CN107080042A - 一种养猪粪污资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

一种养猪粪污资源化利用方法，针对生猪养殖过程中产生的大量废弃物，建立养猪粪污多层次耦合资源化方法，开发养猪粪污高温负压快速厌氧发酵，通过建立混合原料发酵策略，调节养猪粪污厌氧发酵底物C/N比，实现养猪粪污快速催化转化；开发发酵产物沼渣多级转化、沼液多级净化工艺，实现发酵产物进一步资源化和净化，得到高蛋白饲料等产品，保护环境，促进养猪业绿色可持续发展。本发明创新了养猪粪污资源化利用模式，开发了养猪粪污多层次耦合资源化，实现养猪粪污生物深度净化和资源回收，大大提高了养猪粪污净化效率，保护了环境，养猪粪污资源化过程不产生新的污染物，实用性很强，环境友好，易于规模化。

Description

一种养猪粪污资源化利用方法
技术领域
本发明涉及养猪粪污资源化利用技术领域。
背景技术
近年来，养猪粪污污染问题已成为我国广泛关注的重大农业生态环境问题，对现代农业和社会经济的可持续发展、农业生态环境安全和农产品质量安全构成了严重威胁。由于我国养猪业发展的特殊性，照搬国外技术与理论无法切实解决我国农业领域所面临的重大环境问题，难以有效地遏制养猪业环境污染日趋加剧的发展态势。围绕我国养猪业污染防治的重大战略需求，开发养猪粪污治理技术十分必要而迫切。
养猪粪、尿、废水等粪污若不加以处理直接排放，会对水体、土壤、良田等环境产生巨大污染。这是由于养猪粪污含大量有机物、N、P等；其中猪粪中有机质为干物质的15%，N为干物质的3.61%，P为干物质的6.45%。而有机物、N、P均为重要资源，广泛应用于肥料、化工等领域。通过大力开发养猪粪污资源化利用技术，回收循环利用养猪粪、尿、废水等粪污中有机物、N、P等，实现养猪粪污变废为宝，使其真正成为一项重要的可利用资源，必将大大减少其环境污染。发展养猪粪污资源化利用技术是我国积极应对农业面源污染严峻挑战的国家需求。
养猪粪污污染是当前我国所面临的重大环境问题，其防治形势非常严峻。开发养猪粪污资源化利用技术，实现废弃物养猪粪污资源化，既回收了资源，变废为宝，也保护了环境。因此，开发养猪粪污资源化利用技术意义重大。
发明内容
针对养猪粪污环境污染严重和资源流失的问题。本发明的目的在于提供一种养猪粪污资源化利用方法，通过建立高温厌氧快速发酵、沼渣多级转化、沼液多级净化，实现养猪粪污生物降解和生物转化，得到高蛋白饲料、蔬菜、生物有机肥等产品，该方法养猪粪污生物降解和转化效率高、从废弃物中回收资源、保护环境、减少资源浪费。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种养猪粪污资源化利用方法，按以下步骤。
（1) 养猪粪污与粉碎后生物质以5~1:2质量比混合后置于发酵装置中，调节pH至6.5~7.5，接种物质量分数15%~55%，兼养条件下酸化发酵底物4~8天，兼养酸化结束发酵液用氮气吹脱10~30分钟后，进行高温厌氧快速发酵，发酵温度50~60℃，发酵时间10~15天，收集发酵产物沼气，沼渣和沼液分别进行多级转化和多级净化。
（2）沼渣多级转化：沼渣、尾菜、果皮以2:1~10：1~10质量比混匀，养殖蛆虫或果蝇；按每10千克沼渣、尾菜等混合物接种蝇卵8克的比例接种，蛆虫养殖温度28℃，养殖在相对湿度50%~80%的房间中，每10~20天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；种蝇每平方米100只，果蝇养殖温度25℃，养殖在相对湿度50%~70%的房间中，每10~20天更换一次沼渣、尾菜等混合物，每5~15天收获果蝇；尾菜、果皮、蛆虫或果蝇养殖产生的粪便以1~10:1~10：2质量比混匀，种蚓每平方米2万条，蚯蚓养殖温度24℃，养殖在相对湿度70%~80%的房间中，每5~15天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；得到蛆虫、果蝇、蚯蚓可作为高蛋白饲料产品。蚯蚓养殖产生的粪便与生物炭、生物焦按照2:1~5：1~10质量比混匀，制备优质生物有机肥。
（3）沼液多级净化：在光生物反应器中沼液经菌藻共生系统处理5~10天，藻接种量为1/10（体积比），通CO2的速率0.1~0.8vvm，通CO2浓度1%~10%，通气时间10小时/天，温度25~30℃，光照为自然光；排出的水用于水培蔬菜，每平米水面培养100棵，蔬菜在专用水培装置上培养，水培蔬菜周期15~60天，温度20~30℃，光照为自然光；再次排出的水用于养殖绿狐尾藻，接种量为水面面积的1/10，养殖周期15~45天，温度20~30℃，光照为自然光；第3次排出的水经生物炭处理后达到排放标准，生物炭用量为水量的1/8，处理时间2~6天。
本发明步骤（1）中所述的生物质为水稻、玉米和小麦秸秆，接种物为厌氧活性污泥。
本发明步骤（2）中所述的尾菜为大白菜、卷心菜、空心菜和生菜的尾菜，果皮为香蕉、苹果、梨、西瓜和哈密瓜的果皮。
本发明步骤（2）中所述的优质生物有机肥制备工艺如下：生物焦等混合物加入搅拌机中混合均匀，搅拌5~15分钟，利用破碎机粉碎结块的原料后，输送至圆盘造粒机内，按照混合物质量比5%~15%加入自来水，使混合物滚动成粒；湿颗粒输送至烘干机内，烘干温度控制在110~250℃之间，烘干时间20~40分钟，如果一次烘干不行，就进行二次烘干；烘干后的颗粒肥料进入冷却系统冷却，冷却时间15~40分钟，冷却至室温；冷却完后进入筛分机过筛，2~8毫米的颗粒进入包装机进行成品包装，过大和过小的颗粒物粉碎后再次造粒。
本发明步骤（3）中所述的菌藻共生系统为小球藻与沼液中乳杆菌等构成的菌藻共生系统，水培蔬菜为生菜、空心菜和小白菜，收获得到的绿狐尾藻和小球藻可用于水产饵料或高蛋白饲料。
本发明步骤（1）中所述的发酵液氮气吹脱10~30分钟，主要是为了隔离氧气。
本发明建立一种养猪粪污资源化利用方法，开发了养猪粪污多层次耦合资源化方法，通过多级生物转化，实现养猪粪污资源化，大大提高养猪粪污资源化效率，达到回收资源且保护环境的目的，整个资源化过程环境友好，是一种实用性很强且满足工业化需求的新方法。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
以下实施例所用到生物炭、种蝇、蛆虫、蚯蚓、蔬菜种苗均为市售，生物焦为本实验室自制，绿狐尾藻保藏于本实验室，厌氧活性污泥取自南昌市郊沼气发酵装置。
以下实施例所用的果皮和尾菜分别收集于南昌当地水果市场和菜市场，所用的养猪粪污收集于南昌郊区生猪养殖户。
以下实施例所用的小球藻可从中国典型微生物保藏中心（武汉）获得，其保藏编号为CCTCC M209256。
实施例1。
500公斤养猪粪污与粉碎后水稻秸秆以5:2质量比混合后置于发酵装置中，调节pH至6.5，厌氧活性污泥接种量15%，兼养条件下酸化发酵底物4天，兼养酸化结束发酵液用氮气吹脱10分钟后，进行高温厌氧快速发酵，发酵温度50℃，发酵时间10天，收集发酵产物沼气，沼渣和沼液分别进行多级转化和多级净化。沼渣多级转化：沼渣、大白菜尾菜、香蕉皮以2:1：1质量比混匀，养殖蛆虫或果蝇；按每10千克沼渣、尾菜等混合物接种蝇卵8克的比例接种，蛆虫养殖温度28℃，养殖在相对湿度50%的房间中，每10天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；种蝇每平方米100只，果蝇养殖温度25℃，养殖在相对湿度50%的房间中，每10天更换一次沼渣、尾菜等混合物，每5天收获果蝇；大白菜尾菜、香蕉果皮、蛆虫或果蝇养殖产生的粪便以1:1:2质量比混匀，种蚓每平方米2万条，蚯蚓养殖温度24℃，养殖在相对湿度70%的房间中，每5天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；得到蛆虫、果蝇、蚯蚓可作为高蛋白饲料产品。蚯蚓养殖产生的粪便与生物炭、生物焦按照2:1:1质量比混匀，制备优质生物有机肥。生物焦等混合物加入搅拌机中混合均匀，搅拌5分钟，利用破碎机粉碎结块的原料后，输送至圆盘造粒机内，按照混合物质量比5%加入自来水，使混合物滚动成粒；湿颗粒输送至烘干机内，烘干温度控制在110℃之间，烘干时间20分钟，如果一次烘干不行，就进行二次烘干；烘干后的颗粒肥料进入冷却系统冷却，冷却时间15分钟，冷却至室温；冷却完后进入筛分机过筛，2毫米的颗粒进入包装机进行成品包装，过大和过小的颗粒物粉碎后再次造粒。沼液多级净化：在光生物反应器中沼液经菌藻共生系统处理5天，小球藻接种量为1/10（体积比），通CO2的速率0.1vvm，通CO2浓度1%，通气时间10小时/天，温度25℃，光照为自然光；排出的水用于水培生菜，每平米水面培养100棵，生菜在专用水培装置上培养，水培生菜周期15天，温度20℃，光照为自然光；再次排出的水用于养殖绿狐尾藻，接种量为水面面积的1/10，养殖周期15天，温度20℃，光照为自然光；第3次排出的水经生物炭处理后达到排放标准，生物炭用量为水量的1/8，处理时间2天。试剂盒测定最终出水水质，称量所收获果蝇、蛆虫、蚯蚓、蔬菜、绿狐尾藻、小球藻和制备的生物有机肥重量，结果见表1。
实施例2。
500公斤养猪粪污与粉碎后水稻秸秆以1:2质量比混合后置于发酵装置中，调节pH至7.5，厌氧活性污泥接种量55%，兼养条件下酸化发酵底物8天，兼养酸化结束发酵液用氮气吹脱30分钟后，进行高温厌氧快速发酵，发酵温度60℃，发酵时间15天，收集发酵产物沼气，沼渣和沼液分别进行多级转化和多级净化。沼渣多级转化：沼渣、大白菜尾菜、香蕉皮以1:5:5质量比混匀，养殖蛆虫或果蝇；按每10千克沼渣、尾菜等混合物接种蝇卵8克的比例接种，蛆虫养殖温度28℃，养殖在相对湿度80%的房间中，每20天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；种蝇每平方米100只，果蝇养殖温度25℃，养殖在相对湿度70%的房间中，每20天更换一次沼渣、尾菜等混合物，每15天收获果蝇；大白菜尾菜、香蕉果皮、蛆虫或果蝇养殖产生的粪便以5:5:1质量比混匀，种蚓每平方米2万条，蚯蚓养殖温度24℃，养殖在相对湿度80%的房间中，每15天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；得到蛆虫、果蝇、蚯蚓可作为高蛋白饲料产品。蚯蚓养殖产生的粪便与生物炭、生物焦按照2:5:10质量比混匀，制备优质生物有机肥。生物焦等混合物加入搅拌机中混合均匀，搅拌15分钟，利用破碎机粉碎结块的原料后，输送至圆盘造粒机内，按照混合物质量比15%加入自来水，使混合物滚动成粒；湿颗粒输送至烘干机内，烘干温度控制在250℃之间，烘干时间40分钟，如果一次烘干不行，就进行二次烘干；烘干后的颗粒肥料进入冷却系统冷却，冷却时间40分钟，冷却至室温；冷却完后进入筛分机过筛，8毫米的颗粒进入包装机进行成品包装，过大和过小的颗粒物粉碎后再次造粒。沼液多级净化：在光生物反应器中沼液经菌藻共生系统处理10天，小球藻接种量为1/10（体积比），通CO2的速率0.8vvm，通CO2浓度10%，通气时间10小时/天，温度30℃，光照为自然光；排出的水用于水培生菜，每平米水面培养100棵，生菜在专用水培装置上培养，水培生菜周期60天，温度30℃，光照为自然光；再次排出的水用于养殖绿狐尾藻，接种量为水面面积的1/10，养殖周期45天，温度30℃，光照为自然光；第3次排出的水经生物炭处理后达到排放标准，生物炭用量为水量的1/8，处理时间6天。试剂盒测定最终出水水质，称量所收获果蝇、蛆虫、蚯蚓、蔬菜、绿狐尾藻、小球藻和制备的生物有机肥重量，结果见表1。
实施例3。
500公斤养猪粪污与粉碎后水稻秸秆以1:1质量比混合后置于发酵装置中，调节pH至7.0，厌氧活性污泥接种量30%，兼养条件下酸化发酵底物6天，兼养酸化结束发酵液用氮气吹脱20分钟后，进行高温厌氧快速发酵，发酵温度55℃，发酵时间13天，收集发酵产物沼气，沼渣和沼液分别进行多级转化和多级净化。沼渣多级转化：沼渣、大白菜尾菜、香蕉皮以2:5:5质量比混匀，养殖蛆虫或果蝇；按每10千克沼渣、尾菜等混合物接种蝇卵8克的比例接种，蛆虫养殖温度28℃，养殖在相对湿度60%的房间中，每15天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；种蝇每平方米100只，果蝇养殖温度25℃，养殖在相对湿度60%的房间中，每15天更换一次沼渣、尾菜等混合物，每10天收获果蝇；大白菜尾菜、香蕉果皮、蛆虫或果蝇养殖产生的粪便以5:5:2质量比混匀，种蚓每平方米2万条，蚯蚓养殖温度24℃，养殖在相对湿度75%的房间中，每10天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；得到蛆虫、果蝇、蚯蚓可作为高蛋白饲料产品。蚯蚓养殖产生的粪便与生物炭、生物焦按照1:3:5质量比混匀，制备优质生物有机肥。生物焦等混合物加入搅拌机中混合均匀，搅拌10分钟，利用破碎机粉碎结块的原料后，输送至圆盘造粒机内，按照混合物质量比10%加入自来水，使混合物滚动成粒；湿颗粒输送至烘干机内，烘干温度控制在150℃之间，烘干时间30分钟，如果一次烘干不行，就进行二次烘干；烘干后的颗粒肥料进入冷却系统冷却，冷却时间30分钟，冷却至室温；冷却完后进入筛分机过筛，5毫米的颗粒进入包装机进行成品包装，过大和过小的颗粒物粉碎后再次造粒。沼液多级净化：在光生物反应器中沼液经菌藻共生系统处理8天，小球藻接种量为1/10（体积比），通CO2的速率0.5vvm，通CO2浓度5%，通气时间10小时/天，温度28℃，光照为自然光；排出的水用于水培生菜，每平米水面培养100棵，生菜在专用水培装置上培养，水培生菜周期45天，温度25℃，光照为自然光；再次排出的水用于养殖绿狐尾藻，接种量为水面面积的1/10，养殖周期30天，温度25℃，光照为自然光；第3次排出的水经生物炭处理后达到排放标准，生物炭用量为水量的1/8，处理时间4天。试剂盒测定最终出水水质，称量所收获果蝇、蛆虫、蚯蚓、蔬菜、绿狐尾藻、小球藻和制备的生物有机肥重量，结果见表1。
对比例1。
500公斤养猪粪污与粉碎后水稻秸秆以5:2质量比混合后置于发酵装置中，发酵原料氮气吹脱10分钟后，调节pH至6.5，厌氧活性污泥接种量30%，发酵温度20℃，发酵时间45天，收集发酵产物沼气，分析沼液水质，结果见表1。
对比例2。
500公斤养猪粪污与粉碎后水稻秸秆以1:2质量比混合后置于发酵装置中，发酵原料氮气吹脱30分钟后，调节pH至7.5，厌氧活性污泥接种量15%，发酵温度30℃，发酵时间60天，收集发酵产物沼气，分析沼液水质，结果见表1。
表1 实施例及对比结果
实施例 产气率（立方米/立方米/天） 蛋白产品总产量(公斤) 蔬菜(公斤) COD(毫克/升) 总氮(毫克/升) 氨氮(毫克/升) 总磷(毫克/升)
实施例1 2.1 4.5 10.2 18 3 0 0
实施例2 2.5 5.1 11.8 15 5 0 0
实施例3 3.2 6.6 12.9 12 2 0 0
对比例1 0.08 - - 818 623 459 39
对比例2 0.11 - - 925 652 416 45

Claims (5)

1.一种养猪粪污资源化利用方法，其特征是按以下步骤：
(1) 养猪粪污与粉碎后生物质以5~1:2质量比混合后置于发酵装置中，调节pH至6.5~7.5，接种物质量分数15%~55%，兼养条件下酸化发酵底物4~8天，兼养酸化结束发酵液用氮气吹脱10~30分钟后，进行高温厌氧快速发酵，发酵温度50~60℃，发酵时间10~15天，收集发酵产物沼气，沼渣和沼液分别进行多级转化和多级净化；
(2) 沼渣多级转化：沼渣、尾菜、果皮以2:1~10：1~10质量比混匀，养殖蛆虫或果蝇；按每10千克沼渣、尾菜等混合物接种蝇卵8克的比例接种，蛆虫养殖温度28℃，养殖在相对湿度50%~80%的房间中，每10~20天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；种蝇每平方米100只，果蝇养殖温度25℃，养殖在相对湿度50%~70%的房间中，每10~20天更换一次沼渣、尾菜等混合物，每5~15天收获果蝇；尾菜、果皮、蛆虫或果蝇养殖产生的粪便以1~10:1~10：2质量比混匀，种蚓每平方米2万条，蚯蚓养殖温度24℃，养殖在相对湿度70%~80%的房间中，每5~15天更换一次沼渣、尾菜等混合物并收获蛆虫；得到蛆虫、果蝇、蚯蚓可作为高蛋白饲料产品；蚯蚓养殖产生的粪便与生物炭、生物焦按照2:1~5：1~10质量比混匀，制备优质生物有机肥；
(3) 沼液多级净化：在光生物反应器中沼液经菌藻共生系统处理5~10天，藻接种量为1/10(体积比)，通CO2的速率0.1~0.8 vvm，通CO2浓度1%~10%，通气时间10小时/天，温度25~30℃，光照为自然光；排出的水用于水培蔬菜，每平米水面培养100棵，蔬菜在专用水培装置上培养，水培蔬菜周期15~60天，温度20~30℃，光照为自然光；再次排出的水用于养殖绿狐尾藻，接种量为水面面积的1/10，养殖周期15~45天，温度20~30℃，光照为自然光；第3次排出的水经生物炭处理后达到排放标准，生物炭用量为水量的1/8，处理时间2~6天。
2.根据权利要求1所述的一种养猪粪污资源化利用方法，其特征是步骤(1)中所述的生物质为水稻、玉米和小麦秸秆，接种物为厌氧活性污泥。
3.根据权利要求1所述的一种养猪粪污资源化利用方法，其特征是步骤(2)中所述的尾菜为大白菜、卷心菜、空心菜和生菜的尾菜，果皮为香蕉、苹果、梨、西瓜和哈密瓜的果皮。
4.根据权利要求1所述的一种养猪粪污资源化利用方法，其特征是步骤(2)中所述的优质生物有机肥制备工艺如下：生物焦等混合物加入搅拌机中混合均匀，搅拌5~15分钟，利用破碎机粉碎结块的原料后，输送至圆盘造粒机内，按照混合物质量比5%~15%加入自来水，使混合物滚动成粒；湿颗粒输送至烘干机内，烘干温度控制在110~250℃之间，烘干时间20~40分钟，如果一次烘干不行，就进行二次烘干；烘干后的颗粒肥料进入冷却系统冷却，冷却时间15~40分钟，冷却至室温；冷却完后进入筛分机过筛，2~8毫米的颗粒进入包装机进行成品包装，过大和过小的颗粒物粉碎后再次造粒。
5.根据权利要求1所述的一种养猪粪污资源化利用方法，其特征是步骤(3)中所述的菌藻共生系统为小球藻与沼液中乳杆菌等构成的菌藻共生系统，水培蔬菜为生菜、空心菜和小白菜。
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