好氧堆肥酿制技术及生产装置的研究与实施

张航孙雪娇由莉莉赵红星刘忠孝于洪兰赵洪斌

(1.长春市农业机械研究院，吉林 长春 130062；2.农安县哈拉海镇综合服务中心，吉林 农安 130204)

1 背景技术及发展过程

本研究涉及一种好氧堆肥酿制技术及生产装置，该装置是利用液体和有机材料的混合物，通过压缩空气的曝气不断搅拌和循环作用来混合液体及有机材料，曝气有助于好氧微生物在液体堆肥酿制过程中的快速繁殖，利于堆肥快速形成，属于好氧发酵生产液体堆肥技术领域。

很早以前，人们一直利用有氧发酵有机废料等传统方法来生产营养丰富的堆肥，并且已经掌握了分解有机材料的方法和生产堆肥的装置或生产设备。

堆制堆肥是一种生产堆肥的有效方法，但存在一些缺点。堆制堆肥需要不断进行翻转搅拌和随时进行温度、湿度监测，以调整堆肥堆的水分和氧气水平。这些工作包括翻转堆和混合堆肥堆，或添加干燥的有机材料，这些都是密集和耗时费力的劳动。如果氧气水平不足以使有机材料进行好氧分解，厌氧生物就可能会占据主导地位，而使堆肥堆制过程受到果蝇、苍蝇等侵扰。尤其是在炎热的夏天，令人恶心的霉菌和难闻气味时有发生，经常处于这种环境下，会对人们的健康造成损害。为了解决这些问题，人们采用在密闭容器内使用活性炭吸附作用来减少气味，但这种方法对苍蝇和霉菌的控制是无能为力的。另外，还可以通过空气流动来保持堆肥干燥；有人建议使用抽真空的方法排出大多数生命活动所需要的氧气；利用干燥的方法，如使用干燥机，可以消除垃圾分解所需要的水分。但是这些方法都是不可取的，因为要消耗很多能量，同时还将其自身的气味、湿气和热量排放到周围环境中，造成一定的环境污染。

堆制堆肥过程如果水分不够，堆肥发酵过程就会减慢或停止。堆肥堆还可能吸引动物、昆虫、啮齿动物等前来挖掘，极大地影响了环境卫生和人们的身体健康，这些都不利于堆肥的堆制。

堆肥箱和堆肥滚筒也曾用于生产堆肥。由于堆肥箱不能翻转和混合堆肥，并且难以在堆肥箱内输送氧气和监测控制堆肥堆的水分和氧气含量水平，现在人们很少使用。而堆肥滚筒通过增加转动使堆肥得到混合，很好地解决了堆肥箱的这些缺点。然而，仍然需要密切监测堆肥滚筒内容物的湿度水平，并定期通过转动滚筒来混合内容物来增加氧气含量，生产过程也是比较复杂。

还有一种方法是酿造堆肥茶。堆肥茶是通过腐熟的堆肥与空气鼓泡水在一个水箱酿造的。堆肥茶酿造装置为生活在堆肥中的好氧生物在水中快速繁殖创造了有利条件。生产的液体堆肥被用于植物和土壤的喷灌，如通过喷雾器给植物进行叶面施肥。

2 主要研究内容

好氧堆肥酿造装置包括一个堆肥容器，该堆肥容器用于存储待搅拌的液体，并与有机材料混合以产生液体堆肥。该堆肥容器包括容器装料口，用于将液体和有机材料装填到堆肥容器的内部；液体排放口，用以排出所产生的液体堆肥。利用该技术使压缩空气分配器通过设置在堆肥容器内腔的最底面部位曝气器，连续向堆肥容器的内部液体混合有机物料释放压缩空气，以便将有机材料与液体混合物料收到气体搅拌和充分混合，从而使有机混合物料得到连续曝气，迫使堆肥过程的好氧微生物得到快速繁殖，形成好氧堆肥，而酿造装置下面的固体堆肥大多用于营养土配制，来进行蔬菜种植，是营养价值非常丰富的有机肥料。好氧堆肥酿制技术及生产装置应用，有助于堆肥技术工业化程度的不断提高，随着国家政策的不断扶持，有机肥评价标准的不断完善，堆肥技术在畜禽粪污中的资源化利用中将会越来越受到重视，保障畜禽养殖业和生态环境的和谐、健康、可持续发展[1]。

3 附图说明及酿造装置结构和组成

具体见图1～12。

图1 好氧堆肥酿造装置的立体图 图2 好氧堆肥酿造装置的侧视图 图3 好氧堆肥酿造装置的正视图

图4 好氧堆肥酿造装置的剖视图 图5 处于未装填状态下的侧面剖视图 图6 充满液体状态下的侧面剖视图

图7 带有充气液体的侧面剖视图 图8 用有机材料填充的侧面剖视图 图9 液体和有机材料正在混合的侧面剖视图

图10 排出液体堆肥的侧面剖视图 图11 启动压缩空气泵的流程图 图12 进行堆肥处理的流程图

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.堆肥容器内壁;7.堆肥容器内腔;8.堆肥容器装料口;9.液体堆肥排放口;10.装料口盖;11.排放阀门;12.压缩空气泵;13.输气导管;14.堆肥容器底部;15.空气分配器;16.液体堆肥;17.装料桶;18.曝气器;19.液体;20.有机材料;21.压缩空气

4 酿造装置工作原理及实施过程

结合附图及结构组成对好氧堆肥酿造装置作详细描述。

在生产过程中，堆肥容器2首先装填图5、图6所示的液体19的体积，液体19作为有机材料20的堆肥介质。堆肥容器2的堆肥容器内腔7可以部分或完全填充液体19。在不同的实施例中，所使用的液体19的体积可以不同，以适应不同体积的有机材料20。在一些实施例中，堆肥容器2可以被装填堆肥容器内腔7大约3/4的体积。对于较大体积的有机材料20，将装填较少的液体19来保证液体19的液面高度，以确保堆肥容器2不会产生溢流。

如图4、图7所示，可启动压缩空气泵12，把压缩空气21由输气导管13传送到空气分配器15，经过曝气器18向上曝气并由下至上通过液体19。在一些实施例中，可以省略输气导管13，将压缩空气21直接从压缩空气泵12传输到空气分配器15。

如图8、图9所示，在将有机材料20装填到堆肥容器2内部之前或之后，可以启动压缩空气泵12以分配压缩空气21。在图7所示的实施例中，在装填有机材料20之前，压缩空气21通过曝气器18对液体19进行均匀曝气。以这种方式，有机材料20在进入堆肥容器2内的液体19时将被均匀且自动地混合。当有机材料20被倒入液体19时，立即通过曝气气流搅拌会更有效地将有机材料20与液体19混合。

当压缩空气泵12被启动时，压缩空气21将在堆肥容器2的堆肥容器底部14处或附近将通过空气分配器15输送到曝气器18，由曝气器18把压缩空气21分配到液体19中，使得压缩空气21从堆肥容器2的堆肥容器下端4向上曝气，一直到堆肥容器2的堆肥容器上端3，使整个堆肥容器2中的液体19都得到均匀曝气，从而将有机材料20与液体19得到充分混合，并使液体19在曝气的同时加速了混合物中好氧微生物繁殖。优选地，压缩空气21在液体19所占的空间内均匀地曝气，以便均匀地搅拌液体19和图9所示的有机材料20的混合物。

在图4所示的实施例中，所示的曝气器18为对称结构，能够确保曝气器18在液体19中均匀曝气，以提高堆肥酿制过程的效率和搅拌的均匀性。在液体堆肥酿制过程中压缩空气21将通过空气分配器15上的曝气器18进入液体19向上曝气。

如图8所示，当液体19装填在堆肥容器2的堆肥容器内腔7时，可以装填有机材料20。有机材料20可包括固体、液体或半固体材料。有机材料20可通过堆肥容器2的堆肥容器装料口8装填到液体19中。可以打开容器装料口盖10以露出堆肥容器装料口8，以便可以将有机材料20倒入或以其他方式通过堆肥容器装料口8，直至进入堆肥容器内腔7并与液体19混合。

图8显示出了通过堆肥容器2的堆肥容器装料口8，把装料桶17内的有机材料20倒入到堆肥容器内腔7中。在不同的实施例中，有机材料20被倒入堆肥容器内腔7以与液体19混合的方式可以有不同方式。如，可以利用输送机将有机材料20输送到堆肥容器2中，或者使用软管或其他导管通过堆肥容器装料口8将有机材料20送入堆肥容器2内。

当有机材料20在液体19中混合时，可以关闭堆肥容器2上面的装料口盖10，完成堆肥容器装料口8的封闭。这可防止堆肥过程受到污染或中断，如天气因素(雨、雪等)或动物(如害虫或啮齿动物)的进入，这些动物在堆肥酿制过程中可能会被从堆肥容器2中散发出的气味所吸引。

当压缩空气21由空气分配器15通过液体19进行分配时，有机材料20将与液体19连续混合。好氧微生物的繁殖将由液体19通过曝气来完成，这将提高堆肥过程的生产效率。在堆肥过程中，可随时向液体19添加有机材料20。在一些实施例中，堆肥容器2可包括给液体19加热以辅助堆肥过程的加速(未示出)。

堆肥酿制过程将产生液体堆肥16，可通过液体堆肥排放口9排出。液体堆肥16可在好氧堆肥酿造装置操作时从堆肥容器2中排出，先行排出额外的液体堆肥16。为了持续获得液体堆肥16，要保持堆肥酿制过程，以便在使用液体堆肥16时(如通过液体堆肥排放口9)不会中断。

有机材料20可包括液体、固体或半固体材料。在任一情况下，液体堆肥16可经由液体堆肥排放口9从堆肥容器2排出。在图中所示的实施例中，液体堆肥排放口9包括可选择性地打开液体堆肥16的排放阀门11，使液体堆肥16进入单独的堆肥接收桶1。在排出所需的液体堆肥16之后，关闭排放阀门11以保证堆肥过程继续进行，直到排出所有的液体堆肥16为止。

图11和图12是好氧堆肥酿制装置的生产过程流程图，准确说明了整个酿制过程的流程，能更好地指导堆肥酿制者生产实践。

5 酿造装置特点

好氧堆肥酿造装置的特征：包括用于储存液体体积的堆肥容器、用于向液体提供压缩空气的压缩空气泵、空气分配器、曝气器、液体堆肥排放口组成，堆肥容器包括堆肥容器上端、堆肥容器下端和用于储存液体的堆肥容器内腔、空气分配器和曝气器，堆肥容器还包括堆肥容器底部和堆肥容器装料口，其中堆肥容器装料口用于装填有机材料和液体，使有机材料与液体混合；压缩空气泵位于堆肥容器上部，便于操作和维护；好氧堆肥酿造装置还包括连接在压缩空气泵和空气分配器之间的输气导管，具有结构紧凑使用方便等特点；空气分配器安装有向液体进行曝气的曝气器，是好氧堆肥酿造装置的核心部件，能提供大量的细小的空气泡从好氧堆肥酿造装置底部向上曝气，使有机材料混合液得到均匀曝气，提高了好氧微生物的繁殖速度；堆肥材料入口由堆肥容器装料口组成，液体堆肥出口由液体堆肥排放口组成，由一个阀门控制，便于液体堆肥的排放使用；堆肥容器装料口位于堆肥容器的上端，便于观察堆肥容器内物料的情况并进行及时调整。

6 结论

通过好氧堆肥酿造装置的一些实施例，能够更好地理解好氧堆肥酿造装置的结构和使用方法，能够保证在最佳状态下实现液体堆肥的批量酿制，同时能够更好地了解本领域的当前发展状况及需求。所生产的液体堆肥能够配合水肥一体化滴灌系统使用，实现微生物生态有机肥替代农药和化肥，使人们的生活方式得到改善和更加安全，给种植者提供了一个改善土壤生态环境的有效途径[2]。扩大堆肥的使用，能够调控土壤微生物群落的代谢功能和结构，从而改善土壤质量，实现农作物绿色有机生产和吉林省的黑土地保护总体规划的实施。