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農(nóng)業(yè)固體廢棄物堆肥技術(shù)及有機肥設(shè)備翻拋機研究現(xiàn)狀

admin 2019/6/16 10:03:33 /次

農(nóng)業(yè)固體廢棄物通常包括： ① 農(nóng)作物秸稈、枯枝落葉、果殼等； ② 畜禽養(yǎng)殖廢棄物，包括畜禽糞便、畜禽墊料等； ③ 農(nóng)村居民生活垃圾，如糞便、生活垃圾等；④ 農(nóng)村設(shè)施農(nóng)業(yè)固體廢棄物，如蔬菜秸稈、尾菜等。我國是世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)業(yè)固體廢棄物年產(chǎn)量約４０多億ｔ，農(nóng)業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量巨大、處理利用程度低已成為生態(tài)環(huán)境污染的重要來源；遵循減量化原則實現(xiàn)農(nóng)業(yè)固體廢棄物的資源化綜合利用和無害化處理是我國循環(huán)農(nóng)業(yè)快速、穩(wěn)定發(fā)展的前提，也是我國亟需解決的重要任務(wù)。

目前，農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)按屬性可分為微生物技術(shù)（好氧堆肥、厭氧發(fā)酵等）、物理化學(xué)技術(shù)（焚燒、熱解、化工提取等）和材料工程技術(shù)等。有機肥設(shè)備資源化利用方式呈現(xiàn)多樣化趨勢，主要有肥料化、飼料化、能源化、基質(zhì)化、工業(yè)原料化和生態(tài)化等幾個方向，其中，肥料化利用是一種非常傳統(tǒng)的應(yīng)用方式，也是應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟、環(huán)保的利用途徑。農(nóng)業(yè)固體廢棄物肥料化利用較多采用堆肥法，一般通過好氧發(fā)酵堆肥和厭氧發(fā)酵堆肥的方式，通過調(diào)節(jié)碳氮比，控制適當(dāng)?shù)乃�、溫度、酸堿度等使畜禽糞便和秸稈等農(nóng)業(yè)有機廢棄物發(fā)生生物化學(xué)降解，形成一種類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)，可用作肥料或土壤改良劑。

肥料化利用包括原料收集與處理、堆肥、翻拋和還田等環(huán)節(jié)，堆肥發(fā)酵是生產(chǎn)有機肥的重要環(huán)節(jié)，翻拋是提高堆肥效率和堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施。根據(jù)堆肥方式，翻拋機的種類可分為條剁式和槽式。翻拋機在堆肥過程中具有翻堆、曝氣、攪拌、混合、協(xié)助通風(fēng)系統(tǒng)控制水分、溫度等重要功能，是生產(chǎn)農(nóng)業(yè)固體廢棄物制肥過程應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)備。適宜的翻拋機的研制開發(fā)及投入使用可以很大程度提高生產(chǎn)效率和堆肥質(zhì)量，降低人力、物力投入，起到省工、增效的效果。

綜上所述，本文基于農(nóng)業(yè)固體廢棄物肥料化利用，系統(tǒng)的介紹了農(nóng)業(yè)固體廢棄物堆肥的主要技術(shù)，總結(jié)了國內(nèi)外翻拋機的研究現(xiàn)狀，對比分析了不同種類翻拋機的功能特性，并對其發(fā)展前景進行了展望。

01農(nóng)業(yè)固體廢棄物堆肥技術(shù)

堆肥是“有控制地通過好氧生物分解有機物形成一種穩(wěn)定的、稱之為堆肥的產(chǎn)物；本質(zhì)上類似于自然降解，與其不同的是堆肥還通過有機廢棄物與其他成分混合促進微生物生長增強和加速分解過程”。廢棄物通過堆肥系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)化成一種具有穩(wěn)定有機質(zhì)、富碳以及無病原菌、寄生蟲卵和雜草種子的可利用的資源，其物理性質(zhì)與初始的原材料已截然不同，堆肥產(chǎn)物可作為土壤修復(fù)劑或肥料，還可制成栽培基質(zhì)或土壤覆蓋物。根據(jù)堆肥過程中氧氣的供應(yīng)情況，可以把堆肥過程分成好氧堆肥和厭氧堆肥。

１．１　好氧堆肥技術(shù)

好氧堆肥是在有氧條件下，利用好氧微生物（主要為好氧菌）的作用進行。在堆肥過程中，農(nóng)業(yè)固體廢棄物中可溶解性有機物質(zhì)透過微生物的細胞壁和細胞膜被微生物吸收；固體狀和膠狀有機物先附著在微生物體外，由微生物所分泌的胞外酶分解為可溶解性物質(zhì)后再滲入細胞。微生物通過自身的生命活動—氧化、還原、合成等過程，把部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物，并釋放出微生物生長活動所需要的能量，同時微生物還可把部分有機物轉(zhuǎn)化微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，合成新的細胞物質(zhì)，于是微生物逐漸生長繁殖，產(chǎn)生更多的生物體。因此，有機肥設(shè)備好氧堆肥過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化主要為有機質(zhì)的分解和腐殖質(zhì)的合成兩個過程。

在有機物生化降解的同時伴有熱量產(chǎn)生，堆肥工藝中該熱能不會全部散發(fā)到環(huán)境中，就必然造成堆肥物料的溫度升高，使得不耐高溫的微生物死亡，耐高溫的細菌快速繁殖。生態(tài)動力學(xué)表明，好氧分解中發(fā)揮主要作用的是菌體碩大、性能活潑的嗜熱細菌群。該菌群在大量氧分子存在下將有機物氧化分解，同時釋放出大量能量。因而好氧堆肥過程由可分成三個階段：起始升溫階段、高溫階段和常溫熟化（降溫）階段，具有兩次升溫過程�？傮w而言，好氧堆肥具有廢棄物分解較為che底、堆置周期較短、產(chǎn)生異味較少、可大規(guī)模采用機械處理等優(yōu)點。

１．２　厭氧堆肥技術(shù)

厭氧堆肥是在不通氣的狀態(tài)下，利用微生物將農(nóng)業(yè)有機廢棄物進行厭氧發(fā)酵，轉(zhuǎn)化為甲烷和氨，制成有機肥料，是固體廢棄物無害化的過程。厭氧堆肥堆體內(nèi)不設(shè)通氣系統(tǒng)，堆體溫度低，腐熟及無害化時間較長，臭味大，能耗低。但厭氧堆肥法具有簡便、省工的優(yōu)點，在不急需用肥或勞力緊張的情況下可以采用。一般厭氧堆肥要求封堆后一個月左右翻堆一次，以利于微生物活動使堆料腐熟。

02國內(nèi)外翻拋機研究現(xiàn)狀

２．１　國外翻拋機研究現(xiàn)狀

歐美等發(fā)達國家已具有較為完備的生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)模式，在農(nóng)業(yè)固體廢棄物堆肥生產(chǎn)方面研究較早、投入大、發(fā)展快，堆肥的生產(chǎn)工藝技術(shù)和翻拋裝備已較為成熟，已研制出多種翻拋機用于處理農(nóng)業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)有機肥。翻拋機初始出現(xiàn)在德國（２０世紀中期），是為改善好氧發(fā)酵堆肥中供氧和改善物料形狀而研制。主要生產(chǎn)好氧堆肥翻拋機，種類較多，具有條剁式和槽式翻拋機；可處理開放式和封閉式料堆，同時還對堆肥原來進行混合和生物干燥，功能齊全。產(chǎn)品行走及翻拋部件驅(qū)動均采用全液壓系統(tǒng)控制，減少鏈傳動、齒輪傳動等機械傳動方式，簡化了整機傳動系統(tǒng)，提高了翻拋機的傳動效率、工作的穩(wěn)定性以及操作靈活性。通過對機器主要工作部件翻拋刀輥及行走裝置的優(yōu)化改進，使好氧堆肥原料堆放更緊密，外形更規(guī)整，達到好氧堆肥快速升溫，縮短堆肥周期，提高生產(chǎn)效率的目的。

美國CT718型條剁式翻拋機是充分融合農(nóng)業(yè)固體廢棄物好氧堆肥微生物發(fā)酵工藝技術(shù)基礎(chǔ)上的研究成果；該翻拋機集機械、電子、液壓一體化，在對好氧堆肥原料翻拋過程，通過連枷和滾筒進行通風(fēng)加氧，可程度上縮短堆肥周期、提高產(chǎn)出；翻拋時還可實時檢測翻拋物料溫度、濕度并根據(jù)需要及時調(diào)節(jié)，使好氧堆肥原料穩(wěn)定、快速腐熟，處理量高達3000m³/h ，較好地滿足了規(guī)模化、工廠化利用農(nóng)業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)有機肥的需要。

由于綠色農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，國外有機肥設(shè)備新型翻拋機已不限于處理限定料堆形狀和尺寸的原料，還可處理大規(guī)模、整堆式堆肥原料。如ＴＢＵ自走式堆肥翻拋機（德國）可處理梯形料堆，比三角形條剁式可節(jié)省空間，料堆高度可達３ｍ，處理量大；翻拋方式屬于整體移位式，可為操作員提供較好的視野，實現(xiàn)了駕駛室的合理布局，避免在運輸過程中由于駕駛室位置過高帶來的裝卸不便等問題�？傮w而言，國外堆肥翻拋設(shè)備正向大規(guī)模、智能化、清潔化方向發(fā)展。

奧地利Topturn X系列堆肥翻拋機可用于處理多種固體廢棄物，包括城市生活垃圾、綠色廢棄物、畜禽糞便等。新款TopturnX5000型翻拋機是具有性能和設(shè)計功能結(jié)合的設(shè)備，可適用于大規(guī)模堆肥，可處理寬5m高2m的料堆。

由于綠色農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，國外新型翻拋機已不限于處理限定料堆形狀和尺寸的原料，還可處理大規(guī)模、整堆式堆肥原料。如ＴＢＵ自走式堆肥翻拋機（德國）可處理梯形料堆，比三角形條剁式可節(jié)省空間，料堆高度可達３ｍ，處理量大；翻拋方式屬于整體移位式，可為操作員提供較好的視野，實現(xiàn)了駕駛室的合理布局，避免在運輸過程中由于駕駛室位置過高帶來的裝卸不便等問題�？傮w而言，國外堆肥翻拋設(shè)備正向大規(guī)模、高效率、智能化、清潔化方向發(fā)展。

03農(nóng)業(yè)固體廢棄物堆肥翻拋機功能對比分析

根據(jù)堆肥方式，有機肥設(shè)備翻拋機可分為條剁式和槽式，在我國大力推進農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用的背景下，堆肥工藝、有機肥生產(chǎn)水平快速提升，堆肥模式和生產(chǎn)方式正向大規(guī)模、條剁式翻拋機的“升級版”———整堆移位式翻拋機正是針對大規(guī)模堆肥方式而研制。目前，已有文獻對條剁式和槽式翻拋機的工作原理、性能及對比進行了綜述，而關(guān)于整堆移位式翻拋機的介紹很少，因此，本節(jié)將簡要介紹條剁式和槽式翻拋機的功能和特點，著重介紹整堆移位式翻拋機的工作原理和性能，并對３種類型翻拋機的功能進行對比。

３．１　條剁式翻拋機

條剁式翻拋機按照行走方式可分為牽引式和自走式：牽引式即以拖拉機為動力，由拖拉機牽引，在長條形堆垛上工作，結(jié)構(gòu)簡單、造價低、維修成本低，但占地面積較大、場地利用率低，翻拋能力一般；自走式是依靠自身動力翻拋，驅(qū)動方式可分為柴油驅(qū)動和電驅(qū)動，該方式操作靈活、自動化程度高、翻拋及破碎和攪拌功能較高、處理量大，但設(shè)備投資較大、維修成本較高。目前，國內(nèi)條剁式翻拋機的翻拋方式主要為騎跨式，工作時整機騎跨在預(yù)先堆置的長條形堆體上，由機架下掛裝的旋轉(zhuǎn)刀軸對原料進行翻拋，已廣泛應(yīng)用于中小型養(yǎng)殖場畜禽糞便和農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥處理。

３．２　槽式翻拋機

槽式翻拋機置于導(dǎo)軌并沿導(dǎo)軌行走，工作時通過旋轉(zhuǎn)的刀輥對導(dǎo)軌間原料翻動、打碎并向后進行翻拋，相比條剁式翻拋機，槽式翻拋機具有占地面積小、操作簡單、單次處理量大的優(yōu)點。槽式翻拋機根據(jù)工作原理可分為螺旋式、滾筒式、鏈板式和撥齒式，各式功能特點對比在表１列出。

３．３　整堆移位式翻拋機

整堆移位式翻拋機根據(jù)行走方式分自走式和牽引式兩種，機器作業(yè)時，翻拋部件從整體堆肥料堆一側(cè)將物料攫取、粉碎并拋送到后方或一側(cè)的輸送帶上，再由輸送帶輸送至３～４ｍ的另一側(cè)，完成物料降溫、水分調(diào)節(jié)、與氧氣充分接觸的過程。整堆移位翻堆方式變槽式、條垛式堆肥方式為整體堆肥方式，在相同規(guī)模場地的條件下，增加了堆肥量，加快了物料升溫速度，縮短了堆肥發(fā)酵時間，適用于大規(guī)模農(nóng)業(yè)固體廢棄物好氧堆肥生產(chǎn)企業(yè)。目前，國外一些大型公司已有生產(chǎn)整堆移位式翻拋機，如美國ＣＴ１０１０型和德國ＴＰＵ型翻拋機等，但在國內(nèi)還未有該種機型。

04總結(jié)與展望

“綠色環(huán)保友好型”“循環(huán)發(fā)展”是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的目標(biāo)，堆肥對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著重要作用，是將農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用的一種有效手段。通過好氧或厭氧發(fā)酵工藝，農(nóng)業(yè)固體廢棄物可轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的肥料或土壤修復(fù)劑，程度上提高了農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化水平，也為其更多的領(lǐng)域的利用（飼料化、基料化、能源化等）奠定了基礎(chǔ)。翻拋作為堆肥的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，翻拋機的作業(yè)效果、工作效率直接影響堆肥的產(chǎn)出量和品質(zhì)。根據(jù)堆肥的方式，具有條剁式和槽式翻拋機兩大類，隨著全球?qū)︕r(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的關(guān)注，堆肥規(guī)模逐漸增大，面向大產(chǎn)量和高需求的條剁式“升級版”———整堆移位式翻拋機應(yīng)運而生。在堆肥工藝和翻拋機的研究，國外發(fā)達國家已具備較成熟的技術(shù)和設(shè)備，堆肥翻拋設(shè)備正向大規(guī)模、智能化、清潔化方向發(fā)展。國內(nèi)堆肥和翻拋機的研究雖然起步較晚，但隨著我國種養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化發(fā)展和國家政策的支持推廣，農(nóng)業(yè)固體廢棄物堆肥法資源化利用水平也正快速發(fā)展，適應(yīng)于中小型規(guī)模的條剁式和槽式翻拋機都已得到廣泛應(yīng)用；但相較國外發(fā)達水平，國內(nèi)翻拋機的研發(fā)還缺乏生產(chǎn)經(jīng)驗和持續(xù)研究。

隨著社會的進步和環(huán)保意識的增強，農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用已成為綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的前提條件，有機肥應(yīng)用范圍的擴大也給翻拋機的發(fā)展提供了新的機和更廣闊的市場。翻拋機的發(fā)展將朝大規(guī)�；�、專業(yè)化、自動化和清潔化發(fā)展。

１）大規(guī)�；簢鴥�(nèi)現(xiàn)有翻拋機僅適合中小型規(guī)模堆肥，我國有機肥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈大規(guī)模擴增趨勢，國內(nèi)翻拋機將向大規(guī)�；较虬l(fā)展，可處理大型堆肥、需求量大的生產(chǎn)模式。

２）專業(yè)化：針對不同的物料和處理量需求，設(shè)計出如畜禽糞便專用、農(nóng)作物秸稈專用、污水污泥專用等翻拋機；還可針對不同堆肥方式設(shè)計出相應(yīng)翻拋機。

３）自動化：隨著我國制造業(yè)機械、電器、液壓一體化控制技術(shù)的發(fā)展，機械、電器、液壓一體化科技成果逐漸應(yīng)用到翻拋設(shè)備使得具備多功能、高穩(wěn)定性、自動化和智能化，包括工藝參數(shù)的控制、環(huán)境的控制等。

４）高xiao化：我國現(xiàn)有翻拋機普遍存在作業(yè)效率低、單位能耗高以及作業(yè)質(zhì)量低（翻拋、破碎不均勻）等問題，需對有機肥設(shè)備的翻拋機各個機構(gòu)進行系統(tǒng)的研究，綜合堆肥系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，研發(fā)出高xiao節(jié)能設(shè)備。

５）清潔化：農(nóng)業(yè)廢棄物造成的污染問題是我國需要解決的重大環(huán)保問題之一，國內(nèi)現(xiàn)有種類翻拋機作業(yè)時的共同特點是揚塵大，臭味擴散嚴重，作業(yè)場地環(huán)境惡劣，尤其是露天生產(chǎn)場地，對周圍環(huán)境會造成較嚴重影響，新型翻拋機的研制需配備降塵、除臭等功能，實現(xiàn)作業(yè)清潔化。