一种固体有机物好氧加压高温发酵的方法及装置与流程

本发明属于固体有机物资源化利用技术领域，具体是一种固体有机物好氧加压高温发酵的方法及装置。

技术背景

目前，我国高效、集约化农业和农产品加工业获得飞速发展，同样带来了大量固体有机物资源被闲置、丢弃，也造成了有机物资源的浪费，很多地方还造成了对环境的污染。固体有机物包括秸秆、中草药渣、木薯渣、甘蔗渣、畜禽粪渣、压滤菌泥等等，经过粉碎等预处理后，可以利用生物技术，在厌氧或好氧发酵的条件下转化成为富含丰富腐植酸质和动植物可吸收的养分产物，重新回到现代农业生产中，减少农业生产对化肥的使用量，有利于提高土壤的有机质、改善土壤活性、提高农产品质量，也可以作为畜禽饲养的饲料，减少饲料投资成本。

固体有机物的资源化利用存在以下困难：

(1)固体有机物资源化利用之前需要进行粉碎，传统粉碎设备存在能耗高，筛网易堵塞，产量低的问题，特别是针对高湿、长纤维、硬质类的固体有机物根本无法进行粉碎，需要晒干或烘干使水分到45％以下才能流畅粉碎。

(2)固体有机物质量轻，体积大，包装搬运困难，一般长距离集中发酵处理制成产品后，再一次长距离分散销售，造成运输成本高昂。

(3)固体有机物资源化就是要通过生物发酵的方式实现物料的脱水、腐熟和无害化，传统条跺式、槽式的固体有机物发酵工艺，多为露天或车间内进行发酵，受环境温度、臭气处理等因素制约，而且存在占地大、工艺控制困难、水分蒸发慢、发酵周期长等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种固体有机物好氧加压高温发酵的方法及装置，它不仅可以解决传统方式固体有机物预处理的粉碎能耗高、筛网易堵塞，产量低的问题，还解决传统方式占地大、废气处理困难、发酵温度和工艺难于控制、水分蒸发慢、发酵周期长、收集运输成本高昂的问题，实现系统装备化，固体有机物可就地资源化利用，有利于技术和装备的推广应用。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

一种固体有机物好氧加压高温发酵的方法，工艺步骤为：

固体有机物经过分级设备分级，其中的长纤维类进入高湿固体有机物粉碎机进行粉碎处理后分别加入发酵菌剂、N营养盐和水，混合均匀后送入固体有机物好氧加压高温发酵罐中进行发酵，最后排出物料。

所述发酵菌剂为高效固氮菌、解磷解钾菌、光合菌、乳酸菌、酵母菌中的一种或几种混合，所述发酵菌剂、N营养盐和水的添加量均分别为高湿固体有机物质量的0.5％～20％。

所述固体有机物在固体有机物好氧加压高温发酵罐内发酵时间为5-12天。

所述好氧加压高温发酵罐内至上而下形成中温50-60℃、高温60-72℃和中温45-60℃三个梯度，水分自上而下从60％-70％递减为30％-45％；发酵罐内压力范围为-2MPa～4MPa；氧气体积是空气体积的18％～21％。

所述的一种固体有机物好氧加压高温发酵的方法采用的装置，包括：高湿固体有机物粉碎机、混料机、配料机、上料输送机、固体有机物好氧加压高温发酵罐和控制中心；高湿固体有机物粉碎机的出料端和配料机的出料端分别连接混料机的进料端，混料机的出料端连接上料输送机的进料端，上料输送机的出料端连接固体有机物好氧加压高温发酵罐的进料系统，控制中心分别控制高湿固体有机物粉碎机、混料机、配料机、上料输送机、固体有机物好氧加压高温发酵罐的启停。

所述高湿固体有机物粉碎机，包括下料仓、出料机构、输送带、切碎机、粉碎仓和机架；

所述出料机构为耙齿滚筒形状，设在下料仓底部，出料机构连接调速电机；

所述切碎机为往复斜切铡刀式，包括铡刀砧板、铡刀、铡刀导杆、偏心轮和第一驱动电机；铡刀砧板一端连接输送带的出料端，另一端连接粉碎仓的进料口；铡刀位于铡刀砧板上方，铡刀安装在铡刀导杆下端，铡刀导杆上端连接偏心轮，偏心轮连接第一驱动电机，第一驱动电机固定在机架上；所述铡刀导杆上设有至少一组定位轮，定位轮固定连接机架；

所述输送带的进料端位于出料机构下方，出料端连接铡刀砧板，出料端上方还设有压辊，压辊连接切碎机；输送带连接第二驱动电机；

所述粉碎仓为卧式结构，仓内设有物料倒流板和粉碎刀架结构；物料倒流板位于粉碎仓内顶部，为“L”字形结构，其勾头位于粉碎仓的进料口，另一端连接粉碎仓的出料口；所述粉碎仓为卧式结构，仓内设有物料倒流板和粉碎刀架结构；物料倒流板位于粉碎仓内顶部，为“L”字形结构，其勾头位于粉碎仓的进料口，另一端连接粉碎仓的出料口；所述粉碎刀架机构位于物料倒流板下方，由主轴、多组刀架盘、多组刀架和多组刀具构成，主轴两端分别轴承连接机架，多组刀架盘均布在主轴上，多组刀架均布在刀架盘上，多组刀具均布在刀架上；第三驱动电机连接主轴；还包括限位板，限位板固定在粉碎仓的出料口。

所述固体有机物好氧加压高温发酵罐，包括罐体、进料系统、固定轴、布料机构、移料机构、出料机构、泄气口、出料口和内热交换器；

进料系统设于罐顶，包括储料仓和进料舱门，进料舱门设于储料仓底部；进料舱门的舱门板通过活动耳与罐体固定；舱门板连接气缸，气缸安装在储料仓顶上；

固定轴设于罐体内，为中空结构，两端分别轴承连接罐顶和罐底，固定轴底端密封且伸出罐底连接液压马达，液压马达连接液压油泵；固定轴顶端伸出罐顶；

布料机构、移料机构和出料机构均为不锈钢材质或碳钢防腐处理，均呈剪刀状结构，从上而下依次排布在固定轴上；

泄气口设于罐顶连接泄气装置，泄气装置包括高压排风机，高压排风机一端管道连接与泄气口，另一端管道连接生物洗气塔；

出料口设于罐底；

内热交换器设于罐体内壁，内热交换器的进气口开设在罐体中部或中下部，连接充氧加压系统，充氧加压系统包括高压鼓风机、储气罐、外热交换器和加热系统，高压鼓风机连接储气罐，储气罐管道连接外热交换器的进气口，外热交换器的出气口管道连接内热交换器的进气口；加热系统连接外热交换器；内热交换器的出气口设于罐体上部或顶部且管道连接固定轴顶端。

还包括分别与控制中心连接的仓内物料感应器、罐内物料感应器、氧气传感器、压力传感器和温度探测器；仓内物料感应器设于储料仓内，罐内物料感应器、氧气传感器和压力传感器分别设于罐体内，温度探测器为多个，分别设于罐体内的上部、中部和下部。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的高湿固体有机物粉碎机不用筛网，不堵塞，各种含水率的固体有机物均可以粉碎，实现了低成本、大产量的粉碎预处理，不仅保障后续好氧发酵的充分和稳定，还可灵活独立使用，把固体有机物就地粉碎后用作蘑菇种植的基料或另作它用，提高固体有机物的资源化利用途径；

(2)本发明的固体有机物好氧加压高温发酵罐利用充氧加压系统保障了发酵所需的氧气，内外两套加温系统，有效利用生物发酵产生的温度，保证发酵温度稳定，升温快速，腐熟和无害化更快、更彻底，利用循环加压低温蒸发技术，通过压力差控制，使水份快速蒸发，缩短了发酵周期，提高了效率；

(3)本发明装置实现了模块化设计，采用罐式装备结构，占地小，装备化、自动化程度高，降低了劳动强度；

(4)本发明装置可多组并联使用，满足各种处理量的生产要求。

附图说明

图1为本发明一种固体有机物好氧加压高温发酵方法的工艺流程图。

图2为本发明的一种固体有机物好氧加压高温发酵装置的结构示意图。

图3为图2中高湿固体有机物粉碎机结构示意图。

图4是图3中刀架盘、刀架和刀具的结构示意图。

图5是图2中固体有机物好氧加压高温发酵罐结构示意图。

图6为图5中的布料机构结构示意图。

图7为图5中的移料机构结构示意图。

图8为图5中的出料机构结构示意图。

图中：1-高湿固体有机物粉碎机，2-配料机，3-混料机，4-上料输送机，6-生物洗气塔，9-控制中心，11-下料仓，12-出料机构，13-调速电机，14-输送带，15-压辊，16-铡刀砧板，18-铡刀，19-定位轮，110-铡刀导杆，111-偏心轮，112-第一驱动电机，113-机架，114-粉碎仓，115-物料倒流板，116-粉碎仓的出料口，117-第三驱动电机，1180-刀架，1181-顶套，119-主轴，120-刀架盘，121-刀具，122-限位板；

5-罐体，510-储料仓，511-进料舱门，512-仓内物料感应器，513-罐内物料感应器，515-气缸，516-活动耳，517-液压马达，518-液压油泵，519-固定支架，52-泄气口，520-出料口，521-高压排风机，53-氧气传感器，54-压力传感器，55-上轴承，56-下轴承，571-高压鼓风机，572-储气罐，573-外热交换器，574-内热交换器，575-加热系统，58-布料机构，581-上旋切刀，582-下旋切刀，583-导板，584-固定轴，585-法兰，586-气孔，588-刀片，59-移料机构，60-出料机构，7-温度探测器。

具体实施方式

下面结合实例、附图对本发明座进一步说明，本发明的实施不限于下列实施例。

如图1和图2所示，一种固体有机物好氧加压高温发酵的方法，工艺步骤为：

固体有机物经过分级设备分级，其中的长纤维类进入高湿固体有机物粉碎机1进行粉碎处理后进入混料机3，再通过配料机2向混料机3加入发酵菌剂、N营养盐和水，混合均匀后送入固体有机物好氧加压高温发酵罐中进行发酵，最后排出物料作为饲料或有机肥料、生物有机肥使用。固体有机物好氧加压高温发酵罐排出的气体进入生物洗气塔6净化，解决了尾气处理问题。控制中心9分别控制分级设备、高湿固体有机物粉碎机1、混料机3、配料机2、上料输送机4、固体有机物好氧加压高温发酵罐、生物洗气塔6的启停。

所述发酵菌剂为高效固氮菌、解磷解钾菌、光合菌、乳酸菌、酵母菌中的一种或几种混合，所述发酵菌剂、N营养盐和水的添加量均分别为高湿固体有机物质量的0.5％～20％。

所述固体有机物在固体有机物好氧加压高温发酵罐内发酵时间为5-12天。

所述好氧加压高温发酵罐内至上而下形成中温50-60℃、高温60-72℃和中温45-60℃三个梯度，水分自上而下从60％-70％逐渐递减为30％-45％；发酵罐内压力范围为-2MPa～4MPa，形成正压、负压状态；氧气体积是空气体积的18％～21％。

如图2所示，所述的一种固体有机物好氧加压高温发酵的方法采用的装置，包括：高湿固体有机物粉碎机1、混料机3、配料机2、上料输送机4、固体有机物好氧加压高温发酵罐和控制中心9；高湿固体有机物粉碎机1的出料端和配料机2的出料端分别连接混料机3的进料端，混料机3的出料端连接上料输送机4的进料端，上料输送机4的出料端连接固体有机物好氧加压高温发酵罐的进料系统。

如图3和图4所示，所述的高湿固体有机物粉碎机，包括下料仓11、出料机构12、输送带14、切碎机、粉碎仓114和机架113；

所述出料机构12为耙齿滚筒形状，设在倒三角结构的下料仓11底部，出料机构12连接调速电机13；

所述切碎机为往复斜切铡刀式，包括铡刀砧板16、铡刀18、铡刀导杆110、偏心轮111和第一驱动电机112；铡刀砧板16一端连接输送带14的出料端，另一端连接粉碎仓114的进料口；铡刀18位于铡刀砧板16上方，铡刀18安装在铡刀导杆110下端，铡刀导杆110上端连接偏心轮111，偏心轮111连接第一驱动电机112，第一驱动电机112固定在机架113上；所述铡刀导杆110上设有至少一组定位轮19，定位轮19固定连接机架113，用于限制铡刀导杆110水平方向不发生位移。

所述输送带14的进料端位于出料机构12下方，出料端连接铡刀砧板16，出料端上方还设有压辊15，压辊15连接机架113；输送带14连接第二驱动电机；

所述粉碎仓114为卧式结构，仓内设有物料倒流板115和粉碎刀架结构；物料倒流板115用于物料回流和出料，位于粉碎仓114内顶部，为“L”字形结构，其勾头位于粉碎仓114的进料口，另一端连接粉碎仓114的出料口116；所述粉碎刀架机构位于物料倒流板115下方，由主轴119、多组刀架盘120、多组刀架1180和多组刀具121构成，主轴119两端分别轴承连接机架113，多组刀架盘120均布在主轴上，每组刀架盘120上均布有多组刀架1180，每组刀架1180上均布有多组刀具121；第三驱动电机117连接主轴119。刀具121的刀口为锯齿状。同一刀架1180上相邻的两组刀具121之间设有顶套1181。

所述高湿固体有机物粉碎机主体为不锈钢或碳钢材质。

还包括限位板122，限位板122固定在粉碎仓114的出料口116，通过限位销可调节限位板122的高度，以调节出料口116的大小。

如图1和图5所示，所述的固体有机物好氧加压高温发酵罐，主体为不锈钢材质或碳钢防腐处理，包括罐体5、进料系统、固定轴584、布料机构58、移料机构59、出料机构60、泄气口52、出料口520和内热交换器574；

进料系统设于罐体5顶部，包括储料仓510和进料舱门511，进料舱门511设于储料仓510底部，用于控制物料从储料仓510进入罐体5内；进料舱门511四周设有密封垫，进料舱门511的舱门板通过活动耳516与罐体5固定连接；舱门板连接气缸515，气缸515安装在储料仓510顶上。通过气缸515控制进料舱门511的开闭，控制物料储料仓510的物料进入罐体5。

固定轴584设于罐体5内，为中空结构。固定轴584的上端伸出罐顶且通过上轴承55连接罐顶，下端伸出罐底且通过下轴承56连接罐底，下端还连接液压马达517，液压马达517连接液压油泵518；固定轴584的底端密封。

布料机构58、移料机构59和出料机构60均为不锈钢材质或碳钢防腐处理，均呈剪刀状结构，布料机构58和出料机构60各一组分别连接在固定轴584的上部和下部，移料机构59为若干组呈螺旋排布固定在固定轴584中部。

也可以是：布料机构58、移料机构59、出料机构60各连接一根中空短轴分别形成整体结构，再通过法兰585依次串连成固定轴584。

如图6所示，布料机构包括上旋切刀581和下旋切刀582，上旋切刀581和下旋切刀582呈剪刀状连接在固定轴584上，上旋切刀581和下旋切刀582上各设有两个导板583。

如图7所示，移料机构包括上旋切刀581和下旋切刀582，上旋切刀581和下旋切刀582呈剪刀状连接在固定轴584上，上旋切刀581在刀身尾端、刀身中部各设两个导板583，下旋切刀582在刀身尾端、刀身中部各设两个导板583，且刀背上均设有气孔586，气孔586连通固定轴584内。

如图8所示，出料机构包括下旋切刀582，下旋切刀582与固定轴584连接，下旋切刀582的刀身尾端、刀身中部分别设有两个导板583，刀口上间隔均布有多片刀片588。

泄气口52设于罐顶，泄气口52连接泄气装置，泄气装置包括高压排风机521，高压排风机521一端管道连接泄气口52，另一端管道连接生物洗气塔6。出料口520设于罐底；

内热交换器574设于罐体5内壁，内热交换器574的进气口开设在罐体中部或中下部，内热交换器574本体沿罐体5内壁向上环绕，内热交换器574的出气口开设在罐体上部并管道连接固定轴584顶端。内热交换器574的进气口连接充氧加压系统，充氧加压系统包括高压鼓风机571、储气罐572、外热交换器573和加热系统575，高压鼓风机571连接储气罐572，储气罐572管道连接外热交换器573的进气口，外热交换器573的出气口管道连接内热交换器574的进气口；加热系统575连接外热交换器573。所述的加热系统575为电加热、太阳能加热、热泵加热、沼气加热、蒸汽加热的一种或几种。

所述罐体5为圆柱体，高径比为1.0～3.5。

还包括固定支架519；罐体5置于固定支架519上。

还包括分别与控制中心9连接的仓内物料感应器512、罐内物料感应器513、氧气传感器53、压力传感器54和温度探测器59；仓内物料感应器512设于储料仓510内，罐内物料感应器513、氧气传感器53和压力传感器54分别设于罐体5内，温度探测器7为多个，分别设于罐体5内的上部、中部和下部。

本发明装置的工作原理：

所述的控制中心9分别与分级设备、高湿固体有机物粉碎机1、混料机3、配料机2、上料输送机4、固体有机物好氧加压高温发酵罐的进料系统、充氧加压系统和泄气装置、温度传感器7、氧气传感器53、压力传感器54、各驱动电机相连接以实现自动控制。

包括秸秆、中草药渣、木薯渣、甘蔗渣、畜禽粪渣、压滤菌泥等固体有机物经过分级设备分级，其中的物料呈块状、条形长纤维或高湿状态由下料仓11经输送带14进入切碎机，经过初步切碎后进入粉碎机，刀具121将物料切割、敲打，在刀具121高速旋转的同时，物料会随着物料导流板115被往返切割、敲打，最后从粉碎仓的出料口116排出到混料机3。通过调节限位板122高度，控制粉碎仓的出料口116的大小，从而控制出料的粗细程度，粉碎仓的出料口116越小，出料越慢，物料在粉碎机内停留的时间越长，物料就越细碎，反之粉碎仓的出料口116越大，出料速度越快，物料就越粗大，因此本发明高湿固体有机物粉碎机可以根据所需物料的粗细程度进行调节粉碎。

物料粉碎处理后送入混料机3，由配料机2分别向混料机3加入发酵菌剂、N营养盐和水进行混合，混合均匀后送入储料仓510，由储料仓510投料入好氧加压高温发酵罐中发酵5-12天，在好氧加压高温发酵罐中根据控制中心9的信号指令循环实现进料、布料、充氧加压、移料、泄气、出料的工序处理，利用加压负压交替循环蒸发技术，提高固体有机物的水份蒸发速度，生物发酵使固体有机物快速转化为富含丰富腐植酸质和动植物可吸收的养分产物，达到固体有机物资源化利用的要求，排出物料可以作为饲料使用，也可以作为有机肥料、生物有机肥使用。好氧加压高温发酵罐排出的废气经由生物洗气塔6净化再排放，解决废气污染问题。

投料、出料为序批式模式，充氧加压、泄压为序批式模式，发酵罐内至上而下形成升温区50-60℃、高温区60-72℃、降温区45-60℃三个梯度，水分自上而下从60％-70％递减为30％-45％，发酵罐内形成正压、负压状态，快速蒸发水分。

仓内物料感应器512根据储料仓510的物料堆高信号反馈给控制中心9，控制投料到储料仓510；罐内物料排出后，形成一定的物料位差，罐内物料感应器513反馈信号给控制中心9，控制气缸515打开进料舱门511投料到罐内，同时启动泄气装置。进料舱门511关闭，泄气装置停止，投料完成，液压马达517驱动固定轴584顺时针转动，布料机构58把固体物料均匀布置于罐内，移料机构59同时把物料在罐内水平位移，并起到破桥、混合作用，温度传感器7、氧气传感器53、压力传感器54分别反馈检测信号给控制中心9，管理充氧加压系统的启停。当发酵物料温度达到设定温度后，升温区温度达到55℃或高温区达到65℃，液压油泵、充氧加压系统启动；或氧气浓度低于18％的设定浓度后，液压驱动、充氧加压系统启动；或发酵罐气压达到正压0.08MPa设定压力后，泄气装置的高压排风机521启动,发酵罐气压达到负压0.07MPa设定压力，泄气装置的高压排风机521停闭；储气罐572压力低于设定压力2MPa，高压鼓风机571启动，压力达到设定压力4MPa，高压鼓风机571停止。