CN113841567A - 种养结合农业循环系统及动物粪污水肥化利用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了种养结合农业循环系统及动物粪污水肥化利用工艺，解决了现有技术中动物粪污污染环境且养殖成本较高的问题，具有充分利用动物粪污富氮的特点，降低养殖成本的有益效果，具体方案如下：一种种养结合农业循环系统，包括动物粪液肥化单元，包括对动物粪便进行发酵的发酵机构、对发酵完的动物粪便进行稀释的稀释池，发酵机构同稀释池连接且位于稀释池的侧部；第一作物种植单元，围绕动物粪液肥化单元的周侧布置，稀释池与若干液肥输送管道连接，液肥输送管道铺设至第一作物种植单元处以向第一作物种植单元输送液肥。

Description

种养结合农业循环系统及动物粪污水肥化利用工艺

技术领域

本发明涉及有机粪循环利用领域，尤其是种养结合农业循环系统及动物粪污水肥化利用工艺。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

从农田生态系统中物质循环的角度看，土壤中的氮素流是一种不断转换形态，并有多通道循环的物质流。它的第一个基本特征是随着生物生产活动的不断强化和氮素的有机化，氮在土壤圈中将不断富集和表聚。氮素在植物体内的分布，一般集中于生命活动最活跃的部分(新叶、分生组织、繁殖器官)。因此，氮素供应的充分与否和植物氮素营养的好坏，在很大程度上影响着植物的生长发育状况。农作物生育的有些阶段，是氮素需要多，氮营养特别重要的阶段，例如禾本科作物的分蘖期、穗分化期，棉花的蕾铃期，经济作物的大量生长及经济产品形成期等。在这些阶段保证正常的氮营养，就能促进生育，增加产量。此外，不同作物对于氮素的需求也存在较大差别。生长周期内对氮素需求量大的作物一般称为高氮作物。高氮作物成熟后往往具有植物蛋白含量高，营养丰富等特点。

畜、禽养殖一直是养殖业结构的得力抓手，是养殖业转型升级、居民调整饮食结构的一个方向。以肉鸭为例，2020年我国肉鸭出栏量约49亿只，养鸭量约占世界总量的74％。大规模的鸭养殖势必会产生大量鸭粪污。鸭粪，当然其他畜禽养殖产生的粪污主要是粪尿混合物，主要成分为粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、矿物质并具备良好的营养性，肉鸭粪污中存在着丰富的氮(N)、磷(P)、钾(K)等元素以及重金属和抗生素等，具备资源利用价值与污染环境双重特质。

然而，发明人发现，现有的禽类、牲畜规模化养殖引起了一些问题。一方面，部分牲畜的粪污不能及时进行处理，带来了一定的环境问题；部分禽类如鸭的粪污具有含水率大、固液分离难等特点，导致其处理困难，同样带来了严重的环境污染问题。另一方面，随着饲料价格上涨，禽类、牲畜的养殖成本较高，且连年升高，造成养殖业门槛逐年抬高，不利于农业经济可持续发展。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种种养结合农业循环系统，充分利用动物粪污富氮特点，建立种养结合的农业循环体系，将动物养殖中的粪污转化为作物种植中的肥料，同时所种作物还可以供给动物作为饲料，降低养殖成本。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种种养结合农业循环系统，包括：

动物粪液肥化单元，包括对动物粪污进行发酵的发酵机构、对发酵完的动物粪污进行稀释的稀释池，发酵机构同稀释池连接且位于稀释池的侧部；

第一作物种植单元，围绕动物粪液肥化单元的周侧布置以种植作物，稀释池与若干液肥输送管道连接，液肥输送管道铺设至第一作物种植单元处以向第一作物种植单元输送液肥。

上述的循环系统，动物粪污富氮，动物粪液肥化单元能够对动物粪污进行发酵和稀释，稀释后形成液肥，可用于向第一作物种植单元输送液肥，充分利用动物粪污，大大降低环境污染，整体能够将动物粪污转化为作物种植中的肥料，第一作物种植单元种植的作物可供给动物作饲料，有利于降低养殖成本。

如上所述的一种种养结合农业循环系统，为了充分利用制备的液肥，还包括第二作物种植单元，第二作物种植单元位于所述第一作物种植单元的周侧，所述液肥输送管道还布设至第二作物种植单元处，还向第二作物种植单元输送液肥。

如上所述的一种种养结合农业循环系统，所述第一作物种植单元和第二作物种植单元所种的作物相同或相异，这样第一作物种植单元可种植饲草，第二作物种植单元可用于种植经济作物。

如上所述的一种种养结合农业循环系统，所述动物粪液肥化单元还包括除臭液化池，除臭液化池接收动物粪污并对动物粪污进行除臭和液化，除臭液化池和所述的发酵机构连接，且除臭液化池和发酵机构布置于同一排，所述稀释池位于另一排，使得整个系统布置较为合理。

如上所述的一种种养结合农业循环系统，所述动物粪液肥化单元还包括同所述液肥输送管道连接的搅拌浇灌机构，搅拌浇灌机构同所述稀释池连接，且搅拌浇灌机构同稀释池位于同一排，搅拌浇灌机构用于对稀释后的液肥进行搅拌，然后再将液肥供给第一作物种植单元和第二作物种植单元。

如上所述的一种种养结合农业循环系统，所述搅拌浇灌机构包括搅拌池，搅拌池内设置搅拌轴，搅拌轴设置搅拌叶片，搅拌轴同动力源连接，动力源设于搅拌池的外侧，搅拌池内设置泵，泵同所述的液肥输送管道连接。

如上所述的一种种养结合农业循环系统，所述液肥输送管道铺设于第一作物种植单元和第二作物种植单元的地面下方或地表，且液肥输送管道在第一作物种植单元、第二作物种植单元处分别开有喷灌口；

所述液肥输送管道包括多根，多根所述液肥输送管道呈发散状进行布置，以对第一作物种植单元和第二作物种植单元均匀灌溉。

第二方面，本发明还提供了一种种养结合农业循环系统，包括：

动物粪液肥化单元，包括对动物粪便进行发酵的发酵机构、对发酵完的动物粪便进行稀释的稀释池，发酵机构同稀释池连接且位于稀释池的侧部；

动物养殖单元，动物养殖单元位于所述动物粪液肥化单元的上方，且动物养殖单元同所述的动物粪液肥化单元连接；

第一作物种植单元，围绕动物养殖单元的周侧布置，稀释池与若干液肥输送管道连接，液肥输送管道铺设至第一作物种植单元处以向第一作物种植单元输送液肥。

如上所述的一种种养结合农业循环系统，还包括第二作物种植单元，第二作物种植单元位于所述第一作物种植单元的周侧，所述液肥输送管道还布设至第二作物种植单元处，还向第二作物种植单元输送液肥。

第三方面，本发明还提供了一种动物粪污水肥化利用工艺，采用所述的一种种养结合农业循环系统，包括如下内容：

将动物粪污汇集到动物粪液肥化单元中的发酵机构中，进行发酵；

发酵完成后的产物流向稀释池，根据第一作物种植单元的作物需求向稀释池加水稀释制备液肥；

稀释池稀释完成的产物通过液肥输送管道流向第一作物种植单元。

如上所述的一种动物粪污水肥化利用工艺，所述发酵机构内添加发酵剂、辅料和水进行发酵，鸭粪、辅料、发酵剂和水的添加比例为1000：9～12： 1：3000～5000；

进一步地，发酵剂为菌、酶协作型流体粪污发酵剂。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明充分利用动物粪污具有富氮的特点，动物粪液肥化单元能够对动物粪污进行发酵和稀释，稀释后形成液肥，可用于向第一作物种植单元、第二作物单元输送液肥，充分利用动物粪污，动物粪污没有被堆积或散置于裸露的室外，大大降低环境污染；整体能够将动物粪污转化为作物种植中的肥料，种植的作物可供给动物作饲料，有利于降低养殖成本。

2)本发明通过第一作物种植单元和第二作物种植单元的设置，可种植相同的作物或不同的作物，第一作物种植单元可用于种植饲草，尤其是高氮作物，为养殖的动物提供植物蛋白饲料补给；第二作物种植单元可用于种植经济作物，在养殖动物的同时，提高经济价值。

3)本发明通过将动物养殖单元布置于动物粪液肥化单元的上方，第一作物单元布置于动物养殖单元的周侧，第二作物单元布置于第一作物单元的周侧，整体结构布置合理科学，能够使得液肥输送管道最短，降低成本。

4)本发明通过整个工艺的给出，动物养殖中的粪污转化为作物种植中的肥料，同时第一作物种植单元和第二作物种植单元所种的作物还可以供给部分动物养殖的饲料，降低养鸭成本。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种种养结合农业循环系统的主视图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1、动物粪液肥化单元，2、第一作物种植单元，3、第二作物种植单元，4、除臭液化池，5、发酵机构，6、稀释池，7、搅拌浇灌机构，8、液肥输送管道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在动物粪污污染环境且养殖成本较高的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种种养结合农业循环系统。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种种养结合农业循环系统，包括动物粪液肥化单元1，第一作物种植单元2和第二作物种植单元3。

本实施例中，动物养殖为舍养，便于对动物污粪的统一处理，第一作物种植单元2围绕着动物粪液肥化单元1的环向进行布置，第二作物种植单元3围绕第一作物种植单元2的环向布置，第一作物种植单元2输出饲草，动物粪液肥化单元1向第一作物种植单元2和第二作物种植单元3输出液肥，这样的整体结构布置有利于节约土地，且管路设置较为合理，使得液肥的输送距离是较短的。

当然，在其他一些示例中，第一作物种植单元2和第二作物种植单元3 可布置为环形，可为矩形环形或圆形环形，矩形环形的布置方式充分利用土地资源；当然第一作物种植单元2和第二作物种植单元3还可布置为U 型。

动物粪液肥化单元1包括除臭液化池4、发酵机构5、稀释池6和搅拌浇灌机构7，除臭液化池4、发酵机构5、稀释池6和搅拌浇灌机构7顺次连接；考虑到节约面积，在一些示例中，除臭液化池4和发酵机构5布置于同一排，稀释池6和搅拌浇灌机构7布置于另一排，且除臭液化池4位于搅拌灌溉机构7的一侧，发酵机构位于稀释池6的一侧。

这样除臭液压池4同稀释池6呈对角布置，这样动物粪液肥化单元1 的整体布置是较为合理的，也便于第一作物种植单元和第二作物种植单元中作物的种植。

具体地，发酵机构为发酵池或发酵罐，发酵机构中能够加发酵剂密封无氧发酵。本实施例中，发酵池容积10～40m³，深度1～1.5m；发酵池或发酵罐底部铺设防渗膜(聚乙烯土工膜)，通过除臭液化池输送的鸭粪填装在防渗膜上面，发酵池内在鸭粪上面使用现有的发酵黑膜密封。

搅拌浇灌机构7包括搅拌池，搅拌池内设置搅拌轴，搅拌轴设置搅拌叶片，搅拌轴同电机或其他动力源连接，以带动搅拌轴的转动，电机设于搅拌池的外侧，搅拌池内设置泵，泵同液肥输送管道连接，通过泵抽吸液肥。

首先，养殖场产生的动物污粪污被汇集到除臭液化池4，在除臭液化池 4内加入现有的除臭剂除臭，并加入现有的多种菌酶混合物分解鸭粪外层粘膜使其液化，便于管道运输，然后，除臭液化池4的产物进入发酵机构5 发酵，随后，发酵机构5的产物进入稀释池6按照作物需求比例稀释，最后，稀释池6产物进入搅拌浇灌机构7，搅拌后浇灌作物。

进一步地，搅拌浇灌机构7的输出端设置液肥输送管道8，液肥输送管道8铺设于第一作物种植单元2和第二作物种植单元3的地面下方或地表，且液肥输送管道8在第一作物种植单元2处设置多个喷灌口，在第二作物种植单元3处设置多个喷灌口，可通过喷灌口直接喷灌，或者喷灌口处设置现有的喷灌器(带有喷嘴的喷管)进行喷淋。

当然可以理解地是，从搅拌浇灌机构7输出的液肥输送管道8可设置多根，多根液肥输送管道8发散状覆盖第一作物种植单元2和第二作物种植单元3。

需要解释地是，第一作物种植单元2种植的作物是一种或多种高氮作物，通过土地种植，高氮作物具体为饲草，采用动物粪液肥化单元1产生的液肥对高氮作物进行浇灌，饲草收获加工后循环利用喂所养殖的动物如鸭，为鸭提供植物蛋白饲料补给；具体可种植紫花苜蓿、多花黑麦草、菊苣、构树及蛋白桑等适宜牧鸭的再生能力强的品种。

第一作物种植单元2种植的作物可为间作作物，优先选用的作物品种包括：构树、蛋白桑和芦苇，三者对流入稀释池中发酵机构发酵的产物与水稀释比例需求分别为1：2.7～3，1：2.5～2.8，1：2.5～2.7。

第二作物种植单元3种植的是当地适宜的粮食或经济作物，通过土地种植，采用动物粪液肥化单元1的液肥进行浇灌。

可以理解地是，第一作物种植单元和第二作物种植单元所种的作物之间是有设定的距离的。

另外，本实施例中，动物粪液肥化单元1中的除臭液化池4、发酵机构 5、稀释池6和搅拌浇灌机构7均通过地面进行支撑。

实施例二

一种种养结合农业循环系统，还包括动物养殖单元，动物养殖单元用于集中养殖动物，动物养殖单元位于动物粪液肥化单元1的上方，动物养殖单元可养殖禽类或畜类，或进行混养，本实施例中，以鸭场为例，动物粪液肥化单元的横向面积可小于或大于等于除臭液化池4、发酵机构5、稀释池6和搅拌浇灌机构7的总面积。

鸭场可采用现有的任何的鸭场(养鸭舍)，对鸭子进行集中养殖，鸭场通过管道同除臭液化池4连接，该管道的一端在鸭场处设置盖板，这样定期对动物粪污进行集中，打开盖板，可将鸭粪直接排入除臭液化池4中。

本实施例中，鸭场位于地表，通过地面进行支撑，动物粪液肥化单元1 各机构位于地下，鸭场的底面同动物粪液肥化单元1各机构如除臭液化池的顶端可接触或不接触，第一作物种植单元2围绕着动物养殖单元的环向进行布置，第二作物种植单元3围绕第一作物种植单元2的环向布置。

本实施例采用一心多层发散体系布置整个系统，一心多层发散体系以鸭场(鸭粪液肥化系统1)为中心，以高氮的第一作物种植单元2为内层，以第二作物种植系统3为外层，内层围绕在中心周围，外层围绕在内层周围，中心和各层间通过液肥输送管道8连接，液肥输送管道8呈发射线状，将鸭粪液肥化系统1产出液肥输送到各层中浇灌作物。

当然，动物养殖单元还可以用于养殖其他动物，如羊、鸡等。

实施例三

本实施例提供了一种动物粪污水肥化利用工艺，采用实施例一或实施例二所述的一种种养结合农业循环系统，针对鸭粪污，包括如下内容：

将鸭粪污汇集到除臭液化池4，在除臭液化池4内加入除臭剂除臭，并加入粘膜分解剂分解鸭粪外层粘膜使其液化；

液化完成的鸭粪污通过管道进入发酵机构中，进行密封发酵；

发酵完成后的产物流向稀释池，根据第一作物种植单元2和第二作物种植单元3的作物需求加水稀释制备液肥；

稀释池稀释完成的产物再流向搅拌浇灌机构7，再流向搅拌浇灌机构7，对液肥进行搅拌，并向第一作物种植单元2和第二作物种植单元3输送液肥，对作物进行管道施用或通过喷灌器喷淋。

在一些示例中，发酵机构内添加发酵剂、辅料和水进行发酵，鸭粪、辅料、发酵剂和水的添加比例为1000：9～12：1：3000～5000，以利于快速有效对动物粪污进行发酵。

可以理解地是，辅料为草粉、骨粉、粕类、麸糠、锯末和食用菌培养基等。

发酵剂为菌、酶协作型流体粪污发酵剂，其中活菌及孢子含量≥100亿/ 克；发酵剂添加前需在40～60℃红糖水中活化，发酵剂、红糖和水三者比例为1：1：4.9～5.2，以便于发酵剂中的菌酶苏醒，开始有效对粪污进行发酵。

水可为自来水，发酵池中发酵的时间为与自来水相比，添加的水优先使用干净的自然水(河水、井水等)；自然水发酵时间为14～16天，自来水发酵时间为18～23天。

作物浇灌的施肥量及其他田间管理措施，如除草、浇水和防病除虫等，按照作物正常需求实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种种养结合农业循环系统，其特征在于，包括：

动物粪液肥化单元，包括对动物粪污进行发酵的发酵机构、对发酵完的动物粪污进行稀释的稀释池，发酵机构同稀释池连接且位于稀释池的侧部；

第一作物种植单元，围绕动物粪液肥化单元的周侧布置，稀释池与若干液肥输送管道连接，液肥输送管道铺设至第一作物种植单元处以向第一作物种植单元输送液肥。

2.根据权利要求1所述的一种种养结合农业循环系统，其特征在于，还包括第二作物种植单元，第二作物种植单元位于所述第一作物种植单元的周侧，所述液肥输送管道还布设至第二作物种植单元处，还向第二作物种植单元输送液肥。

3.根据权利要求1所述的一种种养结合农业循环系统，其特征在于，所述动物粪液肥化单元还包括除臭液化池，除臭液化池接收动物粪污并对动物粪污进行除臭和液化，除臭液化池和所述的发酵机构连接，且除臭液化池和发酵机构布置于同一排，所述稀释池位于另一排。

4.根据权利要求1所述的一种种养结合农业循环系统，其特征在于，所述动物粪液肥化单元还包括同所述液肥输送管道连接的搅拌浇灌机构，搅拌浇灌机构同所述稀释池连接，且搅拌浇灌机构同稀释池位于同一排。

5.根据权利要求4所述的一种种养结合农业循环系统，其特征在于，所述搅拌浇灌机构包括搅拌池，搅拌池内设置搅拌轴，搅拌轴设置搅拌叶片，搅拌轴同动力源连接，动力源设于搅拌池的外侧，搅拌池内设置泵，泵同所述的液肥输送管道连接。

6.根据权利要求2所述的一种种养结合农业循环系统，其特征在于，所述液肥输送管道铺设于第一作物种植单元和第二作物种植单元的地面下方或地表，且液肥输送管道在第一作物种植单元、第二作物种植单元处分别开有喷灌口；

所述液肥输送管道包括多根，多根所述液肥输送管道呈发散状进行布置。

7.根据权利要求1所述的一种种养结合农业循环系统，其特征在于，包括：

动物粪液肥化单元，包括对动物粪便进行发酵的发酵机构、对发酵完的动物粪便进行稀释的稀释池，发酵机构同稀释池连接且位于稀释池的侧部；

动物养殖单元，动物养殖单元位于所述动物粪液肥化单元的上方，且动物养殖单元同所述的动物粪液肥化单元连接；

第一作物种植单元，围绕动物养殖单元的周侧布置，稀释池与若干液肥输送管道连接，液肥输送管道铺设至第一作物种植单元处以向第一作物种植单元输送液肥。

8.根据权利要求7所述的一种种养结合农业循环系统，其特征在于，还包括第二作物种植单元，第二作物种植单元位于所述第一作物种植单元的周侧，所述液肥输送管道还布设至第二作物种植单元处，还向第二作物种植单元输送液肥。

9.一种动物粪污水肥化利用工艺，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的一种种养结合农业循环系统，包括如下内容：

将动物粪污汇集到动物粪液肥化单元中的发酵机构中，进行发酵；

发酵完成后的产物流向稀释池，根据第一作物种植单元的作物需求向稀释池加水稀释制备液肥；

稀释池稀释完成的产物通过液肥输送管道流向第一作物种植单元。

10.根据权利要求9所述的一种动物粪污水肥化利用工艺，其特征在于，所述发酵机构内添加发酵剂、辅料和水进行发酵，鸭粪、辅料、发酵剂和水的添加比例为1000：9～12：1：3000～5000；

进一步地，发酵剂为菌、酶协作型流体粪污发酵剂。

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