CN106518216A

CN106518216A - 一种长效有机肥制备方法

Info

Publication number: CN106518216A
Application number: CN201610896473.3A
Authority: CN
Inventors: 刘玉环; 王允圃; 曹雷鹏; 谭莎莎; 巫小丹; 郑洪立; 阮榕生
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2017-03-22

Abstract

一种长效有机肥制备方法，属于农业化学技术领域。本发明通过原料配方调整、菌剂改良抑制酸化、氨化，提升腐殖质的形成量；通过堆肥工艺设备化加速好氧堆肥发酵进程；通过回收发酵尾气中氨氮制备鸟粪磷灰石来实现的。本发明将创新性强，工序简单，设备投资低廉，制备方便，所生产的有机肥肥效稳长、腐殖质含量高，环境效益良好，具有良好的推广价值。

Description

一种长效有机肥制备方法

技术领域

本发明属于农业化学技术领域，更具体的是涉及一种长效有机肥制造技术。

背景技术

我国每年将会产生大量的有机固体废弃物，如秸秆、垃圾和粪便等，如何合理的利用这些废弃物，是资源化与无害化处理中一项十分艰巨的任务。这些废弃物中含有大量的可降解有机物质、病虫害等物质，不能直接利用，目前最常用的方式就是对它们进行堆肥化处理。堆肥化是指在特定的温度、湿度、通风条件下，通过微生物的作用，把可降解的有机物发酵转化为相对稳定的、无害的腐殖质的过程。其中高温好氧堆肥，具有发酵温度高，所需要的时间比较短，产生的有异气味比较少和最终产品腐熟充分等优点，目前正成为国内外关注的热点。

随着规模化和集约化畜禽养殖业的不断发展，畜禽粪便储运过程产生大量NH₃、硫化氢、挥发性胺类、含硫杂环和含氮杂环气体等恶臭气体，严重影响畜禽生长和人体健康。

现有有机肥料生产技术存在较大问题，其生产过程中铵态氮损失十分严重，导致总养分（N+P₂O₅+K₂O）很低。中华人民共和国农业部部颁有机肥料标准NY525-2011中，规定有机肥料N+P₂O₅+K₂O总量≥5%（干基）即为合格。在很多情况下，商品化有机肥中氮素无法超过2%；另一方面，由于对发酵的微生物疏于优化筛选，发酵过程酸化腐败严重、臭味气体挥发损失多，肥料得率不高，为了保有一定的体量，许多有机肥厂不得不大量添加风化煤、生物半焦、甚至是黏土，损害了有机肥的声誉；在堆肥原料的配方上缺乏合理的调配和必要的预处理手段，不利于腐殖质的形成，有机肥料的腐殖化程度低。在堆肥设备上没有有效的改进，对温度、水分、通气、搅拌以及氨气回收利用没有应对措施，最终导致发酵速度慢，一般都需要45天或更长才能达到腐熟的基本要求，堆肥生产过程少慢差费。

中国专利《一种利用废弃干笋壳制备农林有机基质的方法(申请号CN201110371834.X)》按照重量百分比为预处理的干笋壳80％~90％，鸡粪10％~20％的比例与鸡粪均匀混合，并调节重量含水量至60％~65％；入微生物菌剂，并搅拌均匀，其中所述微生物菌剂包含有芽孢杆菌和放线菌，且含菌量大于0.5×10⁸个/克；没有考虑原料的CN比和木质素含量的影响；在微生物菌剂的选择上也没有合理的考虑。

传统堆肥完全依赖堆肥发酵过程微生物活动造成堆温变化；对发酵过程的通气主要依赖定期翻堆，劳动强度大，效率低，由于局部形成厌氧环境，导致整体的好氧堆肥过程也难免出现局部的还原小环境，形成还原性恶臭挥发物，加上缺乏恶臭气体有效的循环利用手段，传统堆肥厂成为严重的大气污染源。虽然近年来在堆肥反应器的研制上有较多的报到，但是考虑还是不全面，例如中国实用新型专利《一种堆肥生产有机肥好氧堆肥系统(CN201520997255. X)》，只考虑了翻堆和通气的需要，而且依赖螺旋浆推进，其阻力大，效率低。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种长效有机肥制造方法。本方法通过堆肥原料合理调配、配合自动化控制的堆肥发酵反应器与堆肥发酵废气吸收装置来实现。本发明工艺简单、设备投入低、环保效益好、堆肥的三要素和腐植酸含量高、肥效稳长。

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的。

本发明所述的一种长效有机肥的制备方法，其通过原料调配、菌群调控、强制通气和氨氮回收四项措施，采用堆肥发酵反应器实现堆肥原料的快速好氧发酵、采用堆肥发酵废气吸收装置来实现氨气资源化回收利用，经过成品复配和成型包装过程，制备出一种长效有机肥料，其特征在于，它包括如下步骤。

（1）配料：将高含氮量的动物粪便类物料、木质纤维素类物料和高木素含量物料进行调配，调配目标碳氮比（C/N）20~25:1、木质素质量百分比为30%~40%(干基)，最后调节堆肥原料的水分质量百分比为55%~65%（湿基），上述原料按比例混合。

（2）菌群调控：向步骤（1）混合料中喷洒堆肥发酵复合菌剂。采用人工或机械进行充分混合成为接种料。

（3）快速好氧发酵：将步骤（2）接种料装入堆肥发酵反应器中，填装体积占其总体积的65%~80%，加热至发酵温度45~55℃后，停止加热，利用物料发酵自生产热维持堆肥发酵反应器的反应温度；每隔12~24h，启动转动系统一次，每次旋转3~10周，促进物料混合均匀；堆肥发酵期间每隔30~60分钟通气10~20分钟，通气量每分钟500~ 2000L。当堆肥发酵反应器中的温度自动回落到室温时候，重新启动自动加热装置，维持45~55℃的发酵温度24~48h，停止发酵，得到腐植酸含量达到150g-250g/kg，全氮含量35~45g/kg，总有机质含量55%~65%的发酵产物。堆肥好氧发酵全程总耗时10d~20d，放出发酵产物，在通风的透光大棚内摊成厚度<60cm的条形料堆、自然风干。

（4）堆肥发酵过程全程打开堆肥发酵废气吸收装置吸收其中的氨气，尾气排空。当堆肥发酵废气吸收装置中的堆肥发酵废气吸收液pH值上升到5.5~6时，表明磷酸大部分转化为磷酸铵镁，此时可更新堆肥发酵废气吸收装置中的氨气吸收液。向被更新出来的堆肥发酵废气吸收装置中的氨气吸收液中添加氧化镁乳液，使pH值逐步上升到8~9.5；或添加与堆肥发酵废气吸液中磷酸等摩尔的硫酸镁饱和溶液，再以氢氧化钾（KOH）调节，使溶液pH值逐步上升到9.5~10。待其中的磷酸铵镁（鸟粪磷灰石）析出后，分离沉淀物，自然蒸干游离水。析出鸟粪磷灰石，风干备用。

（5）成品复配：取步骤（3）的风干发酵产物100质量份、步骤（4）的鸟粪磷灰石5~15质量份，混合均匀，得到含氮量3%~4.5%，P₂O₅ 6%~9%，K₂O1.5%~2%，总有机质含量45%~60%，含水率≤25%，种子发芽率试验合格，各项指标都高于中华人民共和国农业部部颁有机肥料标准（NY525-2011）的高品质有机肥料粉体。

（6）成型包装：将步骤（5）高品质有机肥料粉体，通过震动筛去除颗粒直径大于10mm的杂质，采用有机肥料球压机或饲料挤压成型机压缩成型，采用内层为聚乙烯塑料袋、外层为聚乙烯化纤袋双层包装，每袋40~50kg，储存于阴凉干燥的肥料仓库中待售。

本发明步骤（1）所述配料中，所述的高含氮量的动物粪便类物料为鸡粪、鹌鹑粉、猪粪、鸭粪、羊粪、牛粪或粪；所述的木质纤维素类物料为稻草、稻壳、麦秸、玉米秸、水生植物残体、树叶、各种树木的枝桠碎屑、浮萍残体或厨余垃圾的可降解成分；所述的高木素含量物料为食用菌培养残渣、从造纸制浆黑液中分离析出的木素、从木质纤维素生产燃料酒精工业的木素残渣或各类树皮粉。

本发明步骤（2）所述的堆肥发酵复合菌剂，其中的菌种包含酵母菌、枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、放线菌、褐腐菌、里氏木霉且经过高温驯化的菌群。将上述各个菌群在相应的人工培养基中分别进行扩培，使其菌数达到10×10⁸以上，再按各个菌剂等量混合形成复合菌群。

本发明步骤（3）所述的堆肥发酵反应器是发酵工业常用的固体发酵装置，具备智能温控、加湿、通气、旋转翻堆、酸碱度监控和调节多项功能的球形或卧式圆筒形的固体发酵反应器。

本发明步骤（4）所述的堆肥发酵废气吸收装置中的氨气吸收液是由质量分数介于30%~98%的磷酸构成。当全部磷酸吸收了氨后，转化为磷酸二氢铵，此时氨气吸收液pH值为5.5~6.0，缓慢添加与磷酸等摩尔数的氧化镁乳液使氨气吸收液的pH值缓慢上升到8.0~9.5；或缓慢添加与磷酸等摩尔数的硫酸镁后，再缓慢添加少量氢氧化钾饱和溶液使氨气吸收液的pH值逐步上升到接近9.5~ 10.0，将磷酸二氢铵转化为难溶的磷酸铵镁（俗称鸟粪磷灰石）析出并沉淀于锥形的底部，从而得到分离。

所述的堆肥发酵废气吸收装置是沿用工业上常规的氨气吸收塔，即带有锥形底的圆柱形氨气吸收塔，塔内设有多层塔板并填充填料，提高氨气被磷酸吸收的效率。

本发明步骤（5）得到的高品质有机肥料粉体中还可以根据用户需要添加硒酸钠、硼酸、钼酸铵等微量元素。

本项发明借鉴现代微生物学和生物加工工程技术研究成果，经过反反复复试验取得的创新技术。在堆肥原料的调配上不仅考虑碳氮比，而且以提升堆肥原料的木质素含量为重要依据，这是基于木素是腐殖酸类物质形成的基本骨架的研究成果的选择，为本项发明大大提高堆肥成品得率和提升腐植酸含量奠定了基础。

在微生物菌群的调控上考虑了生物多样性的要求，菌剂中包含了能够快速分解蛋白质、淀粉的酵母菌、枯草芽孢杆菌、乳酸菌、也考虑了能够快速分解木质纤维素的里氏木霉、考虑了能够促进木素适度氧化降解的褐腐菌、也考虑了能够分泌植物细胞分裂素的放线菌。所有菌群均通过耐高温驯化，确保在堆肥高温好氧发酵过程的各个阶段都有一个强势的菌群在发挥主要作用，加快了堆肥发酵的速度。

本发明通过堆肥发酵废气吸收装置来实现堆肥发酵废气的资源化循环利用；传统堆肥由于堆温高，水分蒸发快，造成堆肥内部水分含量快速下降，因此堆肥后期发酵速度受到显著抑制，影响堆肥腐熟的速度。本发明将高温好氧堆肥所需要的温度控制、通气、翻堆、补湿、废气中氨氮回收通过堆肥设备自动化控制来实现。

本发明所能达到的有益效果是：借助堆肥设备的自动化调控来满足高温好氧发酵过程中对通气、湿度、温度和翻堆的需求，改善了堆肥发酵条件；通过原料调配提升腐植酸转化率；通过菌群调控提升堆肥发酵成熟的速度；通过把堆肥废气中氨氮回收转化鸟粪磷灰石实现了氮素的资源化循环利用；高腐植酸含量的好氧发酵产物和鸟粪磷灰石的复配奠定了长效有机肥料生产的关键技术。本发明工艺简单、设备投入低、环保效益好、堆肥过程温度高，对有害病虫杀灭效果好、堆肥的三要素含量和腐植酸含量高、肥效稳长，从而解决传统堆肥发酵速度慢、堆肥废气对大气污染严重，堆肥生产过程劳动强度高、堆肥成品有效养分低等一系列技术问题，具有显著的创新性。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。鸡粪长效有机肥料。

（1）配料：将鸡粪、谷壳和亚铵法制浆造纸工业木质素进行调配，调配目标CN比20:1、木质素含量35%、水分含量65%，上述原料按比例初步混合备用。

（2）菌群调控：向步骤（1）初步预混料中喷洒堆肥发酵复合菌剂。采用人工或机械进行充分混合成为接种料备用，所用的堆肥发酵复合菌剂中的菌种包含酵母菌、枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、放线菌、褐腐菌、里氏木霉且经过高温驯化的菌群，活菌数达到10╳10⁸以上，接种量为预混料重量的千分之一。

（3）快速好氧发酵：将步骤（2）接种料装入体积为5000L的堆肥发酵反应器中，填装体积占其总体积的75%，控制起始阶段的发酵温度为50℃，待温度上升到预定点时，停止加热，利用物料发酵自生产热维持堆肥发酵反应器的反应温度；到每隔12小时，启动转动系统一次，每次旋转5周，促进物料混合均匀；堆肥发酵期间每隔40分钟通气15分钟，通气量每分钟500L。当堆肥发酵反应器中的温度自动回落到室温时候，重新启动自动加热装置，继续维持50℃的发酵温度48h后停止发酵，得到腐植酸含量达到200g/kg，全氮含量40 g/kg，总有机质含量55%的发酵产物，全程总耗时13d。放出发酵产物，在通风的透光大棚内摊成厚度不高于60cm的条形料堆、自然风干备用。

（4）堆肥发酵过程全程打开堆肥发酵废气吸收装置吸收堆肥发酵废气中的氨气，尾气排空，当堆肥发酵废气吸收液中的磷酸全部转化为磷酸二氢铵，堆肥发酵废气吸收装置中的氨气吸收液pH值上升到6时，更新堆肥发酵废气吸收装置的氨气吸收液。向被更新出来的氨气吸收液中添加氧化镁乳液使其pH值逐步上升到9.0，待其中的磷酸铵镁（鸟粪磷灰石）析出后，分离沉淀物，自然蒸干游离水，析出鸟粪磷灰石风干备用。上清液中残留有少量磷酸铵，用于堆肥原料调配湿度使用。

（5）成品复配：取步骤（3）风干堆肥100重量份，步骤（4）鸟粪磷灰石15重量份，喷洒500mg/L的硒酸钠溶液1重量份，混合均匀，得到含氮量4.5%，P₂O₅ 6%， K₂O1.5%，三要素总量12%，总有机质含量50%，含水率20%，种子发芽率试验合格，各项指标都高于中华人民共和国农业部部颁有机肥料标准（NY525-2011）的含硒高品质有机肥料粉体。

（6）成型包装：将步骤（5）含硒高品质有机肥料粉体，通过震动筛去除颗粒直径大于10mm的杂质，采用有机肥料球压机压缩成型，采用内层为聚乙烯塑料袋、外层为聚乙烯化纤袋双层包装，每袋50kg，储存于阴凉干燥的肥料仓库中待售。

实施例2。猪粪长效有机肥料。

（1）配料：将猪粪、稻草粉和废香菇菌筒进行调配，调配目标碳氮比25:1、木质素含量36%（干基）、水分含量60%（湿基），上述原料按比例初步混合备用。

（2）菌群调控：向步骤（1）初步预混料中喷洒堆肥发酵复合菌剂。采用人工或机械进行充分混合成为接种料备用，所用的堆肥发酵复合菌剂中的菌种包含酵母菌、枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、放线菌、褐腐菌、里氏木霉且经过高温驯化的菌群，活菌数达到10╳10⁸以上，接种量为预混料重量的千分之一点五。

（3）快速好氧发酵：将步骤（2）接种料装入体积为5000L的堆肥发酵反应器中，填装体积占其总体积的70%，控制起始阶段的发酵温度为55℃，待温度上升到预定点时，停止加热，利用物料发酵自生产热维持堆肥发酵反应器的反应温度；到每隔18小时，启动转动系统一次，每次旋转6周，促进物料混合均匀；堆肥发酵期间每隔50分钟通气12分钟，通气量每分钟400L。当堆肥发酵反应器中的温度自动回落到室温时候，重新启动自动加热装置，继续维持55℃的发酵温度48h后停止发酵，得到腐植酸含量达到240g/kg，全氮含量35 g/kg，总有机质含量57%的发酵产物，全程总耗时15d。。放出发酵产物，在通风的透光大棚内摊成厚度不高于60cm的条形料堆、自然风干备用。

（4）堆肥发酵过程全程打开堆肥发酵废气吸收装置吸收其中的氨气，尾气排空。当堆肥发酵废气吸收装置中的磷酸全部转化为磷酸二氢铵，氨气吸收液pH值上升到5.5时，更新堆肥发酵废气吸收装置的氨气吸收液。向被更新出来的氨气吸收液中缓慢添加与磷酸等摩尔数的硫酸镁后，缓慢添加少量氢氧化钾饱和溶液使其pH值上升为9.5，将磷酸二氢铵全部转化为难溶的磷酸铵镁（俗称鸟粪磷灰石）析出并沉淀于锥形的底部，从而得到分离。析出鸟粪磷灰石，风干备用。上清液中残留有少量硫酸铵，用于堆肥原料调配湿度使用。

（5）成品复配：取步骤（3）风干堆肥100重量份，步骤（4）鸟粪磷灰石15重量份，喷洒500mg/L的硼酸钠溶液1重量份，混合均匀，得到含氮量3.5%，P₂O₅ 5%，K₂O1.5%，三要素总含量10%，总有机质含量57%，含水率22%，种子发芽率试验合格，各项指标都高于中华人民共和国农业部部颁有机肥料标准（NY525-2011）的含硼高品质有机肥料粉体。

（6）成型包装：将步骤（5）含硒高品质有机肥料粉体，通过震动筛去除颗粒直径大于10mm的杂志，采用有机肥料球压机压缩成型，采用内层为聚乙烯塑料袋、外层为聚乙烯化纤袋双层包装，每袋45kg，储存于阴凉干燥的肥料仓库中待售。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种长效有机肥的制备方法，其特征是包括如下步骤：

（1）配料：将高含氮量的动物粪便类物料、木质纤维素类物料和高木素含量物料进行调配，调配目标碳氮比20~25:1、木质素质量百分比为30%~40%，最后调节堆肥原料的水分质量百分比为55%~65%，上述原料按比例混合；

（2）菌群调控：向步骤（1）混合料中喷洒堆肥发酵复合菌剂，采用人工或机械进行充分混合成为接种料；

（3）快速好氧发酵：将步骤（2）接种料装入堆肥发酵反应器中，填装体积占其总体积的65%~80%，加热至发酵温度45~55℃后，停止加热，利用物料发酵自身产热维持堆肥发酵反应器的发酵温度；每隔12~24h，启动转动系统一次，每次旋转3~10周；堆肥发酵期间每隔30~60分钟通气10~20分钟，通气量每分钟500~ 2000L；当堆肥发酵反应器中的温度自动回落到室温时，重新启动自动加热装置，维持45~55℃的发酵温度24~48h，停止发酵，得到发酵产物；堆肥好氧发酵全程总耗时10d~20d，放出发酵产物，在通风的透光大棚内摊成厚度<60cm的条形料堆、自然风干；

（4）堆肥发酵过程全程打开堆肥发酵废气吸收装置吸收其中的氨气，尾气排空；当堆肥发酵废气吸收装置中的堆肥发酵废气吸收液pH值上升到5.5~6时，更新堆肥发酵废气吸收装置中的氨气吸收液；向被更新出来的氨气吸收液中添加氧化镁乳液，使pH值逐步上升到8~9.5；或添加与堆肥发酵废气吸收液中磷酸等摩尔的硫酸镁饱和溶液，再以氢氧化钾调节溶液pH值逐步上升到9.5~10；待其中的磷酸铵镁析出后，分离沉淀物，自然蒸干游离水，析出的磷酸铵镁，风干；

（5）成品复配：取步骤（3）的风干发酵产物100质量份、步骤（4）的磷酸铵镁5~15质量份，混合均匀；

（6）成型包装：将步骤（5）的有机肥料粉体，通过震动筛去除颗粒直径大于10mm的杂质，采用有机肥料球压机或饲料挤压成型机压缩成型，包装。

2.根据权利要求1所述的长效有机肥的制备方法，其特征是步骤（1）所述配料中，所述的高含氮量的动物粪便类物料为鸡粪、鹌鹑粉、猪粪、鸭粪、羊粪、牛粪或粪；所述的木质纤维素类物料为稻草、稻壳、麦秸、玉米秸、水生植物残体、树叶、各种树木的枝桠碎屑、浮萍残体或厨余垃圾的可降解成分；所述的高木素含量物料为食用菌培养残渣、从造纸制浆黑液中分离析出的木素、从木质纤维素生产燃料酒精工业的木素残渣或各类树皮粉。

3.根据权利要求1所述的长效有机肥的制备方法，其特征是步骤（2）所述的堆肥发酵复合菌剂，其中的菌种包含酵母菌、枯草芽孢杆菌、乳酸杆菌、放线菌、褐腐菌、里氏木霉且经过高温驯化的菌群；将上述各个菌群在相应的人工培养基中分别进行扩培，使其菌数达到10×10⁸以上，再按各个菌剂等量混合。

4.根据权利要求1所述的长效有机肥的制备方法，其特征是步骤（4）所述的堆肥发酵废气吸收装置中的氨气吸收液是由质量分数介于30%~98%的磷酸构成。

5.根据权利要求1所述的长效有机肥的制备方法，其特征是步骤（5）得到的有机肥料粉体中可添加硒酸钠、硼酸或钼酸铵。