具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本实施例提供的一种基于粪便资源化利用的生物处理系统，主要用于利用家禽或牲畜粪便快速生产有机生物肥料。如图1所示，该生物处理系统按照加工处理的工艺流程依次包括：破碎机1、第一输送机2、发酵罐3、屏蔽泵4、固液分离池5、第二输送机6、干燥箱7、混料机8、过滤灭菌设备9、配液设备10，造粒机11以及控制器100。

其中，破碎机1用于对收集的干燥的家禽或牲畜粪便进行粉碎处理得到粪便干粉。破碎机1选择带有干燥功能的破碎机1，破碎后的粪便干粉的粒径不低于80目。在破碎过程中收集的部分粪便可能存在外表干燥内部依然潮湿的状况，选择带有干燥功能的破碎机1可以保持物料完全干燥，进而提升破碎效果。考虑到后期造粒的要求，本实施例中的粪便破碎的粒径要求不小于80目，这样更有利于成团和粘结。

第一输送机2用于将粪便干粉输送到一个发酵罐3中。

发酵罐3用于添加粪便干粉和稀释后的人畜尿液得到混合浆料，然后在浆料中接种发酵菌群，并完成浆料的发酵过程。发酵菌群含有巨大芽孢杆菌、酵母菌、红假单胞菌属、嗜酸乳杆菌和不动杆菌，五者在接种阶段的初始含量比为15：(6～10)：(2～3)：(3～5)：1。发酵过程中浆料的PH值控制为6.2～6.5。

发酵罐3中，人畜尿液的稀释比至少为1:8。粪便干粉和稀释后的人畜尿液的投料质量比为1:4～1:5。发酵过程的温度控制20～35℃。浆料在发酵罐3中的完整发酵时间为8～15d。发酵罐3是处理粪便的第一个阶段，在该过程中粪便内残留的有机物会被各类不同类型的微生物分解利用，进而实现粪便“腐熟”，避免在后期使用过程中因为发生微生物发酵反应而烧根。其中本实施例对针对鸡粪以及部分牲畜粪便中残留物的特点，对发酵菌进行了选择，得到一组最适用当前发酵环境的菌群，大大缩短了发酵时间，提高鸡粪等粪便的处理效率。发酵菌处理能够实现有机物处理之外，还可以对粪便中含有的有害菌进行抑制，降低粪便中有毒有害物质的生成，提高生成的有机肥的利用价值。

此外，为了保障发酵罐3中微生物的生命活动强度，降低发酵周期，本实施例还在发酵罐3中安装了搅拌装置31和曝气装置32。曝气装置32用于向发酵罐3的浆料中补充氧气，曝气装置32的曝气处理周期为12h。曝气后能够提升浆料中溶氧量，保障发酵菌中好氧菌的活动强度。同时对部分兼性厌氧菌的生命活动进行抑制，调节不同微生物在发酵罐3中发生的活动和产生的效果。此外，曝气过程还可以避免二氧化碳和其它气体的生成造成的发酵罐3内微生态的环境恶化对不同菌种的活性造成影响。每次曝气后浆料中的含氧量不低于2mg/L。搅拌装置31按照2h为一个搅拌周期对发酵罐3中的浆料进行搅拌处理。搅拌过程会让发酵罐3内各处的环境状态保持一致，进一步提升发酵过程的均一性和稳定性。

屏蔽泵4用于将发酵罐3中发酵完成后的浆料泵送至一个固液分离池5中。

固液分离池5内安装有挤压过滤机构51。固液分离池5用于对发酵后的浆料进行自然沉降和挤压过滤，得到分离后的固形物和混合液。如图1所示，本实施例中固液分离池5中包括一个漏斗状的底部，漏斗状结构的上口部设置滤网，固液分离池5上部采用挤压的方式促进浆料的分离，将液态物质沿漏斗口下方挤出，并将过滤网上方的固形物从固液分离池5一侧挤出。具体的固液分离也可以采用其它任意结构型式或工作原理的设备，只需要能够完成固液分离即可。例如在成本可及的情况下，离心设备也可以作为本实施例中的固液分离池5使用。

第二输送机6用于将固液分离中的分离出的固形物输送到一个干燥箱7。干燥箱7用于对固液分离池5分离出的固形物进行高温干燥处理。干燥箱7高温干燥过程的处理温度为90～120℃，固形物在干燥箱7中的干燥处理时间不短于2h。干燥箱7中还设置用于灭菌的紫外线灯。

本实施例中干燥箱7主要包括连个功能，一是出发酵后的固形物进行干燥，二是对其进行灭菌。本实施例在干燥箱7内结合高温处理工艺，完成了干燥和灭菌的过程。同时为了消灭其中可能残留的有害菌，本实施例还在干燥箱7呢设置紫外线灯，结合高能紫外线进一步提高灭菌效果，使得干燥后的灰分达到更好的无菌状态。

混料机8用于按照预设的投料比将碳酸钙、草木灰、滑石粉、固形物，以及磷酸二氢钠或磷酸氢二钠充分搅拌混合，得到造粒粉料。本实施例考虑到粪便可能存在的营养成分单一，理化性质不足的问题。还在固形物中添加了多种不同的成分，使得生产的有机肥具有更好的保水、缓释、控根的效果，也更能保障特定微生物和酶在土壤中生存和发挥效果。

具体地，本实施例的混料机8中，按照质量份数比，造粒粉料中包含固形物40～50份，碳酸钙8～10份，草木灰5～12份，滑石粉4～9份，余量为磷酸二氢钠或磷酸氢二钠。磷酸二氢钠或磷酸氢二钠的投料比满足：使得到的混合料中按照元素计的氮磷比不低于4:1。造粒粉料中所有原料的粒径均不低于80目。

过滤灭菌设备9用于对固液分离过程分离出的混合液进行过滤，并对过滤出的滤液进行高温灭菌处理。过滤灭菌设备9处理后的灭菌溶液中，一部分通入到配液设备10中用于进行稀释并配置造粒溶液；剩余部分重新通入到发酵罐3中代替部分稀释后的人畜尿液使用。本实施例中提供的过滤灭菌设备9的灭菌处理工艺如下：将滤液密封在封闭容器中，对封闭容器进行不低于85℃的水浴处理，处理时间不低于12h，得到灭菌溶液。

本实施例中将固液分离装置中分离出的混合液进行充分利用，一方面用于配置菌群溶液，另一方面重新作为发酵原料，这不仅实现了资源的有效利用，而且能够尽量降低生产过程中对外排放的污染物的量，达到更好的环保效益。

本实施例中，配液设备10用于获取过滤灭菌设备9处理后的灭菌溶液，然后对溶液进行稀释，稀释后接种复合菌群，再向接种溶液中添加营养物质并摇匀和短期培养，以使培养后的溶液中的目标菌种的总含量不低于150亿/ml，得到造粒溶液。其中，接种的目标菌种包括放线菌、枯草芽孢杆菌、木霉菌；还包括固氮菌、硅酸盐菌、光合菌、酵母菌、多黏芽孢杆菌中的一种或任意多种。造粒溶液在用于和造粒粉料混合造粒之前还添加有复合酶制剂、褐藻胶和辛烯基琥珀酸淀粉钠；复合酶制剂中包含固氮酶、木质素过氧化物酶、多糖酶和纤维素酶。

本实施例中为了使得生产的有机肥具有更好的保水、保飞、抑菌、护苗的功能，本实施通过造粒溶液向有机肥内添加了多成分的复合菌群和复合酶制剂。通这种添加方式能保证有益微生物和酶在有机肥中的分散效果，保障有机肥的质量均一性。同时，本实施例利用添加的褐藻胶和辛烯基琥珀酸淀粉钠来维持有机肥的湿度和有机物含量，保障菌群和酶在有机肥中的活性。此外，褐藻胶和辛烯基琥珀酸淀粉钠还具有促进有机肥造粒效果和粘结强度的作用，避免有机肥造粒后粉化。

造粒机11用于将造粒粉料和造粒溶液按照可完成造粒的质量比混合得到湿料，并利用湿料造粒得到有机生物肥料。造粒机11选择带有冷却系统的造粒机11，造粒机11在造粒阶段中，物料的过程温度不高于55℃。

由于本实施例中的有机肥生产原料中添加了很多活性微生物，为了保障这些微生物的活性，本实施例对造粒过程的温度进行严格控制。避免高温对有机肥中活性物质的性能造成影响。

如图2所示，控制器100用于控制破碎机1、第一输送机2、屏蔽泵4、挤压过滤机构51、第二输送机6、干燥箱7、混料机8、过滤灭菌设备9和造粒机11的运行状态，以自动化地实现“破碎-混浆-微生物发酵-固液分离-混料-过滤、配液-造粒”的连续工艺处理流程。

本实施例提供的生物处理系统是一套自动化的连续处理系统，系统的设备的安装和部署方式灵活，根据具体的生产需要可以灵活配置不同设备的安装和运行模式。例如，考虑到发酵罐3中的发酵周期相对其它设备的运行周期而言更长，为了协调不同设备之间的工作节拍，可以在同一个系统中采用多个并列的发酵罐3的处理模式，在不同阶段应用不同的发酵罐3与前后工序进行衔接。同时对于不同设备还可以采用间隙式运行的模式进行工作，与其它设备产生协调效果。

本实施例提供的生物处理系统中处理设备和输送设备均采用封闭式的结构。生物处理系统还包括臭气消化系统，臭气消化系统用于收集系统全流程中在各个设备内部产生的挥发性臭味气体，并对臭味气体进行除臭和无害化处理。本实施例中为了避免粪便处理过程的臭味溢出，特别在系统中安装了除臭消化系统，除臭消化系统可以采用酸碱处理，喷淋溶解、物理吸附和催化氧化等各类不同的工艺对处理过程产生的各类臭味气体进行处理，避免臭味分子从系统中溢出，对周围居民的生活造成影响。

实施例2

本实施例提供一种鸡粪制备有机生物肥料的生物处理工艺，实施例1中的一种基于粪便资源化利用的生物处理系统在运行过程中便采用该生物处理工艺。如图3和图4所示，具体的本实施例提供的生物处理工艺包括如下步骤：

(1)破碎：收集新鲜的干燥鸡粪，对鸡粪进行破碎处理，得到鸡粪干粉。破碎后的鸡粪的细度控制不大于70～80目的物料粒径。

(2)混浆：收集动物或人的尿液并进行稀释，将稀释液和鸡粪干粉按照固液比1:4～5进行混匀，得到浆料。其中，动物或人的尿液的稀释倍数为1:8～10。

(3)微生物发酵：将含有巨大芽孢杆菌、酵母菌、红假单胞菌属、嗜酸乳杆菌和不动杆菌的发酵菌群接种到浆料中，调节浆料的PH值为6.0～6.3；在室温下发酵处理8～15d。

微生物发酵阶段使用的发酵菌群中，巨大芽孢杆菌、酵母菌、红假单细胞菌属、嗜酸乳杆菌和不动杆菌在接种阶段的初始含量比为15：(6～10)：(2～3)：(3～5)：1。此外，在微生物发酵阶段，每隔2～4h对浆料进行一次搅拌混匀处理，并每隔12h对浆料进行曝气处理，以向浆料中补充氧气。

(4)固液分离：对发酵后的浆料进行自然沉降和挤压过滤，得到固形物和混合液，并对固形物进行干燥。固形物的干燥过程中在高温干燥设备中完成，高温干燥设备的干燥温度为90～120℃，高温干燥的处理时间不低于2h。

(5)混料：按照质量份数，准备固形物40～50份，碳酸钙8～10份，草木灰5～12份，滑石粉4～9份，将上述原料混匀得到混合料；并补充磷酸二氢钠或磷酸氢二钠，以使混合料中按元素计的氮磷比不低于4:1。配置的混合料中，所有原料的目数均高于80目。

(6)过滤、配液：将上步骤的混合液过滤后获得滤液，滤液经高温灭菌，然后取其中部分灭菌后的滤液加水稀释，稀释液接种复合菌群和营养液后进行摇匀和短期培养得到多菌溶液，最后向多菌溶液中加入0.6～1wt％的褐藻胶和3～4wt％的辛烯基琥珀酸淀粉钠，充分溶解后得到造粒溶液。复合菌群中包含的微生物菌群种类包括：放线菌、枯草芽孢杆菌、木霉菌；还包括固氮菌、硅酸盐菌、光合菌、酵母菌、多黏芽孢杆菌中的一种或任意多种。灭菌后的滤液加水稀释，稀释倍数为6～10倍；未进行稀释的灭菌滤液重新补充到步骤(2)中与尿液混合用于混浆。微生物接种后的短期培养阶段，使多菌溶液中各类目标微生物的总含量不低于150亿/ml。

(7)造粒：向步骤(5)得到的混合料中加入步骤(6)得到的造粒溶液，充分搅拌以使混合物料的含水率为20～30％，然后将混合物料投入到化肥造粒机中造粒；得到有机生物肥料。混料前的多菌溶液中还添加有复合酶制剂，复合酶制剂中包含固氮酶、木质素过氧化物酶、多糖酶和纤维素酶；其中，混料阶段采用带有冷却系统的低速混料机，化肥造粒机采用带有冷却系统的圆盘造粒机，以使有机生物肥料的混料阶段和造粒阶段的过程温度均不高于55℃。

本实施例中的各工艺的作用和效果可以结合实施例1中对相关的生物处理系统的描述了解，本实施例不再进行赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。