一種具有攪拌裝置的發酵設備的製作方法

2023-07-11 04:18:46

本發明涉及有機肥發酵領域，更具體而言涉及一種用於處理畜禽糞便的具有攪拌裝置的密閉式好氧發酵設備。

背景技術：

在中國，畜禽養殖業的快速發展對農村經濟發展和農民增收發揮了重要作用，目前我國畜禽養殖企業進行無害化處理或資源化利用畜禽糞便的企業不足5％，大多數城市的畜禽養殖業已經對當地環境造成了汙染，治理畜禽糞便的汙染已經到了迫在眉睫的程度。目前國內處理畜禽糞便最常用的辦法為：直接還田、晾曬、烘乾進行處理。畜禽糞便直接施用的方法無需投資、簡便易操作、易於農民利用，但是不便於大量施用，在使用上受到限制。這是目前處理畜禽糞汙的主要辦法，佔處理方式的90％以上。另外有5％左右畜禽糞便採用微生物堆肥法，微生物堆肥法是通過人為控制堆肥所需條件，利用微生物對其進行腐化分解，生產出高效的有機肥料。處理畜禽糞便採用微生物發酵模式是國際處理畜禽糞便的通用辦法，也是我國目前對畜禽糞便處理的強行要求。

封閉式高效畜禽糞便發酵裝置是目前先進的畜禽糞便處理方式，這類發酵裝置是把畜禽糞便處理後轉化成有機肥的關鍵設備，其通過驅動系統的攪拌和通氧來對畜禽糞便進行好氧發酵，再把腐熟的有機物料通過蝸杆排料機排出。封閉式畜禽糞便發酵裝置「一進一出」全封閉，無二次汙染，發酵速度快，直接生產有機肥，運營成本低。

然而，目前市場上可獲得的封閉式畜禽糞便發酵設備仍存發酵不充分、耗能大、發酵物料含水量高等問題。因此，本領域中需要一種在上述一個或多個方面進行改進的畜禽糞便處理裝置。

技術實現要素：

本發明人意外地發現，通過合理地設計發酵設備中攪拌裝置的攪拌臂的形狀，任選地進一步配置攪拌裝置中不同攪拌部件上的攪拌臂數目，可以解決現有的用於畜禽糞便處理的封閉式發酵設備中普遍存在的發酵不充分、耗能大、和/或發酵物料含水量高等問題。具體而言，本發明提供了一種具有攪拌裝置的發酵設備，由此實現上述效果。

因此，在第一方面，本發明提供了一種發酵設備，所述發酵設備包括發酵罐體和攪拌裝置，所述攪拌裝置包括：縱向設置在所述發酵罐體中心處的攪拌軸、以及從下至上橫向設置在所述攪拌軸上的均設有攪拌臂的腐熟層攪拌部件、發酵層攪拌部件和預熱層攪拌部件，其特徵在於，所述發酵層攪拌部件和所述預熱層攪拌部件兩者的攪拌臂的寬度從所述發酵罐體的中心至邊緣逐漸變窄。

在一個實施方案中，所述腐熟層攪拌部件的攪拌臂數目多於或者等於所述發酵層攪拌部件的攪拌臂數目且多於或者等於所述預熱層攪拌部件的攪拌臂數目。在一個進一步的實施方案中，所述腐熟層攪拌部件包括至少兩個或者三個攪拌臂，例如兩個、三個、四個或者五個攪拌臂，優選包括三個攪拌臂；所述發酵層攪拌部件和所述預熱層攪拌部件各自包括至少一個攪拌臂，例如一個、兩個、三個或者四個攪拌臂，但優選包括一個或兩個攪拌臂。

在一個優選的實施方案中，所述腐熟層攪拌部件包括三個攪拌臂，所述發酵層攪拌部件包括兩個攪拌臂，並且所述預熱層攪拌部件包括兩個攪拌臂。

在一個實施方案中，所述發酵層攪拌部件與所述腐熟層攪拌部件之間的距離小於或者等於所述發酵層攪拌部件與所述預熱層攪拌部件之間的距離。該距離的大小可以根據實際情況來設置。在本發明發酵設備中的攪拌裝置包括多個腐熟層攪拌部件、多個發酵層攪拌部件、和/或多個預熱層攪拌部件的情況下，在此所提及的「所述發酵層攪拌部件與所述腐熟層攪拌部件之間的距離」是指相鄰的發酵層攪拌部件與腐熟層攪拌部件之間的距離；類似地，在此所提及的「所述發酵層攪拌部件與所述預熱層攪拌部件之間」是指相鄰的發酵層攪拌部件與腐熟層攪拌部件之間的距離。

在一個實施方案中，所述腐熟層攪拌部件的攪拌臂的寬度大於所述發酵層攪拌部件的攪拌臂的寬度，且優選從所述發酵罐體的中心至邊緣沒有變化。在一個優選的實施方案中，所述發酵層攪拌部件的攪拌臂的寬度大於或等於所述預熱層攪拌部件的攪拌臂的寬度。

在一個實施方案中，所述攪拌裝置包括至少一個或者兩個腐熟層攪拌部件，例如一個、兩個、三個、四個或者五個腐熟層攪拌部件，優選包括兩個腐熟層攪拌部件。在所述攪拌裝置包括兩個及兩個以上腐熟層攪拌部件的情況下，相鄰腐熟層攪拌部件之間的距離可以實際情況來設置。此時，各腐熟層攪拌部件的攪拌臂數目可以相同，也可不相同，但優選最下層腐熟層攪拌部件的攪拌臂數目多於其他的腐熟層攪拌部件的攪拌臂數目。例如，在所述攪拌裝置包括兩個腐熟層攪拌部件的情況下，下層腐熟層攪拌部件具有三個攪拌臂，上層腐熟層攪拌部件具有兩個攪拌臂。

在一個實施方案中，所述攪拌裝置包括至少一個發酵層攪拌部件，例如一個、兩個或三個發酵層攪拌部件，優選包括一個發酵層攪拌部件。在所述攪拌裝置包括兩個及兩個以上發酵層攪拌部件的情況下，相鄰發酵層攪拌部件之間的距離可以根據實際情況來設置。此時，各發酵層攪拌部件的攪拌臂數目可以相同，也可不相同。

在一個實施方案中，所述攪拌裝置包括至少一個預熱層攪拌部件，例如一個、兩個或三個預熱層攪拌部件，優選包括一個預熱層攪拌部件。在所述攪拌裝置包括兩個及兩個以上預熱層攪拌部件的情況下，相鄰預熱層攪拌部件之間的距離可以根據實際情況來設置。此時，各預熱層攪拌部件的攪拌臂數目可以相同，也可不相同。

在一個實施方案中，所述攪拌裝置內部設置有連通的氣體通道，並且在所述腐熟層攪拌部件和所述發酵層攪拌部件兩者的攪拌臂上設置有與所述氣體通道連通的通氣孔。在一個進一步的實施方案中，所述腐熟層攪拌部件的攪拌臂上的通氣孔數量多於所述發酵層攪拌部件的攪拌臂上的通氣孔數量。在又一個實施方案中，所述腐熟層攪拌部件的攪拌臂上的通氣孔孔徑大於所述發酵層攪拌部件的攪拌臂上的通氣孔孔徑。

在一個優選的實施方案中，所述腐熟層攪拌部件的攪拌臂上的通氣孔的直徑是1.0-3.0cm，優選1.4-2.4cm，最優選1.4cm，每個攪拌臂上的通氣孔數目以每米發酵罐體半徑計為5-8個，優選以每米發酵罐體半徑計為6-7個。

在一個優選的實施方案中，所述發酵層攪拌部件的攪拌臂上的通氣孔的直徑是0.7-1.3cm，優選0.9-1.1cm，最優選1.0cm，每個攪拌臂上的通氣孔數目以每米發酵罐體半徑計3-6個，優選以每米發酵罐體半徑計4-5個。

在本申請中，發明人從以下幾方面對本發明發酵設備中的攪拌裝置進行了改進：(1)各攪拌部件中的攪拌臂各自的寬度以及相對寬度；(2)各攪拌部件中攪拌臂的數目；(3)各攪拌部件之間的距離。

通過將發酵層攪拌部件和預熱層攪拌部件中的攪拌臂寬度設置為從發酵罐體的中心至邊緣逐漸減小，由此通過加強板結構可以更好地將攪拌臂相對更為牢固地固定於攪拌軸上。此外，由於寬度逐漸減小，攪拌臂與物料的接觸面積更小，由此可以大大減少本發明發酵設備的攪拌裝置在運行時遇到的阻力，進而大幅度降低能耗，如能耗可以降低高達35％。例如，對於一個載量為80噸的發酵設備，該結構改變可以使得液壓攪拌電機的耗電量從11.5kw降低至7.5kw，一天節約大約100度電。

此外，預熱層攪拌部件和/或發酵層攪拌部件中相對更少的攪拌臂數目進一步降低了本發明發酵設備的能耗。通過設置相對更多個腐熟層攪拌部件，和/或使每個腐熟層攪拌部件包含相對更多的攪拌臂，由此可以在腐熟層實現更為充分的翻動和攪拌。並且進一步地，在腐熟層攪拌部件的攪拌臂上設置有數目更多和/或孔徑更大的通氣孔，由此使得可以有充足的氣體與腐熟物料進行充分的接觸，帶走其中的水分，從而使得最終的腐熟物料的含水量可以在35％左右。

附圖說明

圖1是本發明發酵設備的一個示例性實施方案的剖視透視圖。

圖2是進一步示出圖1所示發酵設備的攪拌裝置的一個示例性實施方案的結構示意圖。

圖3是示出本發明發酵設備中的攪拌裝置的腐熟層攪拌部件的整體結構的示意圖。

圖4是示出本發明發酵設備中的攪拌裝置的腐熟層攪拌部件的一部分結構的示意圖。

圖5為示出了本發明發酵設備中攪拌裝置的發酵層攪拌部件的一部分結構的示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發明發酵設備的示例性實施方案進行詳細描述。對示例性實施方案的描述僅僅是出於示例之目的，而無意於對本發明及其應用或用法作出限制。並且，圖中各部件的尺寸和比例也僅僅是示意性的，並不嚴格對應於實際產品。

如上文所述，現有的用於畜禽糞便處理的設備耗能普遍較大。如何在實現充分攪拌、減少腐熟物料含水量的同時降低能耗一直以來是本領域技術人員極其關心的一個問題。本發明人意外地發現，通過合理地設計發酵設備中的攪拌裝置的攪拌臂的形狀，任選地進一步配置攪拌裝置中各層攪拌部件的攪拌臂數目，可以解決現有的用於畜禽糞便處理的封閉式發酵設備中普遍存在的耗能大、發酵不充分、腐熟物料水分含量大等問題。

因此，本發明提供了一種發酵設備，所述發酵設備包括發酵罐體和攪拌裝置，所述攪拌裝置包括：縱向設置在所述發酵罐體中心處的攪拌軸、以及從下至上橫向設置在所述攪拌軸上的均設有攪拌臂的腐熟層攪拌部件、發酵層攪拌部件和預熱層攪拌部件，其特徵在於，所述發酵層攪拌部件和所述預熱層攪拌部件兩者的攪拌臂的寬度從所述發酵罐體的中心至邊緣逐漸變窄。

現參照本申請的說明書附圖對本發明發酵設備的具體實施方案進行詳細的描述。

圖1是本發明發酵設備的一個示例性實施方案的剖視透視圖。從該圖中可以看出，發酵設備1包括發酵罐體11和攪拌裝置12。

圖2進一步示出了圖1所示發酵設備1的攪拌裝置12的結構。從該圖中可以看出，攪拌裝置12包括縱向設置在發酵罐體11中心處的攪拌軸120、以及從下至上橫向設置在攪拌軸120上的腐熟層攪拌部件123、發酵層攪拌部件122和預熱層攪拌部件121，腐熟層攪拌部件123包括三個攪拌臂1231，發酵層攪拌部件122包括一個攪拌臂1221，預熱層攪拌部件121包括三個攪拌臂1211。應注意，圖2所示攪拌裝置12僅僅是示例性的，在滿足腐熟層攪拌部件的攪拌臂數目多於或者等於發酵層攪拌部件的攪拌臂數目且多於或者等於預熱層攪拌部件的攪拌臂數目的情況下，腐熟層攪拌部件、發酵層攪拌部件和預熱層攪拌部件也可以包括其它數目的攪拌臂。例如，腐熟層攪拌部件123可以包括至少兩個攪拌臂，例如兩個、三個、四個或者五個攪拌臂，但優選包括三個攪拌臂；發酵層攪拌部件122和預熱層攪拌部件121各自可以包括至少一個攪拌臂，例如一個、兩個、三個或者四個攪拌臂，但優選各自包括一個或者兩個攪拌臂。

發酵層攪拌部件122與腐熟層攪拌部件123之間的距離小於等於發酵層攪拌部件122與預熱層攪拌部件121之間的距離。該距離的具體大小可以根據實際情況來設置。例如，發酵層攪拌部件與腐熟層攪拌部件之間的距離、以及發酵層攪拌部件與預熱層攪拌部件之間的距離可以為50-70cm，優選55-65cm，最優選60cm。

圖2所示攪拌裝置12是僅包括一個腐熟層攪拌部件123、一個發酵層攪拌部件122和一個預熱層攪拌部件121的實例。但是，本發明發酵設備中的攪拌裝置也可以包括超過一個的腐熟層攪拌部件、發酵層攪拌部件和預熱層攪拌部件。例如，本發明發酵設備可以包括：至少一個例如一個、兩個、三個、四個或者五個腐熟層攪拌部件，優選包括兩個腐熟層攪拌部件；至少一個發酵層攪拌部件例如一個、兩個或三個發酵層攪拌部件，優選包括一個發酵層攪拌部件；以及至少一個例如一個、兩個或三個預熱層攪拌部件，優選包括一個預熱層攪拌部件。

在本發明發酵設備中的攪拌裝置包括超過一個的腐熟層攪拌部件、發酵層攪拌部件和預熱層攪拌部件的情況下，各個腐熟層攪拌部件之間的距離、各個發酵層攪拌部件之間的距離、以及各個預熱層攪拌部件之間的距離均可以根據實際情況來設置。例如，如果攪拌裝置包括兩個腐熟層攪拌部件、兩個發酵層攪拌部件、以及兩個預熱層攪拌部件，則這兩個腐熟層攪拌部件之間的距離可以為40-65cm，優選50-55cm，最優選50cm；這兩個發酵層攪拌部件之間的距離可以為50-80cm，優選55-75cm，最優選60cm；這兩個預熱層攪拌部件之間的距離可以為50-80cm，優選60-70cm，最優選65cm。

此外，攪拌軸120、腐熟層攪拌部件123和發酵層攪拌部件122內部設置有連通的氣體通道，並且在腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231和發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221上均設置有與所述氣體通道連通的通風孔，由此可以實現對物料的充分通氣和攪拌。預熱層攪拌部件121的攪拌臂1211上既可以設置與所述氣體通道連通的通風孔，也可以不設置與所述氣體通道連通的通風孔。但出於節能之目的，優選地在所述預熱層攪拌部件121的攪拌臂1211上不設置通風孔。

最後對各攪拌部件的具體結構進行更為詳細的描述。

1.腐熟層攪拌部件：

如圖3所示，腐熟層攪拌部件123上設置有三個攪拌臂1231，這三個攪拌臂1231兩兩之間間隔120度。但應注意，腐熟層攪拌部件上也可以設置其他數目的攪拌臂，例如可以設置兩個、四個或者五個攪拌臂，並且各攪拌臂之間也可以間隔另外的度數。

圖4是腐熟層攪拌部件123的一部分結構的示意圖。如圖所示，攪拌臂1231藉助於加強板1232與攪拌軸120固定連接。具體地，加強板1232通過例如焊接等方式與攪拌軸120固定連接，攪拌臂1231也通過例如焊接等方式與加強板1232固定連接，由此實現攪拌臂1231與攪拌軸120更為穩定和牢固的連接。

腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231可以為任何適合的形狀，在本申請中示例的是橫截面為鈍角等腰三角形的扁平攪拌臂。

腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231的寬度從發酵罐體11的中心至邊緣沒有變化，由此可以確保更為充分的攪拌。但是，腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231的寬度從發酵罐體11的中心至邊緣逐漸變窄也是可以的。另外，如圖2所示，腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231的寬度大於發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221的寬度，目的也是實現充分的翻動和攪拌。

在腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231下方分布有與攪拌裝置12內的氣體通道相連通的多個通氣孔。作為示例，該通氣孔的直徑可以為1.0-3.0cm，優選為1.4-2.4cm，最優選為1.4cm。另外，每個攪拌臂上的通氣孔數目以每米發酵罐體半徑計可以為5-8個，優選以每米發酵罐體半徑計為6-7個。

腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231可以製作為一體結構，但為方便運輸之目的，也可以製作為幾個部分，例如製作為兩個、三個或者四個部分。在腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231被製作為幾個部分的情況下，所述幾個部分在組裝時通過例如焊接等方式彼此固定連接，形成完整的攪拌臂。

此外，腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231上還設置有多個輔助攪拌件1233，以進一步輔助攪拌。輔助攪拌件1233可以具有任何適宜攪拌的形狀，但是不設置輔助攪拌件1233也是可以的。在本申請中，輔助攪拌件1233為矩形沿長邊對摺成橫截面呈三角形的形狀，且開口朝向攪拌臂1231並且通過諸如焊接等方式固定於攪拌臂1231。

2.發酵層攪拌部件：

如圖2所示，發酵層攪拌部件122上設置有一個攪拌臂1221。但應注意，發酵層攪拌部件上也可以設置其他數目的攪拌臂，例如可以設置兩個、三個、四個或者五個攪拌臂。攪拌臂可以圍繞攪拌軸120均勻地排布，也可以圍繞攪拌軸120不均勻地排布。

圖5是發酵層攪拌部件122的一部分結構的示意圖。如圖所示，發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221藉助於加強板1222與攪拌軸120固定連接。設置在發酵層攪拌部件122上的攪拌臂1221與攪拌軸120的連接方式與設置在腐熟層攪拌部件123上的攪拌臂1231與攪拌軸120的連接方式是相同的，具體請參見上文小標題「腐熟層攪拌部件」中相關的描述。

同腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231一樣，發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221也可以為任何適合的形狀，在本申請中示例的是橫截面為鈍角等腰三角形的扁平攪拌臂。

如圖5所示，發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221的寬度從發酵罐體11的中心至邊緣逐漸變窄。發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221的寬度小於或者等於腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231的寬度，並且大於或者等於預熱層攪拌部件121的攪拌臂1211的寬度。通過以上結構，可以有效地降低發酵設備的耗能，例如可以將耗能降低高達35％。例如，對於一個載量為80噸的發酵設備，該結構改變可以使得液壓攪拌電機的耗電量從11.5kw降低至7.5kw，一天節約大約100度電。

在發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221下方分布有與攪拌裝置12內的氣體通道相連通的多個通氣孔。與分布在腐熟層攪拌部件的攪拌臂上的通氣孔相比，分布在發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221上的通氣孔其數目更少，並且/或者其孔徑更小。作為示例，所述通氣孔的直徑可以為0.7-1.3cm，優選為0.9-1.1cm，最優選為1.0cm。每個攪拌臂上的通氣孔數目以每米發酵罐體半徑計可以為3-6個，優選以每米發酵罐體半徑計為4-5個。

與設置在腐熟層攪拌部件123上的攪拌臂1231一樣，設置在發酵層攪拌部件122上的攪拌臂1221也可以製作為一體結構，或者製作為幾個部分，具體參見上文小標題「腐熟層攪拌部件」中相關的描述。

同腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231一樣，發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221也可以設置有多個輔助攪拌件1223，以進一步輔助攪拌，但是不設置輔助攪拌件1223也是可以的。更多的細節可以參見上文小標題「腐熟層攪拌部件」中相關的描述。

3.預熱層攪拌部件：

如圖2所示，預熱層攪拌部件121上設置有三個攪拌臂1211，這三個攪拌臂兩兩之間相距120度。但應注意，預熱層攪拌部件上也可以設置其他數目的攪拌臂，例如可以設置一個、兩個、四個或者五個攪拌臂，並且各攪拌臂之間也可以間隔另外的度數。

同腐熟層攪拌部件123上的攪拌臂1231一樣，預熱層攪拌部件121上的攪拌臂1211也藉助於加強板1212與攪拌軸120固定連接。更多的細節請參見上文小標題「腐熟層攪拌部件」中相關的描述。

同腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231一樣，預熱層攪拌部件121的攪拌臂1211也可以為任何適合的形狀，在本申請中示例的是橫截面為鈍角等腰三角形的扁平攪拌臂。

如圖2所示，預熱層攪拌部件121的攪拌臂1211的寬度從發酵罐體11的中心至邊緣逐漸變窄，但是該寬度從發酵罐體11的中心至邊緣沒有變化也是可以的，儘管不是優選的方式。另外，如圖2所示，預熱層攪拌部件121的攪拌臂1211的寬度小於或等於發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221的寬度，但是更優選小於發酵層攪拌部件122的攪拌臂1221的寬度。通過採用以上結構，可以有效地降低攪拌臂與物料的接觸面積，由此減少阻力，進而減少耗能。

預熱層攪拌部件121的攪拌臂1211上可以設置通氣孔，但是優選不設置通氣孔，以實現減少能耗之目的。

與設置在腐熟層攪拌部件123上的攪拌臂1231一樣，設置在預熱層攪拌部件121上的攪拌臂1211也可以製作為一體結構，或者製作為幾個部分。更多的細節可以參見上文小標題「腐熟層攪拌部件」中相關的描述。

同腐熟層攪拌部件123的攪拌臂1231一樣，預熱層攪拌部件121的攪拌臂1211也可以設置多個輔助攪拌件，以進一步輔助攪拌，但是不設置該輔助攪拌件也是可以的。更多的細節可以參見上文小標題「腐熟層攪拌部件」中相關的描述。

通過採用具有本文所公開的攪拌裝置的發酵設備，可以針對發酵設備的不同部位提供有針對性的且有效的攪拌和通氣，由此提供實現更為充足的好氧發酵，有效減少耗能，並使得腐熟物料含有所需含水量例如35％。

另外，雖然本發明發酵設備的初始目的是為了處理畜禽糞便，但是其用用並不僅限於此。本發明發酵設備還可以用於其他腐料例如城市垃圾、落葉、農業垃圾等的發酵中。

在本說明書中，當提及「示例性實施方案」、「優選實施方案」、「一個實施方案」等時，意味著針對該實施方案描述的具體特徵、結構或特點包括在本發明的至少一個實施方案中。這些用詞在本說明書中不同地方的出現不一定都指代同一實施方案。此外，當針對任一實施方案/實施方案描述具體特徵、結構或特點時，應當認為本領域技術人員也能夠在所有所述實施方案中的其它實施方案中實現這種特徵、結構或特點。以上詳細描述了本發明的實施方案。然而，本發明的各個方面不限於上述實施方案。在不脫離本發明範圍的情況下，各種改型和替換均可以應用到上述實施方案中。