一种小型猪粪立式多层发酵塔的设计构想

摘 要：好氧堆肥可以实现猪粪无害化、资源化地利用，是我国应该大力推广的一种粪污处理方法。本文设计了一种针对小型猪场的立式多层好氧发酵塔。发酵塔塔身为4层不锈钢圆柱体，高约2.8米，直径约1.8米，有效容积5.09m3，每日可处理猪粪约0.3吨。该设备有占地面积少、体积小、臭气排放少、自动化程度高、可流动作业的（可安装货车上）、成本低的优点。

关键词：好氧堆肥 发酵 降解

中图分类号：S158 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（b）-0000-00

作者简介：黄淑霞（1979-），女，毕业于仲恺农业工程学院学校，市政工程师，研究方向：市政工程专业的设计、施工、管理。

1 发酵仓设计

发酵仓是这个堆肥处理的核心，混合物料从仓顶进料口进入第一层，第四层出料，在每层停留48小时后进入下一层，共经过8天的高温堆肥处理。

1.1 发酵仓体

本发酵仓为4层不锈钢圆柱体，高约2.8米，直径约1.8米，有效容积5.09m3，每层净高0.5米，每层有效容积1.27m3。

仓底部设有可移动平板，方便运输、移动。壁身采用双层设计，双壁间填充5厘米保温棉以防止热量损失，仓内壁需做防腐处理。仓体顶部设进料口，底部设出料口和出水口，排出的废气输送，旁边的除臭装置。每层发酵仓底部设空气缓冲层，供气支管直接通到发酵仓圆心附件，缓冲层上部为均匀分布数个小钢孔（小孔径20mm）的不锈钢层板，开孔率为4%，小孔下安装钢网，以防止堆料堵塞供气孔。每层的下料口由层间水平安装的夹心钢板圆盘控制开闭。每层底部和中部分别安装了一根与纵传动轴连接的横轴，两根横轴以纵轴为中心做圆周运动。底部的横轴起可将本层的堆料刮送至下层。中间的横轴对称安装4组旋转浆叶，通过桨叶旋转带动堆料翻动，实现翻堆目的。

1.2 通风系统设计

堆肥中通风起到供氧、降温和去除水分的作用。本发酵仓采用正压强制通风，并运用管道阀门、时间继电器、温度传感-控制器开闭风机、调节风量大小。主要部件包括了鼓风机、通风主管道、管道阀门、通风支管、布气管、阀门、温度传感器、时间控制器等。

1.3 供气控制系统

时间供氧采用间断性供氧：供氧10min，发酵20min；筒体中部设温度传感器，传感器与控制器、阀门、风机相连接，设定温度大于65℃，风机开启鼓风10分钟后停止，发酵20分钟。

2.1试验装置

图1

试验装置（如图1）为白铁皮双层圆筒，内径0.9米，净高0.5米，下设10cm空气缓冲层，上设有筒盖，有效体积0.32m3，装置壁身设置了5CM保温棉用以保持堆温，内壁做防腐处理，筒上、下各安装一个温度传感器，供气支管直接通到发酵仓圆心附件，缓冲层上部为均匀分布数个小钢孔（小孔径20mm）的不锈钢层板，开孔率为4%，小孔下安装钢网，以防止堆料堵塞供气孔。

2.2试验材料

猪粪选自附近猪场，木屑购买于附近木材加工厂，材料成分见表1：

表1 材料成分表

项目

水分

TC

TN

c/n

有机质

全磷

全钾

PH

猪粪

78.8

41.3

3.61

13

67.06

6.45

1.48

7.47

木屑

6.88

47.29

0.19

248.9

76.00

0.30

0.31

7.0

2.3 取样方法和频率

取样时，于离堆顶及堆底20CM之间上中下随机采取5点取样，后将样品混合均匀并用四分法取150g；

2.4分析项目和方法

温度：一次发酵阶段：PT100带显示温度传感器，设置在发酵仓中部，每2天上午9时读数值；二次发酵阶段：温度计测量；

PH值：采用PHS-25型酸度计测定；

含水率：采用105℃烘干法；

全氮：采用凯氏定氮法；

全磷：采用钒钼黄比色法；

全碳：以风干样用重铬酸钾外加热法测定。

发芽系数%=（处理的发芽率×处理的根长）/（空白的发芽率×空白的根长）×100%。

大场杆菌数：平皿计数法

外表性状：气味，颜色

3 春、夏季试验结果及分析

3.1试验时间及堆料处理

春季：3月1日至3月20日

夏季：7月1日至7月20日

3月设2个处理：M1为升温期加热， M2：升温期常规处理；

7月份设1个处理：J1-升温期常规处理

3.2结果与分析

3.2.1 温度

堆体温度的变化反映堆体内微生物活动的变化，也是判定堆肥能否达到无害化要求的重要指标之一。春季和夏季大于55℃以上天数M1为8天，M2为9天，J1为12天，都能满足《粪便无害化卫生标准（GB7959-1987）》要求。

3.2.2含水率变化

取样时间：1d，2d，3d，4d，5d，6d，7d，8d，11d，15d，20d；

在堆肥的初期，不论是春季和和夏季试验猪，降低的幅度都比较小，M1还出现了轻微上升的现象。堆肥初期，微生物分解的作用不明显，堆温不高，通风的作用主要是供氧，因此通风量不大水分散失量不多。通过春夏试验对比我们可以看出夏季比冬季消耗更多的水分。由于夏季环境温度较高，到达65℃后风机需要更大的风量来降低堆温，因此水分散失更多。

3.2.3种子发芽指数

取样时间：堆肥1d，3d，5d，10d，15d，20d；

发芽指数是一个生物指标，具有实用意义，能最直接、最敏感而且可靠反应堆料的毒素方法，因此被认为是最具说服力的堆肥腐熟评价指标。春季和夏季试验种子发芽指数都呈现了先降后升最后稳定的变化规律。研究结果表明猪粪堆肥腐熟时，白丽萝卜的GI值应该大于或者等于45%。本试验设备春、夏季测试性能都达到了发芽指数指标的要求。

4 结语

该设备由发酵仓体、通风系统、翻堆系统、控制系统、除臭系统组成。采用时间-温度控制模式，通过温度传感器，时间控制器的控制，本系统可实现运行过程中通风的自动控制。堆肥在1-2天内温度升高到55℃；春季和夏季试验60℃以上高温持续时间都在7天以上，符合了垃圾无害化处理要求，产品稳定，至堆肥结束，堆料呈黑褐色，没有刺鼻有臭味，不吸引蚊蝇，质地均匀，出现白色菌丝；以上检测项目均符合要求。

参考文献

[1] 李艳霞.污泥堆肥机理及堆肥过程研究[D].北京：中国科学院研究生院，1998.

[2] 鲍士旦。土壤农化分析[M].第3版.北京：中国农业出版社，2000.窦新红.