CN108456106A - 畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业固体废弃物处理及资源化利用技术领域，具体是一种畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，包括以下步骤：（1）畜禽粪便样本预处理；（2）沼渣收集与发酵；（3）热解炭化；（4）微生物发酵；（5）混合造粒；（6）包装封存。本发明将畜禽粪便营养元素丰富、生物炭复杂的孔隙结构和微生物土壤修复作用有机结合，制备成环保高效的生物炭基微生物肥料。

Description

畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法
技术领域
本发明涉及农业固体废弃物处理及资源化利用技术领域，具体是一种畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法。
背景技术
随着集约化养殖业的快速发展，我国年产畜禽粪便约38亿吨，位居世界之首。抗生素在我国畜禽养殖中广泛应用，因动物无法完全吸收或代谢饲料中的抗生素，导致绝大部分抗生素以原药形式富集到畜禽粪便中，携带大量抗生素的畜禽粪便施入土壤后，容易造成环境中出现耐药菌与抗性基因（ARGs），给人类健康构成巨大威胁。另外，由于饲养管理不当、气候异常、疫病感染等因素，养殖场常出现携带大量病毒细菌的粪便，对居民生活和畜禽养殖业发展等产生了疾病卫生方面的隐患，威胁着动物食品和生态环境安全。
堆肥和厌氧发酵可有效消减四环素类抗生素，对抗性基因的扩散和传播也具有一定的控制效果，却无法彻底降解和杀灭畜禽粪便中的抗生素与病原菌。因此，急需寻找新的技术方法实现畜禽粪便的无害化处理和应用。
我国农业生产中过量化肥的施用造成严重的土壤板结、酸化、次生盐渍化、养分比例失衡等退化现象，土壤生态严重破坏。近几年，各国研究者围绕生物炭和微生物菌肥在土壤、作物、环境系统中的作用及其机理等问题进行了诸多探索，证实生物炭丰富的孔隙结构和较大的比表面积可为微生物的栖息与繁殖提供良好的“庇护所”，使微生物免受侵袭和失水干燥等不利影响，同时减少微生物之间的生存竞争；孔隙内吸附多种营养成分，也可为微生物群落提供充足的养分来源。因此，以生物炭为载体制备生物炭基微生物肥料，可使微生物和生物炭产生协同作用，不仅可消除生物炭养分不足的缺陷，还可强化微生物肥料作用功效，满足养分供给的同时实现微生物与生物炭的土壤改良功能，形成高效的修复体系。此外，生物炭基微生物肥料还能够延缓肥料养分释放，提高肥料利用率。生物炭和微生物肥料具有绿色安全、可再生、资源量巨大等优势，已经成为土壤修复领域的升力军。以生物炭技术为核心的农业废弃物炭化还田是衔接农业循环链条首尾两端、实现废弃物生物质资源化高值化利用的重要途径。
但是目前生物炭基肥主要是利用农作物秸秆等纤维素类生物质，其矿质元素含量高，肥效较低，增产效果不显著。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，包括以下步骤：
（1）畜禽粪便样本预处理：收集规模化养殖场干湿分离后的畜禽粪便固形物，于 60-75℃温度下烘干，粉碎成颗粒状，通过80目筛进行筛选；
（2）沼渣收集与发酵：收集大型沼气工程厌氧发酵后的沼渣，进行好氧发酵15天，发酵过程中每天翻堆3次；
（3）热解炭化：利用高纯氮气作为保护气体，将步骤（1）中处理好的畜禽粪便固形物放于炭化炉，在400-500℃进行热解炭化，升温速率为10℃/min，保温2h后制得畜禽粪便生物炭，本发明所述的畜禽粪便生物炭pH均大于10，呈强碱性，比表面积在20-70 m2/g，显著高于畜禽粪便水热炭化比表面积；
（4）微生物发酵：将热解得到的生物炭与麸皮按照质量比8:2进行均匀混合，加入浓度为108 cfu/ml的复合微生物菌剂培养液，置于发酵罐中，室温条件下进行扩大培养7-10 h，生物炭作为微生物培养的过孔材料，通过提供微环境使微生物附着在生物炭孔隙中快速繁殖，并被吸附在生物炭的表面和孔隙中，从而静置风干后可获得附着大量微生物的生物炭菌剂；
（5）混合造粒：将步骤（4）中培养的生物炭菌剂、步骤（2）发酵的沼渣与高岭土搅拌均匀，生物炭菌剂比例占40-60%、沼渣30-50%、高岭土2%，高岭土作为粘结剂，其中活菌数大于0.2亿个/g，有机质含量大于20%，最后通过挤压造粒成型，制作为炭基肥；
（6）包装封存：将步骤（5）中所得成品炭基肥取出，置于阴凉处风干，然后密封包装。
所述复合微生物菌剂包括酵母菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和纤维素酶等多种菌剂，多种菌剂复合。
所需畜禽粪便可以选自牛粪、猪粪、鸡粪或羊粪中的至少一种。
所述步骤（3）中，热解过程中氮气流量控制在100-300ml/min，氮气纯度为99.99%。
为了保证畜禽粪便炭基肥中有机质的质量含量在20%以上，所述沼渣中有机质含量大于40%，所述高岭土的粒度大于100目的筛孔。
所述挤压造粒的压缩比为(3.5-4.5):1。
本发明所达到的有益效果是：
本发明制得的畜禽粪便生物炭基微生物肥料的施用量为，每公顷的用量在200-300kg。
本发明高温热解畜禽粪便，可以彻底杀灭畜禽粪便中的病原菌，分解抗生素等有害物质，为畜禽粪便无害化和资源化利用提供了一条绿色途径；本发明利用畜禽粪便自身丰富的氮、磷、钾等微量元素，可以提供营养成分，同时畜禽粪便生物炭丰富的表面结构可以吸附肥料中的氮、磷、钾等微量元素，保证肥效；畜禽粪便属于强碱性物质，可以有效改良酸性土壤。
与同类产品比较，基于生物炭载体进行微生物扩大培养，可有效增加微生物活菌数量；生物炭可以吸附土壤中的重金属、抗生素等有害物质，有效修复土壤。
本发明中使用沼渣作为有机质，同时解决了沼气工程废弃物沼渣的无害化处理问题。
本发明将畜禽粪便营养元素丰富、生物炭复杂的孔隙结构和微生物土壤修复作用有机结合，制备成环保高效的生物炭基微生物肥料，可以显著增加土壤团粒结构，优化微生物菌落结构，延缓氮、磷、钾等微量元素的流失，降低环境污染，有效解决土壤板结、酸化、养分失衡、微生物菌落减少等问题，实现化肥减施以及高效、高质、绿色的农业生产，同时解决肥料利用率低、畜禽粪便量大、处理困难、生态风险高的问题。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说 明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
一种畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，包括以下步骤：
（1）畜禽粪便样本预处理：收集规模化养殖场干湿分离后的畜禽粪便固形物，于 70℃温度下烘干，粉碎成颗粒状，通过80目筛进行筛选。所需畜禽粪便可以选自牛粪、猪粪、鸡粪或羊粪中的至少一种。
（2）沼渣收集与发酵：收集大型沼气工程厌氧发酵后的沼渣，进行好氧发酵15天，发酵过程中每天翻堆3次，所述沼渣中有机质含量大于40%。
（3）热解炭化：利用高纯氮气作为保护气体，将步骤（1）中处理好的畜禽粪便固形物放于炭化炉，在420℃进行热解炭化，升温速率为10℃/min，保温2h后制得畜禽粪便生物炭。热解过程中氮气流量控制在200 ml/min，氮气纯度为99.99%。
（4）微生物发酵：将热解得到的生物炭与麸皮按照质量比8:2进行均匀混合，加入浓度为108 cfu/ml的复合微生物菌剂培养液，置于发酵罐中，室温条件下进行扩大培养8h。所述复合微生物菌剂包括酵母菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和纤维素酶等多种菌剂，多种菌剂复合。
（5）混合造粒：将步骤（4）中培养的生物炭菌剂、步骤（2）发酵的沼渣与高岭土搅拌均匀，生物炭菌剂比例占55%、沼渣43%、高岭土2%，其中活菌数大于0.2亿个/g，有机质含量大于20%。高岭土作为粘结剂，高岭土的粒度大于100目的筛孔。最后通过挤压造粒成型，制作为炭基肥，所述挤压造粒的压缩比为4.3:1。
（6）包装封存：将步骤（5）中所得成品炭基肥取出，置于阴凉处风干，自然风干相对于高温烘干，可保证生物炭菌剂的活性，防止高温破坏生物炭菌剂的成分。最后密封包装。
实施例二：
一种畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，包括以下步骤：
（1）畜禽粪便样本预处理：收集规模化养殖场干湿分离后的畜禽粪便固形物，于75℃温度下烘干，粉碎成颗粒状，通过80目筛进行筛选。所需畜禽粪便可以选自牛粪、猪粪、鸡粪或羊粪中的至少一种。
（2）沼渣收集与发酵：收集大型沼气工程厌氧发酵后的沼渣，进行好氧发酵15天，发酵过程中每天翻堆3次，所述沼渣中有机质含量大于40%。
（3）热解炭化：利用高纯氮气作为保护气体，将步骤（1）中处理好的畜禽粪便固形物放于炭化炉，在500℃进行热解炭化，升温速率为10℃/min，保温2h后制得畜禽粪便生物炭。热解过程中氮气流量控制在260ml/min，氮气纯度为99.99%。
（4）微生物发酵：将热解得到的生物炭与麸皮按照质量比8:2进行均匀混合，加入浓度为108 cfu/ml的复合微生物菌剂培养液，置于发酵罐中，室温条件下进行扩大培养7h。所述复合微生物菌剂包括酵母菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和纤维素酶等多种菌剂，多种菌剂复合。
（5）混合造粒：将步骤（4）中培养的生物炭菌剂、步骤（2）发酵的沼渣与高岭土搅拌均匀，生物炭菌剂比例占48%、沼渣50%、高岭土2%，其中活菌数大于0.2亿个/g，有机质含量大于20%。高岭土作为粘结剂，高岭土的粒度大于100目的筛孔。最后通过挤压造粒成型，制作为炭基肥，所述挤压造粒的压缩比为3.8:1。
（6）包装封存：将步骤（5）中所得成品炭基肥取出，置于阴凉处风干，自然风干相对于高温烘干，可保证生物炭菌剂的活性，防止高温破坏生物炭菌剂的成分。最后密封包装。

Claims (6)

1.一种畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）畜禽粪便样本预处理：收集规模化养殖场干湿分离后的畜禽粪便固形物，于 60-75℃温度下烘干，粉碎成颗粒状，通过80目筛进行筛选；
（2）沼渣收集与发酵：收集大型沼气工程厌氧发酵后的沼渣，进行好氧发酵15天，发酵过程中每天翻堆3次；
（3）热解炭化：利用高纯氮气作为保护气体，将步骤（1）中处理好的畜禽粪便固形物放于炭化炉，在400-500℃进行热解炭化，升温速率为10℃/min，保温2h后制得畜禽粪便生物炭；
（4）微生物发酵：将热解得到的生物炭与麸皮按照质量比8:2进行均匀混合，加入浓度为108 cfu/ml的复合微生物菌剂培养液，置于发酵罐中，室温条件下进行扩大培养7-10 h，获得附着大量微生物的生物炭菌剂；
（5）混合造粒：将步骤（4）中培养的生物炭菌剂、步骤（2）发酵的沼渣与高岭土搅拌均匀，生物炭菌剂比例占40-60%、沼渣30-50%、高岭土2%，通过挤压造粒成型，制作为炭基肥；
（6）包装封存：将步骤（5）中所得成品炭基肥取出，置于阴凉处风干，然后密封包装。
2.根据权利要求1所述的畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，其特征在于，所述复合微生物菌剂包括酵母菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和纤维素酶。
3.根据权利要求1所述的畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，其特征在于，所需畜禽粪便可以选自牛粪、猪粪、鸡粪或羊粪中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，热解过程中氮气流量控制在100-300ml/min，氮气纯度为99.99%。
5.根据权利要求1或2所述的畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，其特征在于，所述沼渣中有机质含量大于40%，所述高岭土的粒度大于100目的筛孔。
6.根据权利要求1或2所述的畜禽粪便生物炭基微生物肥料的制备方法，其特征在于，所述挤压造粒的压缩比为(3.5-4.5):1。
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