CN113511926A - 一种禽畜粪污资源综合利用还田方法 - Google Patents

一种禽畜粪污资源综合利用还田方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，涉及禽畜粪污技术领域。本发明的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，所述方法是将禽畜粪污经过预处理后，再和秸秆混合饲养蚯蚓，最后进行还田，所述禽畜粪污的预处理为：将禽畜粪污经过高温空气氧化发酵后，经重金属脱除剂处理，最后脱水即可。本发明公开了一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，能够对禽畜粪污中的重金属进行有效的去除，且通过发酵和饲养蚯蚓相结合，能够有效提高禽畜粪污的肥力和利用率，还田利用更安全、效果更好。

Description

一种禽畜粪污资源综合利用还田方法
技术领域
本发明涉及禽畜粪污技术领域，尤其涉及一种禽畜粪污资源综合利用还田方法。
背景技术
现代禽畜养殖，最显著的特点，就是规模化、集约化发展。随着养殖规模的扩发，养殖场主追求利益最大化的当前，也带来了严重的环境污染问题。在禽畜养殖的过程中，为了促进禽畜生长发育，大量使用还有铜、锌、铁等微量元素的生长调节剂，带来的直接问题就是排泄的粪便中重金属含量超标。近年来国内外针对禽畜粪的重金属含量状况均进行过调查，各地均有禽畜粪重金属含量较高的报道。
由于禽畜粪便中含有氮、磷等微量元素及有机物等作物生长所必需的物质，并具有化学肥料所不具有的改善土壤结构等效用，传统的禽畜粪便的利用方式大多为直接还田处理，现在如果任然采用这种方式，不仅会污染土质，且会导致土壤中的重金属含量越来越高，最终威胁到民众的食品安全。目前，对禽畜粪污的处理方式包括堆肥、生物发酵、沼气法等，这些方法大多仅能对禽畜粪污中的重金属进行沉积，而不能去除。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于公开一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，能够对禽畜粪污中的重金属进行有效的去除，且通过发酵和饲养蚯蚓相结合，能够有效提高禽畜粪污的肥力和利用率，还田利用更安全、效果更好。
具体的，本发明的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，所述方法是将禽畜粪污经过预处理后，再和秸秆混合饲养蚯蚓，最后进行还田，所述禽畜粪污的预处理为：将禽畜粪污经过高温空气氧化发酵后，经重金属脱除剂处理，最后脱水即可。
本发明的禽畜粪污资源综合利用还田方法，先通过高温空气氧化发酵，将禽畜粪污中的重金属离子释放出来，同时对禽畜粪污进行初步发酵，使得其适合于后续的蚯蚓的饲养，然后再通过重金属脱除剂对禽畜粪污中的重金属离子进行吸附去除，大大降低了禽畜粪污中的重金属离子含量，再利用秸秆对经过预处理的禽畜粪污湿度和碳氮比进行调节，用于蚯蚓的饲养，不仅能够将部分禽畜粪便变为蚯蚓粪，增加了禽畜粪便的肥力和可利用率，同时蚯蚓还有一定的重金属富集作用，能够进一步降低禽畜粪污中的重金属含量，使得最后还田利用更安全、效果更好。
进一步，所述重金属脱除剂是以氨基化四氧化三铁为核心，核心外包裹了壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层的核壳结构，所述壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层上负载有芽孢杆菌或酵母菌。
进一步，所述壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层为多孔结构。
本发明的重金属脱除剂，工业发酵用的芽孢杆菌、酵母菌具有良好的重金属吸附能力，通过壳聚糖、聚丙烯酰胺和芽孢杆菌或酵母菌之间的化学交联反应将芽孢杆菌或酵母菌固化负载在壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层上，而固化后的芽孢杆菌、酵母菌菌体对重金属没有选择吸附性能，因此能够将禽畜粪污中的重金属更全面的进行去除，且使用的壳聚糖也具有吸附效果，壳聚糖、聚丙烯酰胺交联产生的壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层具有多孔的结构，具有更大的比表面积，使用的物质加结构的结合，从而使得本发明的重金属脱除剂具有更好的重金属去除效果。另外核心使用的氨基化四氧化三铁，一方面其具有磁性，因此能够通过磁分离将重金属脱除剂进行回收，然后利用酸洗脱吸附的重金属后，回收使用，另一方面，氨基化四氧化三铁，由于表面引入了氨基，因此能够和壳聚糖、聚丙烯酰胺之间发生反应，使得壳聚糖、聚丙烯酰胺在氨基化四氧化三铁的表面进行化学交联反应，从而包裹在氨基化四氧化三铁的表面。
进一步，所述重金属脱除剂的制备方法包括以下步骤：
S1：取工业发酵后剩余的芽孢杆菌或酵母菌菌体，用水打散洗净后，加入pH为8-9的碱性水溶液中，搅拌并升温至45-60℃，保温回流处理30-45min，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，搅拌分散于2.5g/L的壳聚糖-乙酸溶液中，得到混合液A；
S2：取纳米四氧化三铁超声分散于去N,N-二甲基甲酰胺中，加入N-羟基琥珀酰亚胺，室温下搅拌反应1-2h，加入谷胱甘肽，室温搅拌反应16-18h，离心，沉淀先后用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水洗涤干净，冷冻干燥，得到氨基化四氧化三铁；
S3：将制备得到的氨基化四氧化三铁超声分散于混合溶液A中，加入丙烯酰胺和环氧氯丙烷，搅拌1-2h，加入丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十四烷基酯，继续搅拌30min后，加入硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，以500-800r/min的速度持续搅拌1h，再以200-300r/min的速度搅拌反应8-10h，反应完成后于紫外光条件下照射2-3h，过滤，滤饼用去离子水透析5g，每12h更换一次去离子水，透析完成后冷冻干燥得到重金属脱除剂。
通过碱性水溶液对芽孢杆菌或酵母菌菌体进行处理，增加了芽孢杆菌或酵母菌对重金属的吸附能力。
进一步，所述禽畜粪污的预处理为：将禽畜粪污中大块物质粉碎，然后置于反应釜中，加入发酵菌种，搅拌加热至65-75℃，保温48-72h，保温期间，每3-4h通入一次空气，发酵过程中，随时将产生的醪液分离出来，发酵完成后，将发酵产物和醪液搅拌混匀，加入重金属脱除剂，持续搅拌3-4h，磁分离回收重金属脱除剂，压滤得到经过预处理的禽畜粪污固体和分离液。
进一步，所述方法具体为：将经过预处理的禽畜粪污固体和秸秆颗粒搅拌混合均匀，得到固体混合物，向固体混合物中加入蚯蚓，保持固体混合物中的温度在15-25℃，湿度在65-75％，45-60天后，将新的固体混合物放置于当前固体混合物的旁边，将蚯蚓吸引到新的固体混合物中，即可将当前固体混合物还田进行利用。
进一步，在蚯蚓饲养过程中，当需要提高湿度时，将分离液稀释2-3倍后喷洒至固体混合物中，用以提高固体混合物的湿度。
进一步，所述秸秆颗粒是将秸秆干燥后，经过膨化和粉碎后制得。
通过对秸秆进行膨化和粉碎，能够更好的利用秸秆中的营养物质，更有利于分解。
进一步，所述固体混合物的碳氮比为25-30，湿度为60-75％。
进一步，所述蚯蚓的养殖数量为3500-4000条/m2。
本发明的有益效果：
本发明公开了一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，先通过高温空气氧化发酵，将禽畜粪污中的重金属离子释放出来，同时对禽畜粪污进行初步发酵，使得其适合于后续的蚯蚓的饲养，然后再通过重金属脱除剂对禽畜粪污中的重金属离子进行吸附去除，大大降低了禽畜粪污中的重金属离子含量，再利用秸秆对经过预处理的禽畜粪污湿度和碳氮比进行调节，用于蚯蚓的饲养，不仅能够将部分禽畜粪便变为蚯蚓粪，增加了禽畜粪便的肥力和可利用率，同时蚯蚓还有一定的重金属富集作用，能够进一步降低禽畜粪污中的重金属含量，使得最后还田利用更安全、效果更好。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
本发明的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，所述方法是将禽畜粪污经过预处理后，再和秸秆混合饲养蚯蚓，最后进行还田，所述禽畜粪污的预处理为：将禽畜粪污经过高温空气氧化发酵后，经重金属脱除剂处理，最后脱水即可，其中所述重金属脱除剂是以氨基化四氧化三铁为核心，核心外包裹了壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层的核壳结构，所述壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层上负载有芽孢杆菌或酵母菌，壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层为多孔结构。具体如下：
实施例一
重金属脱除剂的制备
S1：取工业发酵后剩余的芽孢杆菌，用水打散洗净后，加入pH为8-9的氢氧化钠溶液中，搅拌并升温至45-60℃，保温回流处理30-45min，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，按照1.5g/L的固液比搅拌分散于2.5g/L的壳聚糖-乙酸溶液中，得到混合液A。
S2：于每升N,N-二甲基甲酰胺中加入100g纳米四氧化三铁，超声分散后，加入等纳米四氧化三铁质量的N-羟基琥珀酰亚胺，室温下搅拌反应2h，加入等N-羟基琥珀酰亚胺摩尔质量的谷胱甘肽，室温搅拌反应18h，离心，沉淀先后用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水洗涤干净，冷冻干燥，得到氨基化四氧化三铁。
S3：将制备得到的氨基化四氧化三铁以25g/L的固液比超声分散于混合溶液A中，加入丙烯酰胺和环氧氯丙烷，丙烯酰胺和壳聚糖、环氧氯丙烷的质量比为8:1:3，搅拌1-2h，加入丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十四烷基酯，继续搅拌30min后，加入硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，壳聚糖、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十四烷基酯、硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为2:1:1:0.1:0.1，以800r/min的速度持续搅拌1h，再以300r/min的速度搅拌反应8h，反应完成后于紫外光条件下照射3h，过滤，滤饼用去离子水透析5d，每12h更换一次去离子水，透析完成后冷冻干燥得到重金属脱除剂。
禽畜粪污的预处理：将禽畜粪污中大块物质粉碎，然后置于反应釜中，加入发酵菌种，搅拌加热至75℃，保温48h，保温期间，每3h通入一次空气，发酵过程中，随时将产生的醪液分离出来，发酵完成后，将发酵产物和醪液搅拌混匀，加入重金属脱除剂，持续搅拌3h，磁分离回收重金属脱除剂，压滤得到经过预处理的禽畜粪污固体和分离液。
秸秆经过膨化和粉碎后得到秸秆颗粒，将经过预处理的禽畜粪污固体和秸秆颗粒搅拌混合均匀，得到固体混合物，固体混合物的碳氮比为25，湿度为70％，向固体混合物中加入蚯蚓，保持固体混合物中的温度在25℃，湿度在70％，而在禽畜粪污的预处理步骤分离得到的分离液，可以用于喷洒至固体混合物中，保持固体混合物的湿度，45天后，将新的固体混合物放置于当前固体混合物的旁边，将蚯蚓吸引到新的固体混合物中，即可将当前固体混合物还田进行利用。
实施例二
重金属脱除剂的制备
S1：取工业发酵后剩余的酵母菌菌体，用水打散洗净后，加入pH为8-9的氢氧化钾水溶液中，搅拌并升温至45-60℃，保温回流处理30-45min，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，按照1.2g/L的固液比搅拌分散于2.5g/L的壳聚糖-乙酸溶液中，得到混合液A。
S2：于每升N,N-二甲基甲酰胺中加入100g纳米四氧化三铁，超声分散后，加入等纳米四氧化三铁质量的N-羟基琥珀酰亚胺，室温下搅拌反应1h，加入等N-羟基琥珀酰亚胺摩尔质量的谷胱甘肽，室温搅拌反应17h，离心，沉淀先后用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水洗涤干净，冷冻干燥，得到氨基化四氧化三铁。
S3：将制备得到的氨基化四氧化三铁以35g/L的固液比超声分散于混合溶液A中，加入丙烯酰胺和环氧氯丙烷，丙烯酰胺和壳聚糖、环氧氯丙烷的质量比为8:1:3，搅拌1-2h，加入丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十四烷基酯，继续搅拌30min后，加入硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，壳聚糖、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十四烷基酯、硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为2:1:1:0.1:0.1，以500r/min的速度持续搅拌1h，再以200r/min的速度搅拌反应10h，反应完成后于紫外光条件下照射3h，过滤，滤饼用去离子水透析5d，每12h更换一次去离子水，透析完成后冷冻干燥得到重金属脱除剂。
禽畜粪污的预处理：将禽畜粪污中大块物质粉碎，然后置于反应釜中，加入发酵菌种，搅拌加热至65℃，保温72h，保温期间，每4h通入一次空气，发酵过程中，随时将产生的醪液分离出来，发酵完成后，将发酵产物和醪液搅拌混匀，加入重金属脱除剂，持续搅拌4h，磁分离回收重金属脱除剂，压滤得到经过预处理的禽畜粪污固体和分离液。
秸秆经过膨化和粉碎后得到秸秆颗粒，将经过预处理的禽畜粪污固体和秸秆颗粒搅拌混合均匀，得到固体混合物，固体混合物的碳氮比为30，湿度为60％向固体混合物中加入蚯蚓，保持固体混合物中的温度在20℃，湿度在60％，60天后，将新的固体混合物放置于当前固体混合物的旁边，将蚯蚓吸引到新的固体混合物中，即可将当前固体混合物还田进行利用。
实施例三
重金属脱除剂的制备
S1：取工业发酵后剩余的酵母菌菌体，用水打散洗净后，加入pH为8-9的氢氧化钠水溶液中，搅拌并升温至45-60℃，保温回流处理30-45min，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，按照1.0g/L的固液比搅拌分散于2.5g/L的壳聚糖-乙酸溶液中，得到混合液A。
S2：于每升N,N-二甲基甲酰胺中加入100g纳米四氧化三铁，超声分散后，加入等纳米四氧化三铁质量的N-羟基琥珀酰亚胺，室温下搅拌反应2h，加入等N-羟基琥珀酰亚胺摩尔质量的谷胱甘肽，室温搅拌反应16h，离心，沉淀先后用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水洗涤干净，冷冻干燥，得到氨基化四氧化三铁。
S3：将制备得到的氨基化四氧化三铁以30g/L的固液比超声分散于混合溶液A中，加入丙烯酰胺和环氧氯丙烷，丙烯酰胺和壳聚糖、环氧氯丙烷的质量比为8:2:3，搅拌1-2h，加入丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十四烷基酯，继续搅拌30min后，加入硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，壳聚糖、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十四烷基酯、硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为2:1:1:0.1:0.1，以700r/min的速度持续搅拌1h，再以300r/min的速度搅拌反应9h，反应完成后于紫外光条件下照射2h，过滤，滤饼用去离子水透析5d，每12h更换一次去离子水，透析完成后冷冻干燥得到重金属脱除剂。
禽畜粪污的预处理：将禽畜粪污中大块物质粉碎，然后置于反应釜中，加入发酵菌种，搅拌加热至70℃，保温60h，保温期间，每4h通入一次空气，发酵过程中，随时将产生的醪液分离出来，发酵完成后，将发酵产物和醪液搅拌混匀，加入重金属脱除剂，持续搅拌4h，磁分离回收重金属脱除剂，压滤得到经过预处理的禽畜粪污固体和分离液。
秸秆经过膨化和粉碎后得到秸秆颗粒，将经过预处理的禽畜粪污固体和秸秆颗粒搅拌混合均匀，得到固体混合物，固体混合物的碳氮比为27，湿度为75％，向固体混合物中加入蚯蚓，保持固体混合物中的温度在15℃，湿度在75％，50天后，将新的固体混合物放置于当前固体混合物的旁边，将蚯蚓吸引到新的固体混合物中，即可将当前固体混合物还田进行利用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述方法是将禽畜粪污经过预处理后，再和秸秆混合饲养蚯蚓，最后进行还田，所述禽畜粪污的预处理为：将禽畜粪污经过高温空气氧化发酵后，经重金属脱除剂处理，最后脱水即可。
2.根据权利要求1所述的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述重金属脱除剂是以氨基化四氧化三铁为核心，核心外包裹了壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层的核壳结构，所述壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层上负载有芽孢杆菌或酵母菌。
3.根据权利要求2所述的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述壳聚糖/聚丙烯酰胺复合层为多孔结构。
4.根据权利要求3所述的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述重金属脱除剂的制备方法包括以下步骤：
S1：取工业发酵后剩余的芽孢杆菌或酵母菌菌体，用水打散洗净后，加入pH为8-9的碱性水溶液中，搅拌并升温至45-60℃，保温回流处理30-45min，过滤，滤饼用去离子水洗涤至中性，搅拌分散于2.5g/L的壳聚糖-乙酸溶液中，得到混合液A；
S2：取纳米四氧化三铁超声分散于去N,N-二甲基甲酰胺中，加入N-羟基琥珀酰亚胺，室温下搅拌反应1-2h，加入谷胱甘肽，室温搅拌反应16-18h，离心，沉淀先后用N,N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水洗涤干净，冷冻干燥，得到氨基化四氧化三铁；
S3：将制备得到的氨基化四氧化三铁超声分散于混合溶液A中，加入丙烯酰胺和环氧氯丙烷，搅拌1-2h，加入丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸十四烷基酯，继续搅拌30min后，加入硫酸钾和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，以500-800r/min的速度持续搅拌1h，再以200-300r/min的速度搅拌反应8-10h，反应完成后于紫外光条件下照射2-3h，过滤，滤饼用去离子水透析5d，每12h更换一次去离子水，透析完成后冷冻干燥得到重金属脱除剂。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述禽畜粪污的预处理为：将禽畜粪污中大块物质粉碎，然后置于反应釜中，加入发酵菌种，搅拌加热至65-75℃，保温48-72h，保温期间，每3-4h通入一次空气，发酵过程中，随时将产生的醪液分离出来，发酵完成后，将发酵产物和醪液搅拌混匀，加入重金属脱除剂，持续搅拌3-4h，磁分离回收重金属脱除剂，压滤得到经过预处理的禽畜粪污固体和分离液。
6.根据权利要求5所述的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述方法具体为：将经过预处理的禽畜粪污固体和秸秆颗粒搅拌混合均匀，得到固体混合物，向固体混合物中加入蚯蚓，保持固体混合物中的温度在15-25℃，湿度在65-75％，45-60天后，将新的固体混合物放置于当前固体混合物的旁边，将蚯蚓吸引到新的固体混合物中，即可将当前固体混合物还田进行利用。
7.根据权利要求6所述的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述秸秆颗粒是将秸秆干燥后，经过膨化和粉碎后制得。
8.根据权利要求7所述的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述固体混合物的碳氮比为25-30，湿度为60-75％。
9.根据权利要求8所述的一种禽畜粪污资源综合利用还田方法，其特征在于，所述蚯蚓的养殖数量为3500-4000条/m2。
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