有机肥发酵系统

技术领域

本发明涉及有机肥生产技术领域，尤其涉及一种有机肥发酵系统。

背景技术

我国是畜禽养殖大国，养殖业为人民生活水平的提高作出了贡献，同时也产生大量的畜禽粪便。大量的畜禽粪便不经过处理就直接排入环境直接危害生态环境及人类健康，影响畜禽产业的可持续性发展，为此防治畜禽粪便污染刻不容缓。国内现在处理畜禽粪便是直接还田或是经过简单的人工处理用于田间，这样造成大量有机质损失，既不经济又污染周边环境。

而堆肥是目前常用的无害化、资源化畜禽粪便处理方法，堆肥基质的腐熟主要通过多种微生物分解和转化有机物质来完成，但自然堆肥初期微生物量少，需要较长的时间才能繁殖起来，即效率不够理想，发酵周期较长。

曝气发酵，指的是将空气充分通入有机肥中，以实现发酵过程中的充分供氧，提供有机肥发酵菌在有机肥生产所需的氧气，同时带走水分，达到有机肥腐熟和去除多余水分的目的。

现有技术中的对堆肥的曝气发酵，主要基于禽类的排泄物和家畜类的排泄物作为原料，它们通常主要存在如下问题：一、通常无法通过一次性发酵将水分控制在30％以内，产品发酵周期通常需要达到30-60天或以上；二、通常无法通过一次性发酵将产品的品质达到NY884-2012生物有机肥标准或NY/T525-2021的标准，通常需要二次添加微生物菌，而采用我们技术无需二次加菌，节约成本、人工和设备投资；三、产品发酵后含有的有机质降低；四、发酵过程中无法将原料中含有的重金属大部分钝化，而残留的重金属会被植物吸收，影响植物生长。五，发酵指数偏低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种有机肥发酵系统，以解决背景技术中提到的几点问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种有机肥发酵系统，所述发酵系统包括：

搅拌槽，所述搅拌槽用于对发酵用的原料及辅料进行搅拌均匀混合得到预混料，以及，将配备好的活性发酵菌剂加入到所述预混料中，再次进行搅拌均匀得到发酵料；

发酵装置，所述发酵装置包括发酵槽，所述发酵槽的底部间隔开设有用于放置曝气管道的凹槽，所述曝气管道的顶面不凸出于凹槽的顶部所在的槽口面，在发酵槽侧墙上的安装有鼓风机，鼓风机连接所述曝气管道，所述曝气管道上均匀开设曝气微孔，所述发酵料铺设于各所述爆气管道之间的地面上进行发酵。

进一步地，所述曝气微孔位于所述曝气管道的顶端和/或中上部两侧，微孔大小为0.2-2cm，微孔间距5-20cm；位于所述曝气管道两端的所述曝气微孔距离所述发酵槽两侧20-60cm；相邻所述曝气管道之间的间隔为0.5-1m，所述鼓风机功率为0.3-4kw；每台所述鼓风机连接一条或两条曝气管道。

优选的，所述曝气管道沿发酵槽宽度方向平行铺设并穿过发酵槽的隔离墙及发酵场地的后外墙以与安装在后外墙上的所述鼓风机相连；或者，每个所述发酵槽内的曝气管道沿发酵槽长度方向平行铺设，每个所述曝气管道通过一位于发酵槽的隔离墙顶部的公共管道连接所述鼓风机，所述鼓风机位于所述公共管道内部的支路管道的入口处，每个所述公共管道的进风口位于发酵场地后外墙外。

进一步地，所述发酵菌剂的配方包括如下的其中一种：

配方一、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、保藏编号为GDMCC NO:63043的地衣牙孢杆菌和保藏编号为GDMCC NO:63044的蜥蜴纤细芽孢杆菌；

配方二、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和保藏编号为GDMCC NO:63043的地衣芽孢杆菌；

其中，各配方中的活菌总数含量≥100亿/克，优选为≥200亿/克。

进一步地，所述发酵菌剂在设定条件下培育而成，所述培育包括如下中的一种或多种：

在PH值为9-12的强碱环境下培养驯化，从中选择活力最高和耐碱性最强的活性菌；

在培养液温度为120度以上的温度环境和1.4个以上大气压环境下对选择的所述活性菌进行培养，选择活性最高和繁殖性最高的菌群；

在含水率15％-30％的低含水率环境下培养，挑选出仍能保持活性的菌群。

进一步地，所述配方一中的发酵菌剂中的各配方的物质组分重量比为1：2：1：1：0.5；所述配方二中的发酵菌剂中的各配方的物质组分重量比为1:1:1:1:1。

进一步地，当采用配方一作为发酵菌剂时，选用的发酵原料为禽类的粪污，所述禽类包括鸡粪、鸭粪、鹅粪、鸽粪，所述辅料包括秸秆、菇渣、糠醛渣；当采用配方二作为发酵菌剂时，选用的发酵原料为家畜类的粪污，所述家畜类包括猪粪、牛粪、羊粪、马粪，所述辅料包括秸秆、菇渣、糠醛渣。

进一步地，在搅拌槽中，所述发酵菌剂与预混料的重量比为1:5000～10000。

进一步地，所述原料和辅料进行混合后，还调节它们的碳氮比和水分含量，其中，碳氮比为20～30：1，进一步可为25～30：1，含水量为55％～65％。

与现有技术相比，本发明的有机肥发酵系统具有如下技术效果：

一、发酵菌自身的新陈代谢活动产生生物热，温度可以达到70-90之间，通过高温蒸发出物料的部分水分，然后在发酵系统中的鼓风机配合下，鼓风机通过曝气管道向外曝气，带走部分发酵料的水分，可以在8-15天就把物料的水分脱水至30％以内，比传统槽式好氧发酵提速2-4倍，极大提高了发酵效率，也有效降低了环保压力；

二、本申请一方面可以将鼓风机安装在发酵槽的后外墙(室外)，保证鼓风机供气的空气干燥湿度低，发酵过程可以带走更多的水分，加快物料的脱水干化，发酵效果更好，而且也不会导致鼓风机因为湿度太大容易损坏；此外，还可以将鼓风机安装在隔离墙的顶部，并位于公共通风道内部，而公共通风道的进风口位于发酵场地的外墙之外，便于从外部吸入干燥的空气，利于增大发酵效率，也能减少风机吸入湿润空气造成的故障发生。实现了一次蒸发水分达到商品有机肥标准，而传统槽式好氧发酵水分最多到40-35％左右就停滞，无法达到粉状有机肥水分低于30％的国标。

三、本申请的发酵菌剂，经过特别的驯化培育，培育出的活性菌具有耐高温高压的特性，具有更高的活性，相比其它常规发酵菌剂，在同等条件下，具有更强的快速腐熟分解物料的功能，腐熟程度高，做出的有机肥品质达到NY884-2012的标准；在同等的原材料下，可以转化出更多的养分和有机质，转化效率提升10％-30％左右。此外，本发酵菌在分解腐熟物料的过程中，分解转化出腐植酸且腐植酸含量高，使得重金属钝化，将可给态快速转化为不可给态，降低重金属的检出率，解决NY/T525-2021新有机肥标准中发芽指数难以达标的问题。

附图说明

图1为本发明实施例中的发酵系统的结构示意图。

图2为本发明实施例中的曝气管道的结构示意图。

图3为本发明实施例中的发酵装置的一个示意图。

图4为本发明实施例中的发酵装置的另一示意图。

图5为本发明实施例中的发酵装置的另一示意图。

图6为本发明实施例中的发酵装置的另一示意图。

图7为本发明实施例中采用配方一的检测报告结果图。

图8为本发明实施例中采用配方二的检测报告结果图。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参照图1所示，本申请的实施例提供了一种有机肥发酵系统，包括：对物料进行混合的搅拌槽，以及提供发酵料的发酵场所并对其进行鼓风的发酵装置。

搅拌槽，搅拌槽用于对发酵用的原料及辅料进行搅拌均匀混合得到预混料，以及，将配备好的活性发酵菌剂加入到所述预混料中，再次进行搅拌均匀得到发酵料。

具体的，该搅拌槽可以为叶桨机械搅拌槽，位于搅拌槽的中下部的螺旋桨搅拌器由电机通过减速器带动其旋转对混合的物料进行旋转搅拌，使得物料翻转，充分混合。

作为本申请一个优选的实施方式，发酵菌剂在设定条件下，经过特别的过程培育而成，所述的设定条件至少包括如下中的一种：

在PH值为9-12的强碱环境下培养驯化，从中选择活力最高和耐碱性最强的活性菌；

在培养液温度为120度以上的温度环境和1.4个以上大气压环境下对选择的所述活性菌进行培养，选择活性最高和繁殖性最高的菌群；经过选择的发酵菌剂可耐高温超过105℃，通过本身的新陈代谢产生生物热，发酵过程发酵温度可达到65-90℃。

在含水率15％-30％的低含水率环境下培养，挑选出仍能保持活性的菌群，即使后续发酵过程中，含水率低于35％以下，仍能保持一定活跃性。

相比传统的有机肥发酵，本申请的发酵菌剂经过严格的筛选，能够挑选出最优的菌群，这些菌群的活性经过特定培育驯化，其各方面(高温、高压、高PH值、低含水率)的耐受性能极佳，具有更强的活性，相比其他常规发酵菌，在同等条件下，本申请具有更强的分解腐熟物料的能力，可快速分解粪便中产生臭味的有机硫化物、有机氮化物等，本发酵菌气温速度快，8-12小时温度达到65度以上，可快速杀死原料中产臭菌等杂菌；同时，发酵高温阶段保持高温65度以上，释放更多热能，腐熟速度快和腐熟深度高，等量的原材料下，可以转化出更多的养分和有机质，转化效率提升30％左右。

本实施例中，根据所需要做出的功能性产品，选用不同的发酵原材料及不同的发酵菌剂配方，具体的，本申请实施例选用的发酵菌剂的配方包括如下的两种配方中的一种：

配方一、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、保藏编号为GDMCC NO:63043的地衣牙孢杆菌和保藏编号为GDMCC NO:63044的蜥蜴纤细芽孢杆菌，各配方的物质组分重量比为1：2：1：1：0.5，配方一中的活菌总数含量≥100亿/克，优选为≥200亿/克；其中，GDMCC NO:63043已于2022年12月13日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，GDMCC NO:63044已于2022年12月13日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏结果均显示存活。当采用配方一作为发酵菌剂时，选用的发酵原料为禽类的粪污，所述禽类包括鸡粪、鸭粪、鹅粪、鸽粪，所述辅料包括秸秆、菇渣、糠醛渣。

选用乳酸菌，其通过碳水化合物发酵产生的有机酸，可以调节有机肥的ph值，产生的特殊酶系、酸菌素等，可以分解原料中的蛋白质、糖类，把大分子的蛋白质降解成可吸收的小分子肽和氨基酸有利于植物吸收。搭配酵母菌，其是兼性厌氧微生物，在有氧和无氧条件下都能够存活，是一种天然发酵剂，在发酵初期温度低和供氧不足的情况，缺乏氧气时，快速把原料中的糖分解成二氧化碳和乙醇，在氧气充足的情况下，快速把原料中的糖分解成二氧化碳和水，快速激活乳酸菌的代谢活性，在不断供氧的情况下，在发酵前期低温缺氧下，两者搭配快速代谢产生生物热，并且两者经过特殊培育后对氧气的敏感度更高，吸收和转化氧气的效率高出30％左右，物料的发酵起温更快速。搭配枯草芽孢杆菌，其在生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用，能产生能够抑制细菌、病毒、真菌和病原体的生长的抗生素类物质，从而快速去除原料中的臭味，且其自身合成α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等酶类，能快速促进原料辅料营养素降解腐熟。以上三种在中低温环境活性最高，在发酵初期和后期中低温发挥重要作用。搭配地衣牙孢杆菌和蜥蜴纤细芽孢杆菌，二者在高温期间活性最高，保证物料发酵全程快速腐熟及脱水。二者本身具有较强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，促进原料辅料中营养素降解腐熟，针对禽类源粪便带有羽毛和辅料高纤维，具有快速降解腐熟能力，把大分子蛋白转化成小分子可吸收的氨基酸，纤维素和半纤维素转换成可吸收的多糖和各种化合物。枯草芽孢杆菌、地衣牙孢杆菌和蜥蜴纤细芽孢杆菌代谢过程所产生的活性物质在植物体内及植物生长的土壤中快速、大量繁衍和定植，有效地阻止病原微生物的繁殖，干扰植物病原微生物对植物侵染，破坏病原微生物在植物上的定殖，从而达到抑菌控病效果，增强植物抗逆性和减轻病害，从而提高品质及产量。

相比传统的有机肥发酵，本申请的配方一作为发酵菌剂，能够将大部分重金属钝化，将可给态快速转化为不可给态，降低重金属检出率。原料中的重金属是游离态，可以被植物吸入的，应当尽量降低重金属对植物的影响，通过本申请的发酵菌在分解腐熟物料的过程中，分解转化出腐植酸，腐植酸在发酵过程微生物的作用下把发酵原料中的有机质经过复杂的化学、生物分解及合成反应生成的一种有机混合物，腐植酸具有吸附包裹游离态的重金属的功能，把游离的重金属包裹起来，螯合钝化重金属，鳌合成大分子固定态不可被植物吸收。一般禽类发酵原料的腐植酸含量在4-6％，而本申请的发酵菌经过特别培育，腐植酸含量经过检测能达到16.46％，如图7所示，因此，其能够提高植物的生长效果。

配方二、乳酸菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和保藏编号为GDMCC NO:63043的地衣芽孢杆菌，其中，GDMCC NO:63043已于2022年12月13日保藏于广东省微生物菌种保藏中心，保藏结果为存活状态，配方二中各组分的重量比为：1:1:1:1:1，配方二中的活菌总数含量≥100亿/克，优选为≥200亿/克。当采用配方二作为发酵菌剂时，选用的发酵原料为家畜类的粪污，所述家畜类包括猪粪、牛粪、羊粪、马粪，所述辅料包括秸秆、菇渣、糠醛渣。

其中，乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌的作用和前述配方一一致，巨大芽孢杆菌，尤其是本申请中经过保藏验证过的，其存活率高，其能利用多种糖类，快速繁殖，易存活，抗逆性强，能溶解无效性的磷元素，把无效性的磷元素转变为植物能吸收利用的磷元素，其分泌的多糖物质，可以使土壤团粒结构变好，其代谢产生大量的蛋白酶、氨基酸、细胞分裂素等，增强农作物细胞活力，加快作物新陈代谢，增花增果提质效果。其中地衣芽孢杆菌，其更够固定大气中的氮和磷元素，与巨大芽孢杆菌解磷相辅相成，提升肥料的肥效，增加根系养分吸收量，促进作用生长，并可促使机体产生抗菌活性物质、杀灭致病菌。二者本身具有较强的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，促进原料辅料中营养素降解腐熟，分泌产生的大量高活性几丁质酶、纤维素酶、葡聚糖酶等溶菌物质，针对畜类粪便猪粪、牛粪和羊粪质地细腻，成分复杂，纤维素分解菌少，分解慢，可以快速提高物料腐熟效率，把大分子蛋白转化成小分子可吸收的氨基酸，纤维素和半纤维素转换成可吸收的多糖和各种化合物。枯草芽孢杆菌、地衣牙孢杆菌和巨大芽孢杆菌代谢过程所产生的活性物质在植物体内及植物生长的土壤中快速、大量繁衍和定植，有效地阻止病原微生物的繁殖，干扰植物病原微生物对植物侵染，破坏病原微生物在植物上的定殖，从而达到抑菌控病效果，增强植物抗逆性和减轻病害，从而提高品质及产量。

相比传统的有机肥发酵，本申请实施例中配方二中的发酵菌剂能够将大部分重金属钝化，将可给态快速转化为不可给态，降低重金属检出率。原料中的重金属是游离态，可以被植物吸入的，应当尽量降低重金属对植物的影响，通过本申请的发酵菌在分解腐熟物料的过程中，分解转化出腐植酸，腐植酸在发酵过程微生物的作用下把发酵原料中的有机质经过复杂的化学、生物分解及合成反应生成的一种有机混合物，腐植酸具有吸附包裹游离态的重金属的功能，把游离的重金属包裹起来，螯合钝化重金属，鳌合成大分子固定态不可被植物吸收。而本申请的发酵菌经过特别培育，腐植酸含量经过检测能达到7.27％，同等条件下，相比至少提升10％-30％，如图8所示，因此，其能够提高植物的生长效果。

在原料和辅料进行混合后，还检测混合后的预混料的相关指标，以调节它们的碳氮比和水分含量，其中，控制碳氮比为25～30：1，含水量为55％～65％，此种条件便于后续的发酵。即先在发酵槽中桨原料和辅料进行充分的均匀混合后，再加入制备好的发酵菌剂，再次搅拌混合均匀。其中，无论是配方一还是配方二，加入的发酵菌剂与预混料的重量比为1:5000～10000，也即1kg的发酵菌剂混合5-10吨的预混料。

申请人经过长期使用发现使用本配方一或配方二组合的发酵菌剂与预混料，具有发酵起温速度快的优点，常规要36-48小时才能到达60度以上，本组合可以在8-12小时达到60-80度。而且，发酵温度更高，经过梯次组合从低温、中温、高温衔接顺畅，发酵温度比较高，更加有利于水分蒸发。最后，发酵味道比较好，整个发酵温度速度快，臭味降低比较快，使整个生产环境更加舒服和有好，解决了NY/T525-2021新有机肥标准中发芽指数难以达标的问题。

表1——配方一发酵实验数据

表2——配方二发酵实验数据

从上述发酵实验可知，选用本申请的发酵菌剂进行的物料发酵，快速把厌氧环境变形好氧环境，减少或消除产臭条件，让生产环境更加绿色环保，其臭味消散祛除的时间较快，快速减少至消除发酵过程的臭味，一天后基本无刺鼻气味。

在搅拌槽混合完成的发酵料，将通过铲车等搬运工具，或者通过自动化输送工具送到发酵装置中完成最后的发酵过程，发酵装置包括呈长方体的发酵槽1，发酵槽长度为可不限，此处的长度方向为入口所在的方向，高度为2-3m，适用于大宽度比如10～30米，发酵槽三面为隔离墙，一面为出入口。发酵槽的底部间隔开设有下凹的、用于放置曝气管道2的凹槽，鼓风机通过通风管连接曝气管道，发酵料铺设于各爆气管道之间的地面上，曝气管道的顶部不凸出于凹槽顶部的槽口面，二者的顶部具有一小段间隔，如1厘米左右即可。曝气管道2呈圆筒状，并列分布，相邻的曝气管道的间隔为0.5-1m，其上均匀开设若干个曝气微孔，曝气微孔位于所述曝气管道的顶端和/或中上部两侧，微孔大小为0.2-2cm，微孔间距5-20cm，位于曝气管道两端的曝气微孔距离所述发酵槽两侧具有一小段间距，比如为20-60cm。鼓风机安装在发酵槽的侧墙外，一个鼓风机可以连接一个或两个曝气管道2，比如通过一个三通管连接两条，同时对两个曝气管道2曝气，鼓风机功率为0.3-4kw，鼓风机的功率可由安装在墙体上的控制柜进行调节。

发酵菌自身的新陈代谢活动能够产生生物热，温度可以达到70-90之间，通过高温蒸发出物料的部分水分，然后在发酵槽中的鼓风机配合下，鼓风机在发酵槽内的曝气进一步带走部分水分，可以在8-15天就把物料的水分脱水至30％以内，极大减少了物料发酵的时间。

参照图3所示，本申请的一个优选实施例中，曝气管道2沿发酵槽宽度方向平行铺设并穿过发酵槽1的隔离墙11及发酵场地的后外墙3以与安装在后外墙上的所述鼓风机相连。

具体的，发酵场地具有多面外墙，外墙3的外面为空气，由多面外墙3形成的发酵场地内并排设置有多个间隔设置的发酵槽1，每个发酵槽1又由各自的三面隔离墙11围合而成，发酵槽1的其中一面为开放面，方便物料进出，顶部敞开。现有设计中，鼓风机通常是安装在发酵场地的室内的发酵槽的隔离墙上，但是由于发酵过程会产生大量的水蒸气，导致室内的空气湿度比室外的高，鼓风机吸进去的空气湿度高，本申请将鼓风机安装在室外的外墙3上，吸进去的空气比室内的干，从而提高曝气效果，利于发酵，而且也不会导致鼓风机因为湿度太大容易损坏。此外，即使发酵槽宽度增加，也无需额外建造一面墙进行隔开进行改造，只需对应从外墙拉出几条曝气管道即可。

参照图4～图6所示，本申请的另一个优选实施例中，每个发酵槽1内的曝气管道2沿发酵槽长度方向平行铺设，每个所述曝气管道2通过一位于发酵槽的隔离墙顶部的公共管道5连接所述鼓风机4，鼓风机4位于所述公共管道5内部的支路管道的入口处，每个所述公共管道5的进风口位于发酵场地后外墙3之外。

具体的，发酵场地具有外墙3，外墙3上搭顶棚，外墙3之外为室外干燥的空气，外墙3内部为多个发酵槽1，每个发酵槽1的面积可不同，并可容纳不同的发酵物料。每个发酵槽1由三面隔离墙11隔离形成各自的发酵空间，发酵槽顶面和另外一面开放，另外一面作为发酵物料的进出口。沿所述发酵槽1的长度方向并列排布多条间隔的曝气管道2，各曝气管道2连接有鼓风机4，其中，位于所述发酵槽1的隔离墙11的墙顶设置有通风的公共管道5，所述公共通风道5的进风口位于发酵场地之外，以从场地外吸取干燥空气，公共管道5被支撑于发酵槽1的顶部，并一直向外延伸到室外，至少位于发酵槽的隔离墙11顶上的公共管道5为硬质管道，其截面可以呈方形。公共管道5连接有与曝气管道2联通的支路管道51，公共管道5内还安装有鼓风机4，支路通道51的方向从上往下，支路通道51可采用密封的塑料软管，软管的一端套设于公共通风道的孔内，另一端套入曝气管道的进孔内，鼓风机4与支路管道51一一对应，每一个鼓风机4负责一条曝气管道2，开启鼓风机4后，共同从公共管道5的位于室外的进风口吸入空气，保证了吸入的空气为干燥的空气，避免了传统的从室内吸入湿度较大的空气导致的发酵效率降低的问题。同时，其实现了一次水分达到商品有机肥标准，而传统槽式好氧发酵水分最多到40-35％左右就停滞，无法达到粉状有机肥水分低于30％的国标。

本申请通过对发酵槽的曝气结构进行了改进，并配合发酵菌剂自身的特性，确保了发酵效率和质量均得到了明显提升。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。