一种基于膜覆盖的好氧堆肥发酵系统

1.本实用新型涉及有机废弃物好氧堆肥处理技术领域，具体为一种基于膜覆盖的好氧堆肥发酵系统。


背景技术：

2.随着农业生产和畜禽养殖规模的不断扩大，由农业有机废弃物和畜禽粪污大量排放引起的环境污染问题日益严重，引起人们的广泛关注。近年来，纳米膜覆盖好氧高温堆肥技术是新兴的高效环保堆肥技术，兼具反应器堆肥环保性能强及开放式堆肥处理量大的优点。目前，存在的畜禽粪便膜覆盖好氧堆肥装置，存在因堆肥过程中缺少翻堆过程，产生表层物料水分散失快的现象，这时一般需要人工揭盖功能膜、使物料裸露后补水，补水后再重新功能膜。这种方式虽然能够一定程度上能够补充堆肥内的含水率但是，会出现补水不均匀，含水量控制不精准的问题，并且，人工补水的操作过程复杂，用工时间长；功能膜的铺设和掀开耗费人力，过程繁琐。此外，畜禽粪便高温好氧堆肥初期物料在重力的作用下会产生大量高浓度的有机渗滤液,这些有机渗滤液如果处理不当渗到地下,势必会直接或间接的导致土壤和水体富营养化、重金属污染，威胁人类健康。同时，堆肥产生的渗滤液中含有多种丰富的微生物，可以回流喷施到堆肥区，作为微生物菌剂起到连续接种的目的。然而，目前存在的膜覆盖发酵技术领域缺少渗滤液处理相关的技术。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了解决现有膜覆盖堆肥补水困难、覆膜过程繁琐，渗滤液处理不当的问题，提供一种基于膜覆盖的好氧堆肥发酵系统。
4.本实用新型一种基于膜覆盖的好氧堆肥发酵系统，其特征在于：包括防渗地面（11），防渗地面沿长度方向有一定坡度并设有凹槽（10），防渗地面坡度较低的一端设有渗滤液收集器（13），凹槽（10）内部放有布气管道（16），布气管道（16）一侧与供氧风机（17）相连，防渗地面三面设有墙体（25），墙体（25）上方设有带滑轮（8）的顶部支架，顶部支架上部覆有功能膜（18），顶部支架下部设有喷淋系统和堆肥监控单元（19），喷淋系统与渗滤液收集箱（1）、水箱（14）、微生物菌剂箱（15）相连。
5.进一步的，所述防渗地面沿长度方向坡度小于5度，所述防渗地面包括硬化地面（24）和hdpe土工膜（21）组成。
6.进一步的，所述布气管道（16）上部设有通气孔（20）。
7.进一步的，所述凹槽（10）深度大于布气管道（16）直径。
8.进一步的，所述功能膜（18）具有3层结构，内外两层为保护层，材料为聚酯纤维，中间1 层为功能层，材料为膨体聚四氟乙烯，且功能膜四周设有储水槽（22）。
9.进一步的，所述顶部支架包括多个拱形骨架（2），每个拱形骨架（2）与立柱（3）相连，所述立柱固定于滑轮上（8），滑轮（8）与堆体两侧墙体（25）上的轨道（9）契合，并在驱动装置（28）的带动下，使功能膜（18）进行自动伸缩。
10.进一步的，所述最外侧立柱（3）上附有驱动装置（28），由驱动装置（28）控制滑轮（8）移动。
11.进一步的，所述相邻拱形骨架（2）间距为60-80cm，相邻的立柱（3）之间铰接有两根连接杆（4），两根连接杆呈x字形设置
12.进一步的，所述喷淋系统包括主水管（5）和多条分水管（6），所述主水管（5）在水管主体上设有一个水入口端（30）和多个水出口端（27），所述水入口端（30）通过水管、电磁阀1、2、3、4、5与渗滤液收集箱（1）、水箱（14）、微生物菌剂箱（15）相连，所述电磁阀连接有控制器（29）；所述多个水出口端（27）设置在所述主水管（5）的管壁上。
13.进一步的，所述多条分水管一端与主水管上的水出口端相连，另一侧设有喷淋器（7）。
14.进一步的，所述主水管（5）和多条分水管（6）采用软管。
15.进一步的，所述堆肥监控单元（19）包括温度传感器、湿度传感器和氧浓度传感器，且温度、湿度和氧浓度传感器均与控制器（29）连接。
16.进一步的，所述轨道（9）两侧设有u型凹槽（12），u型凹槽（12）与功能膜的储水槽（22）配合组成密封连接。
17.进一步的，所述供氧风机（17）连有电加热器（23）
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：将防渗地面设置为一定坡度，在重力的作用下将渗滤液收集起来，并通过喷洒装置回流到堆肥区，避免渗滤液处理不当渗入地下造成二次污染，并且达到二次利用和连续接种的目的。此外，实现了功能膜自动化覆盖和掀开及自动补水功能，解决了表面物料水分散失快、功能膜铺设和掀开耗费人力等问题。
附图说明
19.图1为本技术中的一种基于膜覆盖的好氧堆肥发酵系统结构示意图；
20.图2为滚轮结构和伸缩立柱示意图；
21.图3为通风结构示意图；
22.图4为喷淋系统和水箱、渗滤液收集器、渗滤液收集箱和微生物菌剂箱连接示意图;
23.图5为一种基于膜覆盖的好氧堆肥发酵系统结构的侧面示意图
24.图6为控制系统示意图
25.其中，1、渗滤液收集箱，2、拱形骨架，3、立柱，4、连接杆，5、主水管，6、分水管，7、喷淋器，8、滑轮，9、轨道，10、凹槽，11、防渗地面，12、u型凹槽，13、渗滤液收集器，14、水箱，15、微生物菌剂箱，16、布气管道，17、供氧风机，18、功能膜，19、堆肥监控单元，20、通气孔，21、hdpe土工膜，22、储水槽，23、电加热器，24、硬化地面，25、墙体，26、水入端口，27、水出口端，28、驱动装置，29、控制器，30、水泵，31、电磁阀1，32、电磁阀2，33、电磁阀3，34、电磁阀4。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1-5所示，一种基于膜覆盖的好氧堆肥发酵系统，包括渗滤液收集单元、喷淋单元、微正压供氧单元、控制系统、自动伸缩覆膜单元。
28.控制系统主要包括控制器29和堆肥监控单元19。堆肥监控单元19主要包括温度传感器、湿度传感器和氧浓度传感器，且温度、湿度和氧浓度传感器均与控制器29连接。堆肥监控单元19可以将堆肥温度、堆体氧气含量和含水率进行实时监测并将信号传递给控制器29，控制器29根据不同水平的堆肥温度、堆体氧气含量和含水率，对喷淋单元、微正压供氧单元进行自动控制。此外，驱动装置28与控制器29相连，可以控制滑轮8的运行，实现功能膜的自动覆盖与掀开。
29.自动伸缩覆膜单元包括拱形骨架2、立柱3、连接杆4、滑轮8、轨道9、墙体25、驱动装置28。所述顶部支架包括多个拱形骨架2，每个拱形骨架2与立柱3相连，所述立柱固定于滑轮上8，滑轮8与堆体两侧墙体25上的轨道9契合，并在驱动装置28的带动下，使功能膜18进行自动伸缩；所述最外侧立柱3上附有驱动装置28，由驱动装置28控制滑轮8移动；所述相邻拱形骨架2间距为60-80cm，相邻的立柱3之间铰接有两根连接杆4，两根连接杆呈x字形设置
30.微正压供氧单元主要包括u型凹槽12、布气管道16、供养风机17，功能膜18、电加热器 23、通气孔20、储水槽22。所述布气管道16放入防渗地面11得凹槽10内，布气管道16上部设有通气孔20，布气管道16与供氧风机17之间连接有电加热器23，当堆体内部氧气含量降低时，在控制器19的作用下供氧风机23工作，空气通过布气管道16从通气孔20为堆体补足氧气。当堆肥控制单元检测到堆体温度过低时，在控制器19的作用下电加热器19和供氧风机17同时进行工作对堆体进行加热；功能膜18具有3层结构，内外两层为保护层，材料为聚酯纤维，中间1 层为功能层，材料为膨体聚四氟乙烯，且功能膜四周设有储水槽22。储水槽22供入水时，可以与墙体25上的u型凹槽12配合组成密封连接。
31.渗滤液收集单元主要防渗地面11、渗滤液收集器13、凹槽10。防渗系统主要由硬化地面24和hdpe土工膜21组成的防渗地面构成。选取材料为1.5mm厚的hdpe防渗膜，并且铺设两层，并且采用锚固沟固定。硬化地面24可以对堆体形成稳定支撑hdpe土工膜21能有效避免发酵过程中渗滤液渗透到土壤中而污染环境；防渗地面11沿长度方向坡度小于5度，使渗滤液在重力的作用下通过凹槽10流入到渗滤液收集器13；凹槽10深度大于布气管道16直径，可以有效避免堆肥物料进出本实用新型一种基于膜覆盖的好氧堆肥发酵系统的过程中蹭伤布气管道16。
32.喷淋单元主要由渗滤液收集箱1、主水管5、多条分水管6、喷淋器7、水箱14、微生物菌剂箱15、水泵30、电磁阀1 31、电磁阀2 32、电磁阀3 33、电磁阀4 34，入水口端26、出水端口27。顶部支架下部安装有一条主水管5和多条分水管6，主水管方向与凹槽（5）平行，分水管固定于拱形骨架上（2），主水管5在水管主体上设有一个水入口端30和多个水出口端27，水入口端30通过水管、电磁阀1、2、3、4、5与渗滤液收集箱1、水箱14、微生物菌剂箱15相连，并且电磁阀连接控制器29；多个水出口端27设置在所述主水管5的管壁上，主水管5和多条分水管6采用软管，所述多条分水管一端与主水管上的水出口端相连，另一侧设有喷淋器7。当堆肥监控单元检测到堆体含水率降低时，控制器29控制电磁阀3 33和电磁阀4 34关闭，电磁阀2 32打开，水泵30运行，在水泵30的作用下将水箱的水带入主水管26，进一步的水到达多条分水管6，在水压的作用下通过喷淋器7进行喷洒；当需要进行喷洒微生物菌剂时，控
制器29将电磁阀3 33关闭，电磁阀2 32和电磁阀4 34打开，水泵30运行，在水泵30和水箱14的水的稀释的作用下将微生物菌剂带到主水管26中，然后进入多条分水管6通过分水管末端的喷淋器7进行对微生物菌剂的喷洒，促进堆体腐熟。当为了减少经济成本将渗滤液作为微生物菌剂而达到连续接种的目的时，控制器29控制电磁阀2 32和电磁阀4 34关闭，电磁阀3 33和水泵30打开，将渗滤液带入主管道26中，然后通过多条分水管6进入喷淋器进行喷洒，对渗滤液进行二次利用。
33.该应用实施例的实施步骤如下：
34.以猪粪和苹果木屑发酵为例
35.a、脱水
36.水泡粪工艺的猪粪经过固液分离机脱水，得到含水率为重量计的69.9%的猪粪；
37.b、配料
38.测定苹果木屑和猪粪的碳氮含量，同时选取以由秦皇岛领先康地农业技术有限公司以商品名有机物料腐熟剂销售的复合菌种为添加剂，添加量为猪粪干物质量及1
‰
，同时使用翻堆机混合均匀，使苹果木屑和猪粪混合后的物料的碳氮比为25左右，同时调整混合后物料的含水率为65-70%。
39.c、建设发酵区
40.选择地势高、平坦、铲车易作业的空地，建立满足铲车作业和具有一定坡度的的防渗地面11，在防渗地面11上设置凹槽11，防渗地面坡度较低的一端设置渗滤液收集器13，凹槽11内部放有布气管道16，布气管道16一侧与供氧风机17相连，防渗地面三面设有墙体25，墙体25上方安装带滑轮8的顶部支架，顶部支架上部覆有功能膜18，顶部支架下部设有喷淋系统和堆肥监控单元19，喷淋系统与渗滤液收集箱1、水箱14、微生物菌剂箱15相连。
41.d、堆建
42.通过铲车将混合好的物料运至发酵区，建堆时应保证物料均匀、松散，防止出现堆肥物料厚度不一致、含水量不均等情况。为保证气体分布均匀，堆砌物料时，发酵区内的物料必须布满，防止出现三角形堆体或者高低差异较大堆体，建堆时间不超过 2 天。
43.e、覆膜
44.对控制单元下达指令，驱动装置28运行，滑轮8滚动，带动立柱3和拱形骨架2运动，实现功能膜的自动覆盖。同时将功能膜四周的储水槽22注入水，与u型凹槽12构成密闭结构，在供氧风机和物料发酵共同的作用下形成微正压发酵系统。
45.f、智能控制高温好氧发酵
46.通过安装的堆肥监控单元19对堆体的温度、含水率、氧气含量进行实时、连续监测发酵参数，并反馈给控制器19，通过控制器19内的软件记录、存储、分析，根据程序设定反馈调控供氧风机17、电加热器23、水泵30电磁阀1 31、电磁阀2 32、电磁阀3 33和电磁阀4 34的启停。当堆体氧气浓度低于8％时，供氧风机17启动，将新鲜空气通过布气管道17和通气孔20送至发酵堆体，当堆体氧气浓度高于15％，或供氧风机17运行20min以上，供氧风机17停止运行。在高温好氧发酵过程中，堆体温度为50～65℃，当发酵堆的温度低于55℃时，将通风量降低，电加热器23运行，当发酵堆的温度高于55℃，低于70℃时，通风量保持正常，当发酵堆的温度高于75℃，高压离心风机(12)启动降温。当堆体表面含水率低于50%时，水泵30进行工作将水箱14的水通过主水管5、多条分水管6和喷淋器7进行喷洒，当堆体含水率高
于65%或水泵30运行超过15min时，水泵30停止运行。当需要人工进行喷洒微生物菌剂时，控制器29将电磁阀2 32和电磁阀3 33关闭，电磁阀4 34打开，水泵30运行，在水泵30的作用下将微生物菌剂带到主水管26中，然后进入多条分水管6通过分水管末端的喷淋器7进行对微生物菌剂的喷洒，促进堆体腐熟。当为了减少经济成本将渗滤液作为微生物菌剂而达到连续接种的目的时，控制器29控制电磁阀2 32和电磁阀4 34关闭，电磁阀3 33和水泵30打开，将渗滤液带入主管道26中，然后通过多条分水管6进入喷淋器进行喷洒，对渗滤液进行二次利用。
47.g、陈化
48.覆膜发酵20天，掀去功能膜18，完成高温好氧发酵，为了进一步提高腐熟效果，采用铲车将物料运至后腐熟区静置堆放40天，翻堆2次。陈化后的物料含水率为以重量计25.5％。
49.猪粪经过这样无害化处理达到了畜禽粪便无害化处理技术规范(gb/t 36195
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2018)的要求，其结果列于下表1中。
[0050][0051]
以上结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细说明，但本实用新型并不限于上述实施方式的具体细节，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的技术方案范围内所作出的变型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。