一种河湖底泥制作有机肥的资源化利用方法及设备与流程

1.本发明涉及河湖底泥资源化利用技术领域，尤其是涉及一种河湖底泥制作有机肥的资源化利用方法及设备。


背景技术：

2.随着工农业的迅速崛起，湖泊河流成为工农业和生活污水的排灌地，导致河湖受到污染，富营养化情况严重。河湖的自净能力差，湖水流动性小，使受污染河湖的底泥治理难度较大。常用的河湖底泥治理方法主要有原位修复和异位修复，其中原位修复技术以生物制剂修复、地泥原位覆盖和生态修复综合治理应用较多；异位修复技术以肥料化处理、填埋、丢弃和焚烧等方式应用较多，但填埋和海洋丢弃只是饮鸩止渴，并非底泥治理的长久之计。
3.据调查显示，我国总面积大于10km2的湖泊中，有10％的湖泊底泥存在污染严重恶化的情况。如何处理好河湖底泥污染，将湖泊污染治理和河湖底泥资源化同时进行是当前亟需解决的问题。河湖底泥中氮磷含量及有机质如腐殖质、纤维素和难降解有机物等含量较高，极具肥料化利用潜力。
4.现有技术中，底泥堆肥实际上通过微生物对有机物的分解，实现底泥中有机物的转化和稳定化，但难以实现一些有机物和营养物质向植物易吸收的价态转变，且无法解决底泥中存在的有害微生物等问题。自然条件下堆肥周期长，导致营养物被消耗殆尽。
5.在此，基于改性的好氧发酵堆肥技术，提出一种将河湖底泥制作为有机肥的底泥资源化利用方法；同时，考虑到底泥堆肥过程中容易固化，堆肥效果差，堆肥效率低下，还容易导致氮素的大量损失的突出问题，针对性的提出一种间歇性翻堆强制通风发酵装置，一方面防止堆肥物料结块以保持物料疏松而有利通风，另一方面促使堆肥物料的均匀混合，从而加快发酵过程，缩短发酵周期。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对以上问题，提供一种河湖底泥制作有机肥的资源化利用方法及设备，通过利用秸秆、锯末等辅料，以河湖底泥掺混鸡粪作为基质，调节堆肥发酵过程中的c/n比，减少堆肥升温时间，提高堆肥效率；通过间歇式通风加机械翻堆减少氮损失；利用固氮菌、溶磷菌、解钾菌进行二次发酵，提高底泥有机肥的营养价值。解决底泥堆肥慢、效率低、营养价值低等关键问题，能够实现污染治理和资源化利用的高效结合，真正实现底泥的肥料化利用。
7.为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种河湖底泥制作有机肥的资源化利用的方法，包括以下步骤：
8.a、第一阶段堆肥：
9.s1、原料辅料配比：堆肥底泥与辅料的配比为：河湖底泥10
‑
20％；辅料：芦苇25
‑
35％、锯末谷糠10
‑
20％；热性肥料：鸡粪35
‑
45％；
10.s2、物料与菌剂混合、扩繁：取出混合好的辅料，按照菌剂与辅料1:10的比例混合均匀，将河湖底泥和步骤s1中的辅料、鸡粪按照1.5:4.5:4比例混合得到初混料，将混合了菌剂的辅料均匀撒到混合好、即将发酵的初混料上，搅拌均匀，投入间歇性翻堆强制通风发酵装置内，等待发酵；
11.s3、通气与翻堆：采用鼓风机往间歇性翻堆强制通风发酵装置内进行间歇性通气，通气0.5小时间歇1.5小时，通气速率在1.2m3/h
·
㎡
；采用发酵装置内的翻堆组件进行翻堆，频率为1天1
‑
2次；
12.s4、物料腐熟：通过堆肥温度变化、物料颜色、有机质组分和结构判断堆肥进度和腐熟程度，并通过检测是否有氨气残留作为第一阶段结束的标准；
13.b、第二阶段堆肥：
14.s5、二次发酵：二次发酵时对第一阶段发酵产物投入固氮菌、溶磷菌、解钾菌混合菌剂，提升堆肥物料中速效氮、速效磷、速效钾的含量；其中将固氮菌、溶磷菌、解钾菌按1:1:1混合的菌液与一次发酵的产物以28
‑
32:1的比例混合均匀；
15.s6、高温发酵翻堆：高温阶段1
‑
2天翻堆一次，发酵6
‑
8天；
16.s7、筛分运输：发酵结束后，将物料筛分加工为颗粒，并进行包装运输。
17.进一步的，所述步骤s1中河湖底泥的含水量不高于70％，芦苇的含水量不高于12％，锯末谷糠的混合物含水量不高于12％，鸡粪40％的含水量不高于60％；且步骤s1中的芦苇切碎至1
‑
2cm并先与锯末谷糠及热性肥料均匀混合，其中锯末与谷糠通过1:4
‑
6的比例混合；所述步骤s2中的菌剂为白腐真菌。
18.进一步的，所述步骤s4中堆肥温度变化分为四个时期，升温期堆体从常温上升到40
‑
45℃，高温期45℃
‑
70℃且在52
‑
58℃维持一周，最高温时期维持3天，再进入降温期，堆体温度降为室温，随即进入陈化腐熟；物料颜色由黄灰色、酸臭味、蚊蝇围绕转变为浅褐色、无气味并检测无氨气残留即判断腐熟完成。
19.另外，本发明还公布了一种河湖底泥制作有机肥的资源化利用的设备，包括间歇性翻堆强制通风发酵装置，其特征在于，所述间歇性翻堆强制通风发酵装置包括箱体，所述箱体内设置有隔板，隔板上开设有通风细孔，所述箱体顶板上开设有进料口，物料从进料口进入落到隔板上，箱体一侧的侧壁开设有出料口，出料口位于隔板上方，出料口与进料口上均设置有阀门；所述隔板下方设置有活动的收集箱，收集箱通过导气管与鼓风机相连通，所述隔板上方设置有翻堆组件，翻堆组件包括翻堆件，翻堆件由步进电机带动进行转动，所述步进电机设置于箱体顶板上
20.进一步的，所述收集箱为抽屉式结构，收集箱的前盖板通过螺栓与箱体侧壁连接固定；收集箱一侧壁开设有进气孔，进气孔与箱体一侧壁上的进气通孔相对应，所述导气管依次穿过箱体的进气通孔与收集箱的进气孔相接。
21.进一步的，所述步进电机竖直向下的输出轴穿过箱体顶板上的轴承伸入到箱体内，且其输出轴底端连接有转盘，转盘底部垂直设置有连接轴，所述翻堆件阵列设置于连接轴上，且连接轴底端设置有滑动件与隔板相接触。
22.进一步的，所述翻堆件为倾斜设置于连接轴上，翻堆件为一侧扁一侧厚的板状结构；所述隔板上的通风细孔为多圈式环形阵列设置，且隔板位于多圈式的通风细孔中间设置有避空环部供滑动件进行滑动，所述避空环部为光滑表面且未开设通风细孔；所述通风
细孔处均设置有细纱网。
23.进一步的，所述滑动件包括万向球，万向球与连接轴底端相连，万向球两侧对称设置有推料件。
24.进一步的，所述推料件为z字形板状结构，推料件上部横板连接于万向球支承座两侧，推料件的下部横板底面设置有软刷，软刷与隔板表面接触。
25.进一步的，所述滑动件顶部通过弹簧与连接轴底端的连接板相连。本发明的有益效果：
26.1、本发明可实现底泥前期堆肥的快速升温。河湖底泥脱水后仍然存在容重大、透气性差，在堆肥过程中难以快速升温的问题。为解决上述问题，本发明创造通过不同物料配比和加入调理剂来改善堆肥用底泥的孔隙度，提高透气性，改变物料中的c/n，同时配合掺混热性肥料，实现前期快速升温，缩短堆肥周期。首先，通过在底泥中掺混少量芦苇，或者与洞庭湖附近其他工农业废弃物进行联合堆肥，再配合其他辅料改变堆体c/n。芦苇富含纤维素，掺混后能让底泥具有良好的孔隙度，便于制造氧气条件，间歇性强制通风，减少堆肥过程中的恶臭问题。其次，在底泥中掺混锯末，能够使堆体以较快的速度达到高温阶段，缩短达到高温发酵所需温度的时间，提高堆肥效率。再次，第一阶段利用白腐真菌提高堆体的温度，并提高纤维素酶和半纤维素酶的活性、减少堆肥过程中堆体氮素的损失，促进堆体中硝态氮的形成和积累。最后，底泥中可掺混一些例如鸡粪的热性肥料，能够进一步提升堆体升温的速度，加快腐熟过程。
27.2、本发明采用间歇性强制通风发酵装置，通过间歇性强制通风、翻堆控制能够在一定程度上减少氨气逸失进而导致总氮损失的问题。在堆肥过程中，氨气逸失是堆肥过程中氮素损失的主要途径。在堆肥的高温阶段，通气程度越高，氨气逸散速度更快。通过间歇式通气能够在保证满足堆肥阶段的水分和通气的条件情况下尽量减少氮的损失。其中间歇性强制通风发酵装置的箱体内通过隔板将进行盛料，而隔板下方设置有抽屉式的收集箱将从隔板的通风细孔内散落的少量物料进行收集，收集箱通过导气管与鼓风机连通，启动鼓风机可将空气导入到收集箱，进而从隔板上的通风细孔内进入箱体内；箱体内通过连接轴设置多层式的翻堆件，翻堆件在转盘的带动下可对箱体内各个高度的物料进行翻堆操作，同时连接轴底部设置有推料件，既能对隔板底部的物料进行翻动，也能减少物料对通风细孔的积压成块造成堵塞。
28.3、本发明能够利用菌剂将底泥中不同价位的氮磷钾转化为有效价态。第一阶段堆肥时，通过堆肥温度变化情况(具体分为四个时期，升温期堆体从常温上升到45℃左右，高温期45℃
‑
70℃且在55℃左右维持一周，最高温时期维持3天，再进入降温期，堆体温度降为室温，再进入陈化腐熟)，物料颜色和松散度(由黄灰色、酸臭味、蚊蝇围绕转变为浅褐色、无气味、堆体松散干燥)，来确定第一阶段的堆肥进度和腐熟程度，并由此确定第一阶段堆肥终止和第二阶段堆肥的开始时间。利用固氮菌、溶磷菌、解钾菌对已经腐熟的底泥进行二次发酵，由于固氮菌可以还原空气中的铵盐、溶磷菌能通过释放游离酸降低ph值，溶解难溶性磷酸盐、解钾菌则通过酸性代谢产物/胞外多糖破坏已经进行晶格固定的钾，使其回复至自由状态，提高矿质营养元素的有效性。
29.4、最后，本发明还具有成本低，效率高等优点，能够通过不同辅料和菌剂组合提高底泥堆肥效率，降低堆肥成本和速度。同时能够通过菌剂配额和使用，改变矿质营养元素的
状态，提高肥料的肥效。
30.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
31.图1为本发明间歇性翻堆强制通风发酵装置的整体结构示意图。
32.图2为本发明发酵装置箱体的内部结构示意图。
33.图3为本发明的滑动件的安装示意图。
34.图4为本发明的隔板上的通气细孔的布置示意图。
35.图5为本发明的连接轴的安装示意图。
36.图6为本发明的收集箱与导气管连通的示意图。
37.图中所述文字标注表示为：1、进料口；2、出料口；3、步进电机；4、电机支架；5、箱体；6、鼓风机；7、收集箱；8、连接轴；9、翻堆件；10、连接板；11、推料件；12、滑动件；13、弹簧；14、隔板；15、通气细孔；16、避空环部；17、螺栓；18、导气管；19、进气孔；20、转盘。
具体实施方式
38.以下通过实施例进一步对本发明做出阐释。
39.一种河湖底泥制作有机肥的资源化利用方法，包括以下步骤：
40.a、第一阶段堆肥：
41.s1、原料辅料配比：由于河湖底泥含水量高且孔隙度不高，相比以人畜粪便和生活垃圾为原料进行堆肥的有机肥，其有机质含量仍存在一定的差距。因此，堆肥底泥与辅料的配比为：河湖底泥10
‑
20％；辅料：芦苇25
‑
35％、锯末谷糠10
‑
20％；热性肥料：鸡粪35
‑
45％；
42.s2、物料与菌剂混合、扩繁：取出混合好的辅料，按照菌剂与辅料1:10的比例混合均匀，将河湖底泥和步骤s1中的辅料、鸡粪按照1.5:4.5:4比例混合得到初混料，将混合了菌剂的辅料均匀撒到混合好、即将发酵的初混料上，搅拌均匀，投入间歇性翻堆强制通风发酵装置内，等待发酵；
43.s3、通气与翻堆：采用鼓风机6往间歇性翻堆强制通风发酵装置内进行间歇性通气，通气0.5小时间歇1.5小时，通气速率在1.2m3/h
·
㎡
；采用发酵装置内的翻堆组件进行翻堆。通气和翻堆可以减少总氮含量损失，提高微生物活性，翻堆频率可1天进行一到两次。
44.s4、物料腐熟：通过堆肥温度变化、物料颜色、有机质组分和结构判断堆肥进度和腐熟程度，并通过检测是否有氨气残留作为第一阶段结束的标准；
45.b、第二阶段堆肥：
46.s5、二次发酵：二次发酵时对第一阶段发酵产物投入固氮菌、溶磷菌、解钾菌混合菌剂，提升堆肥物料中速效氮、速效磷、速效钾的含量；其中将固氮菌、溶磷菌、解钾菌按1:1:1混合的菌液与一次发酵的产物以28
‑
32:1的比例混合均匀；
47.s6、高温发酵翻堆：高温阶段1
‑
2天翻堆一次，发酵6
‑
8天；
48.s7、筛分运输：发酵结束后，将物料筛分加工为颗粒，并进行包装运输。
49.优选的，所述步骤s1中河湖底泥的含水量不高于70％，底泥堆肥过程的水分最好控制在45％—70％，水分含量过高透气性差，水分含量过低不利于堆肥升温和发酵，水分含量为45％—55％之间微生物的活性较高，物料含水量为60％时成本较低；芦苇的含水量不
高于12％，锯末谷糠的混合物含水量不高于12％，鸡粪40％的含水量不高于60％；且步骤s1中的芦苇切碎至1
‑
2cm并先与锯末谷糠及热性肥料均匀混合，其中锯末与谷糠通过1:4
‑
6的比例混合；所述步骤s2中的菌剂为白腐真菌。
50.优选的，所述步骤s4中堆肥温度变化分为四个时期，升温期堆体从常温上升到40
‑
45℃，高温期45℃
‑
70℃且在52
‑
58℃维持一周，最高温时期维持3天，再进入降温期，堆体温度降为室温，随即进入陈化腐熟；物料颜色由黄灰色、酸臭味、蚊蝇围绕转变为浅褐色、无气味并检测无氨气残留即判断腐熟完成。
51.另外，本发明还公布了一种河湖底泥制作有机肥的资源化利用的设备，包括间歇性翻堆强制通风发酵装置，其特征在于，所述间歇性翻堆强制通风发酵装置包括箱体5，所述箱体5内设置有隔板14，隔板14上开设有通风细孔15，所述箱体5顶板上开设有进料口1，物料从进料口1进入落到隔板14上，箱体5一侧的侧壁开设有出料口2，出料口2位于隔板14上方，出料口2与进料口1上均设置有阀门；所述隔板14下方设置有活动的收集箱7，收集箱7通过导气管18与鼓风机6相连通，所述隔板上方设置有翻堆组件，翻堆组件包括翻堆件9，翻堆件9由步进电机3带动进行转动，所述步进电机3设置于箱体5顶板上
52.优选的，请参照图2、3、6所示，所述收集箱7为抽屉式结构，收集箱7的前盖板通过螺栓17与箱体5侧壁连接固定；收集箱7一侧壁开设有进气孔19，进气孔19与箱体5一侧壁上的进气通孔相对应，所述导气管18依次穿过箱体5的进气通孔与收集箱7的进气孔19相接。收集箱7能够收集少量的从隔板14的通风细孔15散落的物料，且收集箱7为可抽取拉的抽屉式结构，方便抽取进行清理。
53.优选的，请参照图2、5所示，所述步进电机3竖直向下的输出轴穿过箱体5顶板上的轴承伸入到箱体5内，且其输出轴底端连接有转盘20，转盘20底部垂直设置有连接轴8，所述翻堆件9阵列设置于连接轴8上，且连接轴8底端设置有滑动件12与隔板14相接触。
54.优选的，请参照图2、3、4所示，所述翻堆件9为倾斜设置于连接轴8上，翻堆件9为一侧扁一侧厚的板状结构；所述隔板14上的通风细孔15为多圈式环形阵列设置，且隔板14位于多圈式的通风细孔15中间设置有避空环部16供滑动件12进行滑动，所述避空环部16为光滑表面且未开设通风细孔15；所述通风细孔15处均设置有细纱网。翻堆件9为多层式布置，能够同时对箱体5内各个高度的物料进行翻堆操作，保证翻堆的效果。
55.优选的，请参照图2、3、4所示，所述滑动件12包括万向球，万向球与连接轴8底端相连，万向球两侧对称设置有推料件11。所述推料件11为z字形板状结构，推料件11上部横板连接于万向球支承座两侧，推料件11的下部横板底面设置有软刷，软刷与隔板14表面接触。所述滑动件12顶部通过弹簧13与连接轴8底端的连接板10相连。推料件11不仅能够对隔板14上的物料进行翻动推料，还能避免通风细孔15处的物料长期堆积挤压成块，因此能够减少通风细孔15的堵塞现象。
56.综上所述，本发明基于改性的好氧发酵堆肥技术，针对河湖底泥制作为有机肥的底泥资源化利用的过程进行了多项有益的改进：本发明通过辅料和菌剂的利用以及物料配比促进堆肥过程快速升温，提高堆肥温度，提高堆肥效率和速度，减少前期堆肥阶段微生物对营养物质的过多损耗。本发明通过合理使用菌剂，结合堆肥方式 间歇通风，减少氨气的逸散，不仅能减少总氮损失，还能解决底泥堆肥产生的恶臭问题。本发明通过利用菌剂进行二次发酵，将营养物质转化为植物易吸收的价态，提高底泥堆肥的肥效。本发明可用于所有
地区的河湖底泥处理处置，基本无二次污染，效率高、成本低，具有良好的经济效益与环境效益。
57.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
58.本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。