一、项目产生的背景:

本事业部前身是中国农业机械化科学研究院畜禽机械研究所，始建于1976年，是我国最早从事饲料加工机械、畜禽粪便处理有机肥加工机械及饲养机械和饲草加工机械研究开发的专业所，有着多年的畜禽粪便等废弃物处理设备的设计、生产经验，技术力量雄厚。1992年3月-1994年3月完成国家原机械工业部“9JFG-6型鸡粪便处理成套设备技术的研究”；1999年12月-2001年12月完成国家科技部院所基金项目“有机肥成套技术设备开发”。近年来，在国内成功地建立了多条自动化、工艺先进完备的有机肥加工生产线。

今年来，我国畜牧业发展空前迅猛，集约化养殖的粪便污染和不恰当的施用化学肥料而导致的土壤、水质和大气污染已引起人们越来越多的关注。同时，随着生活水平的提高和对健康的日益关注，人们对食品质量和安全也提出了更高要求。而利用畜粪等废弃物加工有机肥这一产业符合环境保护、生态农业和有机食品三大产业方向。为此我部开发了相关的成套处理设备。

    我国是一个畜牧业大国，随着社会的日益发展和人民生活水平的不断提高，规模化、集约化畜禽饲养呈急剧上升趋势。目前全国猪、牛、羊、禽存栏量大约分别为48570万头、11701万头、25587万只、380371万只，畜禽每年可提供粪尿24亿吨，其有效肥力相当于1888万吨尿素，4324万吨过磷酸钙和2038万吨硫酸钾。但这一资源并未得到充分利用，大量的畜禽粪便未经处理即排放，反而转变成一种污染源，造成环境污染。尤其严重的是大量粪便的产生和积聚，又成为孳生蚊蝇、细菌繁殖和传播疾病的传染源。由于畜禽饲养高度密集，厩舍内潮湿，灰尘、粪便、霉变垫料及呼出的CO2等，散发出恶臭气，影响畜禽生长和人体健康。畜牧业生产对环境造成的污染问题日益突出。另外，我国众多的酿造企业的下脚料和垃圾中的有机质等有机废弃物未经处理即放置在露天广场中，是造成环境质量下降的另一类污染源。

有机农业的概念是二十世纪二十年代首先在法国和瑞士提出。据测算，有机农业成本比常规农业减少40%，而有机农产品的价格比普通食品要高20—50%。从八十年代起，随着一些国际和国家有机农业有关标准的制定，一些发达国家才开始重视有机农业，并鼓励农民从常规农业向有机农业生产转换。在我国发展有机农业有着众多优势和广阔的发展前景。我国有着历史悠久的传统农业，在精耕细作、用养结合、地力常新、农牧结合等方面都积累了丰富的经验，这些都是有机农业的精髓。有机农业的生产是劳动密集型的一种产业，我国农村劳动力众多，有利于有机食品发展，尤其是可以适应中国加入WTO后与国际接轨，消除农产品出口所受到的绿色非关税贸易壁垒的限制，开拓农产品国际市场。中国地域辽阔，农业生态景观多样，还有许多地区农民很少或完全不用化肥农药，为有机农业的发展提供有利的基础。同时随着我国人民生活水平的提高和环境意识的增强，有机食品的国内市场在近几年内将有较大发展。

有机农业的生产需要土壤提供可供作物生长繁殖的营养物质和生存环境。但农业的过度开发，尤其是长期偏施单质化肥，没有适当给土壤补充有机质，导致土壤质量下降，可利用的农业资源逐步枯竭，土壤退化严重，最终影响农业生产。以东北黑土区为例，土壤有机质已由开垦时的8—10%下降到2—3%，已从富含有机质的土壤转变为有机质贫瘠土壤，其他地区土壤有机质的状况则更为严重。我国目前的土壤资源现状迫切需要通过人为措施补充土壤有机质，确保农业种植水平和农作物产品水平。

二、肥料产品特点：

有机肥（有机无机复混肥）是根据根际土壤生态学和植物营养生理学理论，以优质肥料型有机质为载体，再配以少量的无机养分及微量元素合理组合，采用现代先进工艺设备及生物发酵工程技术加工而成的具有无污染、无公害，适于生产绿色食品原料的新型肥料。这种新型肥料既能向农作物供肥，又能改良土壤，达到肥田壮苗、优质高产的目的。该肥具有激活土壤酶的活性、促进根系发育、增强光合作用、降低产品硝酸盐含量、改善作物品质和增加产量的作用，使其色泽鲜艳，硕大甜美。如连续施用，可以显著提高土壤有机质含量、提高土壤通气性、透水性、保肥性，达到培肥改良土壤，减少化肥对环境污染的目的。

有机肥料的技术指标NY525-2002

三、建厂应具有的条件：

（一）建厂投资:

    随着人们对环境保护和自身健康的不断重视，带动了有机肥料业的快速发展；建设肥料厂，生产工艺越先进、机械化、自动化水平越高，土建工程越接近现代化、标准化，则建厂投资也越多；因此，每个肥料厂在建厂前必须拥有或筹措足够的资金。

（二）厂址:

1、地势、地形

    肥料厂应修建在地势高燥、平坦，排水良好的地方，最低应高出当地历史洪水线以上。其地下水位应在3米以下，这样的地势可以避免雨季洪水的威胁。场地面积可根据管理方式、厂房（包括加工车间、发酵车间、原料库、成品库）布置等来确定，要求布局紧凑，合理。

2、水源、电源

    作为一个能正常运行的肥料厂，水源和电源必须能够正常供应；发酵车间的水分调质和加工车间的造粒都需要有充足定时的水分供应。为满足生产加工要求，成套加工设备和部分单机还需要稳定的电源。

3、社会联系

    社会联系是指肥料厂与周围社会的联系。如与居民区的联系，交通和电力的供应等。因此，肥料厂的选址必须遵守社会公共卫生标准，使肥料厂不致成为周围环境的污染源，同时也不受周围环境的污染。因此，肥料厂应距居民区2000米以外的下风向。同时考虑到肥料的销售、加工，肥料厂应建在离市区不远处，交通方便的城镇郊区为宜。

（三）可靠的原料供应;

有机肥厂的原料包括有机质原料以及各种添加剂等。

1．有机质原料

        注：1.麦秸以下各项的N，P₂O₅，K₂O分别为全N，P，全K。

2.各饼肥为烘干基。

3.添加剂:

    膨润土或凹凸棒粉。

四、生产工艺设计:

    我单位针对农业生态环境污染严重的问题和种植业对有机肥的实际需求，经过国内外调研，在多年有机肥技术与设备研究的基础上，结合国家科委科研项目，研究和开发了该套有机肥成套技术与设备。本项目所属领域为农业中土肥加工，涉及到机械制造、环境治理和生物技术等方面。其核心是：投资处理畜禽粪便、城市生活垃圾、污水处理厂的淤泥等有机资源，可以得到大量低成本，而且高品质、肥性稳定的有机肥料。

（一）工艺设计方案:

                秸秆等辅料

           ↓          

畜禽粪等→预混合→堆肥发酵→陈化腐熟→制粒→冷却→计量打包

（二）工艺流程图及单机介绍:

（三）有机肥料厂实例：

 国家科技部院所基金项目                  “有机肥成套技术设备开发”项目获奖证书

                            山东诸城外贸有机肥工程

                        山东诸城外贸畜粪处理有机肥加工第三期生产线

         山西沃土污泥处理太阳能好氧发酵室              江苏南通畜粪处理有机肥加工生产线

        北京怀德鑫垃圾处理有机肥加工生产线             大连韩伟畜粪圾处理有机肥加工生产线

（四）技术设备介绍:

该有机肥成套技术设备主要由原料预混合系统、太阳能好氧发酵系统、二次发酵腐熟系统和有机肥加工生产线等部分组成。成套设备生产能力（颗粒料）1吨～10吨/小时。

1. 原料预混合系统:

该系统由预混机、输送设备等组成，主要是为了将各种待发酵的原料按照一定的比例进行混合，从而满足水分、碳氮比等发酵条件，最终实现缩短发酵周期，达到最理想的发酵效果的目的。

2.   太阳能好氧发酵系统：

    肥料用有机固体废弃物处理过程中必须解决干燥、发酵、灭菌、除臭等问题，并以较低的成本获取较高的经济效益。为了把有机固体废弃物制成高效有机肥，必须将其进行充分的发酵腐熟。因为没有经过发酵的有机固体废弃物，施到土地里对农作物是有害的，它在土壤中可分解产生热量以及碳酸气体等有害物质，严重影响作物的发芽及作物根系的生长。有机固体废弃物的充分发酵还能达到消除有害物质，消灭病菌、减少臭气的目的，同时也减少了容积，使腐殖质均匀地增加，使施肥方便。

九十年代初中国农业机械化科学研究院从日本引进槽式翻抛发酵工艺技术，在综合了各种处理方法的基础上，结合我国农业以及畜牧业的经营模式特点，采用了太阳能好氧发酵的综合处理技术。该太阳能好氧发酵系统由太阳能发酵室、电力随动装置、翻抛机、移行车、铺粪车和曝气系统等组成。能够充分有效的利用太阳能，并在微生物菌的作用下，处理污水厂淤泥及河道污泥、畜禽粪便、垃圾分选后的有机物等，使其发酵腐熟、消灭有害细菌、减少臭气。太阳能好氧发酵系统可谓三能并用，即太阳能、生物能、机械能，它充分利用了太阳能及自身所产生的生物能，杀死虫卵病菌，消除臭味，把有机污染物转化成植物容易吸收的营养物质，所以不但解决了环境污染问题，达到无害要求，而且制成的高效有机肥料便于包装贮运，处理成本比较低。

    该技术主要是根据生物学的特性，采用高效微生物菌群，结合槽式堆肥技术和好氧发酵技术，科学运用太阳能，它充分满足了微生物发酵所需的各种工艺技术条件，利用太阳能、生物能以及机械能，使处理时间大大缩短，一般仅需30-45天就能使畜禽粪便一次发酵达到腐熟，同时能杀死畜禽粪便中的病原菌、病毒、虫卵、寄生虫以及杂草种子等有害元素，消减了臭味，将有机物转变腐殖质，将植物难以吸收的营养物质矿化，且由于采用微生物发酵技术，发酵过程养分损失量较小，而且由此制成的有机肥具有很强的生物活性。随着生物技术的进一步发展，这种工艺技术越来越显示出其实用性和先进性，这种技术现已经在国内得到很好的推广和应用。

2.1.工作过程

    发酵处理采用连续式发酵工艺或满槽式发酵工艺，连续式发酵工艺即每天把新物料送到粪槽的一端，发酵处理完的物料则从发酵槽的另一端运出。鲜物料送入堆放区后，再用翻抛机向另一方向翻动，然后逐日移动到终端，每批物料从进料端到出料端，发酵的全过程在加生物菌情况下仅需要30-45天左右时间，具体时间根据当地气候条件及最终产品的含水率要求进行具体调整，发酵槽内物料的移动速度是通过调整翻抛机运行方式及次数来实现。满槽式发酵工艺即需要将物料一次堆满槽后，让翻抛机往复搅拌，无需空回程。根据实际需要如出现一机多用的情况，可采用移行车来实现。在采用铺粪车的情况下，可利用铺粪车将各种待发酵和混合的物料在发酵槽内进行机械均匀地铺放。

2.2.主要技术性能参数

    发酵槽尺寸:宽×高： 6×1/1.3米

    翻抛机电机功率：25.74/41千瓦

    处理周期：在加生物菌情况下30-45天左右（受天气、物料和季节影响）

2.3. 太阳能好氧发酵综合处理的特点

    太阳能好氧发酵系统是适应畜禽粪便通过有效微生物菌进行好氧发酵的最佳系统。该工艺技术具有如下一些特点：

（1）创造适宜的环境温度  

    适宜的环境温度是畜禽粪便在微生物菌群的作用下得以顺利发酵的重要因素，该工艺充分利用太阳能发酵室技术，发酵室顶部设有阳光膜或阳光板，四周设有阳光板，因此具有极好的升温和保温效果，可充分满足有效微生物发酵所需的适宜环境温度。

（2）提供足够的氧气  

    好氧发酵的好处是减少养分的损失、减少有害气体的挥发而造成对环境的污染，加快发酵速度，因此提供足够的氧气是发酵的关键之一。本系统在发酵槽的底部铺设有高压通风管道，可根据需要定时定量为物料发酵过程提供足够的氧气（空气）。

（3）先进的发酵搅拌装置  

    系统配备了槽式堆肥化发酵搅拌设备，为了充分发挥好氧发酵的环境，料槽的深度设计为1.0/1.3米，料槽宽度为6米，料槽两侧设计专门的行走轨道，搅拌设备在轨道上行走。通过搅拌设备的搅拌、翻抛、捣碎等作用，将物料缓慢向前推移，这种作用不仅可以很好均衡物料温度，维持适宜的发酵温度，防止发酵温度过高导致NH₃等臭味气体的挥发，进而提高了肥效，同时也将物料的部分水分向外蒸发。由于物料受到均匀搅拌，使物料的发酵也很均匀。

（4）实现工厂化生产  

    由于采用的是太阳能发酵室结构，不但保证了适宜的发酵环境，大大缩短了发酵时间，一般发酵周期为30-45天，而且不受季节天气变化的影响，一年四季都可以进行生产。生产规模也可以根据实际情况能任意设计。

（5）提高肥效  

    利用该工艺设备，发酵温度可控制在60℃以下，充分满足了微生物发酵所需的各种工艺技术条件，大大降低了氨（NH₃-N）及碳（C）的损失，发酵后，与相同原料的自然堆置发酵相比，N、P、K总养分含量提高15-35%，速效养分含量平均高20-30%，有机质发酵腐熟率提高10%。

（6）杀死有害元素   

    由于在整个发酵过程中，使用高密度的有益菌，产生大量的有机酸，降低PH值，造成病原菌和有害菌的不利生存环境，使有益菌迅速的繁殖；微生物在繁殖过程中产生55℃的高温，杀死有害微生物；有益菌通过诱导培育，产生耐高温性，一般有害微生物45℃时自动休眠或死亡，50℃以上高温5－10小时基本死亡，例如大肠杆菌、沙门氏菌等；无害化达到100%。对大多数家禽病毒如禽流感病毒、新成疫病毒，在56℃条件下经过30分钟或在65℃条件下经过3分钟或在75℃条件下经过30秒钟或在100℃条件下经过几秒钟所有病毒均全部被杀死。太阳能好氧发酵方式温度一般控制在60℃以下，经过15天的发酵处理，所有病毒都将被杀死包括禽流感病毒和新成疫病毒。

2.4、太阳能好氧发酵综合处理的过程控制

（1）发酵过程中水分的控制  

畜禽粪便发酵过程中有机物的分解和微生物的生长繁殖，水是不可缺少的。畜禽粪便中的水分可划分为附着水分、毛细管水分、溶胀水分、化学结合水分和间隙水分。发酵过程中水分的主要作用在于：

1、溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；2、水分蒸发时带走热量，起调节发酵温度的作用。原料水分的多少，直接影响好氧堆肥化发酵反应速度的快慢，影响堆肥化发酵的质量，甚至关系到好氧堆肥化发酵工艺过程的成败。大量的研究实践结果表明，堆肥化发酵合适的含水率一般以极限水分的50-60%为好，而最合适的含水率则以45-65%为好。因为发酵过程中CO2的生成速度、微生物的生长和对氧的要求均在含水率为50-60时最佳。若水分超过65%，温度难于上升，分解速度明显降低。同时如果水分过多，使物质粒子之间充满水，有碍于通风，从而造成厌氧状态，不利于好氧微生物生长并产生H2S等恶臭气体。水分低于45%不能满足微生物生长需要，有机物难于分解。当然水分还与发酵槽的深度有关系。槽越深其要求的水分就应越低。因为过多的水分会导致密实和减少空气空隙，这样将阻碍适量空气向物料内的输送。

   （2）发酵过程中碳氮比的控制  

    物料碳氮比的变化在发酵过程中有特殊意义。碳在微生物新陈代谢过程中约有2/3变成二氧化碳而被消耗掉，1/3用于细胞质的合成，所以，碳被称为是细菌的能源。氮主要用于细胞原生质的合成。

    在发酵过程中，有机物碳氮比对分解速度有重要影响。根据对微生物活动的平均计算结果，可知微生物每合成1分体质碳素，要利用约4分碳素作为能量（以好氧有机营养形式释放到大气中）。如以细菌为例，细菌的碳素比为（4-5）：1，而合成这样的体质细胞还要利用16-20份碳素来提供合成作用的能量，故它们进行生长繁殖时，所需的碳氮比是（20-25）：1；而真菌的碳氮比约为10：1，故发酵过程最佳碳氮比为（25-35）：1。若碳氮比超过40：1，可供消耗的碳元素过多，氮素养料相对缺乏，细菌和其它微生物的发展受到限制，有机物的分解速度就慢，发酵过程长。如果碳氮比更高，容易导致成品的碳氮比过高，这种堆肥施入土壤后，将夺取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饥饿”状态，会影响作物生长。若碳氮比低于20：1，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则氮变成铵态氮而挥发，导致氮元素大量损失而降低肥效。一般最佳的范围为25：1-30：1，合理的范围为20：1-40：1。

  （3）发酵过程中温度的控制

    对于太阳能好氧发酵系统而言，温度是影响微生物活动和发酵工艺过程的重要因素。发酵过程中微生物分解有机物而释放出热量，这些热量使物料温度上升。发酵升温阶段，嗜温菌较为活跃，大量繁殖。它们在利用有机物的过程中，有一部分转成热量，由于物料具有良好的保温作用，物料温度不断上升，可达45℃。在这个温度下，嗜温菌受到抑制，甚至死亡，而嗜热菌的繁殖进入激发状态。嗜热菌的大量繁殖和温度的明显提高，使发酵直接由中温进入高温，并在高温范围内稳定一段时间，此时温度可达。正是这一温度范围内，畜禽粪便中的寄生虫和病原菌被杀死，腐殖质开始形成，畜禽粪便初步达到腐熟。在后发酵阶段，由于大部分的有机物已经被降解，因此堆肥不再有新的能量积累，物料也一直维持在中温（30-40℃），这时物料进一步稳定，最后达到深度腐熟。

    太阳能浓缩发酵系统作为一种生物系统，它与非生物反应系统是有着本质区别的。对于非生物系统而言，反应的速度与温度有关，温度越高，反应的速度越快。然而，靠酶促进行的生物化学反应，则只在某些限度上依靠温度，限度以外的反应则是弱的。当温度超过限值时，温度越高，反应的衰退变得更加迅速。这种温度的宏观影响主要是由于不同种类微生物的生长对温度具有不同的要求。一般而言，嗜温菌最适宜温度是30-40℃，嗜热菌发酵最适宜温度为50-65℃。由于高温分解中分解速度要快，并且高温发酵又可将虫卵、寄生虫、病原菌、孢子等杀灭，故一般多采用高温发酵。在这样的高温下，一般堆肥温度30-45天即可达到无害化。过低的物料温度将大大延长堆肥达到腐熟的时间，而过高的温度（＞70℃）将对物料中微生物产生有害的影响。因此，高温堆肥温度最好在55-65℃左右。

    在太阳能好氧发酵系统中，物料温度的控制过程一般是通过控制供氧量和向外排气来实现的。一般而言，在发酵的初期3-4天中，供气的主要目的是满足供氧，使生化反应顺利进行，以达到提高物料温度之目的。当发酵温度升到峰值以后，供氧量的调节主要以控制温度为主。在极限情况下，物料温度有可能上升至80-90℃，这将严重影响微生物的生长繁殖，因此，必须加大供气量，加大向外排气量，通过水分带走热量，使物料温度下降。在实际生产中，往往通过温度—供氧反馈系统来完成温度的自动控制。

  （4）发酵过程中通风供氧的控制

    供气是好氧发酵成功的重要因素之一，其主要作用在于：1、提供氧气，以参与微生物的发酵过程；2、通过供气量的控制，调节最适温度；3、在维持最适温度的条件下，加大通风量可以去除水分。然而由于发酵过程中有机物分解的不确定性，难于根据畜禽粪便的含碳量变化确定需氧量。目前，一般是通过测定堆层中的氧浓度和耗氧速率来了解堆层生物过程和需氧量，从而控制供气量。

    需氧量和耗氧速率是微生物活动强弱的宏观标志，它们的大小表征了微生物活动的强弱，反映了堆肥中有机物分解的程度。

    在耗氧发酵的通风供氧过程中，首先注意的必须是供氧的浓度。研究结果表明：堆肥过程中合适的氧含量应在5%～15%。氧含量一旦低于5%，氧就成为好氧堆肥中微生物生命活动的限制因素，并容易使堆肥容易产生厌氧而产生恶臭。

 太阳能发酵室采用的是强制通风方式，其目的除了供氧，去除水分外，更重要的是控制系统保持适宜的温度。根据耗氧速率，强制通风量一般为：0.2～0.3L/(min·Kg)，而根据控制适宜温度，当然这还得根据水分、温度等情况作适当调节。

3.   后成型处理部分：

3.1造粒系统：

其原理就是挤压成型，工作时压辊轴随主轴旋转，压辊与主轴公转的同时带动压辊与压模间物料挤压摩擦而自转，这样使物料受到摩擦挤压在模孔中形成颗粒，随着压辊的连续不断运动，颗粒不断形成，颗粒连续从压模底部挤出。当挤出达到一定的长度时，压模底部的切刀将颗粒切断。颗粒下落到刮料器底板上时由刮料器输送出压粒机，完成制粒过程。

3.2冷却系统：

从制粒系统皮带输送机输出的湿热颗粒料，经过斗式提升机和缓冲斗进入到逆流冷却器内，干燥空气在冷却风机的作用，由冷却器的下部进入，与由上部落下的湿热颗粒进行充分的冷热交换，冷却后颗粒经过刮板输送机进入到下道系统，湿热且含细小物料的空气经过旋风除尘器的分离作用下，细小物料通过关风器后排出，空气经分离后排入大气。经过冷却后的颗粒温度与环境温度之差小于5℃。

3.3包装系统：

冷却后的物料通过斗式提升机进入到成品仓内，成品仓内的物料通过电子打包秤的自动计量后进入到包装袋内，本系统配有自动缝包机和皮带输送机，称量包装好的物料经过装运系统进入到成品库房内。

4.   4控制系统：

该成套工艺设备选用带有模拟屏的操纵台控制中心集中控制，使整个生产过程实现机械化、自动化。以发酵池为分界，分设两个控制室，提高了控制双时效性，增强了生产的灵活性。

该成套技术与设备加工工序齐全，在各工序中，充分考虑物料的物理特性要求和最经济的加工方法。成套设备配套合理，使用可靠性高，加工工艺具有完整性和先进性，该成套设备加工工艺技术在国内处于领先水平，可达到国际先进水平，并可替代进口。

五、有机肥成本计算:

5000吨/年，肥料成本估算