阅读说明：本技术 利用黑水虻实现畜禽粪污快速减量及干化处理的自动化设备及应用 (Automatic device for realizing rapid reduction and drying treatment of livestock and poultry feces by utilizing hermetia illucens and application ) 是由 叶小梅 杜静 孔祥平 李福鹏 吴振 王聪 王莉 朱飞 张应鹏 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用黑水虻实现畜禽粪污快速减量及干化处理的自动化设备及应用,该自动化成套设备包括粪污和辅料搅拌混合输送单元、布料及布黑水虻幼虫单元、粪污层叠式输送干化单元、粪污及虫沙震动分筛减量单元；本发明所涉及设备的自动化、模块化程度和空间利用率高,充分利用黑水虻幼虫食腐性、耐受高含水率以及活动中发热的特点,加速高含水率粪便的快速减量及干化处理,不仅能解决畜禽养殖场粪污快速无害化处理问题,而且还获得高品质有机肥和高蛋白饲料原料,可真正实现粪污变废为宝,成为养殖业主新的利润增长点。(The invention discloses an automatic device for realizing rapid reduction and drying treatment of livestock and poultry dung by utilizing hermetia illucens and application thereof, wherein the automatic device comprises a dung and auxiliary material stirring, mixing and conveying unit, a cloth and hermetia illucens larva distributing unit, a dung laminated conveying and drying unit and a dung and dung vibrating, screening and reducing unit; the device has high automation, modularization degree and space utilization rate, fully utilizes the characteristics of the hermetia illucens larvae such as feeding rottness, high water content tolerance and heating in activities, accelerates the rapid reduction and drying treatment of the excrement with high water content, can solve the problem of rapid harmless treatment of the excrement in the livestock and poultry farm, also obtains high-quality organic fertilizer and high-protein feed raw materials, can truly change the excrement into valuables, and becomes a new profit growth point for breeding owners.)

利用黑水虻实现畜禽粪污快速减量及干化处理的自动化设备 及应用

技术领域

本发明属于农业资源利用与生态环境保护领域，尤其涉及一种利用黑水虻快速减量并干化处理养殖粪污的自动化成套设备及其应用。

背景技术

随着畜禽养殖规模越来越大，生产集约化程度越来越高，并与种植业日益脱节，产生的畜禽粪污、饲料残渣等在一定的时空范围内没有足够的土地进行干化，因此大量粪污不合理处理导 致对大气、土壤和水环境造成严重污染，据统计，畜禽粪污排放已经成为农业的首要污染源，目前全国每年畜禽粪污的总排放量达到近40亿吨，总COD排放量达到1268万吨。

传统的养殖粪污处理方式主要包括还田处理模式、堆肥模式及沼气发酵模式，这些处理模式在一定程度上缓解了粪污所带来的各种污染及环境压力，但也存在诸多的弊端：（1）利用固体粪便生产有机肥生产周期长，且因有机肥价格偏低，使得大多数养猪场无法承担收集和运输的成本；（2）液体粪污以厌氧发酵方式进行无害化处理，对设备有较高的要求，必须使用高耐腐蚀材料，使得投资成本大大提高；同时发酵处理也伴随着大量沼液、沼气和沼渣的产生，沼气发电后所产生的沼液沼渣处理也是一个头痛的事情，使得沼气工程并未从根本上解决养殖场污染物的去除问题，而大量的沼液还田存在远距离运输成本过高，难以实现大面积肥灌；沼液连续排放与季节性用肥相矛盾；沼液受到发酵原料、厌氧发酵效果和贮存期不够等多因素影响导致肥效不稳定；沼液营养物质含量偏低，达到作物需肥量的施用量大，容易导致农作物产生涝害等弊端。诸多因素使得养殖粪污难以得到合理有效的处理，因此，如何将养殖粪污就地无害化处理并转化为高附加值产品就成为一种社会和行业迫切需要和经济可行的途径，其中畜禽养殖粪污处理（特别是高湿粪污中水分的低成本高效去除）痛点问题已成为亟待解决的技术难题。

黑水虻是一种腐生性的水虻科昆虫，能够取食畜禽粪便和生活垃圾，生产高价值的动物蛋白饲料，是目前粪污资源转化的研究热点。利用黑水虻处理后的粪便质地会变得松软，没有臭味，其存在有害菌的含量和种类明显下降，可以当有机肥进行使用；此外，黑水虻幼虫作为经济动物的饲料可使动物生长速度加快、抗病力增强、繁殖量大、存活力高,饲养效果明显道优于蚯蚓等饲料。目前通常利用4-6日龄的幼虫进行粪污、餐厨等废弃物处理。成虫及虫蛹大部分用于生产水产饲料的蛋白原料，少部分用于孵化产卵维持粪污处理。申请号为201821073380.1的中国专利公开了一种养殖场污水就地蒸发低成本处理方法，依靠蒸发水帘和排气风机加快污水水分蒸发；公开号为CN 107517930A的专利公开了一种资源化无害化处理畜禽粪污的生态循环系统，向原始畜禽粪污中加入植物乳酸菌去除有害物，然后加入黑水虻虫卵，最终得到幼虫、蛹壳和虫卵，该文献利用黑水虻幼虫作为养殖食料，蛹壳制成甲壳素，虫粪作为有机肥；公开号CN 109007284 A的中国专利公开了一种利用黑水虻处理猪粪制备蛋白饲料的方法，制备步骤包括猪粪预处理、猪粪初发酵、猪粪复发酵、制备培养料、黑水虻培养、筛分和蛋白饲料制备，在解决猪粪污染环境问题的同时，增加了高蛋白饲料来源；公开号为CN 109006699 A的中国专利公开了一种黑水虻处理猪粪的生态养殖方法，包括幼虫处理、猪粪含水量处理和幼虫接种猪粪处理三个步骤，利用黑水虻早期幼虫处理规模化猪场产生的猪粪，但该专利需要对猪粪渣进行尿液分离，并需要加入草木灰、菌菇培养废角料、蔬菜根粉、植物多糖等原料制备等进行猪粪初发酵和复发酵，步骤繁琐；公开号CN 106070073 A的中国专利公开了一种基于黑水虻的鸡粪处理方法及系统，该系统可以使得鸡笼内的鸡粪通过鸡粪下落区直接掉落至黑水虻处理池中，并被黑水虻直接即时处理。此外，授权公告号CN 208754920 U公开了一种闭环式生物循环利用禽畜粪便的系统，该系统包括畜禽养殖场、粪便处理场、叶面肥制作池、黑水虻养殖场、牧草培育种植场，其中也提及了利用畜禽养殖场粪便发酵后沼渣用于黑水虻养殖。

总体而言，以上专利均涉及利用黑水虻幼虫食腐特性来处理畜禽粪污的方法，但其所提供的技术方法难以快速解决养殖场大量的高湿粪污干化问题。一般而言，黑水虻幼虫取食粪污转化效率高的含水率范围通常在70%左右，但大部分种类的畜禽养殖场（如猪、牛、鸭等）粪污含水率均高于80%，甚至在某些饲养阶段粪污含水率接近90%（如肉鸭粪污），较高的含水率严重制约了黑水虻幼虫转化利用粪污的效率。此外，相比于传统的粪污处理方式，好氧堆肥因含水率调节控制在60%左右，需要添加更多的辅料；而厌氧发酵方式虽可达到无害化处理要求，但发酵后的沼液处理仍存在隐患。对于养殖粪污的处理，最佳方式应该实现就地快速减量并干化处理，这样可消除现有处理方式汇总粪水干化或达标排放处理的压力。因此，如何解决畜禽养殖粪污快速减量和干化处理问题，研究开发出低成本、高效的自动化处理设备显得尤为重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种利用黑水虻快速减量并干化处理养殖粪污的自动化成套设备及其应用，以就地解决高湿畜禽养殖粪污快速减量和干化处理问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种利用黑水虻快速减量并干化处理养殖粪污的自动化成套设备，包括以下相互连接的单元：

（1）粪污和辅料搅拌混合输送单元

所述粪污和辅料搅拌混合输送单元包括混合仓以及与混合仓连接的至少一个提升输送机；

在粪污和辅料搅拌混合输送单元中，辅料与粪污分别经提升输送带输送至混合仓并充分混合均匀，使得物料混合后含水率为60%-75%；

提升机输带为本领域常规装置，既可以通过人工设定提升输送机中粪污输送带和辅料输送带的输送速度以实现同步输送；也可以通过PLC控制系统根据新鲜粪污含水率情况调节粪污输送带和辅料输送带的输送速度，设定输送比例实现同步输送；

本申请中，粪污是指从养殖舍收集清运未经处理的畜禽养殖粪污，通常是利用人工清运或机械刮粪板清理并通过清运车运输、粪污管道输送或泵提升输送至混合仓。该粪污来源于不同类型养殖场（如、生猪、奶牛、肉牛、羊、鸡和鸭等）所产生的禽畜粪污；

所述辅料包括用于调节粪污含水率的风干辅料或上一批次经黑水虻幼虫处理后的虫沙，用以调整粪污的含水率。

（2）布料及布黑水虻幼虫单元

所述布料及布黑水虻幼虫单元为布料器；粪污及辅料在粪污和辅料搅拌混合输送单元中混合均匀后，通过管道输入布料及布黑水虻幼虫单元，并于布料及布黑水虻幼虫单元中同步接种黑水虻幼虫，并将他们均匀铺设于粪污层叠式输送干化单元中；

布料及布黑水虻幼虫单元一端通过管道与粪污和辅料搅拌混合输送单元相连，另一端通过输送带与粪污层叠式输送干化单元连接。

（3）粪污层叠式输送干化单元

粪污层叠式输送干化单元包括至少一个层叠式输送带，叠式输送带一端（输入端）接纳由布料及布黑水虻幼虫单元输送的混合物，另一端通过输送带（输出端）与粪污及虫沙震动分筛减量单元相连；

层叠式输送带将经布料及布黑水虻幼虫单元接种/混合后的粪污、辅料及黑水虻幼虫在层叠式输送带由上层至下层逐层下移，在此过程中粪污被幼虫进食消耗，同时粪污中多余水分经设置在输送带上翻耙装置作用、黑水虻幼虫活动产热和处理设备所处环境的空气流通多组合调控措施下被散失掉；

所述层叠式输送带由若干常规输送带上下排列组合后连接构成，如中国专利201821330198.X中所公开的用于黑水虻幼虫的层叠式养殖设备，即可实现本申请层叠传送之目的；

（4）粪污及虫沙震动分筛减量单元

粪污及虫沙震动分筛减量单元可实现经黑水虻减量和干化处理后的虫沙与黑水虻成虫的分筛作业，其中一部分经过步骤（3）干化处理的虫沙经回流装置作为辅料进入下一轮新鲜粪污处理，剩余部分干化虫沙被直接排出并用于生产有机肥，而被筛分出的黑水虻成虫则被收获冷冻保存后用于水产养殖饲料或将活虫用于家禽养殖。

粪污及虫沙震动分筛减量单元即分离机，为本领域常规设备，如中国专利201821323768.2中公开的黑水虻虫粪分离机，即可实现该单元之目的。

进一步而言，上述黑水虻养殖粪污快速减量及干化处理自动化设备中，所述粪污层叠式输送干化单元设有至少两组叠式输送带，前组叠式输送带底层输送带与后组叠式输送带顶层的输送带相连；相邻叠式输送带之间设有传送机（前后粪污循环提升单元），传送机将前层叠式输送带底层的粪污及黑水虻幼虫混合物料提升并输送至后层叠式输送单元最上层输送带，以便混合物料进一步减量消化及干化处理；所述传送机为领域常规市售传送机，如东莞市大朗大新电子机械设备厂生产的裙边档条传送机（PVC-007）。

进一步而言，上述黑水虻养殖粪污快速减量及干化处理自动化设备中，所述层叠式输送带由至少2层输送带叠加进行模块化设计而成；所述模块化设计是指根据层叠式输送带长度、宽度和层数确定粪污处理能力，也可通过尾端连接提升式传送带串联多组模块，也可根据处理车间长度、层高进行订制，适当考虑黑水虻幼虫生长期处理粪污的周期，尽可能做到处理一批粪污正好完成一个黑水虻幼虫生长周期（15-25天），如中国专利ZL201821330198.X所公开的装置；在具体应用中，层叠式输送带可以根据实际应用环境设置2-10层不等，从上至下依次编号为第1层、第2层...第10层，其中奇数层传送带和偶数层传送带分别垂直对齐，且偶数层统一向右侧垂直偏移0.5-1米，最底层传送带总长度增加0.5-1米，以保证最左端与奇数层传送带垂直对齐，便于将处理后虫沙、幼虫和预蛹前幼虫经提升式输送带输送至分筛单元进行分筛作业处理。

进一步而言，上述黑水虻养殖粪污快速减量及干化处理自动化设备中，所述层叠式输送带上设置有粪污摊平和翻耙装置，以促进传送带上粪污及辅料翻动混合并散热加快水分散失，加快粪污快速干化和避免温度过高而灼伤黑水虻幼虫；粪污摊平和翻耙装置为本领域常规装置，一般由平衡桁架、V字形翻料耙齿、物料限高可调节挡板和两侧固定于传送带侧面挡板上的卡扣组成，如中国专利CN 205500352 U所公开。

其次，本申请还提供了应用上述黑水虻养殖粪污快速减量及干化处理自动化设备处理粪污的方法，其具体步骤如下；

（1）将辅料与粪污输送至混合仓内混合均匀；

所述辅料包括用于调节粪污含水率的风干辅料或虫沙，用以调整粪污的含水率至60-75%；所述用于调节粪污含水率的风干辅料包括木屑、稻壳、蘑菇渣等农业副产物或下脚料中的至少一种；具体实施中，也可以参考文献“黑水虻对添加辅料的鸭粪处理效果研究”（《江西畜牧兽医杂志》2019年04期）中关于风干辅料的介绍；

所述的上一批次经黑水虻幼虫处理后的虫沙是指上一批次中经过干化处理后的黑水虻幼虫取食粪污后的***物；混合仓中，辅料与高湿粪污进行混合调节初始物料含水率，便于后续黑水虻幼虫快速消耗和干化粪污；

（2）向步骤（1）粪污与辅料混合物表面接入黑水虻幼虫（优选4-5日龄），幼虫接种密度为（4×10⁴ -10×10⁴）幼虫条数/m²；

（3）将接种后的物料接入层叠式输送带，并通过前后粪污循环提升单元，确保实现物料循环提升作业，在每一层的输送带上均设有翻耙装置，以加快粪污快速干化和避免温度过高而灼伤黑水虻幼虫，并实现经黑水虻减量和干化处理；黑水虻幼虫于叠式输送带生长处理时间为15-25天；

（4）经层叠式输送带处理后的物料进入粪污及虫沙震动分筛减量单元，进行虫沙、黑水虻成虫的分筛作业，其中（经步骤3干化处理后的）虫沙一部分作为辅料输送至粪污和辅料搅拌混合输送单元进入下一轮用于调节新鲜粪污处理的含水率，多余的部分也可以被排出用于生产有机肥；黑水虻成虫则直接排出被进一步利用，如收获后冷冻保存后用于水产养殖饲料，或将活虫用于家禽养殖；仍然处于生长期的黑水虻幼虫则经由粪污及虫沙震动分筛减量单元随同部分虫沙一并进入下一批次粪污处理，待继续生长为成虫后再筛出；

上述粪污干化处理步骤中，经过每天定期启动传送带，循环往复多次，加上设备房间内通风、翻耙及传送翻转物料，实现粪污干化仅需3-5天；而对于系统中的黑水虻幼虫来讲，从步骤(3)投入4-5日龄开始，根据饲喂幼虫所需物料（比如粪污）营养状况，达到预蛹（成虫）的周期有所不同（通常需要15-25天），如果是处理餐厨垃圾，预蛹周期仅5-7天，通过步骤（3）干化和步骤（4）不断筛分，将虫沙和成虫筛出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种自动化、模块化程度和空间利用率高的粪污处理设备，该设备体积小，易运输，便于组装；并且可根据应用环境设置层叠运输单元个数及层数，宜于多场合使用。

2、本发明方法充分利用黑水虻幼虫食腐性、耐受高含水率以及活动中发热的特点，通过层叠式输送单元及翻耙装置的设置，同步实现黑水虻养殖及高含水率粪便的就地快速减量与干化处理。

3、本发明所提供的方法不仅能解决畜禽养殖场粪污快速无害化处理问题，而且还获得高品质有机肥和高蛋白饲料原料，可真正实现粪污变废为宝，成为养殖业主新的利润增长点。

附图说明

图1为黑水虻处理养殖粪污自动化设备工艺路线图。

图2为黑水虻处理养殖粪污自动化设备主视图。

图3为黑水虻处理养殖粪污自动化设备俯视图。

图4为黑水虻处理养殖粪污自动化设备左视图。

图5为黑水虻处理养殖粪污自动化设备轴测图。

图中，1-混合仓；2-提升式输送带；3-布料及布黑水虻幼虫单元；4-粪污层叠式输送干化单元；5-粪污及虫沙震动分筛减量单元；6-出料口；7-翻耙装置；8-前后粪污循环提升单元。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明实施例的具体结构，下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

由图1可见，一种利用黑水虻快速减量并干化处理养殖粪污的自动化成套设备，包括依次连接的如下装置：粪污和辅料搅拌混合输送单元（混合仓1及提升式输送带2）、布料及布黑水虻幼虫单元3、粪污层叠式输送干化单元4、粪污及虫沙震动分筛减量单元5。

本实施例中，粪污和辅料搅拌混合输送单元包括混合仓1及提升式输送带2），混合仓1为市售立式不锈钢搅拌机；粪污和辅料搅拌混合输送单元是接纳从养殖舍收集清运来的畜禽养殖粪污和用于调节粪污含水率的风干辅料或经干化处理后的回流虫沙或幼虫处理粪污后***物“虫沙”两部分，并将粪污与辅料经提升输送机按照设定输送比例同步输送至混合仓并充分混合均匀并调整含水率为60-75%。

布料及布黑水虻幼虫单元3即为布料器；布料及布黑水虻幼虫单元3一端通过管道与粪污和辅料搅拌混合输送单元相连，另一端通过输送带与粪污层叠式输送干化单元4连接；粪污及辅料在粪污和辅料搅拌混合输送单元中混合均匀后，通过管道输入布料及布黑水虻幼虫单元3，并于布料及布黑水虻幼虫单元中同步接种黑水虻幼虫（4-5日龄），并将他们均匀铺设于粪污层叠式输送干化单元4中，幼虫接入密度为（4×10⁴ -10×10⁴）幼虫条数/m²。

粪污层叠式输送干化单元4参照ZL 201821330198.X设置，其通过管道与粪污和辅料搅拌混合输送单元连接；本实施例中，粪污层叠式输送干化单元4设有2组层叠式输送带，每组叠式输送带设有3层输送带，前组叠式输送带底层输送带与后组叠式输送带顶层的输送带相连；相邻组叠式输送带之间设有前后粪污循环提升单元8，粪污循环提升单元8将前组层叠式输送带底层的粪污及黑水虻幼虫混合物料提升并输送至后组层叠式输送单元最上层输送带，以便混合物料进一步减量消化及干化处理；本实施例中粪污循环提升单元8为市售传送机（品牌：大新，型号：裙边档条传送机PVC-007，生产厂家：东莞市大朗大新电子机械设备厂）；层叠式输送带上设置有粪污摊平和翻耙装置8，以促进传送带上粪污及辅料翻动混合并散热加快水分散失，加快粪污快速干化和避免温度过高而灼伤黑水虻幼虫；本实施例中粪污摊平和翻耙装置8采用中国专利CN 205500352 U所公开的装置，粪污摊平和翻耙装置8包括由平衡桁架、V字形翻料耙齿、物料限高可调节挡板和两侧固定于传送带侧面挡板上的卡扣组成。幼虫通过粪污层叠式输送干化单元4的时间范围小于幼虫预蛹周期15-25天。

粪污及虫沙震动分筛减量单元5通过输送带与粪污层叠式输送干化单元4连接，本实施例中参照中国专利201821323768.2公开的装置设置；将物料筛分为虫沙和黑水虻成虫三部分，其中虫沙一部分可作为辅料输送至粪污和辅料搅拌混合输送单元进入下一轮新鲜粪污处理，多余部分也可以被直接排出用于生产有机肥；黑水虻成虫通过出料口6被筛分出；物料中少量仍处于生长期的黑水虻幼虫则则经由粪污及虫沙震动分筛减量单元随同部分虫沙一并进入下一批次粪污处理，待继续生长为成虫后再筛出

应用上述黑水虻养殖粪污快速减量及干化处理自动化设备处理粪污的方法具体步骤如下；

（1）将辅料与粪污输送至混合仓内混合均匀；

所述辅料包括用于调节粪污含水率的风干辅料或上一批次经黑水虻幼虫处理后的虫沙，用以调整粪污的含水率至60-75%；所述用于调节粪污含水率的风干辅料包括木屑、稻壳、蘑菇渣等农业副产物或下脚料中的至少一种；

（2）向步骤（1）粪污与辅料混合物表面接入4-5日黑水虻幼虫，幼虫接种密度为（4×10⁴ -10×10⁴）幼虫条数/m²；

（3）将接种后的物料接入层叠式输送带，并通过前后粪污循环提升单元，确保实现物料循环提升作业，在每一层的输送带上均设有翻耙装置，以加快粪污快速干化和避免温度过高而灼伤黑水虻幼虫，并实现经黑水虻减量和干化处理；黑水虻幼虫于叠式输送带生长处理时间为15-25天；

（4）经层叠式输送带处理后的物料进入粪污及虫沙震动分筛减量单元，包含虫沙、黑水虻幼虫和黑水虻成虫的分筛作业，其中（经步骤3干化处理后的）虫沙一部分作为辅料输送至粪污和辅料搅拌混合输送单元进入下一轮用于调节新鲜粪污处理的含水率，多余的部分也可以被排出用于生产有机肥；仍然处于生长期的黑水虻幼虫被输入布料及布黑水虻幼虫单元进入下一轮新鲜粪污处理；而黑水虻成虫则直接排出被进一步利用，如收获后冷冻保存后用于水产养殖饲料，或将活虫用于家禽养殖。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。