CN104892096B - 一种养殖废物快速干燥堆肥化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于资源综合利用技术领域，具体涉及一种养殖废物快速干燥堆肥化的方法，以有机质含量丰富的养殖废物为原料，分阶段按比例混入氧化钙、膨胀剂、pH调节剂、接种物和补氧剂进行好氧堆肥。本发明通过碱预处理生物质、增加堆肥初始温度、调节堆肥初始含水量、稳定pH值，高温阶段缓释补氧，使堆肥迅速进入中、高温阶段，促进水分蒸发和养殖废物分解，具有快速升温，堆肥周期短，无污染，无病菌、虫卵残留等优势。
Description
技术领域
本发明属于资源综合利用技术领域，具体涉及一种养殖废物快速干燥堆肥化的方法。
背景技术
我国畜禽养殖业的发展迅速，伴随着产生大量养殖废物，据统计2010年全国畜禽粪便产量为25~30亿t，若直接排入环境，将对水体、大气和土壤造成严重污染，值得注意的是养殖废物中流失的N、P已成为地表水体富营养化的重要原因之一。好氧堆肥因处理成本低、无害化程度高、处理能力大，已成一种被广泛应用的养殖废物资源化利用技术。由于养殖废物的含水量高，一般在70%~90%，我国《有机肥料国家标准》规定有机肥产品含水率要少于20%，如何快速干燥成为好氧堆肥的一个研究重点，包括堆肥之前的含水量预调节和堆肥过程中的快速干燥。
堆肥之前要进行水分预调节，含水量太高会因通气不良而出现堆肥温度上升慢、臭气产量大，搬运搅拌不方便等问题，最优初始含水量是50%~68%。利用机械脱水（如，离心、压滤、机械格栅等）和加热干燥（如，热能、太阳能、微波干燥等）进行预干燥能有效调节初始含水量，但该法成本高，还会产生大量恶臭气体和污水；此外，添加具有一定吸水性的材料（如，烟末、锯末、沸石等）是一种环保、低成本的调节方法，这类材料还具有增加通气性、调节碳氮比的特点。中国专利CN 104150989 A加入20%的秸秆粉末调节水含量，但大量秸秆粉末会影响好氧微生物的代谢活动，延长堆肥周期。中国专利CN 103708866 A提供了一种添加面粉厂下脚料调节水分的方法，该法虽然升温快，堆肥周期短，但其在升温阶段不断补充氧，降温阶段进行搅拌发酵，增加了堆肥成本。
好氧堆肥过程的脱水主要是由生物干燥完成的，即利用微生物分解有机物产生的热量，促进水分蒸发起到干燥的作用，能将含水量降到20%左右。好氧堆肥是一个阶段性的过程，包括低温阶段、中温阶段、高温阶段和降温阶段，不同阶段的微生物群体不同，升温由低温阶段微生物分解简单的有机物产生热量开始，达到一定温度后进入下一个阶段，而且需要经历一个适应的过程，如果氧被消耗，这个过程会更长；而堆肥过程中水分的蒸发主要在这两个阶段进行，养殖废物的分解也主要靠中温阶段和高温阶段的微生物种群完成；因此，快速升温使堆肥过程迅速进入中温阶段和高温阶段将能有效减少堆肥周期。
目前好氧堆肥主要存在的问题：
（1）升温慢。好氧堆肥的升温由低温型微生物代谢产热开始，升温慢，而且提前消耗了简单有机物和氧，剩下的木质素、半纤维素和纤维素等复杂的有机物不易被分解利用，影响后续的升温过程；（2）堆肥过程中pH变化较大。堆肥初期有机物被分解过程中会产生有机酸降低pH，pH值小于5会抑制堆肥反应的进行，pH值大于9时营养物质易挥发且产生臭气；（3）堆肥周期长。堆肥前的含水量调节以及堆肥过程中的升温快慢、氧含量等都是影响腐熟和脱水速度的因素，如何低成本有效的控制这些因素缩短堆肥周期是堆肥技术实际应用中主要存在的问题。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，提供一种养殖废物快速干燥堆肥化的方法，以有机质含量丰富的养殖废物为原料，分阶段加入氧化钙、膨胀剂、pH调节剂、接种物和补氧剂进行好氧堆肥，使堆肥迅速进入中、高温阶段，实现快速升温，高效脱水，缩短堆肥周期。
本发明养殖废物快速干燥堆肥化的方法，以养殖废物为原料，分阶段添加氧化钙、膨胀剂、pH调节剂、接种物和补氧剂；其中，所述膨胀剂为烟末、锯末、粉碎稻壳、麦秸、草炭中的一种或几种的混合物；所述pH调节剂为磷酸氢钙、磷酸氢二钾中的一种；所述的接种物为市售的有机肥生物菌种，或养殖废物堆肥温度到30~50℃时表层以下10~20cm含有菌丝的混合物；所述的补氧剂为过氧化钙、过氧化钾中的一种。
其中，按养殖废物总质量的百分数计，氧化钙、膨胀剂、pH调节剂和补氧剂的用量分别为4%~8%、5%~15%、2%~4%和1%~3%。
其中，当接种物为市售的有机肥生物菌种时，使用量为养殖废物质量的0.2%~0.5%；当接种物为堆肥温度到30~50℃时表层以下10~20cm含有菌丝的混合物时，使用量为养殖废物的8%~15%。
本养殖废物快速干燥堆肥化的方法的具体堆肥操作如下：
（1）将氧化钙和膨胀剂按配比加入养殖废物中，混合均匀，摊开静置3~6min；
（2）将pH调节剂加入步骤（1）混合物中，混合均匀，静置1~3min；
（3）按接种物加入步骤（2）得到的混合物中，混合均匀后开始堆肥，堆积高度为0.8~1.5m；
（4）在堆肥过程中监测堆体温度，堆体温度达到60℃以上时进行第一次翻堆，并在堆体内混入补氧剂；
（5）随后每3~4天进行一次翻堆，堆体温度将至40℃以下且不再升高时，堆肥结束。
其中，步骤（4）中所述的堆体温度为沿堆体高线自上而下1/3处的温度。
本发明的快速干燥堆肥化，是在加入药剂的共同作用下完成的。
氧化剂是本发明的核心成分，其主要作用是水分预调节、快速提高初始温度和生物质预处理，促进堆肥过程快速进入中、高温阶段。（1）加入氧化钙（CaO）时，其吸收水生成氢氧化钙（Ca(OH)2），放出大量热量，形成局部高温，杀死杂菌；（2）堆肥开始时温度为30~40℃，中温型微生物利用充足的氧气和大量易分解的有机物迅速繁殖、代谢产热，继续升高温度，快速蒸发水分；（3）生成的氢氧化钙（Ca(OH)2）使初始的堆肥环境偏碱性，难降解的有机物经碱性处理后更利于生物降解，随后氢氧化钙吸收生物降解过程中产生的二氧化碳生成碳酸钙（CaCO3）和碳酸氢钙（Ca(HCO3)2），堆肥环境pH值降低，同时改善养殖废物的疏松程度。
膨胀剂在本发明中的主要作用是改善养殖废物的疏松程度，提高通气性，为好氧微生物的代谢活动提供一个有氧的环境；此外膨胀剂同时具有吸水性，有助于堆肥前含水量的预调节。
pH调节剂磷酸氢钙（CaHPO4）或磷酸氢二钾（K2HPO4）添加肥料所需的磷含量，并在堆肥过程中起到pH的缓冲和保护作用，将堆肥pH值稳定在6~9之间。
补氧剂在本发明中的作用是产生氧气，为好氧微生物提供有氧的环境。过氧化钙吸收水分并生成氧气，其反应产物能吸收二氧化碳。过氧化钠和过氧化钾吸收二氧化碳产生氧气。在有膨胀剂的作用下，添加剂产生的氧气会被前者吸收储存，在堆肥环境中氧含量降低时释放补充，维持一个有氧的环境。
接种物给好氧堆肥提供一个完整的生物群体，在不同温度堆肥阶段里都有相应的优势种群。
本发明的优点：
（1）快速升温。不使用能源的情况下养殖废物迅速升温，堆肥过程跳过低温阶段直接进入中温阶段，避免氧气和易分解的有机物提前消耗，使中温型微生物能快速繁殖、代谢产热，达到快速升温的目的；
（2）pH值稳定。加入的磷酸氢钙和生成的碳酸氢钙都具有缓冲pH的作用，使堆肥环境的pH值稳定在6~9之间；
（3）缓释补氧。维持氧含量能保证好氧微生物持续分解有机质产生热量，促进堆肥腐熟和水分蒸发；
（4）堆肥周期短。本发明通过加快升温速度、稳定pH值和缓释补氧减少堆肥周期。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，但本发明保护范围不局限与所述内容。
实施例1、以奶牛粪便作为堆肥原料进行好氧堆肥，牛粪含水量约为86%，堆肥环境温度约为25℃，药剂的添加量以堆肥原料的质量百分比计，具体操作如下：
（1）分别将7%的氧化钙和13%的烟末加入堆肥原料中，混合均匀，摊开静置3min后加入养殖废物质量3%的磷酸氢二钾，摊开静置2min；
（2）取0.1%的接种物（有机物料腐熟剂），洒入步骤（1）得到的混合物，混合均匀后堆成高1m的堆垛开始堆肥；
（3）3天后堆体温度达到60℃，进行第一次翻堆，随后每4天进行一次翻堆，并在堆体内混入1%的补氧剂过氧化钙，到第25天堆体温度稳定至40℃以下，结束堆肥。
经步骤（1）添加氧化钙后，测得步骤（2）的初始堆肥混合物的温度为35℃，初始含水量为63%，堆肥结束后含水量为20%；堆肥期间，60℃以上的高温期为19天，符合《粪便无害化卫生标准（GB7959-87）》中杀灭污泥中致病菌和有害微生物虫卵的要求，堆肥过程中pH值的变化范围为6~8，维持在最优范围内。
以奶牛粪便传统堆肥1~2个月的周期相比，该方法缩短了堆肥周期，达到快速生物干燥的作用，节约了时间和空间成本。此外，该法堆肥过程中翻堆次数少，不需要外加曝氧设备，减少成本。
注：本实施例使用的接种物为上海联业农业科技有限公司的谷霖微生物菌剂。
实施例2：以奶牛粪便作为堆肥原料进行好氧堆肥；与实施例1用的原料相同，牛粪含水量约为86%，堆肥环境温度约为25℃，药剂的添加量以堆肥原料的质量百分比计，具体操作如下：
（1）分别将7%的氧化钙和13%的烟末加入堆肥原料中，混合均匀，摊开静置3min后加入养殖废物质量3%的磷酸氢二钾，摊开静置2min；
（2）取实施例1中堆肥温度到47℃时表层以下10cm含有菌丝的混合物（使用量为奶牛粪便质量的10%）洒入步骤（1）得到的混合物，混合均匀后堆成高1m的堆垛开始堆肥；
（3）3天后堆体温度达到65℃，进行第一次翻堆，并在堆体内混入2%的补氧剂过氧化钾，随后每4天进行一次翻堆，到第21天堆体温度稳定至40℃以下，结束堆肥。
经步骤（1）添加氧化钙后，测得步骤（2）的初始堆肥混合物的温度为34℃，初始含水量为60%，堆肥结束后含水量为20%；堆肥期间，60℃以上的高温期为15天，符合《粪便无害化卫生标准（GB7959-87）》中杀灭污泥中致病菌和有害微生物虫卵的要求，堆肥过程中pH值的变化范围为6~8，维持在最优范围内。以奶牛粪便传统堆肥1~2个月的周期相比，该法21天完成堆肥，有效缩短了堆肥周期。
实施例3：以猪粪便作为堆肥原料进行好氧堆肥，猪粪含水量约为80%，堆肥环境温度为约25℃，药剂的添加量以堆肥原材料的质量百分比计，具体操作如下：
（1）分别将4%的氧化钙和10%的锯末加入堆肥原料中，混合均匀，摊开静置4min后加入养殖废物质量2%的磷酸氢钙，摊开静置3min；
（2）取养殖废物质量0.2%的如金猪粪发酵em菌种，洒入步骤（1）得到的混合物，混合均匀后堆成高1.5m的堆垛开始堆肥；
（3）3天后堆体温度达到66℃，进行第一次翻堆，并在堆体内混入3%的补氧剂过氧化钾，随后每3天进行一次翻堆，到第22天堆体温度稳定至40℃以下，结束堆肥。
经步骤（1）添加药剂后，测得步骤（2）的初始堆肥混合物的温度为40℃，初始含水量为64%，堆肥结束后含水量为24%。堆肥期间，50℃以上的高温期为18天，符合《粪便无害化卫生标准（GB7959-87）》中杀灭污泥中致病菌和有害微生物虫卵的要求。堆肥过程中pH值的变化范围为6~8，维持在最优范围内。本实施例肥堆温度上升快，堆肥周期为22天，小于传统堆肥的1~2个月。
实施例4：以鸡粪便作为堆肥原料进行好氧堆肥，鸡粪含水量约为70%，堆肥环境温度为约25℃，药剂的添加量以堆肥原:料的质量百分比计，具体操作如下：
（1）分别将养殖废物质量8%的氧化钙和15%的膨胀剂（粉碎麦秸和粉碎稻壳按质量比1:1混合）加入堆肥原料中，混合均匀，摊开静置6min后加入养殖废物质量4%的磷酸氢钙，摊开静置1min；
（2）取养殖废物质量0.5%的如金鸡粪发酵em菌种，洒入步骤（1）得到的混合物，混合均匀后堆成高0.9m的堆垛开始堆肥；
（3）2天后堆体温度达到60℃，进行第一次翻堆，并在堆体内加1.5%的补氧剂过氧化钙，随后每4天进行一次翻堆，到第18天堆体温度稳定至40℃以下，结束堆肥。
经步骤（1）添加药剂后，测得步骤（2）的初始堆肥混合物的温度为43℃，初始含水量为60%，堆肥结束后含水量为18%；堆肥期间，60℃以上的高温期为12天，符合《粪便无害化卫生标准（GB7959-87）》中杀灭污泥中致病菌和有害微生物虫卵的要求。堆肥过程中pH值的变化范围为6~8，维持在最优范围内。本实施例肥堆温度上升快，堆肥周期为18天，明显小于传统堆肥的1~2个月。
实施例5：以鸡粪便作为堆肥原料进行好氧堆肥，鸡粪含水量约为70%，堆肥环境温度为约25℃，药剂的添加量以堆肥原:料的质量百分比计，具体操作如下：
（1）分别将:5%的氧化钙和5%的粉碎草炭加入堆肥原料中，混合均匀，摊开静置5min后加入养殖废物质量3%的磷酸氢二钾，摊开静置2min；
（2）取实施例4中堆肥温度到40℃时表层以下20cm含有菌丝的混合物（使用量为鸡粪质量的8%）洒入步骤（1）得到的混合物，混合均匀后堆成高1m的堆垛开始堆肥；
（3）2天后堆体温度达到60℃，进行第一次翻堆，并在堆体内混入2%的补氧剂过氧化钾，随后每4天进行一次翻堆，到第19天堆体温度稳定至40℃以下，结束堆肥。
经步骤（1）添加氧化钙后，测得步骤（2）的初始堆肥混合物的温度为40℃，初始含水量为61%，堆肥结束后含水量为17%；堆肥期间，60℃以上的高温期为14天，符合《粪便无害化卫生标准（GB7959-87）》中杀灭污泥中致病菌和有害微生物虫卵的要求，堆肥过程中pH值的变化范围为6~8，维持在最优范围内。本实施例肥堆温度上升快，堆肥周期明显小于传统堆肥的1~2个月。
Claims (4)
1.一种养殖废物快速干燥堆肥化的方法，其特征在于：以养殖废物为原料，分阶段添加氧化钙、膨胀剂、pH调节剂、接种物和补氧剂进行好氧堆肥；
所述膨胀剂为烟末、锯末、粉碎稻壳、麦秸、草炭中的一种或几种的混合物；
所述pH调节剂为磷酸氢钙、磷酸氢二钾中的一种；
所述的接种物为市售的有机肥生物菌种或养殖废物堆肥温度到30~50℃时表层以下10~20cm含有菌丝的混合物；
所述的补氧剂为过氧化钙、过氧化钾中的一种；
上述方法的具体操作如下：
（1）将氧化钙和膨胀剂加入养殖废物中，混合均匀，摊开静置3~6min；
（2）将pH调节剂加入步骤（1）混合物中，混合均匀，静置1~3min；
（3）将接种物加入步骤（2）得到的混合物中，混合均匀后开始堆肥，堆积高度为0.8~1.5m；
（4）在堆肥过程中监测堆体温度，当堆体温度达到60℃以上时进行第一次翻堆，并在堆体内混入补氧剂；
（5）随后每3~4天进行一次翻堆，堆体温度降至40℃以下且不再升高时，堆肥结束。
2.根据权利要求1所述的养殖废物快速干燥堆肥化的方法，其特征在于：氧化钙、膨胀剂、pH调节剂、补氧剂的添加量分别为养殖废物质量的4%~8%、5%~15%、2%~4%、1%~3%。
3.根据权利要求1或2所述的养殖废物快速干燥堆肥化的方法，其特征在于：当接种物为市售的有机肥生物菌种时，使用量为养殖废物质量的0.1%~0.5%；当接种物为堆肥温度到30~50℃时表层以下10~20cm含有菌丝的混合物时，使用量为养殖废物的8%~15%。
4.根据权利要求1所述的养殖废物快速干燥堆肥化的方法，其特征在于所述的堆体温度为沿堆体高线自上而下1/3处的温度。
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