好氧堆肥工程技术与应用

好氧堆肥工程装备技术与应用广东省现代农业装备研究所广东弘科农业机械研究开发有限公司2016.11济南曾庆东高级工程师目录：一、概述二、好氧堆肥工程设计三、好氧堆肥工程的发酵设备四、堆肥工程设备化五、堆肥工程技术应用案例一、概述堆肥是有机废弃物实现无害化处置和资源化利用的重要技术手段。堆肥过程中，有机废弃物经过微生物的分解、合成，形成稳定的腐殖质类物质（有机肥料），达到无害化和资源化的目的。其中好氧堆肥是指在一定的水分、C/N比、通风等人工可控的条件下，通过好氧微生物的作用，实现固体废弃物稳定化的一种技术方法，是一种有机肥料的生产方式。堆肥化的产物就称为堆肥。由于好氧堆肥过程能提供杀灭病原体所需要的热量，所以也是一种固体有机废弃物的无害化处理方式。好氧堆肥工艺成熟稳定，它利用了微生物和生物质能源，符合生态学效应，经济有效，能节省投资和运行费用，适用于各种规模的有机固废处理项目，因而得到蓬勃发展。一、概述——好氧堆肥系统原理图一、概述——堆肥原料好氧堆肥工艺广泛适用于固体有机废弃物：1、农业生产各环节的废弃物，包括养殖业的各种畜禽粪便、废弃动物尸体、发酵床渣、种植业的秸杆、谷壳、蔬果残渣等；2、园林绿化业的落叶、修剪枝叶、花卉残体、水草等；3、加工业的食品残渣、蘑菇渣、酒渣、豆渣、糖厂滤泥等；4、建筑家居业的木屑、树皮等。5、居民生活的干净厨余等；各种材料都是优良的堆肥原料或辅料，资源巨量，潜力无限。一、概述——各种的堆肥原料图片一、概述——堆肥产品•堆肥产品用途广泛，可直接用作土壤改良剂，也可作为生产商品有机肥、生物有机肥和有机无机复混肥、复合微生物肥料的原材料，以及作为鱼塘水体调理剂。•堆肥产品依照其用途，应符合相关的产品质量标准。•堆肥的原料大多为有机废弃物，产品需要满足其相关环保标准，如堆肥卫生标准、堆肥农用标准，保证对环境无害。主要考虑的几个要素：1、原料：各式各样，来源广泛；要建议用户分析原料的养分含量，判断其经济价值。2、产品：比如土壤调理剂、生物菌肥等，不同产品对原料种类、原料处理、堆肥过程控制、产品加工、成品贮存的要求是不一样的，也就有不同的工艺选择和设计要求。用户根据市场需求进行产品规划。3、生产规模：设备规格选型；原料、成品贮存区设计；生产区的物流设计。根据原料来源、成品产量规划确定。4、相关法律、法规：主要是消防、环保（二次污染控制）等标准。5、用户其它要求：生产线自动化水平、设施防腐要求（使用寿命）等。二、好氧堆肥工程设计以上要求中，对设计者而言，用户需求是核心。厂区、设施、设备的规划主要根据用户的产品规划来设计。选择合理的堆肥工艺，精心规划生产流程，才能高效地把有机废弃物转化为有机肥料。1、堆肥生产工艺是根据原料情况、产品规划来选定的。它确定了原料处理、产品生产的总体流程，包括工艺配方、工艺过程、工艺参数和生产方法等要素。2、按堆肥生产工艺要求，开始设计生产流程，即分解成各个生产工序。3、规划完成工序的方法、设施、设备及人员配置。二、好氧堆肥工程设计—生产工序设计好氧堆肥工艺流程图原材料预处理堆垛陈化高温发酵产品加工贮存、销售原料、辅料臭气处理鼓风、翻拌工艺阶段原料预处理发酵工段产品加工环境治理工艺目的按工艺配方要求准备原料、辅料。•分解、稳定有机物；•杀灭有害微生物、虫卵、杂草种子等；•减少水分；•物料均一化。•除去杂质；•按产品配方生产成品；•产品贮存。•符合环保法律、法规，保护周边环境；•改善厂区、车间环境。设施、设备•仓库、车间•接纳、贮存、供料设备；•分拣、干燥（脱水）、混料设备•发酵场地、容器；•搅拌、翻堆设备；•鼓风装置。•粉碎、筛分、混合、造粒、干燥、冷却、计量、包装。•车间、仓库。•集风装置；•废气除臭装置；•渗漏液处理装置。物料输送、转运设备：铲车、叉车、运输车辆、皮带机、搅龙、提升机等。物料成分、工艺参数、环境各种数据的检测、监察装置，包括实验室设备。二、好氧堆肥工程设计—生产工序及设备、设施二、好氧堆肥工程设计—发酵工段的工序选择发酵阶段简易流程标准流程高端流程高温发酵简易垛堆；铲车翻动。机械翻堆；鼓风通气；水分调节。保温、保湿；机械翻拌；鼓风通气；调节水分、pH值、养分；陈化腐熟简易垛堆静态垛堆，必要时用铲车翻动。发酵工段是好氧堆肥工程的核心部分。这个工段关键是运用各种手段，包括设计堆肥工艺配方，发酵过程的通风、翻拌、加温、降温、加水、加干料，都是为了创造和维持一个适宜微生物生长、繁殖的条件，也可以说是建设一个“养”微生物的系统。生产企业需要根据自己的情况，来选择“粗养还是精养”。发酵工段的工艺流程规划：•堆肥企业应该规划建设具备合理、有效的设施，生产安全、卫生的堆肥产品；•简单的流程可以通过发酵配方、添加特定的微生物制剂等手段达到要求。三、好氧堆肥工程设计—发酵工段的分类好氧发酵工段有各种模式，都是根据原料、生产规模、场地、环保要求、自动化水平、投资等条件，来设计维持堆体的好氧状态，以满足定向微生物的稳定繁殖。堆肥系统类型一般根据堆料（垛）形态和翻拌形式，分为静态堆垛发酵、条垛翻堆发酵、槽式堆垛翻堆发酵、搅拌式容器发酵。堆肥系统类型翻拌方式通风方式设施、设备静态垛堆发酵开放式不翻拌自然通风堆料场地；铲车。隧道式不翻拌强制通风堆料隧道；鼓风机、排风机。膜覆盖不翻拌强制通风堆料场地；特殊覆盖膜、卷膜机、鼓风机、传感器、控制系统。条形垛堆翻堆发酵定期翻拌自然通风堆料场地（有室外、有室内）；人工驾驶翻堆机，电动翻堆机。槽式堆垛翻堆发酵定时翻拌强制通风发酵槽；移动式搅拌机、鼓风机、进出口送料系统。容器搅拌式发酵定时搅拌强制通风种类繁多，达诺滚筒、塔式堆肥装置、立式搅拌发酵罐、卧式搅拌发酵机等。三、好氧堆肥工程的发酵设备—静态垛堆发酵设备上述各子系统组成完整的膜覆盖静态垛堆发酵系统，在系统内部形成密闭的小环境，堆体中的微生物在合适的环境下（合理的C/N比，适合的含水率，充足的氧气）非常活跃，能高效地分解有机物，降低臭气浓度，最终形成充分好氧发酵的堆肥成品。三、好氧堆肥工程的发酵设备—静态垛堆发酵设备三、好氧堆肥工程的发酵设备—条垛堆肥设备三、好氧堆肥工程的发酵设备—槽式堆肥设备家庭、实验室用发酵罐仓贮式发酵立式发酵罐滚筒发酵机三、好氧堆肥工程的发酵设备—容器式堆肥设备翻堆机在堆肥生产中的作用：①搅拌物料：通过翻抖物料，使上层、下层的物料强制混合，实现堆体物料均一化；②调节料堆的温度：在翻堆机作业中，物料与大量新鲜空气充分接触、混合，一方面降低料堆温度，另一方面有助于好氧微生物活跃生热，维持在设定的温度范围。③改善料堆的通透性：通过翻堆，防止物料因堆积原因产生板结问题，保持料堆蓬松，有适宜的孔隙度，并防止堆体内部形成短路风道。④调节料堆的水分：通过翻堆，促进水蒸气强制性挥发。⑤实现堆肥工艺的特殊要求：破碎原料；保持堆体形状；实现料堆定量移位等。发酵工段需要应用各种有效的装备，来调控发酵参数。应用翻堆机对发酵堆体进行操作，是最通用、有效的手段。三、好氧堆肥工程的发酵设备—翻堆机作用链板式翻堆机工作示意图链板式翻堆机：链板式翻堆机构类似一台移动的链板输送机，有独特的多齿链板。在翻堆过程中，翻堆机沿隔墙轨道前行作业，多齿链板可以把底层物料掏空送走，上层物料会不停跌落到倾斜的链板输送头上，物料会在输送过程中打散、混合，翻过输送头向后散落，产生定量位移，使物料在槽内有规律、等距离后移，从而形成了一种定时翻堆、定距移位的标准好氧发酵机制。由于翻拌工作面宽，动作柔和，所以工作效率高、能耗少。链板式翻堆机集搅拌、移料功能于一体，用于槽式好氧堆肥生产的发酵工序。三、好氧堆肥工程的发酵设备—链板式翻堆机三、好氧堆肥工程的发酵设备—链板式翻堆机采用链板式翻堆机带来的进料、出料方式变化：采用链板式翻堆机后，由于翻堆机在翻堆过程中，定距离向后移动物料，这样发酵车间就可以分成投料区、发酵区、出料区（附图）。发酵物料经初处理后，只需运送到投料区即可，这不同于其它全进全出的发酵模式——需用铲车布料至整个发酵区。即：布料方式从面(原料仓库)→面（发酵车间）改为面（原料仓库）→线（发酵槽进料端），这就为自动布料系统设计提供了方便。我们通过架空皮带机、移动皮带机等组成布料系统，就可以很方便地实现将搅拌后的原料布置到投料区的功能。同样，发酵完成后，物料已移位到发酵槽的出料口，铲车不用深入槽内收集成熟料，直接从出料口铲走到下一个生产车间，也可能通过皮带系统接料到下一个工序。三、好氧堆肥工程的发酵设备——应用链板翻堆机的典型堆肥工厂三、好氧堆肥工程的发酵设备—链板式翻堆机链板式翻堆机（西门子）链板式翻堆机链板式翻堆机（韩国）链板式翻堆机三、好氧堆肥工程的发酵设备—链板翻堆机工作车间布料皮带机翻堆作业出料皮带机厂房密封除臭三、好氧堆肥工程的发酵设备—链板翻堆机工作车间链板式翻堆机具有的定量移位的功能，实现发酵翻堆作业和物料有序流动能同步进行，使堆肥生产的自动化、标准化程度大为提高，可以通过电动机械（皮带输送系统）组成自动化程度高、控制方便的物料流转系统，减少铲车等运输车辆的使用，降低车间物料转运成本；发酵车间不用预留铲车工作空间和承载车辆的行走负荷，操作人员不用再进入发酵场，为密封发酵车间提供了条件，方便设计、安装环控装置，可以彻底改善车间工人的工作条件和周边环境。三、好氧堆肥工程的发酵设备—链板翻堆机工作特点小结好氧堆肥工艺流程图原材料预处理堆垛陈化高温发酵产品加工贮存、销售原料、辅料臭气处理鼓风、翻拌四、堆肥工程设备化如图所示，标准的堆肥生产工艺包括原料预处理、配料、翻堆鼓风、环境控制等工序，各环节都需要有专业人员进行操控。一些小型的有机废弃物处理工程，比如农场式的养殖场、屠宰加工厂等企业，有机废弃物数量不足以支撑建设一个能盈利的有机肥料厂，又必须解决废弃物处理问题，选择一体化的发酵设备可以解决传统堆肥方法存在的辅料多、工艺复杂、占地面积大、废气处理难的问题。一体化的发酵设备集成了生物发酵、设备工程等多项技术和系统，适合于小型的有机废弃物处理工程。今天土地成本、人力成本在生产建设中占比越来越重，工程设备化提高了堆肥工程的机械化、自动化水平，将会成为越来越多厂家的选择。堆肥工程设备化是指将堆肥处理工艺物化到一台设备上，即将复杂的固废堆肥工艺流程——原料传送、贮存、搅拌发酵、鼓风曝气与排湿除臭等工序物化到一台设备中，实现堆肥系统设备化。即所说的一台设备=一个工厂，不用另建厂房。设备集原料处理、贮存、发酵、除臭于一身，不需要另设原料贮存、辅料调配、熟化垛堆等工序，工艺简单，使用方便；设备尽量应用自动化、智能化控制技术，实现设备操作简单化、处理高效化、系统环保化。堆肥工程设备化在技术上并不复杂，关键在于设备的可靠性。由于设备的工作对象是固体有机废弃物，生产过程产生的各种成分对钢材有较强的腐蚀性，而一台设备由于容积大，造价不菲。所以要求设备工作可靠，从结构设计、材料选择、制造工艺都要保证设备的耐用性。容器式堆肥设备就是发酵工程设备化最好选择。目前发达国家对环保设施的要求：高度化、集约化、长寿命化。也就是设备占地少、操作简单、可靠耐用，也体现设备设计、制造上的环保、循环理念。四、堆肥工程设备化它是一台立式密闭式发酵机，内部附有可以输送空气和进行搅拌的搅拌叶片。工作原理：在好氧条件下，通过好氧菌的作用，分解畜禽粪便等有机废弃物，同时蒸发掉有机废弃物中的水分，使有机废弃物变为优质的有机肥。四、堆肥工程设备化仓贮式堆肥发酵系统包括混合装置、发酵仓、转仓输送系统、鼓风装置、发酵废气处理系统等组成。整个生产过程是在高效可控的条件下进行，应用PLC控制技术，自动化程度高，并且模块化设计可以将生产线根据生产规模进行随意组合、扩充，满足固体发酵的自动化、规模化生产要求。四、堆肥工程设备化仓贮式堆肥发酵系统加热式搅拌发酵机四、堆肥工程设备化立式发酵罐原料运输—密封运输车辆、计量地磅原辅料堆放区、铲车、叉车臭气引风管道密封式生产车间•以下以一个采用立式发酵工艺的堆肥工厂为例，介绍规范处理废弃物及一种较简易的有机肥生产的工艺。