一种区域调控且产品质量可追溯的开放式堆肥发酵方法与流程

[0001]
本发明涉及资源回收利用技术领域，尤其涉及一种区域调控且产品质量可追溯的开放式堆肥发酵方法。


背景技术：

[0002]
规模化畜禽养殖场粪便以及农作物秸秆等农业有机固体废弃物的无害化处理与资源化利用是当今重大的研究课题。目前，机械化高温好氧堆肥发酵技术是实现农业有机固体废弃物处理以及利用的主要模式，具体是以农业有机固体废弃物为主要原料，采用现代工程技术和微生物技术，为好氧微生物的生长繁殖提供适宜条件，促使农业有机固体废弃物快速发酵腐熟，同时利用生物能转化的高温实现杀虫灭菌、除臭以及脱水处理，以符合卫生标准要求。这种处理模式适合产业化生产作业，产量大；且堆肥产品质量稳定，肥效高，无污染，生产成本较低，能够满足规模化养殖场清洁化生产和防疫要求。
[0003]
目前，机械化高温好氧堆肥发酵主要有条跺式、u型槽式和l型开放式三种模式。其中，条跺式堆肥发酵模式因存在较多方面的制约因素，应用较少。u型槽式堆肥发酵模式是指堆体两侧设置墙体，墙体间呈u型槽的堆肥发酵模式，由于受到设施结构上的制约，堆体物料入槽发酵前必须进行预混调质，以调整碳氮比(c/n)以及水分等，这样就需要额外设置暂储场和预处理设备，同时增加转运量和转运设备。况且高温好氧堆肥发酵需要依次进行两个发酵过程，其中，第一发酵过程为无害化过程，目的是灭活病毒、病原菌和杂草种子；第二发酵过程为稳定化过程，目的是使堆体物料腐殖化，是生物再合成的过程，形成的腐殖物质相对稳定。u型槽式堆肥模式只能进行第一发酵过程，第一发酵结束后所得物料需要从u型发酵槽转出，之后异地进行第二发酵过程，该模式势必需要占用较大的空间、增加物料的转运量。同时该模式需要通过翻堆产生位移、腾出投料空间，因此只能一端投料、另一端出料，中途无法投料和取料，为了预留出每天的投料空间，势必需要每天进行翻堆前移、扰动槽内正处于发酵的堆体物料，从而导致整槽堆肥发酵失稳，出现堆体微生物菌群建立迟缓、堆体温度上升缓慢等问题。特别是冬季，由于外界温度很低，经常发生停止发酵的情况。这就意味着第一发酵的无害化过程失败，堆肥质量无法保证，也会对生态环境造成不良影响，能源消耗较大。l型开放式堆肥发酵模式是指堆体一侧设置墙壁，另一侧呈l型开放的堆肥发酵模式，该模式无须单独设置暂储和预处理空间，可直接投料于开放空间内，通过翻抛机预混搅拌对物料进行发酵前的调质处理。但是目前采用该模式进行堆肥发酵，实际运行过程中仍存在与u型槽式堆肥模式类似的问题，也是一端投料、另一端出料，发酵过程与u型槽式堆肥模式一样处于动态失稳状态，且仅进行第一发酵过程，第一发酵结束后所得物料从l型发酵槽转出，之后异地进行第二发酵过程，没有充分发挥l型开放式堆肥发酵模式的优势。
[0004]
另外，由于畜禽养殖场粪便以及作物秸秆等农业有机固体废弃物的多样性，往往造成每批次堆肥产品的理化性状指标差异性很大，给生产、销售和应用推广带来诸多不便。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种区域调控且产品质量可追溯的开放式堆肥发酵方法，本发明提供的方法充分发挥l型开放式堆肥发酵模式的优势，可以实现堆肥发酵的区域化调控，发酵过程与发酵周期可控，且堆肥产品质量可追溯。
[0006]
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0007]
本发明提供了一种区域调控且产品质量可追溯的开放式堆肥发酵方法，包括以下步骤：
[0008]
提供l型开放式发酵区域，所述l型开放式发酵区域由若干条l型开放式发酵槽组成，将所述l型开放式发酵区域划分为第一发酵区和第二发酵区，将所述第一发酵区和第二发酵区独立地划分为若干个子区，所述第一发酵区和第二发酵区独立地设置有翻抛机，且所述第一发酵区设置有槽底曝气装置；
[0009]
将发酵主料和发酵辅料投料于所述第一发酵区的子区中进行原位预混调质和第一原位发酵，得到第一原位发酵堆体；
[0010]
将所述第一原位发酵堆体转运至所述第二发酵区的子区中进行第二原位发酵；
[0011]
其中，所述投料、原位预混调质、第一原位发酵和第二原位发酵的过程中，均进行生产作业记录。
[0012]
优选地，每个所述l型开放式发酵槽包括单侧墙体和开放式堆肥地面，所述单侧墙体的高度独立为1.5～2.0m，所述开放式堆肥地面的宽度独立为6～10m，长度独立为40～120m。
[0013]
优选地，沿所述单侧墙体长度方向，远离所述单侧墙体的开放式堆肥地面的一侧设置有一条物料输送转运通道，所述物料输送转运通道的宽度为3～4m。
[0014]
优选地，所述l型开放式发酵槽的平面布置方式为单槽或双槽；
[0015]
当所述l型开放式发酵槽的平面布置方式为单槽时，沿l型开放式发酵槽的长度方向依次设置第一发酵区和第二发酵区；
[0016]
当所述l型开放式发酵槽的平面布置方式为双槽时，两条l型开放式发酵槽为平行非对称布置或平行对称布置；其中，当平行非对称布置时，两条l型开放式发酵槽的开口方向同向布置，以l型开放式发酵槽相同的一端为基准，沿两条l型开放式发酵槽的长度方向均依次设置第一发酵区和第二发酵区，且两条l型开放式发酵槽分别独立设置有一条物料输送转运通道；当平行对称布置时，两条l型开放式发酵槽的开口方向对向设置，一条l型开放式发酵槽为第一发酵区，另一条l型开放式发酵槽为第二发酵区，且两条l型开放式发酵槽共用一条物料输送转运通道。
[0017]
优选地，所述发酵主料包括畜禽粪便和/或沼渣，所述发酵主料的含水率≤80％；所述发酵辅料包括作物秸秆、食用菌渣和稻糠中的一种或几种，所述发酵辅料的含水率≤20％。
[0018]
优选地，所述原位预混调质后，发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体的含水率为55～60％，碳氮比为(25～30)：1。
[0019]
优选地，所述原位预混调质包括：采用翻抛机对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行翻堆，所述翻抛机包括开放式翻抛机和/或大跨度行架式翻抛机。
[0020]
优选地，所述第一原位发酵的周期为15～20d，所述第二原位发酵的周期为25～
30d。
[0021]
优选地，所述第一原位发酵时，间歇启动所述槽底曝气装置，对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行槽底曝气。
[0022]
优选地，所述第一原位发酵和第二原位发酵包括：采用翻抛机对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行翻堆，所述翻抛机包括开放式翻抛机和/或大跨度行架式翻抛机。
[0023]
优选地，所述生产作业记录包括发酵主料和发酵辅料进场投料与预混调质记录和堆肥发酵过程与作业周期控制记录。
[0024]
本发明提供了一种区域调控且产品质量可追溯的开放式堆肥发酵方法。针对传统u型槽式堆肥发酵模式以及目前l型开放式堆肥发酵模式存在有悖于生物发酵规律、建立起来的堆肥发酵条件由于受到进出料方式的制约而造成堆肥发酵失稳，致使第一发酵(即无害化过程)失败的问题，本发明提供的方法充分发挥l型开放式堆肥发酵模式的优势，可以实现堆肥发酵的区域化调控，发酵过程与发酵周期可控，能够提高堆肥生产效率、降低生产成本；同时，本发明提供的方法在投料、原位预混调质、第一原位发酵和第二原位发酵的过程中，均进行生产作业记录，能够减小不同批次堆肥产品质量差异，实现堆肥产品质量的可视化管理，确保堆肥产品质量可追溯。
附图说明
[0025]
图1为本发明中l型开放式发酵槽单槽布置且翻抛机为开放式翻抛机的示意图；
[0026]
图2为本发明中l型开放式发酵槽双槽非对称布置且翻抛机为开放式翻抛机的示意图；
[0027]
图3为本发明中l型开放式发酵槽双槽对称布置且翻抛机为开放式翻抛机的示意图；
[0028]
图4为本发明中l型开放式发酵槽双槽对称布置且翻抛机为大跨度行架式翻抛机的示意图；
[0029]
图5为图1对应的断面示意图；
[0030]
图6为图2对应的断面示意图；
[0031]
图7为图3对应的断面示意图；
[0032]
图8为图4对应的断面示意图；
[0033]
其中，1为l型开放式堆肥发酵空间，2为单侧墙体，3为槽底曝气装置，4-1为开放式翻抛机，4-2为大跨度行架式翻抛机。
具体实施方式
[0034]
本发明提供了一种区域调控且产品质量可追溯的开放式堆肥发酵方法，包括以下步骤：
[0035]
提供l型开放式发酵区域，所述l型开放式发酵区域由若干条l型开放式发酵槽组成，将所述l型开放式发酵区域划分为第一发酵区和第二发酵区，将所述第一发酵区和第二发酵区独立地划分为若干个子区，所述第一发酵区和第二发酵区独立地设置有翻抛机，且所述第一发酵区设置有槽底曝气装置；
[0036]
将发酵主料和发酵辅料投料于所述第一发酵区的子区中进行原位预混调质和第
一原位发酵，得到第一原位发酵堆体；
[0037]
将所述第一原位发酵堆体转运至所述第二发酵区的子区中进行第二原位发酵；
[0038]
其中，所述投料、原位预混调质、第一原位发酵和第二原位发酵的过程中，均进行生产作业记录。
[0039]
本发明提供l型开放式发酵区域，所述l型开放式发酵区域由若干条l型开放式发酵槽组成，将所述l型开放式发酵区域划分为第一发酵区和第二发酵区，将所述第一发酵区和第二发酵区独立地划分为若干个子区，所述第一发酵区和第二发酵区独立地设置有翻抛机，且所述第一发酵区设置有槽底曝气装置。作为本发明的一个实施例，每个所述l型开放式发酵槽包括单侧墙体和开放式堆肥地面，所述单侧墙体的高度独立优选为1.5～2.0m，所述开放式堆肥地面的宽度独立优选为6～10m，长度独立优选为40～120m。
[0040]
在本发明中，为了满足设施建设的经济性和便于作业管理，沿所述单侧墙体长度方向，远离所述单侧墙体的开放式堆肥地面的一侧优选设置有一条物料输送转运通道，所述物料输送转运通道的宽度优选为3～4m。
[0041]
本发明将所述l型开放式发酵区域划分为第一发酵区和第二发酵区，所述第一发酵区和第二发酵区独立地设置有翻抛机，利用所述第一发酵区的翻抛机可以在原位预混调质过程中对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行均质化，而且可以在第一原位发酵过程中对所述混合堆体进行翻抛通气和均质化，利用所述第二发酵区的翻抛机可以对混合堆体进行适时翻堆，以促进堆体半纤维素、纤维素和木质素等有机物的进一步腐解、陈化和堆体水分的进一步蒸发；所述第一发酵区设置有槽底曝气装置，利用所述槽底曝气装置可以在第一发酵过程中，对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行槽底曝气。在本发明中，所述翻抛机和槽底曝气装置的具体结构后续会详细说明。
[0042]
在本发明中，所述l型开放式发酵槽的平面布置优选为单槽或双槽。在本发明中，当所述l型开放式发酵槽的平面布置方式为单槽时，沿l型开放式发酵槽的长度方向依次设置第一发酵区和第二发酵区，如图1所示。在本发明中，当所述l型开放式发酵槽的平面布置方式为双槽时，两条l型开放式发酵槽为平行非对称布置或平行对称布置；其中，当平行非对称布置时，两条l型开放式发酵槽的开口方向同向设置，以l型开放式发酵槽相同的一端为基准，沿两条l型开放式发酵槽的长度方向均依次设置第一发酵区和第二发酵区，且两条l型开放式发酵槽分别独立设置有一条物料输送转运通道，如图2所示；当平行对称布置时，两条l型开放式发酵槽的开口方向对向设置，一条l型开放式发酵槽为第一发酵区，另一条l型开放式发酵槽为第二发酵区，且两条l型开放式发酵槽共用一条物料输送转运通道，两条开放式堆肥地面的宽度与一条物料输送转运通道的宽度之和优选为15～24m，如图3所示。
[0043]
在本发明中，所述l型开放式发酵槽的第一发酵区和第二发酵区独立地划分为若干个子区，所述第一发酵区和第二发酵区中若干个子区优选沿l型开放式发酵槽的长度方向划分，并独立地采用字母和/或阿拉伯数字进行标定，如标定为a区、b区、c区等，或标定为1区、2区、3区等，具体的，第一发酵区的子区标定为1-a区、1-b区等，第二发酵区的子区标定为2-a区、2-b区等。在本发明中，具体的，如图1～2所示，1-a、1-b、1-c、1-d、1-e、1-f、1-n和1-m为第一发酵区的子区，2-a、2-b、2-c和2-d为第二发酵区的子区；如图3～4所示，1-a、1-b、1-c、1-d、1-e和1-f为第一发酵区的子区，2-a、2-b、2-c、2-d、2-e和2-f为第二发酵区的子区。
[0044]
本发明将发酵主料和发酵辅料投料于所述第一发酵区的子区中进行原位预混调质和第一原位发酵，得到第一原位发酵堆体。在本发明中，所述发酵主料优选包括畜禽粪便和/或沼渣，所述发酵主料的含水率优选≤80％；所述发酵辅料优选包括作物秸秆、食用菌渣和稻糠中的一种或几种，所述发酵辅料的含水率优选≤20％。本发明对所述发酵主料和发酵辅料的来源没有特殊限定，具体的，所述畜禽粪便可以为规模化畜禽养殖场粪污经固液分离形成的可堆积物料，所述沼渣可以为大型或特大型沼气工程厌氧消化液经固液分离得到的沼渣。在本发明中，所述发酵主料和发酵辅料的配比以使所得堆体满足预混调质要求即可，具体的，所述原位预混调质后，发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体的含水率优选为55～60％，碳氮比(即碳的总含量与氮的总含量之比，记为c/n)优选为(25～30)：1。
[0045]
在本发明中，所述原位预混调质优选包括：对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行翻堆，所述翻堆采用的翻堆装备包括开放式翻抛机和/或大跨度行架式翻抛机。在本发明中，所述原位预混调质的过程中，所述翻堆的方式优选为往复翻拌，以保证发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体最终回到原位为基准，所述往复翻拌的次数优选为2～4次，具体的，每次往复翻拌均以混合堆体回到原位为基准，连续往复翻拌2～4次。在本发明中，所述翻堆装备可以沿着单侧墙体顶面铺设的轨道方向往复运行，翻堆装备上的翻抛机构可以自由升降(扬起和落下)，并由翻抛机构适时旋转翻拌混合堆体完成翻堆作业。在本发明中，所述开放式翻抛机优选适用于l型开放式发酵槽单槽布置、双槽非对称和双槽对称布置情况，具体的，所述开放式翻抛机的一端带有行走支架，另一端支撑于单侧墙体顶面铺设的轨道上实现往复运行，如图1～3和图5～7所示；所述开放式翻抛机的横向跨度优选为6～10m，更优选为6～8m。在本发明中，针对l型开放式发酵槽双槽对称布置情况，选用大跨度行架式翻抛机同样可以满足l型开放式堆肥发酵要求，所述大跨度行架式翻抛机的行架两端支撑于双槽对称布置的l型开放式发酵槽两侧的单侧墙体顶面铺设的轨道上实现往复运行，所述大跨度行架式翻抛机的翻抛机构为2条对称布置的l型开放式发酵槽共用，横向翻抛宽度优选为6～10m，更优选为6～8m，如图4和图8所示；所述大跨度行架式翻抛机的行架跨度优选为15～24m，更优选为15～22m。
[0046]
在本发明的实施例中，所述发酵主料和发酵辅料的投料以及预混调质方式优选包括：所述发酵主料由运载车辆转运进场，过磅(优选为地磅)后转运至堆肥发酵车间，由铲车沿物料输送转运通道直接投料于l型开放式发酵区域的第一发酵区的子区中，形成堆体；根据发酵主料的种类和物理化学性状(主要是含水率)，由铲车沿物料输送转运通道直接向该第一发酵区的子区中投加发酵辅料，启动翻堆装备对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行往复翻拌，直至翻拌均匀，完成原位预混调质作业。
[0047]
在本发明中，完成原位预混调质后随即进行第一原位发酵，得到第一原位发酵堆体。在本发明中，进行所述第一原位发酵的区域与进行原位预混调质的区域相同，均在第一发酵区中进行，因此可以不设发酵主料储料场和预混调质车间，也无需额外采用预混调质设备，且能够减少转运设备。
[0048]
在本发明中，所述第一原位发酵的周期优选为15～20d。在本发明中，所述第一原位发酵优选包括：对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行翻堆，所述翻堆采用的翻堆装备包括开放式翻抛机和/或大跨度行架式翻抛机。在本发明中，所述第一原位发酵的过程中，所述翻堆的方式优选为往复翻拌，以保证发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体最终回
到原位为基准。在本发明中，所述第一原位发酵的周期内，所述往复翻拌的次数优选为10～20次，其中，前5～10d优选每天往复翻拌1次，后10～15d优选每两天往复翻拌1次，具体的，每次往复翻拌均以混合堆体回到原位为基准。在本发明中，所述原位发酵的过程中所用翻堆装备的种类及设置情况优选与原位预混调质的过程中所用翻堆装备的种类及设置情况一致，在此不再赘述。
[0049]
在本发明中，所述第一原位发酵时，优选间歇启动所述槽底曝气装置，对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行槽底曝气。在本发明中，所述槽底曝气装置优选包括顺次连通的通风机、通气管和通气床，所述通气床上优选设置有气孔；所述槽底曝气优选是通过通风机将空气压缩进入通气管，所述空气经通气管进入通气床，最后经通气床上的气孔分布到混合堆体的各部位，完成槽底曝气作业。在本发明中，所述通风机的通气静止压力优选为1000～2500pa。在本发明中，所述槽底曝气的过程中，每立方米混合堆体的通气量优选为50～300l/min，更优选为100～150l/min。在本发明中，所述第一原位发酵优选包括依次进行的曝气发酵和非曝气发酵，所述曝气发酵周期优选占整个第一原位发酵周期的1/2，在曝气发酵阶段，优选每天进行2次槽底曝气，2次槽底曝气的间隔时间优选为5～7h，更优选为6h，每次槽底曝气的时间优选为50～70min，更优选为60min。
[0050]
在本发明中，在所述第一原位发酵的过程中，优选根据混合堆体含水率以及c/n，适时补充发酵主料和发酵辅料以调节含水率和c/n，根据混合堆体温度适时启动槽底曝气装置进行通气供氧、以及启动翻堆装备为混合堆体通气供氧的同时完成均质化。在本发明中，所述第一原位发酵过程为无害化过程，目的是灭活病毒、病原菌和杂草种子。
[0051]
得到第一原位发酵堆体后，本发明将所述第一原位发酵堆体转运至所述第二发酵区的子区中中进行第二原位发酵。本发明优选通过铲车沿物料输送转运通道将第一原位发酵堆体转运至第二发酵区的子区中进行第二原位发酵。
[0052]
在本发明中，所述第二原位发酵的周期优选为25～30d。在本发明中，所述第二原位发酵优选包括：对发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体进行翻堆，所述翻堆采用的翻堆装备包括开放式翻抛机和/或大跨度行架式翻抛机。在本发明中，所述第二原位发酵的过程中，所述翻堆的方式优选为往复翻拌，以保证发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体最终回到原位为基准。在本发明中，所述第二原位发酵的周期内，往复翻拌的次数优选5～6次，即优选每5d往复翻拌1次，具体的，每次往复翻拌均以混合堆体回到原位为基准。在本发明中，所述原位发酵的过程中所用翻堆装备的种类及设置情况优选与原位预混调质的过程中所用翻堆装备的种类及设置情况一致，在此不再赘述。
[0053]
在本发明所述第二原位发酵的过程中，通过适时启动翻堆装备进行翻堆，可以促进混合堆体中半纤维素、纤维素和木质素等有机物的进一步腐解、陈化和混合堆体水分的进一步蒸发。在本发明中，所述第二原位发酵的过程是混合堆体物料腐殖化以及生物再合成过程，形成的腐殖物质相对稳定。
[0054]
在本发明的实施例中，具体以混合堆体含水量作为基准判断第二原位发酵结束时间，当所述混合堆体含水量≤40％，即判定第二原位发酵结束。
[0055]
在本发明中，所述第二原位发酵完成后得到腐熟物料，所述腐熟物料的利用方式优选包括以下3种方式中的任一种或几种：
[0056]
方式1、将所述腐熟物料依次进行破碎、烘干(含水量优选≤30％)、冷却、筛分和计
量包装，得到粉状有机肥料；
[0057]
方式2、将所述腐熟物料作为返料接种于待堆肥发酵的堆体物料，进行下一个发酵周期；
[0058]
方式3、将所述腐熟物料作为初级原料，与其它辅料复配后，依次经造粒、烘干、冷却、筛分和计量包装，得到颗粒状生物有机肥、有机-无机复肥、缓释增效生物有机复肥等生态功能性肥料产品，以满足堆肥功能化和施肥作业机械化的要求。
[0059]
在本发明中，所述投料、原位预混调质、第一原位发酵和第二原位发酵的过程中，均进行生产作业记录。在本发明中，所述生产作业记录优选包括发酵主料和发酵辅料进场投料与预混调质记录和堆肥发酵过程与作业周期控制记录，这样可以为堆肥产品建立从原料(包括发酵主料和发酵辅料)供应、加工生产到销售环节的全流程信息链条，进而实现每个生产批次堆肥产品的快速定位、精准跟踪与追溯。
[0060]
在本发明中，所述发酵主料和发酵辅料进场投料与预混调质记录优选包括：
①
进投料单号、进场日期；
②
发酵主料和发酵辅料的种类、水分含量、处理量、干物质量以及水分量；
③
投料区域。
[0061]
在本发明中，所述堆肥发酵过程与作业周期控制记录优选包括
①
第一发酵和第二发酵的堆肥处理条件，包括作业起始日期、处理周期、原料堆积高度、日翻堆次数、往复翻拌次数以及曝气次数；
②
第一发酵和第二发酵过程中发酵主料和发酵辅料的干物质分解率；
③
第一发酵和第二发酵过程中发酵主料和发酵辅料的干物质分解产热量；
④
第一发酵和第二发酵过程中水分蒸发所需热量；
⑤
第一发酵和第二发酵终点的含水量。
[0062]
本发明优选根据堆肥产品生产信息设置堆肥产品生产批号，所述堆肥产品生产批号优选由日号和分号组成；所述日号优选是一组表示生产日期的6位数字，分号优选以一短横线方式与日号连接，其编制方法根据发酵主料和发酵辅料进投料与原位预混调质记录单号和堆肥发酵过程与作业周期控制记录单号制定，优选由一组4位数字组成；如所述堆肥产品生产批号可表示为200620-0309，200620表示生产日期为2020年6月20日，03为发酵主料和发酵辅料进投料与原位预混调质记录单号，09为堆肥发酵过程与作业周期控制记录单号。在本发明中，所述堆肥产品生产批号用以检查产品生产的时间、质量及有效期等，可以使堆肥发酵作业成为制度化、程式化和标准化作业。
[0063]
在本发明中，实施开放式堆肥发酵方法所用堆肥设施规模根据本领域技术人员熟知的方式计算即可，具体的，针对规模化畜禽养殖场而言，通过每天要处理的发酵主料和发酵辅料的规模量、发酵周期以及发酵主料和发酵辅料混合容重这三个参数即可计算出堆肥设施的必要规模。另外，考虑到发酵主料和发酵辅料水分含量的变化、当地环境及气候条件的变化等因素，在计算堆肥设施规模时要有一定的安全系数；本发明优选按地区设定不同系数，具体的，在温暖的南方地区安全系数可设为1.0、中部地区安全系数可设为1.1、较寒冷的北方地区安全系数可设为1.2。
[0064]
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0065]
实施例1
[0066]
本实施例对北方地区某规模化养猪场粪污进行堆肥发酵，该规模化养猪场的饲养规模为年出栏2万头商品种猪，按出栏量的60％计算，存栏猪为1.2万头，其中，种猪(公猪与母猪)为1200头，哺乳猪为3000头，保育猪为3000头，育肥猪为4800头；具体包括以下步骤：
[0067]
1、养殖场猪粪量与污水水量
[0068]
(1)鲜猪粪排放量：
[0069]
种猪排粪量：1200头
×
2.5kg/d＝3t/d；
[0070]
育肥猪和保育猪排粪量：7800头
×
1.7kg/d＝13.26t/d；
[0071]
哺乳猪排粪量：3000头
×
0.9kg/d＝2.7t/d；
[0072]
合计日排放鲜猪粪量：18.96t/d。
[0073]
(2)污水水量：
[0074]
猪尿及冲洗水量：1.2万头
×
16kg/d＝192t/d。
[0075]
(3)养殖场冲粪废水(即猪粪与污水)总量为：18.96+192＝210.96t/d，按250t/d基准设计计算后续堆肥发酵参数。
[0076]
2、发酵主料和发酵辅料计算
[0077]
(1)发酵主料：养殖场冲粪废水固含量为2％，固液分离后的干物质的含水量为75％，则每日干物质的处理量，即发酵主料量为250t/d
×
2％/(1-75％)＝20t/d。
[0078]
(2)发酵辅料：选择玉米秸秆为发酵辅料，含水量20％，目标水分含量为60％，则玉米秸秆添加量为20t/d
×
(75％-60％)/(60％-20％)＝7.5t/d。
[0079]
3.堆肥设施规模与发酵作业装备
[0080]
3.1堆肥产量与设施规模计算
[0081]
本实施例采用l型开放式堆肥发酵模式，其中l型开放式发酵区域由2条l型开放式发酵槽双槽对称布置，如图3所示。其中，所述l型开放式发酵槽包括单侧墙体和开放式堆肥地面，将所述l型开放式发酵区域划分为第一发酵区和第二发酵区；设施规模计算如下：
[0082]
(1)第一发酵周期干物质分解量与水分蒸发量
[0083]
猪粪分解量按式1计算：20t
×
(1-75％)
×
30％＝1.5t＝1500kg
ꢀꢀ
式1；
[0084]
秸秆分解量按式2计算：7.5t
×
(1-20％)
×
10％＝0.6t＝600kg
ꢀꢀ
式2；
[0085]
水分蒸发量按式3计算：
[0086]
[(1500kg
×
4500kcal/kg)+(600kg
×
3000kcal/kg)]/900kcal/kg＝9500kg
ꢀꢀ
式3；
[0087]
其中：式1中的30％为第一发酵周期内猪粪的分解率；式2中的10％为第一发酵周期内秸秆的分解率；式3中的4500kcal/kg为每分解1kg发酵主料平均产生的热量，3000kcal/kg为每分解1kg发酵辅料平均产生的热量，900kcal/kg为蒸发1kg的水分需要消耗的热量。
[0088]
(2)第二发酵周期干物质分解量与水分蒸发量
[0089]
猪粪分解量按式4计算：20t
×
(1-75％)
×
(35％-30％)＝0.25t＝250kg
ꢀꢀ
式4；
[0090]
秸秆分解量按式5计算：7.5t
×
(1-20％)
×
(12％-10％)＝0.12t＝120kg
ꢀꢀ
式5；
[0091]
水分蒸发量按式6计算：
[0092]
[(250kg
×
4500kcal/kg)+(120kg
×
3000kcal/kg)]/900kcal/kg＝1650kg
ꢀꢀ
式6；
[0093]
其中：式4中的35％为整个发酵周期内猪粪的分解率；式5中的12％为整个发酵周期内秸秆的分解率；4500kcal/kg为每分解1kg发酵主料平均产生的热量，3000kcal/kg为每
分解1kg发酵辅料平均产生的热量，900kcal/kg为蒸发1kg的水分需要消耗的热量。
[0094]
(3)堆肥生产量
[0095]
日产量：(20t+7.5t)
×
1000-(1500kg+600kg+250kg+120kg+9500kg+1650kg)＝13880kg＝13.88t；
[0096]
年产量：13.88t
×
365d＝5066.2t。
[0097]
(4)开放式堆肥设施的必要规模
[0098]
第一发酵处理的必要容积按式7计算：
[0099]
(20t+7.5t)
×
20d
×
1000/780kg/m3＝705.128m3ꢀꢀ
式7；
[0100]
第一发酵处理的必要面积按式8计算：
[0101]
705.128m3×
1.2/1.8m＝470.085m2ꢀꢀ
式8；
[0102]
其中：式7中的780kg/m3为第一发酵终点容重；式8中的1.8m为堆积高度，1.2为安全系数。
[0103]
第二发酵处理的必要容积按式9计算：
[0104]
[(20t+7.5t)
×
1000-(1500kg+600kg+9500kg)]
×
(50d-20d)/600kg/m3＝795m3ꢀꢀ
式9；
[0105]
第二发酵处理的必要面积按式10计算：
[0106]
795m3×
1.2/1.8m＝530m2ꢀꢀ
式10；
[0107]
其中：式9中的600kg/m3为第二发酵终点容重；式10中的1.8m为堆积高度，1.2为安全系数。
[0108]
l型开放式发酵槽的设计参数：单侧墙体高度2.0m，开放式堆肥地面宽度8m，则第一发酵区长度470.085m2/8m＝58.76m，设计长度60m；第二发酵区长度530m2/8m＝66.25m，设计长度60m。第一发酵区、第二发酵区沿着单侧墙体长度方向划分出6个子区，子区长度10m，第一发酵区的子区分别记为1-a区、1-b区、1-c区、1-d区、1-e区和1-f区，第二发酵区的子区分别记为2-a区、2-b区、2-c区、2-d区、2-e区和2-f区。
[0109]
堆肥设施规模计算与必要的设施规模汇总于表1。
[0110]
表1堆肥设施规模计算与必要的设施规模
[0111][0112][0113]
第一发酵区与第二发酵区对称布置，中间设置宽4m的物料输送转运通道(见图3)，可以满足本实施例设施建设的经济性和作业管理的合理性需要。
[0114]
3.2发酵作业装备
[0115]
本实施例堆肥发酵作业装备选配开放式翻抛机，横向跨度8m；第一发酵区配备槽底曝气装置，所述槽底曝气装置包括顺次连通的通风机、通气管和通气床，所述通气床上设
置有气孔，其中，通风机的通气静止压力为1000～2500pa，通气量为100l/min。
[0116]
4、发酵主料和发酵辅料的投料以及预混调质
[0117]
发酵主料20t/d由运载车辆转运进场，过地磅后直接转运至堆肥发酵车间的堆肥发酵生产区域，由铲车投料于1-a区；发酵辅料4.5t/d由铲车从发酵辅料库房直接投料到1-a区，启动开放式翻抛机往复翻拌发酵主料和发酵辅料进行预混调质，目标水分含量为65％，往复翻拌次数为2次，每次往复翻拌均确保发酵主料和发酵辅料形成的混合堆体回到原位区域，即1-a区。
[0118]
5、堆肥发酵过程控制
[0119]
1-a区内的混合堆体经过翻抛机往复翻拌完成预混调质作业后，随即进入堆肥发酵过程，本实施例堆肥发酵过程由第一发酵和第二发酵组成，堆肥发酵作业周期由第一发酵周期和第二发酵周期组成，所述堆肥发酵作业周期50d，其中，第一发酵周期20d，第二发酵周期30d。
[0120]
(1)第一发酵过程控制
[0121]
在第一发酵过程中，由于目标水分含量(65％)较高，又赶上夏季相对湿度较高，于是在第一发酵过程的第2d，向混合堆体再次补充发酵辅料3t，调节混合堆体目标水分含量至60％，作业过程同预混调质。具体的，在第一发酵周期内，前10d每天往复翻拌1次，后10d每两天往复翻拌1次，每次翻拌于每天的8:00时启动开放式翻抛机实施混合堆体通气供氧和均质化作业，往复翻拌一次混合堆体回到原位(1-a区)，开放式翻抛机往复翻拌次数共计10+5＝15(次)。在第一发酵周期内的前10d，于每天的10:00、16:00时启动槽底曝气装置，每次通气供氧1小时，槽底曝气装置开启次数共计2次/d
×
10d＝20次。
[0122]
(2)第二发酵过程控制
[0123]
完成第一发酵后混合堆体由铲车转运至2-a区开始进行第二发酵。在第二发酵周期内，每5d往复翻拌一次，往复翻拌次数共6次；开放式翻抛机往复翻拌一次混合堆体回到原位，即2-a区。
[0124]
(3)第二发酵终点的腐熟物料利用
[0125]
本实施例第二发酵终点的堆体含水量≤40％，即判定第二发酵结束。第二发酵终点得到腐熟物料，保留少部分腐熟物料作为返料接种于1-a区内的堆体物料进入下一个发酵周期；其余大部分腐熟物料可以经过破碎、烘干(含水量≤30％)、冷却、筛分和计量包装，得到粉状有机肥料商品，或者以所述腐熟物料为初级原料经，与其它辅料复配后经造粒、烘干、冷却、筛分和计量包装，得到颗粒状生物有机肥、有机-无机复肥、缓释增效生物有机复肥等生态功能性肥料产品，以满足堆肥功能化和施肥作业机械化的要求。
[0126]
6、生产作业记录
[0127]
本实施例中生产作业记录包括发酵主料和发酵辅料进场投料与预混调质记录、堆肥发酵过程与作业周期控制记录分别列于表2和表3中，最终所得堆肥产品的生产批号190630-3625。
[0128]
表2发酵主料和发酵辅料进场投料与预混调质记录
[0129]
no.0036
[0130][0131]
表3堆肥发酵过程与作业周期控制记录
[0132]
no.0025
[0133][0134][0135]
由以上实施例可知，本发明提供的方法至少具有如下优势：
[0136]
1、本发明提供的开放式堆肥发酵方法是在综合考虑发酵主料和发酵辅料生物化学特性基础上，按照生物堆肥发酵规律建立起来的、能够满足多种限制因素(如收储运、发酵周期等)的大规模堆肥发酵模式。
[0137]
2、本发明提供的开放式堆肥发酵方法在开放空间中进行，赋予了开放堆肥发酵模式多重功能，如投料、预混调质功能，第一原位发酵、第二原位发酵功能，过程调控功能等。由于投料和预混调质在同一个堆肥发酵生产区域内完成，因此原则上可以不设发酵主料储料场和预混调质车间。由于第一原位发酵和第二原位发酵均在特定的区域一次完成，堆肥发酵过程免受进出料等人为因素的扰动，因此第一原位发酵周期和第二原位发酵周期可控。
[0138]
3、本发明提供的开放式堆肥发酵方法所用设施是当前费用最低的堆肥发酵模式所用设施，其中，翻堆装备采用开放式翻抛机和/或大跨度行架式翻抛机，具备预混调质、通气供氧和堆体均质化等多种作业能力；独立的区域通风曝气系统(即槽底曝气装置)，结构简单，使用方便，自动化程度高。
[0139]
4、本发明提供的开放式堆肥发酵方法为堆肥发酵过程的精准调控创造了条件，具备堆肥生产过程中可在任何时间、任意位置投取物料，可随时、随地调整水分以及c/n等特点，原位发酵实现了全发酵周期可控，降低了堆肥物料的转运量。
[0140]
5、本发明提供的开放式堆肥发酵方法所用堆肥发酵微生物来自于自然界，堆肥发酵过程中不投放任何外来发酵菌种，而是通过适时翻堆控制混合堆体物料水分、c/n和温度等参数，为混合堆体中固有的微生物提供一个最佳的增殖环境，加快其自身的繁殖速度和混合堆体的发酵进程，达到无害化和稳定化处理的堆肥要求，同时节约堆肥成本。
[0141]
6、本发明提供的开放式堆肥发酵方法在投料、原位预混调质、第一原位发酵和第二原位发酵的过程中，均进行生产作业记录，可以实现堆肥产品质量的可视化管理，确保堆肥产品质量可追溯。产品质量安全是企业以及社会大众等共同关注的重要问题，本发明提供的方法可以帮助企业准确记录产品来龙去脉，实现产品质量可视化管理，是帮助企业避免产品质量风险、提高产品信誉度、打造产品品牌的重要手段。
[0142]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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