CN104909847A - 畜禽粪便转化为微生物有机肥料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种使用嗜热好氧微生物技术和酶催化剂将有机废弃物制备成有机肥料的方法，其中，将有机废物根据科学比例与复合微生物酶发酵剂混合，然后在一定温度的环境下进行22个小时以内的发酵和曝气，发酵结束后进行0.5～3小时的巴氏灭菌，最后干燥并自动成型为有机肥料颗粒。
Description
[技术领域]
本发明是一种利用畜禽粪便的好氧生物发酵和高温微生物酶催化转化机理，制成生物有机肥料的系统设备和方法。是集约化畜牧养殖场环境综合处理的生态环保微生物技术，也是利用畜禽粪便变废为宝生产微生物有机肥料的生态环保再生技术。
[背景技术]
随着许多国家城市化进程的不断加速，城市居民对畜牧养殖业和种植业的需求日益增加；同时也不断产生许多有机废弃物，处置不当就会严重污染我们的生态环境；例如养殖场的畜禽粪便、种植业的植物废料和榨油之后的废渣、农作物的秸秆稻草等，每一年的排放量都在大幅增加，已成为环境污染不可忽视的重要部分；例如，中国是世界上养猪业最发达的国家之一，中国生猪饲养和猪肉产量约占世界总量的50％左右，近年来随着中国经济的发展，生猪饲养的集约化水平越来越高，例如广东省2011年生猪饲养量为5055.52万头，出栏3052.19万头，全省生猪年出栏在50头以上的集约化猪场有77531个，规模化养殖占全省生猪出栏量的46.8％，因此集约化猪场对环境的污染和环境处理以及粪污的资源化是限制猪场发展的重要因素。据估算1个万头猪场年排放纯粪尿约3万吨，由于大量禽畜粪便和污水的排放，构成了严重的环境污染，也威胁着规模化禽畜饲养业自身的发展。
一般集约化养殖场和种植场针对有机废弃物的处理通常有三种方式：一种是好氧堆肥降解处理，即把生产加工后或畜禽排泄的有机肥废弃物堆积在大型的储藏筒仓或堆肥槽中，有时候会加入微生物菌剂并定时进行翻堆处理，通常要经过45天达到腐熟变成有机肥料；这种处理方式占地空间大，生产时间长，并且容易产生恶臭气味和滋生蚊虫，容易对周边环境产生二次污染；第二种是密闭罐仓的厌氧发酵处理，有机废弃物经过厌氧消化而生产出沼气，达到废物再利用目的；由于沼气发酵要求厌氧、一定的有机质含量、温度和酸碱度等条件的相对稳定，发酵时间也较长，通常需要25-40天；因此，要求发酵装置的容量都比较大，占用场地和一次性投资较大。同时，大由于沼气发酵后会产生大量的沼液沼渣污水，由于养分比较低，不适宜长期灌溉农田，如果直接排放将会严重污染河流和地表水体，将产生二次污染；第三种是通过高温烘干设备直接烘干有机废弃物成为有机肥料，这样烘干得到的有机肥料，其氮磷钾的总养分仍然偏低，有机质未能腐熟，长期施用会出现植物烧根现象，影响农作物的出产。
[发明内容]
本发明的目的是克服目前有机废弃物环保再利用技术的不足，充分提高有机废弃物环保发酵的效率，提高微生物有机肥料的肥效，增加肥料中的有益微生物数量，减少化肥的使用量，推进生态环保农业；快速高效地发酵降解有机废弃物，只需22个小时以内，就能制成高品质的有机肥料；这个方法不仅提高了有机废弃物转变成有机肥料的生产效率，节能环保，还同时解决了有机废弃物的环境污染问题，并且不会对环境产生二次污染。
为了实现上述目的，发明一种在高温下通过嗜热酶和嗜热好氧微生物将有机废弃物制备成有机肥料的方法，其中，将有机废物根据科学比例与复合微生物酶发酵剂混合，所述复合微生物酶发酵剂是由嗜热好氧微生物和嗜热酶混合制得，然后在一定温度的环境下进行22个小时以内的发酵和曝气，发酵结束后进行0.5～3小时的巴氏灭菌。
所述的有机废弃物选自动物粪便废物、食品废物、木材废物、农业废弃物、植物废物和城市污泥中的一种或多种。
所述的嗜热好氧微生物选自高温粪堆梭菌、嗜热毛壳菌属、芽孢杆菌属、高温放线菌属、马杜拉放线菌、嗜热毁丝霉、白腐菌属、黑曲霉、高温单胞菌属、土芽孢杆菌属、嗜热链霉菌属、肉桂色链霉菌、光合细菌属、硝化细菌中的一种或多种。
所述的嗜热酶选自纤维素酶，脂肪酶，果胶酶、蛋白酶、胰酶、淀粉酶、葡聚糖酶、植酸酶、半纤维素酶、漆酶、锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶中的一种或多种。
所述的科学比例为：有机废弃物的进料湿度为50％～65％，有机废弃物的碳氮比率控制在20:1～28:1。
其中所述的发酵、曝气和巴氏杀菌均在全自动的高效发酵器中完成，该高效发酵器的材质为304不锈钢和/或316不锈钢。
其中所述的加热装置由PLC控制以减少能耗。
加热装置可以进一步选择微波加热装置，由以下型号中的一种或多种组合而成：微波频率915MHz-功率100KW，微波频率915MHz-功率150KW，微波频率2450MHz-功率1KW和微波频率2450MHz-功率1.5KW。
所述的高效发酵器在发酵过程中所选定的温度范围为60℃至80℃。
所述的特定巴氏灭菌法为在80～90℃下进行巴氏杀菌0.5～3小时。进一步可以选择在80℃下加热3小时、85℃下加热2小时、90℃下加热1小时或95℃下加热0.5小时。
本发明具有以下的有益效果：
1.大大缩短了畜禽粪便等有机废弃物的发酵腐熟时间，从传统的30-40天缩短22小时以内；显著地提高了畜禽废弃物环保处理能力与废弃物回收再利用的效率；
2.畜禽粪便高效发酵器使用自主研发的高效微生物酶发酵剂，所生产出的有机肥料养分均衡，有机质含量丰富，达到英国PAS100的国际标准，为耕种土壤提供高品质的有机养分，并且富含有益微生物菌群，有效提高了土壤的透气性和保水力。
3.高效畜禽粪便发酵器使用高温发酵工艺，使用特殊的数码微波加热器，温度控制精准，并同时大大减少电能的消耗，比传统的热水泵或热油泵加热方式节能超过60％；
4.在发酵转化过程中采用不间断的曝气工艺，使发酵物料不会产生新的恶臭气体和液体，不造成二次污染；
5.畜禽粪便发酵器装有生物媒气体过滤装置，使得整个发酵生产过程没有臭味排放，清洁环保；
6.高温曝气发酵结束后，采用巴氏灭菌方式，完全杀灭有害菌、寄生虫卵和杂草种籽，并且保留对土壤有益的微生物，提高有机肥料使用的安全性和有效性；
7.集成的有机肥料烘干造粒系统大大缩短了有机肥料的烘干与造粒时间，并且造粒均匀，便于农业播撒使用；同时方便商业包装与储存。
8.畜禽粪便高效发酵器设有非常便利的操作系统，由中央操作面板统一控制，实现一键智能运行；
9.畜禽粪便高效发酵器的设计可以实现24小时不间断运行，大大提高生产效率；
10.畜禽粪便高效发酵器的外形设计为一个标准的20尺或40尺的集装箱，整洁简约，非常便于运输和安放。
11.畜禽粪便高效发酵器适用的范围非常广泛，包括但不限于动物粪便排泄物、植物和农作物废弃物、食物废弃物、城市淤泥等有机废弃物，可以实现有机废弃物的高效转化与回收再利用，根本上解决有机废弃物的环境污染问题，促进了环境保护和资源的可持续性发展。
[附图说明]
图1为图2的A-A面剖视图；
图2为高效发酵器的结构示意图；
图3为图2的B-B面剖视图；
图4为高效发酵器的立体结构示意图；
图中1.壳体 2.轴杆 3.轴杆支撑部 4.叶轮。
[具体实施方式]
首先将畜禽粪便排泄物和植物碎屑(如木屑、树叶或稻草、秸秆碎屑)按照一定的比例混合，使混合物的碳氮比控制在20-28：1，调节混合物湿度在50-65％；然后在混合物中加入以一定比例的复合微生物酶发酵剂，所述复合微生物酶发酵剂是由嗜热好氧微生物和嗜热酶混合制得。所述的嗜热好氧微生物选自高温粪堆梭菌、嗜热毛壳菌属、芽孢杆菌属、高温放线菌属、马杜拉放线菌、嗜热毁丝霉、白腐菌属、黑曲霉、高温单胞菌属、土芽孢杆菌属、嗜热链霉菌属、肉桂色链霉菌、光合细菌属、硝化细菌中的一种或多种。所述的嗜热酶选自纤维素酶，脂肪酶，果胶酶、蛋白酶、胰酶、淀粉酶、葡聚糖酶、植酸酶、半纤维素酶、漆酶、锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶中的一种或多种。之后将混合物通过传送泵加入到高效发酵器(high-efficient digester)中，(高效发酵器结构如图1～4所示)。在设定好的温度、通气量和搅拌速率下进行快速高效地发酵转化，经22个小时以内发酵，混合物将自动进入巴氏杀菌环节，0.5-3个小时后完成对有害病菌、虫卵和草籽的完全杀灭；完成发酵、灭菌的混合物将自动进入烘干造粒系统，2个小时后变成湿度适、粒径均匀的有机肥料颗粒，冷却后可以进行商品包装储存。同时，高效发酵器又可以开始新一轮的发酵生产，可以实现24小时连续不间断地循环发酵生产。
以下实验证明这个高效发酵工艺技术可使用有机废弃物在22小时以内发酵转化成为高品质的有机肥料：
设计实验选用的有机废弃物为：鸡粪(含水率20％)、猪粪(含水率20％)、木屑(含水率10％)，高效复合微生物酶发酵剂。在高效发酵器中分别发酵12小时、18小时、22小时，进行对照实验观察。
表1鸡粪和木屑混合物发酵12小时的有机肥料养分检测报告(来源MARDI,马来西亚)
表2鸡粪和木屑混合物发酵18小时的有机肥料养分检测报告(来源MARDI,马来西亚)
表3鸡粪和木屑混合物发酵22小时的有机肥料养分检测报告(来源MARDI,马来西亚)
表1～3的实验是使用鸡粪和木屑为发酵物料，按照5：1.5的比例混合，使物料的碳氮比为20-30：1，加入高效微生物酶发酵剂，在高效发酵器中分别发酵12、18、22小时，得到的鸡粪有机肥料经过专业机构的检测所得到的报告；从表1-表3中可见，物料经过12个小时发酵，所得到的有机肥料中磷和钾的含量最高(％)，随着发酵时间的增加，有机质的含量增加，氮磷钾养分丰富平衡，变化不大；由此可见，通过高效发酵器的工艺来发酵转化鸡粪和木屑的混合物，在发酵22个小时以内，得到有机肥料的综合养分的比例最高，也最为平衡；所以高效发酵器系统更选定发22个小时以内的工艺，快速高效地发酵和转化鸡粪成为综合养分较高的有机肥料。
Claims (9)
1.一种在高温下通过嗜热酶和嗜热好氧微生物将有机废弃物制备成有机肥料的方法，其中，将有机废物根据科学比例与复合微生物酶发酵剂混合，所述复合微生物酶发酵剂是由嗜热好氧微生物和嗜热酶混合制得，然后在一定温度的环境下进行22个小时以内的发酵和曝气，发酵结束后进行0.5～3小时的巴氏灭菌。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的有机废弃物选自动物粪便废物、食品废物、木材废物、农业废弃物、植物废物和城市污泥中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述的嗜热好氧微生物选自高温粪堆梭菌、嗜热毛壳菌属、芽孢杆菌属、高温放线菌属、马杜拉放线菌、嗜热毁丝霉、白腐菌属、黑曲霉、高温单胞菌属、土芽孢杆菌属、嗜热链霉菌属、肉桂色链霉菌、光合细菌属、硝化细菌中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述的嗜热酶选自纤维素酶，脂肪酶，果胶酶、蛋白酶、胰酶、淀粉酶、葡聚糖酶、植酸酶、半纤维素酶、漆酶、锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述的科学比例为：有机废弃物的进料湿度为50％～65％，有机废弃物的碳氮比率控制在20:1～28:1。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述的发酵、曝气和巴氏杀菌均在全自动的高效发酵器中完成，该高效发酵器的材质为304不锈钢和/或316不锈钢。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述的加热装置由PLC控制。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述的高效发酵器在发酵过程中所选定的温度范围为60℃至80℃。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述的特定巴氏灭菌法为在80～90℃下进行巴氏杀菌0.5～3小时。
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