鸡粪作为规模化养鸡场的主要废弃物，富含氮、磷、钾等养分，是有机肥生产的优质原料。但鸡粪碳氮比偏低（通常为10:1-15:1），直接发酵易出现氨氮挥发、发酵不彻底、产物异味重等问题。稻壳、秸秆等农业秸秆类辅料碳含量高（碳氮比可达60:1-100:1），是调节鸡粪碳氮比的理想物料。发酵罐作为密闭式高效发酵设备，通过自动化控制实现鸡粪与辅料的精准混合及碳氮比动态调控，可显著提升发酵效率、保障有机肥品质，同时减少污染物排放。本文结合发酵罐的结构特性与微生物发酵机理，提出一套鸡粪与稻壳、秸秆等辅料在发酵罐内的自动化混合与碳氮比调控方案，为规模化有机肥生产提供技术支撑。

一、方案设计背景与核心目标

1. 设计背景

传统鸡粪发酵多采用露天堆肥方式，存在混合不均匀、碳氮比调控依赖人工经验、发酵周期长（2-3个月）、占地面积大、恶臭污染严重等弊端。随着环保要求的提高与规模化养殖的发展，密闭式发酵罐逐渐成为主流设备。但现有发酵罐常存在辅料配比精度不足、混合效果差、碳氮比实时调控滞后等问题，导致发酵过程不稳定、产品质量波动大。因此，研发一套精准、高效的自动化混合与碳氮比调控系统，是提升发酵罐运行效能的关键。

2. 核心目标

本方案以“精准配比、高效混合、动态调控、稳定发酵”为核心目标，具体实现：① 鸡粪与辅料的自动化精准计量，确保初始碳氮比稳定在微生物发酵适宜范围（25:1-30:1）；② 发酵罐内物料的均匀混合，保障微生物与养分充分接触；③ 发酵过程中碳氮比的实时监测与动态调控，应对物料特性变化导致的比值偏移；④ 降低人工干预，提升生产效率，减少氨氮挥发与恶臭排放。

二、关键技术原理

1. 碳氮比调控的微生物学原理

微生物（细菌、真菌等）是有机肥发酵的核心驱动力，其生长繁殖需消耗碳源（能量来源）与氮源（合成蛋白质原料）。碳氮比过高时，微生物能量充足但氮源不足，生长缓慢，发酵效率低下；碳氮比过低时，氮源过剩，易转化为氨氮挥发，造成养分流失与恶臭污染。因此，需将发酵物料碳氮比精准控制在25:1-30:1，为微生物提供最佳生长环境，加速有机物分解腐熟。

2. 自动化混合的流体力学与机械传动原理

发酵罐内的自动化混合依托机械搅拌与气体搅拌协同作用：机械搅拌通过搅拌桨的旋转产生剪切力与轴向推力，带动物料上下翻滚、横向扩散；气体搅拌（曝气）通过向罐内通入空气，一方面为好氧微生物提供氧气，另一方面产生气泡上升动力，促进物料对流混合。两者协同可打破物料分层，实现鸡粪与辅料的均匀混合，同时提升氧传递效率。

三、方案核心构成：自动化混合与碳氮比调控系统

本方案核心由“原料预处理与计量系统、发酵罐内混合系统、碳氮比实时监测系统、智能调控系统、尾气处理系统”五大模块组成，各模块协同工作，实现从原料输入到发酵过程的全流程自动化控制。

1. 原料预处理与计量系统：精准配比的前提

该系统负责鸡粪与辅料的预处理、储存及精准计量，确保进入发酵罐的原料配比符合碳氮比初始要求。

• 原料储存单元：设置鸡粪储存池、稻壳储存仓、秸秆储存仓，其中鸡粪储存池配备加热保温装置（防止低温结冰）与螺旋输送装置（避免物料堆积）；稻壳、秸秆储存仓配备破拱装置（防止结块）与振动给料机（稳定下料）。各储存单元均安装料位传感器，实时监测原料存量，保障供应连续性。

• 预处理单元：鸡粪经螺旋输送机输送至破碎筛分机，去除石块、金属等杂质，同时破碎大块鸡粪（粒径≤5cm），提升后续混合均匀性；秸秆经铡草机切断（长度2-5cm）后，再经粉碎机粉碎（粒径≤3cm），增加比表面积，便于与鸡粪混合及微生物分解；稻壳无需额外破碎，直接输送至计量单元。

• 精准计量单元：采用“称重计量+变频调速”方式实现原料精准配比。鸡粪计量选用螺旋称重给料机，通过称重传感器实时监测输送量，变频调节螺旋转速，控制鸡粪输送速率；稻壳、秸秆计量选用皮带称重给料机，同理通过变频控制输送量。计量系统与智能控制系统联动，根据鸡粪初始碳氮比检测数据，自动计算并调节稻壳、秸秆的添加量，确保混合后物料碳氮比达到25:1-30:1。

2. 发酵罐内混合系统：均匀混合的核心

针对发酵罐的密闭结构，设计“机械搅拌+曝气搅拌”双搅拌系统，实现物料高效均匀混合。

• 机械搅拌单元：发酵罐内安装双层搅拌桨（上层为推进式搅拌桨，负责物料轴向提升与扩散；下层为锚式搅拌桨，负责罐底物料搅拌，避免沉积）。搅拌桨由变频电机驱动，转速可根据物料粘度动态调节（初始混合阶段转速30-40r/min，发酵中期转速20-30r/min）。搅拌系统配备扭矩传感器，实时监测搅拌负载，避免过载损坏设备。

• 曝气搅拌单元：采用底部曝气方式，在发酵罐底部均匀布置曝气盘（孔径2-5μm），通过罗茨风机向罐内通入空气。曝气流量由电磁流量计监测，变频风机根据罐内溶解氧浓度自动调节曝气速率（溶解氧浓度控制在2-5mg/L）。曝气产生的气泡上升过程中，带动物料上下对流，与机械搅拌协同提升混合均匀性，同时为好氧微生物提供充足氧气。

3. 碳氮比实时监测系统：动态调控的依据

该系统负责实时采集发酵罐内物料的碳氮比数据，为智能调控提供精准依据，核心由采样装置、检测装置与数据传输装置组成。

• 自动采样单元：在发酵罐不同高度（上部、中部、下部）设置3个采样点，通过气动采样阀定期采集物料样品（每2小时采样一次），样品经输送管道送至检测单元，避免人工采样的主观性与滞后性。

• 碳氮比检测单元：采用近红外光谱检测技术，通过近红外光谱仪快速分析样品中的碳、氮含量，计算碳氮比。该技术具有检测速度快（单次检测≤5分钟）、无需样品前处理、非破坏性等优势，可实现碳氮比的实时连续监测。检测数据经数据传输模块（4G/以太网）上传至智能控制系统。

• 辅助监测单元：同步监测发酵罐内的温度、湿度、溶解氧浓度等参数（温度控制在55-65℃，湿度控制在55%-65%），这些参数与碳氮比协同反映发酵状态，为调控策略优化提供全面依据。

4. 智能调控系统：方案执行的中枢

该系统以PLC控制器为核心，结合触摸屏人机交互界面与远程监控平台，实现碳氮比与混合过程的自动化调控。

• 数据处理与决策单元：PLC控制器接收碳氮比监测数据、温度、湿度、溶解氧等参数，与预设阈值（碳氮比25:1-30:1、温度55-65℃、湿度55%-65%）进行对比分析。当碳氮比高于30:1时，判定为氮源不足，自动发出指令增加鸡粪输送量或减少辅料输送量；当碳氮比低于25:1时，判定为碳源不足，自动增加稻壳、秸秆输送量；当混合不均匀（通过温度分布差判断，上下温差＞5℃时），自动提高搅拌转速或增大曝气流量。

• 执行控制单元：PLC控制器通过控制计量系统的变频给料机、混合系统的变频搅拌电机与变频风机，实现原料配比与混合强度的精准调节。同时，系统具备手动/自动切换功能，当自动模式出现故障时，可切换至手动模式，保障生产连续性。

• 远程监控单元：通过工业互联网将发酵数据上传至远程监控平台，管理人员可实时查看碳氮比、温度、湿度等参数，远程下达调控指令；系统具备故障报警功能，当参数超出阈值或设备出现故障时，自动发出声光报警，并将报警信息推送至管理人员手机，便于及时处理。

5. 尾气处理系统：环保达标保障

发酵过程中会产生含氨氮、硫化氢等恶臭气体的尾气，需经处理后达标排放。尾气处理系统采用“水洗吸收+活性炭吸附”工艺：尾气先经水洗塔，通过喷淋水吸收氨氮等可溶性污染物；再进入活性炭吸附塔，吸附硫化氢等难溶性恶臭物质；处理后的尾气经检测达标后排放。水洗塔产生的废水回流至原料预处理单元，用于调节鸡粪湿度，实现水资源循环利用。

四、方案实施流程

本方案实施流程可分为“原料预处理与配比、发酵罐内混合发酵、碳氮比动态调控、发酵完成与出料”四个阶段，全流程自动化运行。

1. 原料预处理与配比阶段：鸡粪经破碎筛分去除杂质，秸秆经切断粉碎；通过料位传感器确认各原料储存量充足后，启动计量系统，智能控制系统根据鸡粪初始碳氮比检测数据，自动计算稻壳、秸秆添加量，通过变频给料机精准输送至发酵罐进料口，完成原料配比。

2. 发酵罐内混合发酵阶段：原料进入发酵罐后，启动机械搅拌系统（转速30-40r/min）与曝气系统（曝气流量根据溶解氧浓度调节），进行为期2-3小时的充分混合；混合完成后，调节搅拌转速至20-30r/min、曝气流量至适宜范围，微生物开始分解物料中的有机物，进入发酵阶段。

3. 碳氮比动态调控阶段：碳氮比监测系统每2小时采样检测一次，数据上传至智能控制系统；若碳氮比高于30:1，自动增加鸡粪输送量；若低于25:1，自动增加稻壳、秸秆输送量；同时根据温度、湿度数据，调节搅拌转速与曝气流量，确保发酵环境稳定。

4. 发酵完成与出料阶段：发酵7-10天后，物料腐熟度达到要求（碳氮比降至10:1-15:1、无恶臭异味），智能控制系统发出发酵完成信号，停止搅拌与曝气，打开发酵罐出料口，通过螺旋输送机将腐熟物料输送至成品仓，完成发酵过程。

五、方案优势与应用效益

1. 方案优势

• 精准度高：通过自动化计量与近红外光谱实时监测，碳氮比调控精度可达±1，混合均匀度≥90%，显著优于人工控制。

• 效率提升：发酵周期缩短至7-10天，较传统堆肥提升50%以上；全流程自动化控制，人工成本降低60%以上。

• 环保达标：密闭式发酵罐配合尾气处理系统，氨氮挥发量降低70%以上，恶臭污染得到有效控制，符合《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001）。

• 智能化程度高：具备实时监测、自动调控、远程监控与故障报警功能，便于规模化生产管理。

2. 应用效益

经济上，可实现鸡粪与农业秸秆的资源化利用，生产优质有机肥，提升农产品附加值；同时降低人工成本与环保治理成本，提升企业经济效益。社会上，解决规模化养鸡场废弃物污染问题，减少秸秆焚烧带来的大气污染，促进农业循环经济发展。生态上，有机肥替代化肥可改善土壤结构，提升土壤肥力，减少化肥对水体、土壤的污染，具有显著的生态效益。

六、注意事项与优化方向

1. 注意事项

• 定期校准计量设备与检测仪器（如称重传感器、近红外光谱仪），确保数据精准；定期清理发酵罐内搅拌桨与曝气盘，避免物料粘附影响混合与曝气效果。

• 原料特性波动时（如鸡粪含水率、碳氮比变化），需及时更新智能控制系统的参数阈值，确保调控策略适配。

• 发酵罐运行过程中，定期检查设备密封性能，防止尾气泄漏造成恶臭污染。

2. 优化方向

未来可引入AI算法，通过大数据分析历史发酵数据，优化碳氮比调控策略，实现个性化精准调控；研发更高效的曝气与搅拌协同技术，进一步提升混合均匀性与氧传递效率；结合物联网技术，实现原料采购、生产过程、成品销售的全链条智能化管理。

七、结语

鸡粪与稻壳、秸秆等辅料在发酵罐内的自动化混合与碳氮比调控方案，通过“精准计量-高效混合-实时监测-智能调控”的全流程设计，解决了传统发酵过程中配比不准、混合不均、碳氮比调控滞后等问题，显著提升了发酵效率与有机肥品质，同时实现了环保达标排放。该方案符合农业循环经济发展需求，适用于规模化有机肥生产企业，具有广阔的应用前景。在实际应用中，需结合企业生产规模、原料特性与环保要求，对方案进行个性化调整，确保运行稳定、高效、经济。