CN1651355A - 猪场粪污转化为液态微生物有机肥料的方法 - Google Patents

猪场粪污转化为液态微生物有机肥料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种猪场粪污转化为液态微生物有机肥料的方法,它包括将粪污引入调节池中,再将粪污提升到水力筛中固液分离,液态粪污引入到磨浆机中粉碎,引入到曝气池中,并添加复合微生物肥料接种剂进行曝气发酵24小时,所形成的发酵液即为液态微生物有机肥料,罐装完毕后曝气池必须有至少10%的剩余污泥菌株作为下次曝气的微生物肥料菌种,由此完成一个操作循环。如果曝气发酵后立即分装所形成的肥料为污水微生物有机肥料。曝气发酵后静止2小时分流澄清水而得到的肥料为污泥微生物有机肥料。猪场粪污直接曝气发酵免除固液分离和粉碎而形成的肥料为粗质液态微生物有机肥料。

Description

猪场粪污转化为液态微生物有机肥料的方法
技术领域
本发明一种利用冲洗猪场粪便而形成的污水好氧生物处理和转化制备液态微生物有机肥料及其制备方法。是集约化养猪场环境综合处理的环境生物技术,也是利用污水、粪便变废为宝生产微生物有机肥料的农业生物技术。
背景技术
我国是世界上养猪业最发达的国家之一,我国生猪饲养和猪肉产量约占世界总量的50%左右,近年来随着我国经济的发展,生猪饲养的集约化水平越来越高,例如广东省2001年生猪饲养量为5055.52万头,出栏3052.19万头,全省生猪年出栏在50头以上的集约化猪场有77531个,规模化养殖占全省生猪出栏量的46.8%,因此集约化猪场对环境的污染和环境处理以及粪污的资源化是限制猪场发展的重要因素。据估算1头育肥猪从出生到出栏,排粪850~1050公斤、排尿1200~1300公斤,1个万头猪场年排放纯粪尿约3万吨,日产污水达250~300吨/日,年可排放粪尿污水约6~9万吨。如果这样计算,广东省规模化猪场每天排放高浓度污水约40.6万吨,全年排放污水约1.5亿吨。由于大量禽畜粪便和污水的排放,构成了严重的环境污染,也威胁着规模化禽畜饲养业自身的发展。
一般集约化猪场主要采用水冲式清粪同时辅以人工清理,因此猪场所产生的污染物主要是冲洗粪便而产生的高浓度和高固形物含量的有机废水,以下称之为粪污。目前针对猪场粪污的处理,应该是两种方式,一种是利用,另外一种是生物降解处理。猪场粪污的生物处理目前没有独立的技术,大部分采用城市污水处理的方法,据《广东农业科学》杂志2003年第3期中“猪场污水活性污泥-氧化塘法处理效果及环境问题探讨”一文中介绍,目前大多数猪场采用厌氧消化法和活性污泥法处理,也有一些猪场采用自然处理法。厌氧消化法主要处理模式为厌氧消化池-氧化塘、UASB-氧化塘(或结合SBR、活性污泥法等),而活性污泥法的主要模式为传统活性污泥法、SBR、A/A/O法等,自然生物处理法主要模式有氧化塘、土壤处理法、人工湿地处理法等等。
关于猪场粪便的资源化处理,目前有大量的报道,主要在于制备各种有机肥料。例如中国专利申请号96115569.8公开了“液体速效农家肥的制造工艺及其施用方法”提出采用优质的鸡粪、人粪尿、猪粪尿、牛马粪为原料堆闷发酵后,加水浸泡压滤,形成液体速效农家肥。又如中国专利申请号01128245.2公开了“一种生物有机复合肥及其生产方法”提出以猪粪为有机物主体,辅以糠麸、秸秆粉等用Em生物菌剂低温发酵,与经处理剂除臭分解的猪粪按比例混合,再配以NPK三元素,并添加多种中微量营养元素,混均造粒而成。可见目前猪场微生物肥料的生产技术在于固体粪便的固体发酵处理,而很少见到液体微生物肥料的报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,充分提高液态农家肥的肥效,增加肥料中的有益微生物数量,减少化肥的使用量,推进生态农业,本发明提出利用猪场粪污直接发酵生产微生物液态有机肥料的技术,这个方法不仅提高了液态有机肥料的效果,而且使猪场污水和粪便能够综合处理和同时处理,解决了猪场的环境污染问题,并可以达到猪场污水的少量排放。
本发明是通过以下基本技术方案得以实现的。
首先将粪污引入调节池中,再用提升泵将粪污提升到水力筛中进行固液分离,固体分离物移走。固液分离后的液体粪污引入到磨浆机中粉碎,再引入到曝气池中,当入水到合适的水位时停止进水,并添加复合微生物肥料接种剂进行曝气发酵,发酵到一定时间后停止曝气,这时的发酵液混合物即为液态微生物有机肥料,使用商品容器应用自流法进行罐装,或者使用罐装设备罐装到曝气池中留有至少10%的剩余污泥菌株作为下次曝气的种子。以后不再接种即可重复循环操作使用。
以下实验证明这个工艺技术可使用原粪污污水即可满足微生物肥料菌株的繁殖和生产。
设计培养基配方组成为(g/L):葡萄糖10,硫酸铵1,磷酸氢二钾0.5,磷酸二氢钾0.2,硫酸镁0.5,氯化钠0.2,钼酸铵0.002,硫酸亚铁0.002,硫酸锰0.002,碳酸钙2。配制培养基时根据实验设计采用猪场粪污污水或者蒸馏水对照。
表1  污水营养浓度对固氮菌微生物肥料菌株生长的影响(CFU/mL)
    处理 0小时曝气 24小时曝气 48小时曝气 72小时曝气 5天曝气
100%培养基的粪污 1.2×103 2.1×106 2.3×106 8.5×106 3.6×106
50%培养基的粪污 1.2×103 1.8×106 2.0×106 1.6×106 1.5×106
未加培养基原粪污 1.2×103 2.4×106 2.0×105 4.2×106 2.5×106
100%水培养基对照 1.2×103 2.4×106 2.0×106 9.0×106 4.0×106
表2  污水营养浓度对磷细菌微生物肥料菌株生长的影响(CFU/mL)
    处理 0小时曝气  24小时曝气 48小时曝气 72小时曝气 5天曝气
100%培养基的粪污 9.0×102  3.0×105 2.3×106 1.3×105 2.0×104
50%培养基的粪污 9.0×102  1.1×106 2.8×106 1.0×105 8.0×105
未加培养基原粪污 9.0×102  6.0×106 2.0×105 2.8×104 1.0×104
100%水培养基对照 9.0×102  3.4×106 9.0×106 1.8×105 2.0×106
表3  污水营养浓度对钾细菌微生物肥料菌株生长的影响(CFU/mL)
    处理 0小时曝气 24小时曝气 48小时曝气 72小时曝气 5天曝气
100%培养基的粪污 8.0×103 2.1×105 1.4×107 8.5×107 1.5×107
50%培养基的粪污 8.0×103 3.0×106 2.0×107 1.8×107 1.8×107
未加培养基原粪污 8.0×103 7.0×106 1.8×107 1.5×106 1.0×107
100%水培养基对照 8.0×103 1.0×107 9.0×107 1.8×107 6.0×107
表1~表3的实验是在接种1%的复合微生物肥料接种剂和连续曝气的实验设计下开展的,从表中可见,原粪污污水中可以检测到固氮菌、磷细菌和钾细菌的存在,在接种和曝气发酵后微生物肥料菌株大量增加,但是24小时以后增加不显著,因而发酵曝气间歇时间设定为24小时。通过每隔24小时的间断曝气即可分批产生液态微生物肥料,而留下至少10%的沉淀污泥菌株作为下次使用的菌种,这样周而复始,液态微生物肥料可连续生产。通过多次间歇曝气和换水,可以生产出一种为污泥微生物有机肥料,其主要特性见表4,一种污水微生物有机肥料,这种污水微生物肥料是在24小时间歇曝气中随即采样的,其主要特性见表5。还有一种粗质微生物有机肥料。从表中可见污泥微生物肥料具有较大的有效微生物数量,是多次发酵后沉淀累计的微生物菌体的集合,是一种优良的微生物肥料。而污水微生物肥料是曝气后直接罐装的液态发酵肥,其有效微生物数量具有肥效功能。另外表1~表3试验了不同培养基浓度的粪污对微生物生长数量的效果,从中可见没有差别,说明没有必要对高浓度猪场粪污增加营养浓度以便刺激生长,猪场粪污原液是优良的微生物培养液,能够满足液态微生物有机肥料菌株的发酵和生产,所以选择猪场粪污直接发酵方法。
表4  间歇曝气池中沉淀的污泥微生物有机肥料的菌株数量(CFU/mL,运行2个星期后取样)
    处理      固氮菌     磷细菌数     钾细菌数
100%培养基的粪污     8.5×1010     3.2×1011     1.8×1011
50%培养基的粪污     4.5×1010     1.5×1011     2.0×1011
未加培养基原粪污污水     2.5×1010     2.2×1010     4.5×1010
100%水培养基对照     2.0×1010     2.2×1010     3.0×1010
表5  24小时间歇曝气处理的污水微生物液态肥料的生物学指标(CFU/mL)
    处理     固氮菌数     磷细菌数     钾细菌数
污水微生物液肥     2.1×108     8×105     1.5×107
本发明具有以下的有益效果。
1.使用以后能够明显增加土壤中的有益细菌数量
从表6可以见到,污泥微生物有机肥料施用土壤7天后,可以明显增加土壤中有益微生物的数量,其中固氮菌数增幅达10倍,而钾细菌数量可增加7.6倍,产生了明显的效果。表7是污水微生物有机肥料的使用效果,可见施用污水微生物有机肥料7天后,土壤中各种有益微生物均显著增加,其中固氮菌数量增加达3.7倍,磷细菌增加12.5%,钾细菌增加38.5%。
表6.污泥微生物有机肥料使用后对土壤的影响(CFU/mL)
    土壤处理     固氮菌数    磷细菌数     钾细菌数
使用肥料7天后土壤     1.7×108     4×106     9.9×107
未使用肥料对照土壤     1.5×107     4×106     1.3×107
表7.粪污污水微生物有机肥料使用后对土壤的影响(CFU/mL)
    土壤处理     固氮菌数     磷细菌数     钾细菌数
使用肥料7天后土壤     5.6×107     4.5×106     1.8×107
未使用肥料对照土壤     1.5×107     4×106     1.3×107
2.使用污水和污泥微生物有机肥料可以促进农作物生长,起到良好的肥料效果。
表8为污水和污泥微生物肥料的实验结果,种植蔬菜菜心(品种恃青),播种日期为2003年8月8日,施肥日期为2003年8月25日,施肥方法为追肥,以同等水量的原污水和清水为对照,施肥量为0.5L/m2。从表8可见,试验3天后菜心的株高、叶长和叶宽均有明显的增长,试验7天后菜心的株高污水肥和污泥肥比原污水对照分别增高8.5%和14.8%,叶长分别增加1.6%和24.2%,叶宽分别增加8.1%和13.5%,而叶数、茎粗和根数分别有不同程度的增加。
表8  施肥以后菜心的生长调查
日期 处理 株高cm  叶长cm  叶宽cm  叶数 茎粗mm  根数
2003/8/28 空白 9.1  4.18  2.4  5.8  2.1  35.4
污水肥 9.64  4.58  3.06  5.8  2.5  33.4
污泥肥 9.88  4.88  3.22  6.8  2.7  38.8
原污水 9.26  4.22  2.72  5.8  2.3  32.2
2003/9/2 空白 12.2  6.1  3.5  7  3.2  34
污水肥 14.1  6.3  4  8  3.8  41
污泥肥 14.8  7.7  4.2  8  3.9  44
原污水 13  6.2  3.7  8  3.6  22
附图说明
图1是污水微生物有机肥料的生产流程图
图2是污泥微生物有机肥料的生产流程图
图3是污水微生物有机肥料流程运行周期操作剖面图
图4是污泥微生物有机肥料流程运行周期操作剖面图
从图1和图2可见,如果从生产工艺上来看,液态污水和污泥微生物肥料生产可以分为以下几个阶段(污泥肥比污水肥增加了沉淀阶段即沉淀期和澄清水分流池):
1.调节水质阶段:调节池
2.固液分离阶段:固液分离池
3.粉碎阶段:磨桨机
4.发酵阶段:间歇曝气池
5.沉淀阶段:沉淀期和澄清水分流池(污泥微生物肥料)
6.包装阶段:肥料罐装
由于发酵阶段是微生物肥料生产的主体,是控制生产的时间要素,因而从运行周期来看,污水和污泥微生物肥料生产的运行周期可以分为以下几个时期,同时推荐运行时间和设计参数:
1.进水期:粪污流入时间越短越好,可以采取边进水边曝气,也可以进水后期曝气或者进水完毕后曝气。
2.曝气期(主发酵期):根据试验发酵期为24小时不间断曝气。
3.沉淀期(污泥肥专用):作用主要是澄清出水,浓缩微生物肥料的菌数,根据试验为2小时左右。
4.排水期(污泥肥专用):悬浮澄清水分流,分流到澄清水处理池进一步生物净化处理,时间没有要求。
5.肥料罐装期:使用自流法或者罐装机进行罐装,时间不做要求。
6.菌种活化期:这个阶段实际上是闲置待机时期,可以利用这个时期对菌种进行检测和分析以及添加和替换。
具体实施方式
以下按附图说明具体实施方法。
实施例1
生产液态污水微生物有机肥料。猪场粪污流入调节池,调节池的设计按照一般的调节池设计,而后由提升泵提升到固液分离池,固液分离装置使用水力筛,推荐使用2级水力筛,通过粗筛和细筛可以降低或者免除磨浆负荷,过滤后的固体粪便外运单独处理或者干燥,而粪污通过过滤更加匀质,再通过磨桨机粉碎,形成微粒的污水,排入到间歇曝气池中曝气发酵,曝气时间推荐为24小时。在第一次生产时需要添加微生物肥料接种剂,该微生物肥料接种剂必须至少符合中华人民共和国农业行业标准“NY227-94”,剂型可以是固体也可以是液体,可以是复合菌剂也可以是单一菌剂,接种量为1%~5%。间歇曝气池最好使用两套交替进行,曝气结束之后马上使用商品包装器进行罐装,罐装到间歇曝气池内留下约10%的污泥菌株时停止罐装,留作为下次进水曝气使用的种子,从此一个循环结束,以后周而复始,重复这个工序。所生产的产品需要检验,如果菌数降低,则根据情况增加或接种微生物肥料菌种。
实施例2
生产液态污泥微生物有机肥料。猪场粪污流入调节池,调节池的设计按照一般的调节池设计,而后由提升泵提升到固液分离池,固液分离装置使用水力筛,推荐使用2级水力筛,通过粗筛和细筛可以降低或者免除磨浆负荷,过滤后的固体粪便外运单独处理或者干燥,而粪污通过过滤更加匀质,再通过磨桨机粉碎,形成微粒的污水,排入到间歇曝气池中曝气发酵,曝气时间推荐为24小时。在第一次生产时需要添加微生物肥料接种剂,该微生物肥料接种剂必须至少符合中华人民共和国农业行业标准“NY227-94”,剂型可以是固体也可以是液体,可以是复合菌剂也可以是单一菌剂,接种量为1%~5%。间歇曝气池最好使用两套交替进行,曝气结束之后静止沉淀2小时左右,而后使用特制滗水器或者分流管道分流约有1/3的澄清悬浮水,并进一步进行净化处理,沉淀的污泥主要为微生物肥料菌株,使用商品包装器对污泥微生物有机肥料进行罐装,罐装到间歇曝气池内留下约10%的污泥菌株时停止罐装,留作为下次进水曝气发酵使用的种子,从此一个循环结束,以后周而复始,重复这个工序。所生产的产品需要检验,如果菌数降低,则根据情况增加或接种微生物肥料菌种。
实施例3
生产液态粗质微生物有机肥料。猪场粪污流入调节池,调节池的设计按照一般的调节池设计,而后由提升泵提升到间歇曝气池中曝气发酵,曝气时间为24小时。在第一次生产时需要添加微生物肥料接种剂,该微生物肥料接种剂必须至少符合中华人民共和国农业行业标准“NY227-94”,剂型可以是固体也可以是液体,可以是复合菌剂也可以是单一菌剂,接种量为1%~5%。间歇曝气池最好使用两套交替进行,曝气结束之后马上使用商品包装器进行罐装,罐装到间歇曝气池内留下约10%的污泥菌株时停止罐装,留作为下次进水曝气使用的种子,从此一个循环结束,以后周而复始,重复这个工序。所生产的产品需要检验,如果菌数降低,则根据情况增加或接种微生物肥料菌种。这种方法生产的微生物肥料是猪场粪污直接流入到曝气池中发酵的产物,所形成的肥料匀质性不好,肥料颗粒大小不匀,仅适用于浇灌和漫灌使用。

Claims (5)

1.一种猪场粪污转化为液态微生物有机肥料的方法,它包括将粪污引入调节池中,再用提升泵将粪污提升到水力筛中进行固液分离,固液分离后的液体粪污引入到磨浆机中粉碎,再引入到曝气池中,并添加复合微生物肥料接种剂进行曝气发酵,曝气发酵期结束后停止曝气,这时的发酵液即为液态微生物肥料,当罐装至留有10%的污泥菌株后作为下次曝气的微生物肥料菌株种子。
2.根据权利1所述的猪场粪污转化为液态微生物有机肥料工艺,其特征是:发酵曝气时间为24小时不间断曝气,以保证菌株的充分生长。
3.根据权利1所述的猪场粪污转化为液态微生物有机肥料工艺,其特征是:发酵曝气结束后立即罐装不进行沉淀分流而生产的液态微生物肥料为污水液态微生物肥料。
4.根据权利1所述的猪场粪污转化液态微生物肥料工艺,其特征是:发酵曝气结束后,不立即进行罐装,实施2小时沉淀工艺分流澄清水而生产的液态微生物肥料为污泥微生物肥料。
5.根据权利1所述的猪场粪污转化为液态微生物有机肥料工艺,其特征是:将猪场粪污直接引入发酵曝气池中直接曝气发酵,免除调节池、固液分离和磨浆机粉碎工艺,而生产的液态微生物肥料为粗质液态微生物肥料,直接用于植物的浇灌。
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