CN110922218A

CN110922218A - 一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法

Info

Publication number: CN110922218A
Application number: CN201911143782.3A
Authority: CN
Inventors: 翁建全; 徐涵靖; 朱凤香; 姚燕来; 洪春来; 王卫平; 朱为静
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Zhejiang Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Zhejiang Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-03-27

Abstract

本发明公开了一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法，以鲜猪粪等畜禽粪便为原料，接种蝇蛆幼虫后平铺于垫有基料的蛆槽(池)中养殖4～8d进行生物转化，蛆粪分离后将剩下的粪渣(蛆粪)作为堆肥原料进行好氧高温堆肥处理，堆肥过程中通气状况采用人工翻堆、机械翻堆或管道通气等措施进行控制，堆肥42天左右腐熟后的堆肥物料中As的钝化效果为10％～30％，Zn的钝化效果为15％～65％，Cu、Cr、Pb、Cd的钝化效果均在30％～70％范围内。本发明有效钝化稳定猪粪等畜禽粪便中的重金属，显著降低了重金属的移动性，同时具备简单易操作的优点，适于在有机肥料厂和广大农村推广使用。

Description

一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法

技术领域

本发明涉及一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法，属于畜禽粪便资源化利用技术领域。

背景技术

随着现代畜禽业规模化集约化发展，我国每年畜禽粪便资源量已达38×10⁸t，其中80％来自规模化养殖企业。此外，由于环境法规不健全和资金问题，我国超过85％的畜禽养殖场没有相应的粪便处理设施，大量不经处理的粪便肆意排放，其中的营养物质和重金属元素等已经远远超出了环境的容纳能力和自净能力，因此给环境带来了严重的污染。

国内多数畜禽养殖企业为了促进畜禽生长发育，会在饲料中加入高剂量的铜、锌、铬、砷等微量营养元素。大量的铜、锌等重金属元素通过代谢循环，只有一小部分沉积在动物体内，大约90％随其粪便被排出体外。若农田耕种过程中长期使用重金属含量较高的畜禽粪便，将会引起土壤及植物中重金属含量增加，带来一定的潜在环境风险。

畜禽粪便堆肥处理是农业废弃物减量化、无害化和资源化较为便捷的处理方式，并且能在一定程度上钝化重金属。目前，猪粪、鸡粪等是畜禽粪便堆肥化过程中重金属形态变化研究常用堆肥物料，然而新鲜畜禽粪便的含水率一般在70％以上，堆肥试验时需要添加大量的锯末、菌渣等作为调理剂控制堆体水分，这在一定程度上增加了堆肥成本。

发明内容

为解决降低畜禽粪便重金属生物有效性的问题，本发明提供一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

1)以鲜猪粪、鲜鸡粪、鲜牛粪等畜禽粪便为原料(鲜猪粪、鲜鸡粪、鲜牛粪等畜禽粪便的含水率一般在70％以上)，接种蝇蛆幼虫后平铺于垫有基料的蛆槽(池)中养殖4～8d进行生物转化(即按照DB33/T 2149-2018标准的进行养殖)，然后将剩下的粪渣(蛆粪)作为堆肥原料进行好氧高温堆肥处理。

2)蛆粪含水率一般在50％～65％，无需添加辅料即可进行普通好氧高温堆肥处理，通气状况采用人工翻堆措施控制，直至堆体完全腐熟后重金属有效性降低，可以作为肥料使用。

综上所述，本发明采用条垛式堆肥，将鲜猪粪、鲜鸡粪、鲜牛粪等畜禽粪便接种蝇蛆幼虫，按照一定的养殖工艺养殖4～8d后剩下的粪渣(蛆粪)堆成高约0.8～1.2m、宽度约1.5～2.0m、长约1.8～2.2m的条垛状堆体。通气状况采用人工或机械翻堆措施控制，在堆体升温期间每四天翻堆一次，高温期每1-3天翻堆一次，值得注意的是当堆体温度超过65℃时要立刻进行翻堆处理，且高温期温度不宜高于75℃，其原因是温度过高则不利于微生物的生长繁殖。当堆体进入降温期后，7天以上翻堆一次。堆肥42天左右腐熟后的堆肥物料中As的钝化效果为10％～30％，Zn的钝化效果为15％～65％，Cu、Cr、Pb、Cd的钝化效果均在30％～70％范围内。

本发明专利有如下优点：

1、进行好氧高温堆肥时，无需添加辅料降低鲜猪粪、鲜鸡粪、鲜牛粪等畜禽粪便的含水率。鲜猪粪等畜禽粪便接种蝇蛆幼虫，按照一定的养殖工艺养殖4～8d后剩下的粪渣(蛆粪)含水率在50～60％，符合堆酵生产有机肥的要求，以此节约堆肥成本。

2、经蝇蛆生物转化后的鲜猪粪堆肥处理对重金属具有较强的钝化能力，其中As的钝化效果为10％～30％，Zn的钝化效果为15％～65％，Cu、Cr、Pb、Cd的钝化效果均在30％～70％范围内。

3、利用蛆粪堆肥除了腐熟后产品重金属生物有效性降低外，还能够加快堆肥进程，在一定程度上改善堆肥品质。本发明能有效钝化稳定猪粪等畜禽粪便中的重金属，显著降低了重金属的移动性，同时具备简单易操作的优点，适于在有机肥料厂和广大农村推广使用。

附图说明

图1为新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中温度率随时间的变化结果；

图2新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中，As重金属各形态分配率随时间的变化结果；

图3新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中，Cu重金属各形态分配率随时间的变化结果；

图4新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中，Cr重金属各形态分配率随时间的变化结果；

图5新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中，Pb重金属各形态分配率随时间的变化结果；

图6新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中，Cd重金属各形态分配率随时间的变化结果；

图7新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中，Zn重金属各形态分配率随时间的变化结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

1、供试堆肥原料：

供试堆肥原料采用的新鲜猪粪，由浙江省杭州市萧山汇仁复合有机肥料有限公司收集于养殖企业，含水率接近80％，然后将鲜猪粪接种蝇蛆幼虫，并按照DB33/T 2149-2018标准的养殖工艺养殖7d后剩下的粪渣(蛆粪)作为堆肥原料。所述蛆粪呈颗粒状，通气性较好，含水率在52％，不需要添加辅料便可进行好氧高温堆肥试验。分别在接种蝇蛆幼虫养殖的第0d、3d、6d进行采样(即分别在堆肥前第7d、4d、1d进行采样)，取回的样品分成两份，一份作为新鲜样品直接用于含水率测定，另一份样品自然风干后磨细用于理化性质及各重金属含量指标的测定。

鲜猪粪接种蝇蛆幼虫进行养殖的过程中，每天实时监测养殖过程的环境温度以及养殖的猪粪温度。

2试验设计：

将蛆粪堆成长2m、宽1.5m、高0.8m的条垛状堆体，通气状况采用人工翻堆措施控制，在堆体升温期间每四天翻堆一次，高温期每三天翻堆一次。分别在堆肥第0d、7d、14d、21d、28d、35d、42d、56d、63d进行采样。采样时采用对角线布点法，用PVC管在堆体30cm深处取样，最后将采集的样品混合均匀，用样品袋装好。每次采样质量约为2kg。取回的样品分成两份，一份作为新鲜样品直接用于含水率测定，另一份样品自然风干后磨细用于理化性质及各重金属含量指标的测定。

蛆粪进行堆肥处理的过程中，每天实时监测堆肥处理过程的环境温度以及蛆粪堆体30cm深处的温度。

3、数据处理：

测得的试验数据采用Excel和SPSS软件处理，并用Origin 9.0作图。

各重金属形态分级采用改进BCR连续提取法,将重金属化学形态划分为弱酸提取态、可还原态、可氧化态及残渣态，其重金属有效性大小顺序依次为：弱酸提取态>可还原态>可氧化态>残渣态，且前两者所占比例之和称之为重金属生物可利用指数(BF)。

计算公式：

1)重金属某一化学形态的分配率＝重金属某一化学形态的质量分数/该重金属的总质量分数*100％，具体参照表1和表2的计算结果；

2)Cu、Cr、As、Pb的钝化效果计算方式相同，Cu、Cr、As、Pb的钝化效果＝(新鲜猪粪BF的分配率-堆肥后BF的分配率)/新鲜猪粪BF的分配率*100％，具体参照表1的计算结果；

3)Zn、Cd的钝化效果计算方式相同，Zn、Cd钝化效果＝(新鲜猪粪中弱酸提取态的分配率-堆肥后弱酸提取态的分配率)/新鲜猪粪中弱酸提取态的分配率*100％，具体参照表2的计算结果。

4、试验结果：

图1为新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中温度率随时间的变化结果。从图1可以看出，新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖过程中温度呈逐渐上升状态，随后的蛆粪堆肥处理过程可分为升温期、高温期、降温期和腐熟稳定期4个阶段。其升温期较短，在堆肥第5d就迅速进入高温期，高温期温度维持在50℃以上超过40d，并且在第32d达到最高温72℃。随后在堆肥第45天温度开始下降，逐渐进入腐熟稳定期。根据中国粪便堆肥国家标准GB-7959-87，堆温保持在50℃以上8天以上均被认为能灭活堆肥原料中动植物病原菌，故本次试验完全符合堆肥杀菌的要求。

图2～图7列出了新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵处理过程中重金属各形态分配率随时间的变化结果，其中-7～0d为猪粪经蝇蛆养殖过程的检测结果，0～63d为蛆粪堆肥过程的检测结果。可以看出，鲜猪粪利用蝇蛆生物转化过程中重金属各形态分配率随时间变化并不明显，而蛆粪堆肥处理能在一定程度上改变重金属各形态分配率，降低其生物有效性，且堆肥时间越长，重金属的钝化效果越明显。

表1列出了新鲜猪粪经二步堆酵技术处理前后(即新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖前和堆肥发酵后)，As、Cu、Cr、Pb各形态变化，此外本发明选用生物可利用形态(BF)的变化来衡量猪粪二步堆酵处理技术对As、Cu、Cr、Pb的钝化效果。可以看出，该处理技术对重金属As、Cu、Cr、Pb均有钝化作用，其钝化效果分别为12.46％、50.25％、44.21％、52.83％。

对于Cd和Zn，因Cd和Zn在整个处理过程中均主要以弱酸提取态和可还原态存在，Cd或Zn的弱酸提取态和可还原态两种形态的分配率之和始终大于80％。但事实上新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵的处理后，Cd和Zn均存在弱酸提取态逐渐下降，可还原态逐渐上升的过程，故选择弱酸提取态的变化来衡量猪粪二步堆酵处理技术对Cd和Zn的钝化效果，结果如表2所示。从表2可以看出，新鲜猪粪经接种蝇蛆幼虫养殖、堆肥发酵的处理对Cd和Zn的钝化效果较好，分别为33.24％、17.35％。

表1猪粪经蝇蛆处理前及堆肥后重金属不同形态含量及分配率变化

表2猪粪经蝇蛆处理前及堆肥后Cd、Zn不同形态含量及分配率变化

本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims

1.一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法，其特征在于按下述步骤进行：

步骤一：以畜禽粪便为原料，接种蝇蛆幼虫并养殖4～8d进行生物转化，得到转化后的蛆粪；

步骤二：将步骤一所得蛆粪作为堆肥原料，堆成高0.8～1.2m、宽1.5～2.0m且长1.8～2.2m的条垛状堆体进行普通好氧高温堆肥处理，同时通气状况采用人工翻堆、机械翻堆或管道通气的措施进行控制，直至条垛状堆体完全腐熟后出料，即得有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥。

2.如权利要求1所述的一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法，其特征在于步骤一中，所述畜禽粪便为猪粪、鸡粪、牛粪中的一种或两种以上混合物。

3.如权利要求1所述的一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法，其特征在于步骤一中，所述畜禽粪便的含水率为70％～85％，所述蛆粪的含水率为65％以下。

4.如权利要求1所述的一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法，其特征在于步骤二中，采用人工翻堆的措施进行控制通气状况，采用人工翻堆措施的过程为：每3～4天翻堆一次，每次翻堆后进行重新堆肥处理。

5.如权利要求1所述的一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法，其特征在于步骤二中，畜禽粪便中有效钝化的重金属为As、Cu、Zn、Cr、Pb、Cd中的至少一种。

6.如权利要求1所述的一种有效钝化畜禽粪便中重金属的堆肥方法，其特征在于步骤二中，进行堆肥处理的时间为42～70d。