通過壓縮空氣的曝氣不斷攪拌和循環(huán)作用來混合液體及有機(jī)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(fā)酵生產(chǎn)液體堆肥技術(shù)領(lǐng)域。

很早以前，人們一直利用有氧發(fā)酵有機(jī)廢料等傳統(tǒng)方法來生產(chǎn)營養(yǎng)豐富的堆肥，并且已經(jīng)掌握了分解有機(jī)材料的方法和生產(chǎn)堆肥的裝置或生產(chǎn)設(shè)備。

堆制堆肥是一種生產(chǎn)堆肥的有效方法，但存在一些缺點(diǎn)。堆制堆肥需要不斷進(jìn)行翻轉(zhuǎn)攪拌和隨時(shí)進(jìn)行溫度、濕度監(jiān)測(cè)，以調(diào)整堆肥堆的水分和氧氣水平。這些工作包括翻轉(zhuǎn)堆和混合堆肥堆，或添加干燥的有機(jī)材料，這些都是密集和耗時(shí)費(fèi)力的勞動(dòng)。如果氧氣水平不足以使有機(jī)材料進(jìn)行好氧分解，厭氧生物就可能會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位，而使堆肥堆制過程受到果蠅、蒼蠅等侵?jǐn)_。尤其是在炎熱的夏天，令人惡心的霉菌和難聞氣味時(shí)有發(fā)生，經(jīng)常處于這種環(huán)境下，會(huì)對(duì)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(nèi)使用活性炭吸附作用來減少氣味，但這種方法對(duì)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(dòng)來保持堆肥干燥；有人建議使用抽真空的方法排出大多數(shù)生命活動(dòng)所需要的氧氣；利用干燥的方法，如使用干燥機(jī)，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?yàn)橐暮芏嗄芰?，同時(shí)還將其自身的氣味、濕氣和熱量排放到周圍環(huán)境中，造成一定的環(huán)境污染。

堆制堆肥過程如果水分不夠，堆肥發(fā)酵過程就會(huì)減慢或停止。堆肥堆還可能吸引動(dòng)物、昆蟲、嚙齒動(dòng)物等前來挖掘，極大地影響了環(huán)境衛(wèi)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(chǎn)堆肥。由于堆肥箱不能翻轉(zhuǎn)和混合堆肥，并且難以在堆肥箱內(nèi)輸送氧氣和監(jiān)測(cè)控制堆肥堆的水分和氧氣含量水平，現(xiàn)在人們很少使用。而堆肥滾筒通過增加轉(zhuǎn)動(dòng)使堆肥得到混合，很好地解決了堆肥箱的這些缺點(diǎn)。然而，仍然需要密切監(jiān)測(cè)堆肥滾筒內(nèi)容物的濕度水平，并定期通過轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒來混合內(nèi)容物來增加氧氣含量，生產(chǎn)過程也是比較復(fù)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(gè)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(chuàng)造了有利條件。生產(chǎn)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(jìn)行葉面施肥。

2 主要研究?jī)?nèi)容

好氧堆肥釀造裝置包括一個(gè)堆肥容器，該堆肥容器用于存儲(chǔ)待攪拌的液體，并與有機(jī)材料混合以產(chǎn)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(jī)材料裝填到堆肥容器的內(nèi)部；液體排放口，用以排出所產(chǎn)生的液體堆肥。利用該技術(shù)使壓縮空氣分配器通過設(shè)置在堆肥容器內(nèi)腔的最底面部位曝氣器，連續(xù)向堆肥容器的內(nèi)部液體混合有機(jī)物料釋放壓縮空氣，以便將有機(jī)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(jī)混合物料得到連續(xù)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(yǎng)土配制，來進(jìn)行蔬菜種植，是營養(yǎng)價(jià)值非常豐富的有機(jī)肥料。好氧堆肥釀制技術(shù)及生產(chǎn)裝置應(yīng)用，有助于堆肥技術(shù)工業(yè)化程度的不斷提高，隨著國家政策的不斷扶持，有機(jī)肥評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，堆肥技術(shù)在畜禽糞污中的資源化利用中將會(huì)越來越受到重視，保障畜禽養(yǎng)殖業(yè)和生態(tài)環(huán)境的和諧、健康、可持續(xù)發(fā)展[1]。

3 附圖說明及釀造裝置結(jié)構(gòu)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(cè)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(tài)下的側(cè)面剖視圖 圖6 充滿液體狀態(tài)下的側(cè)面剖視圖

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

圖10 排出液體堆肥的側(cè)面剖視圖 圖11 啟動(dòng)壓縮空氣泵的流程圖 圖12 進(jìn)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(nèi)壁;7.堆肥容器內(nèi)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(dǎo)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(jī)材料;21.壓縮空氣

4 釀造裝置工作原理及實(shí)施過程

結(jié)合附圖及結(jié)構(gòu)組成對(duì)好氧堆肥釀造裝置作詳細(xì)描述。

在生產(chǎn)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(jī)材料20的堆肥介質(zhì)。堆肥容器2的堆肥容器內(nèi)腔7可以部分或完全填充液體19。在不同的實(shí)施例中，所使用的液體19的體積可以不同，以適應(yīng)不同體積的有機(jī)材料20。在一些實(shí)施例中，堆肥容器2可以被裝填堆肥容器內(nèi)腔7大約3/4的體積。對(duì)于較大體積的有機(jī)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(huì)產(chǎn)生溢流。

如圖4、圖7所示，可啟動(dòng)壓縮空氣泵12，把壓縮空氣21由輸氣導(dǎo)管13傳送到空氣分配器15，經(jīng)過曝氣器18向上曝氣并由下至上通過液體19。在一些實(shí)施例中，可以省略輸氣導(dǎo)管13，將壓縮空氣21直接從壓縮空氣泵12傳輸?shù)娇諝夥峙淦?5。

如圖8、圖9所示，在將有機(jī)材料20裝填到堆肥容器2內(nèi)部之前或之后，可以啟動(dòng)壓縮空氣泵12以分配壓縮空氣21。在圖7所示的實(shí)施例中，在裝填有機(jī)材料20之前，壓縮空氣21通過曝氣器18對(duì)液體19進(jìn)行均勻曝氣。以這種方式，有機(jī)材料20在進(jìn)入堆肥容器2內(nèi)的液體19時(shí)將被均勻且自動(dòng)地混合。當(dāng)有機(jī)材料20被倒入液體19時(shí)，立即通過曝氣氣流攪拌會(huì)更有效地將有機(jī)材料20與液體19混合。

當(dāng)壓縮空氣泵12被啟動(dòng)時(shí)，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(gè)堆肥容器2中的液體19都得到均勻曝氣，從而將有機(jī)材料20與液體19得到充分混合，并使液體19在曝氣的同時(shí)加速了混合物中好氧微生物繁殖。優(yōu)選地，壓縮空氣21在液體19所占的空間內(nèi)均勻地曝氣，以便均勻地?cái)嚢枰后w19和圖9所示的有機(jī)材料20的混合物。

在圖4所示的實(shí)施例中，所示的曝氣器18為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，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(jìn)入液體19向上曝氣。

如圖8所示，當(dāng)液體19裝填在堆肥容器2的堆肥容器內(nèi)腔7時(shí)，可以裝填有機(jī)材料20。有機(jī)材料20可包括固體、液體或半固體材料。有機(jī)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(jī)材料20倒入或以其他方式通過堆肥容器裝料口8，直至進(jìn)入堆肥容器內(nèi)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(nèi)的有機(jī)材料20倒入到堆肥容器內(nèi)腔7中。在不同的實(shí)施例中，有機(jī)材料20被倒入堆肥容器內(nèi)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(jī)將有機(jī)材料20輸送到堆肥容器2中，或者使用軟管或其他導(dǎo)管通過堆肥容器裝料口8將有機(jī)材料20送入堆肥容器2內(nèi)。

當(dāng)有機(jī)材料20在液體19中混合時(shí)，可以關(guān)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(dòng)物(如害蟲或嚙齒動(dòng)物)的進(jìn)入，這些動(dòng)物在堆肥釀制過程中可能會(huì)被從堆肥容器2中散發(fā)出的氣味所吸引。

當(dāng)壓縮空氣21由空氣分配器15通過液體19進(jìn)行分配時(shí)，有機(jī)材料20將與液體19連續(xù)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(chǎn)效率。在堆肥過程中，可隨時(shí)向液體19添加有機(jī)材料20。在一些實(shí)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(chǎn)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(shí)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(xù)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(shí)(如通過液體堆肥排放口9)不會(huì)中斷。

有機(jī)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(jīng)由液體堆肥排放口9從堆肥容器2排出。在圖中所示的實(shí)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(jìn)入單獨(dú)的堆肥接收桶1。在排出所需的液體堆肥16之后，關(guān)閉排放閥門11以保證堆肥過程繼續(xù)進(jìn)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(chǎn)過程流程圖，準(zhǔn)確說明了整個(gè)釀制過程的流程，能更好地指導(dǎo)堆肥釀制者生產(chǎn)實(shí)踐。

5 釀造裝置特點(diǎn)

好氧堆肥釀造裝置的特征：包括用于儲(chǔ)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(chǔ)存液體的堆肥容器內(nèi)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(jī)材料和液體，使有機(jī)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(hù)；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(dǎo)管，具有結(jié)構(gòu)緊湊使用方便等特點(diǎn)；空氣分配器安裝有向液體進(jìn)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(xì)小的空氣泡從好氧堆肥釀造裝置底部向上曝氣，使有機(jī)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(gè)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(nèi)物料的情況并進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

6 結(jié)論

通過好氧堆肥釀造裝置的一些實(shí)施例，能夠更好地理解好氧堆肥釀造裝置的結(jié)構(gòu)和使用方法，能夠保證在最佳狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)液體堆肥的批量釀制，同時(shí)能夠更好地了解本領(lǐng)域的當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r及需求。所生產(chǎn)的液體堆肥能夠配合水肥一體化滴灌系統(tǒng)使用，實(shí)現(xiàn)微生物生態(tài)有機(jī)肥替代農(nóng)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(gè)改善土壤生態(tài)環(huán)境的有效途徑[2]。擴(kuò)大堆肥的使用，能夠調(diào)控土壤微生物群落的代謝功能和結(jié)構(gòu)，從而改善土壤質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物綠色有機(jī)生產(chǎn)和吉林省的黑土地保護(hù)總體規(guī)劃的實(shí)施。