CN106220260A - 蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺 - Google Patents

蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺，所述工艺采用好氧与厌氧相结合的堆肥方式，包括物料前处理、配料、堆制、一级发酵、二级发酵、腐熟、过筛或粉碎、制成堆肥等步骤。本发明使用高碳氮比的农作物秸秆，有效解决了蔬菜残体用于高温好氧堆肥过程中存在的含水率高、碳氮比低、通气性差的难题，该工艺既能利用蔬菜残体的养分、水分，又通过高温堆肥对蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便进行无害化处理，生产有机堆肥，实现了种养废弃物的资源化利用。

Description

蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺
技术领域
本发明涉及有机废弃物的资源化利用领域，具体地说，涉及蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺。
背景技术
我国蔬菜种植面积达1 964万hm2，年产量67 929.7万t(中华人民共和国农业部，2012)，蔬菜种植业中产生的废弃物数量较大。蔬菜废弃物即指日常蔬菜类废弃物，包括产品收获及加工过程中丢弃的无商品价值的根、茎、叶、烂果及尾菜等(黄鼎曦等，2002)。蔬菜废弃物含水率高，营养丰富。据统计，我国每年的蔬菜废弃物量约1～1.5亿t(孙振钧和孙永明，2006)，这些蔬菜废弃物所含的养分相当于肥料(N)69万t，磷(P2O5)7.3万t，钾(K2O)37万t(孙永明等，2005)。蔬菜废弃物具有含水率、有机物和营养成分高等特点。蔬菜废弃物含水率一般在75％～94.8％，pH范围为6.00～9.23；以干基计算，废弃物的全氮(TN)含量为2.02％～5.69％，全磷(TP)含量为0.29％～3.25％，全钾(TK)含量为0.49％～5.37％，碳氮比在8.27～22.35之间；蔬菜废弃物的固体含量在8％～19％之间，挥发性固体的含量占总固体80％以上，其中包括75％的糖类和半纤维素，9％的纤维素及5％的木质素(Maniadakis等，2004；Lu等，2004)。
目前，蔬菜废弃物主要利用途径有直接还田、生产沼气、生产饲料和生产堆肥4种。直接还田操作工艺简单，但易造成环境污染，特别是在夏季高温时期，植株容易腐烂，造成有害病原菌传播；蔬菜残体能产沼气获取能源，但所需条件较为苛刻，工艺复杂，终产物的废水、废渣需要二次处理(张光明，1996)；生产饲料虽发酵时间短，但要求无菌操作，不适合大规模生产(Esteban等，2007)；生产堆肥可以通过高温发酵对蔬菜残体进行无害化处理，并将废弃物转化为肥料，有效控制有害病原菌的传播，是蔬菜废弃物无害化处理和资源化利用的有效途径(Yogev等，2010)。目前，国内对蔬菜废弃物的处理及利用均处于小试研究阶段。
发明内容
本发明的目的是针对沿海地区蔬菜秸秆含水率高、处置不合理，造成秸秆资源浪费、污染环境等问题，提供蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺。
本发明采用蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥的设计思路，主要利用了农作物秸秆水分、养分含量相对较低，但碳氮比高；蔬菜残体水分、养分含量高，但碳氮比低；畜禽粪便水分、养分含量高，特别是堆肥过程需要的氮磷含量丰富，作为堆肥过程中微生物氮磷来源。使用农作物秸秆有效解决了蔬菜残体用于高温好氧堆肥处理中存在的含水率高、碳氮比低、通气性差的难题。
为了实现本发明目的，本发明提供的蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺，所述堆肥工艺采用好氧与厌氧相结合的堆肥方式，包括物料前处理、配料、堆制、一级发酵、二级发酵、腐熟、过筛或粉碎、制成堆肥等步骤。
堆肥初始条件中物料配比是决定堆肥过程及堆肥品质的关键。物料来源、种类和主要性质的差异使物料组合后的碳氮比、含水率、养分含量差异较大。
本发明中，配料是指将蔬菜残体和农作物秸秆按重量比1.5-4:1混合，然后加入蔬菜残体和农作物秸秆总重30％-50％的畜禽粪便(畜禽粪便添加比例随蔬菜残体比例的增加而降低)，最后按物料(蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便)总重0.3％-0.5％添加腐熟菌剂，混匀，堆制前控制物料初始含水率为60％-70％。
所述的蔬菜残体为茄果类和瓜类蔬菜的秸秆、枝叶和残果，叶菜蔬菜收获后的尾菜以及根茎类蔬菜的茎叶等，秸秆类和根茎类的蔬菜残体用铡草机切碎成3-10cm长度，叶菜类蔬菜尾菜做剁碎处理成3-10cm小块。
所述的农作物秸秆为玉米、小麦、谷子、高粱等粮食作物秸秆，用铡草机切碎成3-10cm长度。
所述的畜禽粪便为养殖场产生的新鲜固体畜禽粪便，用铁锹或其他机械把畜禽粪便破碎成粒径在3-5cm的小块。
所述的腐熟菌剂中包括细菌、真菌和食用菌，所述真菌包括霉菌、酵母真菌、白腐真菌等。优选地，所述腐熟菌剂中包括米曲霉、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、白地霉和黑曲霉等中的至少一种，活菌数或有效活性孢子数达0.5亿个/克菌剂以上。
在本发明的一个具体实施方式中，使用的蔬菜残体为番茄秸秆，农作物秸秆为玉米秸秆，畜禽粪便为鸡粪。配料时，将番茄秸秆和玉米秸秆按重量比2:1混合，然后加入番茄秸秆和玉米秸秆总重30％的鸡粪，最后按物料(番茄秸秆、玉米秸秆和鸡粪)总重0.5％添加腐熟菌剂，混匀后进行堆制。
堆制后堆体高度为1.2-1.5m，当堆体温度升高到65℃-70℃，保持5-7天，开始第1次翻堆；当温度再次升高到50-65℃，保持5-7天进行第2次翻堆，堆体表面生长白色菌丝孢子为发酵良好，即完成一级发酵过程，完成堆肥无害化阶段。
当堆体温度由65℃-70℃下降到50℃-65℃，完成高温维持阶段，即二级发酵，再翻堆1次。
堆制过程中的物料水分增加与降低可以通过加水、翻堆、通风等措施实现。通风主要通过翻堆、自然通风和强制通风来实现。实际应用时需要结合季节、堆肥过程中温度和水分的变化确定翻堆次数和通气量，既要保证温度升高、高温期持续，又要降低氨气排放，减少氮素损失。
本发明的一级和二级发酵过程是在有自动通风装置条件下进行的，自动通风装置设置温度范围为50℃～70℃，堆体温度达到70℃开始通风，低于50℃停止通风。
二级发酵结束后，当堆体温度降至40℃以下，开始腐熟阶段，继续堆制10-15天，直至物料颜色由灰黑色变为黑褐色，物料气味由微臭到无臭味，堆体体积变化不大。
腐熟后的物料经晾晒、过筛或粉碎，然后进行堆肥，堆肥周期为冬春季35-45天，夏秋季30-35天；堆肥后所得有机肥要求种子发芽指数达到80％以上，重金属和卫生学指标符合中华人民共和国农业行业标准-有机肥料(NY525-2012)。
本发明还提供采用上述工艺制备的有机堆肥。
本发明采用蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便进行联合堆肥，既可以利用各种物料的养分、水分，又协调互补了蔬菜残体碳氮比低导致堆肥升温慢、高温保持时间短的缺点，有机废弃物进行堆肥后再利用，将种植业、养殖业的废弃物进行无害化处理和资源化利用，实现了种植业和养殖业的结合及种养废弃物循环利用，为循环农业提供典型的循环模式。
附图说明
图1为本发明实施例1中番茄与玉米秸秆比例对堆肥温度的影响。
图2为本发明实施例1中联合堆肥的物料配比对堆体温度的影响。
图3为本发明实施例2中联合堆肥物料初始含水率和翻堆工艺对堆体温度的影响。其中，a：初始含水率；b：翻堆工艺。
图4为本发明实施例2中物料初始含水率和翻堆工艺对番茄秸秆堆肥发芽指数(GI)的影响。其中，a：初始含水率，分别为50％、60％、70％；b：翻堆工艺(自动控制通风)，翻堆1次，T1，翻堆2次，T2。图中DAC表示物料堆制后天数。
图5为本发明实施例中蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺的流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
以下实施例中使用的有机物料腐熟菌剂(简称菌剂)购自北京京圃园生物工程有限公司，有机废物发酵菌曲主要包括米曲霉、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、白地霉、黑曲霉，有效活菌数(cfu)≥0.5亿/克，产品登记证号：微生物肥(2003)准字(0114)号。
以下实施例中进行通风使用的是温度控制自动通风系统配备鼓风机，鼓风机功率1.1KW。以堆体温度作为控制鼓风机工作的指标，堆体温度达到70℃开始通风，低于50℃停止通风。
实施例1番茄秸秆、玉米秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺
试验采用番茄秸秆、玉米秸秆和畜禽粪便进行联合堆肥，2013年7～9月，在藁城市试验示范基地中试堆肥池进行。每种物料的基本性质见表1。采用好氧堆肥工艺，番茄秸秆取自定位试验温室，玉米秸秆为养牛场青储玉米，鸡粪来自养鸡场新鲜鸡粪。
表1堆肥物料基本性质
供试秸秆用粉碎机粉碎成3-5cm，物料总重200kg，调节初始含水率为60-65％，物料堆体高度1.2m。当堆体温度升高到65℃-70℃，保持5-7天，开始第1次翻堆；当温度再次升高到50-65℃，保持5-7天进行第2次翻堆，堆体表面生长白色菌丝孢子为发酵良好，即完成一级发酵过程，完成堆肥无害化阶段。当堆体温度由65℃-70℃下降到50℃-65℃，完成高温维持阶段，即二级发酵，再翻堆1次。一级和二级发酵过程是在有自动通风装置条件下进行的。二级发酵结束后，当堆体温度降至40℃以下，开始腐熟阶段，继续堆制10-15天，直至物料颜色由灰黑色变为黑褐色，物料气味由微臭到无臭味，堆体体积变化不大。腐熟后的物料经晾晒、过筛或粉碎，然后进行堆肥，堆肥周期为冬春季35-45天，夏秋季30-35天。堆肥后所得有机肥要求种子发芽指数达到80％以上，重金属和卫生学指标符合中华人民共和国农业行业标准-有机肥料(NY525-2012)。
试验设计：试验设置9个处理，三次重复。处理1：T1(番茄秸秆:玉米秸秆＝1:2，干重比，下同)；处理2：T2(番茄秸秆:玉米秸秆＝1:1)；处理3：T3(番茄秸秆:玉米秸秆＝2:1)；处理4：T4(番茄秸秆:玉米秸秆＝1:1+30％鸡粪，即按番茄秸秆和玉米秸秆总重30％添加鸡粪，下同)；处理5：T5(番茄秸秆:玉米秸秆＝1:1+50％鸡粪)；处理6：T6(番茄秸秆:玉米秸秆＝1:1+50％鸡粪+0.3％菌剂，即按番茄秸秆、玉米秸秆和鸡粪总重0.3％添加菌剂，下同)；处理7：T7(番茄秸秆:玉米秸秆＝1:1+50％鸡粪+0.5％菌剂)；处理8：T8(番茄秸秆:玉米秸秆＝2:1+30％鸡粪)；处理9：T9(番茄秸秆:玉米秸秆＝2:1+30％鸡粪+0.5％菌剂)。
不同番茄秸秆与玉米秸秆的比例进行堆肥后对堆肥温度的影响结果表明(图1)，与外界温度相比，从堆肥开始第一天物料开始升温，进入升温期，三个处理的升温快慢顺序为：番茄：玉米秸秆比例2:1、1:1、1:2，三个处理大于55℃高温的时间分别为9天、7天和10天，满足国家堆肥标准，实现了无害化。随着番茄秸秆与玉米秸秆比例的增加，堆肥升温快，但极限高温降低。
堆肥后对堆肥温度的影响结果表明(图2)，添加鸡粪提高了堆体升温速度及高温保持时间，鸡粪添加量30％与50％处理间差异不显著；添加0.5％菌剂显著提高了堆肥前2天的堆体温度。
实施例2番茄秸秆、玉米秸秆和畜禽粪便联合堆肥的物料含水率、翻堆及通风控制试验
试验采用番茄秸秆、玉米秸秆和畜禽粪便进行联合堆肥。物料干重比例为番茄秸秆:玉米秸秆＝2:1+30％鸡粪+0.5％菌剂，在藁城市试验示范基地中试堆肥池进行。
试验设计：处理1：P1，翻堆2次，初始含水率50％；处理2：P2，翻堆2次，初始含水率60％(对照)；处理3：P3，翻堆2次，初始含水率70％；处理4：P4，翻堆1次，初始含水率50％；处理5：P5，翻堆1次，初始含水率60％；处理6：P6，翻堆1次，初始含水率70％；处理7：P7，不翻堆，强制通风，初始含水率50％；处理8：P8，不翻堆，强制通风，初始含水率60％；处理9：P9，不翻堆，强制通风，初始含水率70％，物料堆体高度1.2m。
翻堆2次工艺，与翻堆1次工艺规律一致，物料初始含水率60％、70％处理升温快、温度高，温度保持时间比50％含水率处理长(图3a)。自动通风控制工艺，一级发酵阶段，堆体升温趋势、高度和温度保持时间与翻堆1次、2次工艺处理类似，但二级发酵阶段中，70％物料初始含水率的堆体温度低，而且迅速降温(图3b)，可能是物料堆体没有经过翻堆，堆体内部含水率较高，影响了发酵过程和微生物的活动。
堆肥指标种子发芽指数(GI)结果表明(图4)，堆肥的第一周，混匀后物料的发芽率指数低，在60％-80％之间。堆肥第16天开始，堆肥的发芽指数超过80％以上。堆肥结束时，发芽指数达到100％。初始物料70％的堆肥在一级和二级发酵过程中发芽指数高于其他两个处理，但后腐熟阶段和堆肥结束时的发芽指数为初始含水率50％>60％>70％(图4a)。自动控制通风处理比翻堆1、2次处理发酵期间的发芽指数高(图4b)。
实施例1和2中蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺的流程图见图5。
采用上述工艺有效实现了有机废弃物物料的无害化处理，制成的堆肥可进行还田、基质育苗等再循环利用。该工艺适合于在家庭农场、合作社和蔬菜园区应用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
参考文献
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Claims (10)

1.蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺，其特征在于，所述堆肥工艺采用好氧与厌氧相结合的堆肥方式，包括物料前处理、配料、堆制、一级发酵、二级发酵、腐熟、过筛或粉碎、制成堆肥的步骤；
其中，配料是指将蔬菜残体和农作物秸秆按重量比1.5-4:1混合，然后加入蔬菜残体和农作物秸秆总重30％-50％的畜禽粪便，最后按物料总重0.3％-0.5％添加腐熟菌剂，混匀，堆制前控制物料初始含水率为60％-70％。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述蔬菜残体包括茄果类和瓜类蔬菜的秸秆、枝叶和残果，叶菜蔬菜收获后的尾菜以及根茎类蔬菜的茎叶；所述农作物秸秆是指粮食作物秸秆，包括玉米、小麦、谷子、高粱的秸秆。
3.根据权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述物料前处理是指将蔬菜残体和农作物秸秆切碎成3-10cm长度，畜禽粪便破碎成粒径3-5cm的小块。
4.根据权利要求1-3任一项所述的工艺，其特征在于，所述腐熟菌剂中包括细菌和真菌，所述真菌包括霉菌、酵母真菌、白腐真菌；优选地，所述腐熟菌剂中包括米曲霉、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、白地霉和黑曲霉中的至少一种，活菌数达0.5亿/克菌剂以上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的工艺，其特征在于，堆制后堆体高度为1.2-1.5m，当堆体温度升高到65℃-70℃，保持5-7天，开始第1次翻堆；当温度再次升高到50-65℃，保持5-7天进行第2次翻堆，堆体表面生长白色菌丝孢子为发酵良好，即完成一级发酵。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，当堆体温度由65℃-70℃下降到50℃-65℃，完成二级发酵，再翻堆1次。
7.根据权利要求1-6任一项所述的工艺，其特征在于，一级和二级发酵过程中配备有通风装置，堆体温度达到70℃开始通风，低于50℃停止通风。
8.根据权利要求1-7任一项所述的工艺，其特征在于，二级发酵结束后，当堆体温度降至40℃以下，开始腐熟阶段，继续堆制10-15天，直至物料颜色由灰黑色变为黑褐色，物料气味由微臭到无臭味。
9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，腐熟后的物料经晾晒、过筛或粉碎，然后进行堆肥，堆肥周期为冬春季35-45天，夏秋季30-35天；堆肥后所得有机肥要求种子发芽指数达到80％以上，重金属和卫生学指标符合农业行业有机肥料标准。
10.根据权利要求1-9任一项所述工艺制备的有机堆肥。
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