CN106699300A - 一种新型好氧‑厌氧‑好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺 - Google Patents

一种新型好氧‑厌氧‑好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺 Download PDF

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    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Abstract

本发明公开了一种新型好氧‑厌氧‑好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺。该工艺将厌氧、好氧工艺相结合，实现人粪尿和秸秆的综合利用。通过秸秆的好氧发酵实现了木质纤维素降解菌的扩繁，加速了秸秆的降解同时降低菌剂应用成本；秸秆和人粪尿的厌氧发酵有效降低人粪尿含水量，加速了人粪尿和秸秆二次好氧发酵速度，促进发酵物料升温，使物料充分腐熟，同时添加可抑制肠道病原菌生长的芽胞杆菌，保证产品实现无害化。该工艺能耗低，无害化程度高，生产有机肥产品有机质含量丰富，质量稳定，安全性高，适用于大规模工业化生产，具有广阔的应用前景。

Description

一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺
技术领域
本发明涉及农业环境工程领域，更具体地，涉及一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺。
背景技术
中国是人口大国，每年会有大量的人粪尿产生，未经有效处理的人粪尿会给环境带来污染，同时存在潜在的健康风险。人粪尿是典型的错位资源，其含有丰富的氮、磷、钾和有机质，如果利用科学的方法使其无害化、稳定化、减量化则可以变废为宝，实现资源化再利用。
我国同时也是世界秸秆大国，随着农业综合生产能力和作物产量的不断提高，秸秆出现了地区性、季节性、结构性过剩，大量秸秆资源未被利用，浪费较严重，致使种植业和养殖业脱节，制约循环农业发展，特别是部分经济较发达地区和粮食主产区，农民为抢农时播种，焚烧秸秆现象常有发生，造成大气环境污染。
人粪尿处理主要有两种途径，一是稀释成污水进行相应的降解处理，二是直接生物发酵处理。人粪尿生物处理工艺简单，对运行场地要求较低，处理费用也较低，同时可产生肥料形成经济效益，因此，开发人粪尿的生物处理工艺非常有意义。目前，人粪尿生物处理仍存在以下几点困难：第一，人粪尿含水率特别高(90％左右)，处理过程中需要添加大量辅料用于综合水分，含水率低的秸秆作为辅料恰恰可以解决这一问题，然而秸秆木质纤维素类物质含量高，降解速度慢，并且未经处理的秸秆很难快速吸收人粪尿中的水分，这往往会影响发酵速度，减缓发酵进程。第二，人粪尿比动物粪尿中含有更多更复杂的肠道病原菌，因此，对发酵工艺的高温发酵时间和温度提出更高的要求，以达到杀灭病原菌的目的，用于资源化转化。
因此，如何有效解决上述难题，提供一种快速利用人粪尿和大量的秸秆资源的生物处理工艺，成为是农业环境工程领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺。
本发明所采取的技术方案是：
一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，包括如下步骤：
(1)预处理：将人粪尿去塑料膜、玻璃碎片，将秸秆粉碎为2～5cm；
(2)好氧初发酵：每吨步骤(1)预处理后的秸秆加入3～5kg铵盐混匀，按接种量为秸秆质量的1％～3％接入木质纤维素降解菌剂，混匀，水分调节至40％～45％，好氧发酵5～7天，获得好氧初发酵产物；
(3)厌氧发酵：将步骤(1)预处理后的人粪尿与秸秆按质量比5～7:3～5混匀为人粪尿秸秆混合物，将所述人粪尿秸秆混合物与营养物混匀，按接种量为人粪尿秸秆混合物质量的0.15％～0.25％接入乳酸菌剂，混匀，水分调节至45％～55％，压实后覆盖面塑料薄膜，厌氧发酵5～7天，获得厌氧发酵产物；
(4)好氧发酵：将步骤(3)获得的厌氧发酵产物与步骤(2)获得的好氧初发酵产物按质量比6～8:2～4混匀为发酵物料，按接种量为发酵物料质量的0.5％～1.0％接入芽胞杆菌复合菌剂，混匀，水分调节至50％～60％，好氧发酵15～17天，获得好氧发酵产物；
(5)将步骤(4)的好氧发酵产物粉碎，过筛，包装，最终获得有机肥产品。
作为优选的，步骤(2)所述的木质纤维素降解菌剂含有产黄纤维单胞菌，恶臭假单胞菌，康氏木霉，链霉菌中的任意两种或两种以上，总有效活菌数大于1×107CFU/g。
作为优选的，步骤(3)所述的乳酸菌剂含有德氏乳杆菌、植物乳杆菌和双歧杆菌中的任意两种或两种以上，总有效活菌数大于1×108CFU/g。
作为优选的，步骤(4)所述的芽胞杆菌复合菌剂含有枯草芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，总有效活菌数大于1×109CFU/g。
作为优选的，步骤(2)所述的铵盐的是硫酸铵。
步骤(3)所述的营养物含有尿素，磷酸脲，硫酸铜，硫酸锌，硫酸镁，硫酸锰，磷酸氢二钾，柠檬酸三铵。
作为优选的，每吨人粪尿秸秆混合物添加3～5kg尿素，3～5kg磷酸脲，0.5～1.0g硫酸铜，1.5～3.0g硫酸锌，0.2～0.5g硫酸镁，0.2～0.5g硫酸锰，2.0～3.0g磷酸氢二钾，1.5～3.0g柠檬酸三铵。
进一步优选的，每吨人粪尿秸秆混合物添加3.5～4.5kg尿素，3.5～4.5kg磷酸脲，0.6～0.8g硫酸铜，2.0～2.5g硫酸锌，0.25～0.4g硫酸镁，0.25～0.4g硫酸锰，2.5～3.0g磷酸氢二钾，1.8～2.5g柠檬酸三铵。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种好氧-厌氧-好氧生物处理工艺，实现人粪尿与秸秆的综合利用。通过秸秆的好氧发酵实现了木质纤维素降解菌的扩繁，加速了秸秆的降解同时降低菌剂应用成本；秸秆和人粪尿的厌氧发酵有效降低人粪尿含水量，加速了人粪尿和秸秆二次好氧发酵速度，促进发酵物料升温，使物料充分腐熟，同时添加可抑制肠道病原菌生长的芽胞杆菌，保证产品实现无害化。该工艺能耗低，无害化程度高，生产有机肥产品有机质含量丰富，质量稳定，安全性高，适用于大规模工业化生产，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1：一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺流程图；
图2：实施例1～3及对比例混合好氧阶段发酵温度变化图。
具体实施方式
一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺(见图1工艺流程图)，包括如下步骤：
(1)预处理：将人粪尿去塑料膜、玻璃碎片等杂质；将秸秆粉碎为2～5cm，所述秸秆可以是玉米秸秆、水稻秸秆或其它的农业栽培余下的有机废弃物。
(2)好氧初发酵：每吨步骤(1)预处理后的秸秆加入3～5kg硫酸铵，硫酸铵用水溶解后均匀喷洒在秸秆上，按接种量为秸秆质量的1％～3％接入木质纤维素降解菌剂，混匀，所述木质纤维素降解菌剂含有产黄纤维单胞菌，恶臭假单胞菌，康氏木霉，链霉菌中的任意两种或两种以上，总有效活菌数大于1×107CFU/g；将物料水分调节至40％～45％，好氧发酵5～7天，获得好氧初发酵产物；该步骤利用木质纤维素降解菌好氧降解秸秆，可以软化秸秆及提高生物利用率，同时实现纤维素降解菌的扩繁，可作为二次好氧发酵时的微生物菌剂，节省菌剂成本。
(3)厌氧发酵：将步骤(1)预处理后的人粪尿与秸秆按质量比5～7:3～5混匀成人粪尿秸秆混合物，按每吨人粪尿秸秆混合物添加含有3～5kg尿素，3～5kg磷酸脲，0.5～1.0g硫酸铜，1.5～3.0g硫酸锌，0.2～0.5g硫酸镁，0.2～0.5g硫酸锰，2.0～3.0g磷酸氢二钾，1.5～3.0g柠檬酸三铵的营养物，营养物溶于水后均匀的喷洒在混合物上；按接种量为人粪尿秸秆混合物质量的0.15％～0.25％接入乳酸菌剂，混匀，所述乳酸菌剂含有德氏乳杆菌、植物乳杆菌和双歧杆菌中的任意两种或两种以上，总有效活菌数大于1×108CFU/g；将物料水分调节至45％～55％，压实后覆盖面塑料薄膜，厌氧发酵5～7天，获得厌氧发酵产物；该步骤利用秸秆综合人粪尿的水分，降低含水率，同时秸秆通过厌氧发酵可以减少蛋白流失，保留了其有效养分。在发酵过程中添加的乳酸菌，有利于提高发酵效率，避免杂菌生长，发酵后产物pH较低，可有效降低下一步好氧发酵pH，减少氮素损失，此外，营养物不仅可调节发酵过程中的碳氮比，还有利于乳酸菌快速定殖、繁殖成为厌氧发酵中的优势菌。
(4)好氧发酵：将步骤(3)获得的厌氧发酵产物与步骤(2)获得的好氧初发酵产物按质量比6～8:2～4混匀为发酵物料，按接种量为发酵物料质量的0.5％～1.0％接入芽胞杆菌复合菌剂，混匀，所述芽胞杆菌复合菌剂含有枯草芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，总有效活菌数大于1×109CFU/g；将物料水分调节至50％～60％，好氧发酵15～17天，获得好氧发酵产物；该步骤再次进行好氧发酵，在初期的秸秆发酵过程中已经定殖、增殖木质纤维素降解菌快速繁殖，发酵温度迅速提升到50℃以上，并且能够使发酵温度达到80℃以上，杀死人粪尿中可能存在的病原菌，实现人粪尿的无害化处理，并且添加的芽胞杆菌复合菌剂能够抑制病原菌，进一步保证了产品的安全性。
(5)将步骤(4)的好氧发酵产物粉碎，过筛，包装，最终获得有机肥产品。
以下将通过实施例对本发明作进一步解释。
实施例1
采用新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺制备有机肥，步骤如下：
(1)预处理：人粪尿来自于一级化粪池，去除塑料膜、玻璃碎片；玉米秸秆粉碎成2～5cm，备用。
(2)好氧初发酵：将粉碎后的玉米秸秆放入发酵槽中，每吨秸秆加入3kg硫酸铵，硫酸铵用水溶解后均匀喷洒在秸秆上；按接种量为秸秆质量的1.0％接入木质纤维素降解菌剂，混匀，木质纤维素降解菌剂中含有产黄纤维单胞菌，恶臭假单胞菌，康氏木霉，链霉菌，总有效活菌数大于1×107CFU/g；将物料水分调至45％，好氧发酵6天；发酵结束后木质纤维降解菌有效活菌数为1.3×109CFU/g，温度高于50℃。
(3)厌氧发酵：预处理后的人粪尿与秸秆按质量比7:3混配均匀放入发酵池；每吨人粪尿与秸秆混合物中加入含有3.5kg尿素，3.5kg磷酸脲，0.6g硫酸铜，2.0g硫酸锌，0.25g硫酸镁，0.25g硫酸锰，2.5g磷酸氢二钾，1.8g柠檬酸三铵的营养物，营养物溶于水后均匀的喷洒于混合物上；按接种量为人粪尿秸秆混合物质量的0.15％接入乳酸菌剂，混匀，乳酸菌剂中含有德氏乳杆菌、植物乳杆菌和双歧杆菌，总有效活菌数为1.5×108CFU/mL；将物料水分调至55％，压实后覆盖面塑料薄膜，厌氧发酵6天，得到厌氧发酵产物。
(4)将步骤(3)获得的厌氧发酵产物与步骤(2)发酵后的玉米秸秆按质量比8:2混配为发酵物料；按接种量为发酵物料质量的0.5％接入芽胞杆菌复合菌剂，混匀，芽胞杆菌复合菌剂中含有枯草芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，总有效活菌数大于1×109CFU/g；将物料水分调至60％，放入发酵槽进行好氧槽式发酵，高温期60℃维持9天(其中80℃维持3天)，随后进入熟化期维持7天。
(5)出料，粉碎，过筛，包装，最终获得有机肥产品。
实施例2
采用新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺制备有机肥，步骤如下：
(1)预处理：人粪尿来自于一级化粪池，去除塑料膜、玻璃碎片；水稻秸秆粉碎成2～5cm，备用。
(2)好氧初发酵：将粉碎后的水稻秸秆放入发酵槽中，每吨秸秆加入5kg硫酸铵，硫酸铵用水溶解后均匀喷洒在秸秆上；按接种量为秸秆质量的3.0％接入木质纤维素降解菌剂，混匀，木质纤维素降解菌剂中含有产黄纤维单胞菌，恶臭假单胞菌，康氏木霉，链霉菌，总有效活菌数大于1×107CFU/g；将物料水分调至45％，好氧发酵6天；发酵结束后木质纤维降解菌有效活菌数为9.7×109CFU/g，温度高于50℃。
(3)厌氧发酵：预处理后的人粪尿与秸秆按质量比6:4混配均匀放入发酵池；每吨人粪尿与秸秆混合物中加入含有4.5kg尿素，4.5kg磷酸脲，0.8g硫酸铜，2.5g硫酸锌，0.4g硫酸镁，0.4g硫酸锰，3.0g磷酸氢二钾，2.5g柠檬酸三铵的营养物，营养物溶于水后均匀的喷洒于混合物上；按接种量为人粪尿秸秆混合物质量的0.25％接入乳酸菌剂，混匀，乳酸菌剂中含有德氏乳杆菌、植物乳杆菌和双歧杆菌，总有效活菌数为8.6×108CFU/mL；将物料水分调至50％，压实后覆盖面塑料薄膜，厌氧发酵6天，得到厌氧发酵产物。
(4)将步骤(3)获得的厌氧发酵产物与步骤(2)发酵后的水稻秸秆按质量比7:3混配为发酵物料；按接种量为发酵物料质量的1.0％接入芽胞杆菌复合菌剂，混匀，芽胞杆菌复合菌剂中含有枯草芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，总有效活菌数大于1×109CFU/g；将物料水分调至55％，放入发酵槽进行好氧槽式发酵，高温期60℃维持10天(其中80℃维持5天)，随后进入熟化期维持6天。
(5)出料粉碎，过筛，包装，最终获得有机肥产品。
实施例3
采用新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺制备有机肥，步骤如下：
(1)预处理：人粪尿来自于一级化粪池，去除塑料膜、玻璃碎片；水稻秸秆粉碎成2～5cm，备用。
(2)好氧初发酵：将粉碎后的水稻秸秆放入发酵槽中，每吨秸秆加入4kg硫酸铵，硫酸铵用水溶解后均匀喷洒在秸秆上；按接种量为秸秆质量的2.0％接入木质纤维素降解菌剂，混匀，木质纤维素降解菌剂中含有产黄纤维单胞菌，恶臭假单胞菌，康氏木霉，链霉菌，总有效活菌数大于1×107CFU/g；将物料水分调节至45％，好氧发酵6天；发酵结束后木质纤维降解菌有效活菌数为3.9×109CFU/g，温度高于50℃。
(3)厌氧发酵：预处理后的人粪尿与秸秆按质量比5:5混配均匀放入发酵池；每吨人粪尿与秸秆混合物中加入含有4.0kg尿素，4.0kg磷酸脲，0.7g硫酸铜，2.2g硫酸锌，0.3g硫酸镁，0.3g硫酸锰，2.8g磷酸氢二钾，2.2g柠檬酸三铵的营养物，营养物溶于水后均匀的喷洒于混合物上；按接种量为人粪尿秸秆混合物质量的0.2％接入乳酸菌剂，混匀，乳酸菌剂中含有德氏乳杆菌、植物乳杆菌和双歧杆菌，总有效活菌数为3.7×108CFU/ml；将物料水分调至45％，压实后覆盖面塑料薄膜，厌氧发酵6天，得到厌氧发酵产物。
(4)将步骤(3)获得的厌氧发酵产物与步骤(2)发酵后的水稻秸秆按质量比6:4混配，按接种量为发酵物料质量的0.8％接入芽胞杆菌复合菌剂，芽胞杆菌复合菌剂含有枯草芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，总有效活菌数大于1×109CFU/g；将物料水分调至50％，放入发酵槽进行好氧槽式发酵，高温期60℃维持10天(其中80℃维持4天)，进入熟化期维持6天。
(5)出料，粉碎，过筛，包装，最终获得有机肥产品。
对比例
采用常规好氧堆肥结合微生物处理人粪尿与秸秆工艺，制备有机肥，主要技术步骤如下：
人粪尿来自于一级化粪池，去除塑料膜、玻璃碎片，将玉米秸秆粉碎成2～5cm，人粪尿与秸秆按质量比14:11混配，放入发酵槽中，按接种量为人粪尿秸秆混合物质量的1.0％接入木质纤维素降解菌剂，混匀，木质纤维素降解菌剂中含有产黄纤维单胞菌，恶臭假单胞菌，康氏木霉，链霉菌，总有效活菌数大于1×107CFU/g；按接种量为人粪尿秸秆混合物质量的0.5％接入芽胞杆菌复合菌剂，芽胞杆菌复合菌剂含有枯草芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，总有效活菌数大于1×109CFU/g；混匀，调节物料水分至60％，放入发酵槽进行好氧槽式发酵，前期初发酵(低于50℃)11天，高温期50℃维持12天，进入熟化期维持11天；出料，粉碎，过筛，包装，最终获得有机肥产品，作为对照。
效果评价
将上述实施例1～3及对比例制备的有机肥产品按照《中华人民共和国农业行业标准-有机肥料》(NY525-2012)中的要求进行检测，测试结果如表1所示。
由表1中可以看出本发明的一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺所得的有机肥产品(实施例1～3)的技术指标均符合《中华人民共和国农业行业标准-有机肥料》(NY525-2012)标准，养分及有机质含量高，重金属含量低，卫生指标好。
一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺(实施例1)与常规人粪尿与秸秆好氧堆肥添加微生物菌剂工艺(对比例)对比，在所用秸秆、人粪尿和菌剂添加量均相同的条件下，实施例1得到的肥料产品养分和有机质含量高，高温期长，重金属含量相对较低，尤其是无害化程度高。
由图2可知，实施例1～3的工艺发酵过程升温快，温度高，高温期维持时间长，发酵周期短。常规人粪尿与秸秆好氧堆肥添加微生物菌剂的对比例温度明显低于实施例1，并且高温期短，发酵周期长，不利于其无害化处理。
表1各实施例制备的有机肥产品检测结果

Claims (8)

1.一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，包括如下步骤：
（1）预处理：将人粪尿去塑料膜、玻璃碎片，将秸秆粉碎为2～5 cm；
（2）好氧初发酵：每吨步骤（1）预处理后的秸秆加入3～5 kg铵盐混匀，按接种量为秸秆质量的1%～3%接入木质纤维素降解菌剂，混匀，水分调节至40%～45%，好氧发酵5～7天，获得好氧初发酵产物；
（3）厌氧发酵：将步骤（1）预处理后的人粪尿与秸秆按质量比5~7: 3~5混匀为人粪尿秸秆混合物，将所述人粪尿秸秆混合物与营养物混匀，按接种量为人粪尿秸秆混合物质量的0.15%～0.25%接入乳酸菌剂，混匀，水分调节至45%～55%，压实后覆盖面塑料薄膜，厌氧发酵5～7天，获得厌氧发酵产物；
（4）好氧发酵：将步骤（3）获得的厌氧发酵产物与步骤（2）获得的好氧初发酵产物按质量比6～8: 2～4混匀为发酵物料，按接种量为发酵物料质量的0.5%～1.0%接入芽胞杆菌复合菌剂，混匀，水分调节至50%～60%，好氧发酵15～17天，获得好氧发酵产物；
（5）将步骤（4）的好氧发酵产物粉碎，过筛，包装，最终获得有机肥产品。
2.根据权利要求1所述的一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，其特征在于：步骤（2）所述的木质纤维素降解菌剂含有产黄纤维单胞菌 ，恶臭假单胞菌，康氏木霉，链霉菌中的任意两种或两种以上，总有效活菌数大于1×107 CFU/g。
3.根据权利要求1所述的一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，其特征在于：步骤（3）所述的乳酸菌剂含有德氏乳杆菌、植物乳杆菌和双歧杆菌中的任意两种或两种以上，总有效活菌数大于1×108 CFU/g。
4.根据权利要求1所述的一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，其特征在于：步骤（4）所述的芽胞杆菌复合菌剂含有枯草芽胞杆菌和地衣芽胞杆菌，总有效活菌数大于1×109 CFU/g。
5.根据权利要求1所述的一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，其特征在于：步骤（2）所述的铵盐的是硫酸铵。
6.根据权利要求1所述的一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，其特征在于：步骤（3）所述的营养物含有尿素，磷酸脲，硫酸铜，硫酸锌，硫酸镁，硫酸锰，磷酸氢二钾，柠檬酸三铵。
7.根据权利要求6所述的一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，其特征在于：每吨人粪尿秸秆混合物添加3～5 kg尿素，3～5 kg磷酸脲，0.5～1.0 g硫酸铜，1.5～3.0 g硫酸锌，0.2～0.5 g硫酸镁，0.2～0.5 g硫酸锰，2.0～3.0 g磷酸氢二钾，1.5～3.0 g柠檬酸三铵。
8.根据权利要求6或7所述的一种新型好氧-厌氧-好氧生物处理人粪尿与秸秆的工艺，其特征在于：每吨人粪尿秸秆混合物添加3.5～4.5 kg尿素，3.5～4.5 kg磷酸脲，0.6~0.8g硫酸铜，2.0～2.5 g硫酸锌，0.25～0.4 g硫酸镁，0.25～0.4 g硫酸锰，2.5～3.0 g磷酸氢二钾，1.8～2.5 g柠檬酸三铵。
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