CN101913923A - 养猪场固体废弃物堆肥处理工艺 - Google Patents

养猪场固体废弃物堆肥处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种养猪场固体废弃物堆肥处理工艺，借鉴于传统的堆肥处理工艺，综合考虑水分含量、pH值、C/N值等因素对于肥料质量的影响，提供了特定的堆肥操作参数，采用本发明的工艺对猪粪进行堆肥处理后，肥料肥力较为适当，相同面积的土壤对本发明所得肥料的吸纳量较高，缓解了猪粪产量较大情况下，需要大量土地吸收肥料的压力，本发明工艺简单，易于实现，堆肥效率高，肥料农业利用价值好，还田利用后对土壤危害小。

Description

养猪场固体废弃物堆肥处理工艺
技术领域
本发明涉及废弃物无害化处理，具体涉及一种养猪场固体废弃物堆肥处理工艺。
背景技术
近几年来，我国畜牧业发展较快，以生猪和草食牲畜最为突出，且以集约化养殖和小区健康养殖为发展的主要模式，养殖业正朝着专业化、规模化、集约化的方向发展。
集约化养殖规模和数量的不断扩大和养殖生产所产生的粪便、污水的集中排放已造成环境严重污染，主要表现在以下四个方面：1、水源污染，据环保部门对中大型养殖场排除的粪水的检验结果，多数养殖场粪水中COD超出国家标准50-70倍，BOD超出国家标准70-80倍，SS超出国家标准12-20倍，大肠肝菌、蛔虫虫卵、氮磷含量和其它污染物，也均大大超过了国家规定的污水排放标准。高浓度的畜禽有机污水排入江河湖泊，是造成水体富营养化的直接原因，导致对有机物污染敏感的水生物逐渐死亡、水质的不断恶化；同时畜禽粪便污染物的有毒、有害成分还容易渗入到地下水中，使地下水溶解气含量减少，水质中有毒成分增多，严重时使水体发黑、变臭、失去使用价值，污水治理难度大，污染时间持续久；2、空气污染，养殖场产生的恶臭气体中含有大量的氨、硫化物、甲烷等有毒有害成分，污染周围空气，严重影响了空气质量，危害饲养人员及周围居民身体健康，并且也影响畜禽的正常生长；3、土壤污染，畜禽粪便与污水本是良好的有机肥料，但在施用的过程中，必须要掌握好它的使用份量，不能超过土地的自身消化、植物的吸收转化和土壤的自净能力，如超出土地或植物的吸收转化能力就会造成富肥现象，变益为害，甚至造成土壤孔隙堵塞、土壤透气、透水性下降及板结，严重影响土壤质量；4、生活与生产环境污染，未经过无害化处理的畜禽粪尿及其污水中含有大量的病原微生物、寄生虫卵以及孳生的蚊蝇，会使环境中病原种类增多、含菌量增大，出现病原菌和寄生虫的大量繁殖，造成人、畜传染病的蔓延；尤其是人畜共患病时，会发生疫情，给人、畜带来灾难性危害。
已有技术对于养殖废弃物的处理工艺主要有还田处理、自然处理和工业化处理几种，不同的处理工艺对于养殖规模、养殖场环境及经济效益有着不同的影响。虽然历经数十年的探索研究，美国、英国和日本等经济发达国家的大多数养殖场现今仍然以还田方法作为处理猪养殖场废弃物的主要模式。为避免肥料中有机物浓度过高而引起作物烂根和烧苗，无论固体废弃物或废水还田利用，都需经过无害处理，一则杀灭部分寄生虫卵和病原微生物，二则降低对环境土壤的危害。
堆肥化处理是畜禽粪便无害化和资源化的重要途径，养猪场粪便产量巨大，成分复杂而不稳定，并且容易腐烂，含有多重病原微生物、虫卵及重金属等，采用高温堆肥化处理是目前较为经济、实用及有效的手段。堆肥处理有机固体废弃物的关键在于如何为微生物提供良好的繁殖生长环境，堆肥物料的pH、湿度、温度、氧气供给等因素都对堆肥效率有着重要影响，土地对肥料的吸纳能力也因肥料质量不同而有着显著差异。
需要提供一种养猪场固体废弃物堆肥处理工艺，工艺简单，易于实施，堆肥效率高，肥料农业利用价值高，还田利用时土壤吸纳量高，对土壤危害小。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种养猪场固体废弃物堆肥处理工艺，工艺简单，易于实施，堆肥效率高，肥料农业利用价值高，还田利用后土壤吸纳量高且对土壤危害小。
本发明提供的养猪场固体废弃物堆肥处理工艺，包括如下步骤：
a.将新鲜猪粪、占新鲜猪粪重量1-1.5％的粉煤灰、粒度为100-180目的碎木屑与水混合搅拌均匀制成水分质量分数在71-75％和C/N比为25-30的堆料，通过酸液或碱液调节所述堆料的pH为7.5-8.0；
b.将堆料分堆成底面积为3×5-4×5m2、体积为10-20m3的垛堆并静置堆放至腐熟，得堆肥，其中，堆料升温及高温发酵期间，每5天翻堆一次，堆料降温后熟期间，每7-8天翻堆一次。
进一步，步骤c中，每个垛堆底部水平并列设置进气管，两相邻进气管间隔20-25cm，进气管沿自身纵向的一端开口，另一端封闭，进气管管体上分布有直径3-5mm的径向进气孔，两相邻径向进气孔间隔10-12cm，每根进气管按0.20m3/min的流量进行间歇进气，间歇进气方式为：堆料升温阶段每进气8min再停止进气35min，堆料高温发酵阶段每进气10min后停止进气40min；堆料降温后熟阶段每进气5min后停止45min。
需要说明的是，本发明所述升温阶段是指堆料由建堆起至温度达到50℃时所需阶段，高温发酵阶段是指堆料温度达到50℃以上并保温发酵的阶段；降温后熟阶段是指高温发酵后，堆料温度由50℃开始降低至常温的阶段。
本发明的有益效果是：本发明的养猪场固体废弃物堆肥处理工艺借鉴于传统的堆肥处理工艺，综合考虑水分含量、pH值、C/N值等因素对于肥料质量的影响，提供了特定的堆肥操作参数，采用本发明的工艺对猪粪进行堆肥处理后，肥料肥力较为适当，相同面积的土壤对本发明所得肥料的吸纳量较高，缓解了猪粪产量较大情况下，需要大量土地吸收肥料的压力，本发明工艺简单，易于实现，堆肥效率高，肥料农业利用价值好，还田利用后对土壤危害小。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明做进一步说明。
一、材料
供试猪粪取自重庆市钱江食品(集团)有限公司下属重庆钱江食品集团鑫隆生猪养殖有限公司原种场，粉煤灰取自重庆发电厂，木屑取自重庆开县木材加工厂。
二、设备
AOC-008型鼓风机
三、检测指标以及方法：
取样：堆肥发酵过程中每隔5d取样，采用五点法以堆体四周及中心处为采样点，在不同深度采集样品，各点采样量为200g，混合均匀后取500g左右带回实验室，取部分鲜样保存于4℃冰箱中，24h内分析完毕，其余自然风干，测定养分；
水分：将物料于105℃干燥5-6h至恒重，通过减重法测定；
有机质：称取烘干粉碎样品1g左右于坩埚中，置于550℃～600℃马福炉中灼烧至灰化完全，其减重即为有机质含量；
pH：称取烘干试样2.5g，加15mL去离子水，振荡3min后静置待固液分层后，用pH计测定；
总N(TN％)：烘干试样经湿法消煮后，用凯氏定氮仪测定其含氮量；
总C(TC％)：用VrioEL el-emental analyzer全自动元素分析仪进行测定；
总K：(K2O％)：用220FS原子吸收分光光度计进行测定；
总P(P2O5％)：用ICP电感耦合等离子体发射光谱仪(美国黎曼公司产)进行测定；
堆肥腐熟判定方法：
堆肥腐熟判定采用种子发芽试验方法进行，具体操作如下：以小麦种子和油菜种子为材料，样品按样水比1∶10在60℃下浸提3h，过滤，吸取滤液5mL到铺有2张滤纸培养皿内。每个培养皿各点播10粒饱满的油菜和小麦种子，重复3次25℃下培养36h，测发芽率，发芽率为80％以上时，判定堆肥腐熟。
供试材料基本理化性质及重金属含量见表1；
表1
实施例一：
a.将新鲜猪粪、占新鲜猪粪重量1％的粉煤灰、粒度为100-180目的碎木屑与水混合搅拌均匀制成水分质量分数在71％、C/N比为25、pH为7.5的堆料，pH调节通过加稀释后的酸液(如盐酸)或碱液(如氢氧化钠溶液)实现；
b.将堆料分堆成底面积为3×5m2、体积为10-15m3的垛堆并静置堆放至腐熟，得堆肥，堆料升温及高温发酵期间，每5天翻堆一次，堆料降温后熟期间，每8天翻堆一次，取堆肥进行称重、分析。
其中，采用温度计每天中午测定并记录堆肥温度，可见，建堆后1天后开始升温，2天后料堆温度达到37℃；第4天起至第19天，堆料温度均在45℃以上，第6天堆料温度达到50℃，其中50℃以上温度维持12天，堆料最高温度达到53℃，第6天、第11天、第16天、第26天和第34天翻堆时，当天堆料的温度略有下降，但翻堆第二天后温度立即回升；第18天堆料温度自然下降，说明堆料此时开始进入腐熟阶段，第41天堆料的C/N至降低至20∶1。
实施例二
a.将新鲜猪粪、占新鲜猪粪重量1.5％的粉煤灰、粒度为100-180目的碎木屑与水混合搅拌均匀制成水分质量分数在75％、C/N比为30、pH为8.0的堆料，pH调节通过加稀释后的酸液(如盐酸)或碱液(如氢氧化钠溶液)实现；
b.将堆料分堆成底面积为4×5m2、体积为16-20m3的垛堆并静置堆放，每个垛堆底部水平并列设置进气管，两相邻进气管间隔20cm，进气管沿自身纵向的一端开口，另一端封闭，进气管管体上分布径向进气孔，两相邻径向进气孔间隔10-12cm，通过AOC-008型鼓风机每根进气管按0.20m3/min的通风量进行间歇进气，间歇进气方式为：堆料升温阶段每进气8min再停止进气35min，堆料高温发酵阶段每进气10min后停止进气40min；堆料降温后熟阶段每进气5min后停止45min，堆料升温及高温发酵期间，每5天翻堆一次，堆料降温后熟期间，每7天翻堆一次，每天测定堆肥的温度，待堆料腐熟后取所得堆肥进行称重、分析。
其中，采用温度计每天中午测定并记录堆肥温度，建堆后5h开始升温，2天后料堆温度达到40℃；第3天起至第24天，堆料温度均在50℃以上，第5天堆料温度达到55℃，其中55℃以上温度维持16天，堆料最高温度达到66℃，第24天后堆料温度自然下降，说明堆料此时开始进入腐熟阶段，第36天堆料的C/N至降低至20∶1，第6天、第11天、第16天、第21天、第31天翻堆时，当天堆料的温度略有下降，但翻堆第二天后温度立即回升。
实施例三
a.将新鲜猪粪、占新鲜猪粪重量1.3％的粉煤灰、粒度为100-180目的碎木屑与水混合搅拌均匀制成水分质量分数在73％、C/N比为28、pH为8.0的堆料，pH调节通过加稀释后的酸液(如盐酸)或碱液(如氢氧化钠溶液)实现；
b.将堆料分堆成底面积为3.5×5m2、体积为16-20m3的垛堆并静置堆放，每个垛堆底部水平并列设置进气管，两相邻进气管间隔25cm，进气管沿自身纵向的一端开口，另一端封闭，进气管管体上分布径向进气孔，两相邻径向进气孔间隔10-12cm，通过AOC-008型鼓风机每根进气管按0.20m3/min的通风量进行间歇进气，间歇进气方式为：堆料升温阶段每进气8min再停止进气35min，堆料高温发酵阶段每进气10min后停止进气40min；堆料降温后熟阶段每进气5min后停止45min，堆料升温及高温发酵期间，每5天翻堆一次，堆料降温后熟期间，每7天翻堆一次，每天测定堆肥的温度，待堆料腐熟后，取堆肥进行称重、分析。
其中，采用温度计每天中午测定并记录堆肥温度，建堆后8h开始升温，3天后料堆温度达到40℃；第4天起至第23天，堆料温度均在50℃以上，第5天堆料温度达到55℃，其中55℃以上温度维持15天，堆料最高温度达到64℃，第23天后堆料温度自然下降，第37天堆料的C/N至降低至20∶1，第6天、第11天、第16天、第21天、第30天翻堆时，当天堆料的温度略有下降，但翻堆第二天后温度立即回升。
实施例四
a.将新鲜猪粪、占新鲜猪粪重量1.0％的粉煤灰、粒度为100-180目的碎木屑与水混合搅拌均匀制成水分质量分数在75％、C/N比为30、pH为7.5的堆料，pH调节通过加稀释后的酸液(如盐酸)或碱液(如氢氧化钠溶液)实现；
b.将堆料分堆成底面积为4×5m2、体积为10-15m3的垛堆并静置堆放，每个垛堆底部水平并列设置进气管，两相邻进气管间隔22cm，进气管沿自身纵向的一端开口，另一端封闭，进气管管体上分布径向进气孔，两相邻径向进气孔间隔10-12cm，通过AOC-008型鼓风机按0.20m3/min的通风量进行间歇进气，间歇进气方式为：堆料升温阶段每进气8min再停止进气35min，堆料高温发酵阶段每进气10min后停止进气40min；堆料降温后熟阶段每进气5min后停止45min，堆料升温及高温发酵期间，每5天翻堆一次，堆料降温后熟期间，每8天翻堆一次，每天测定堆肥的温度，待堆料腐熟后，取堆肥进行称重、分析。
采用温度计每天中午测定并记录堆肥温度，建堆后7h开始升温，3天后料堆温度达到40℃；第4天起至第25天，堆料温度均在50℃以上，第5天堆料温度达到55℃，其中55℃以上温度维持16天，堆料最高温度达到65℃，第25天后堆料温度自然下降，第36天堆料的C/N至降低至20∶1，第6天、第11天、第16天、第21天、第30天翻堆时，当天堆料的温度略有下降，但翻堆第二天后温度立即回升。
四、结果分析：
4.1堆肥过程中温度变化
温度影响微生物活动，进一步影响有机物分解速率及腐殖化过程，堆肥包括升温、高温发酵和降温后熟阶段，堆料中有机质的分解主要在高温阶段进行，高温阶段的温度及保温时间能够影响微生物活动、有机质分解速率及虫卵及病原菌的杀灭效果。研究证实，堆料温度持续3d达55℃以上，可以有效杀灭致病菌，由以上各实施例温度变化来看，各实施例堆料均能于55℃以上持续至少3天，满足有效杀灭病原菌及病害虫卵的条件，符合畜禽粪便无害化处理要求。同时，各实施例中，因在堆料中添加木屑，提高了有机碳含量，为好氧微生物提供更好的生长活动环境，进而使得堆料发酵能够获得较高的发酵温度。
4.2强制通风对堆肥发酵效果的影响
氧气直接影响堆肥中微生物的生长活动，当氧气供应不足时堆料易发生厌氧反应而产生还原性物质如硫化氢和小分子有机酸等，恶臭味污染周围环境并对植物生长产生毒害作用，通常采用翻堆或强制通风以保障堆料中微生物获得满足正常生长活动的氧气，但当翻堆频率过高或强制通风量过大时堆料又会因失水过多产生干化作用，导致微生物生长活动减弱甚至停止；本发明研究证实，采用自然堆肥发酵工艺进行猪粪便堆肥处理时，堆料升温及高温发酵期间，每5天翻堆一次，堆料降温后熟期间，每7-8天翻堆一次能够较好保障堆料中微生物生长活动，更利于好氧堆肥化进行；考察各实施例堆肥化进程中的温度变化，可知，按本发明提供的通风方式对堆料进行强制通风，堆料高温发酵的温度更高，高温持续阶段更长，总堆肥化时间有效缩短，说明所述通风方式在更好保障氧气供给量的同时，能够避免带走较多堆料的热量，保障高温持续时间，提高堆肥化的效率，采用间歇式通气的目的在于避免造成堆料水分散失不均匀而产生分层，有效控制堆体水分的均匀分布。
4.3堆肥过程中pH变化
堆肥过程中，pH值随时间和温度的变化而变化，一般微生物最适宜的pH值是中性或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆制处理遇到困难，各实施堆肥每次取样后测得pH值如表1：
表1
  取样时间   第5天   第10天   第15天   第20天   第25天   第30天   堆肥完全腐熟后
  实施例1   7.1   8.0   8.2   8.3   8.1   8.0   7.8
  实施例2   7.4   8.6   8.8   8.7   8.6   8.3   8.2
  实施例3   7.5   8.5   8.7   8.8   8.6   8.4   8.3
  实施例4   7.0   8.1   8.3   8.3   8.2   8.0   7.8
由上表可以看出：发酵过程中，第5天堆料的pH值均有所下降，第10天后升高，第15天至第25天之间，堆料pH较高，第25天后pH回落，全过程中，堆料pH均能维持微碱性状态，适宜微生物生长活动。
4.4堆肥过程中水分变化
堆料含水量是影响微生物活性和堆肥成败的关键性因素之一。对各实施例堆料每5天取样测定含水率变化，结果如表2：
表2
  取样时间   建堆   第5天   第10天   第15天   第20天   第25天   第30天   堆肥完全腐熟后
  实施例1   71％   68％   62％   58％   52％   43％   40％   37％
  实施例2   75％   71％   62％   54％   48％   41％   38％   36％
  实施例3   73％   69％   64％   56％   50％   43％   39％   37％
  实施例4   75％   71％   65％   56％   49％   43％   40％   38％
分析表2数据，可知，堆肥初期，微生物活动频繁，有机质分解时释放大量热量，水分发生蒸发，在堆肥10-25天期间，含水量下降速度较快，至堆肥完全腐熟后，各实施例处理的堆肥含水率在36％-38％之间。
4.5堆肥中有机质含量变化
表3为各实施例堆料堆制过程中，有机质含量变化(以质量百分比计)：
表3
  取样时间   建堆   第5天   第10天   第15天   第20天   第25天   第30天   堆肥完全腐熟后
  实施例1   18.1％   17.6％   16.5％   15.4％   14.1％   13.8％   13.1％   12.1％
  实施例2   17.9％   17.3％   16.1％   15.2％   13.9％   13.2％   12.7％   114％
  实施例3   18.0％   17.4％   16.3％   14.9％   13.6％   12.8％   11.5％   10.6％
  实施例4   18.2％   17.3％   16.1％   15.1％   14.0％   12.9％   11.3％   10.8％
由表4数据可知，采用本发明的堆肥工艺，堆肥完全腐熟后，有机质含量较低(如实施例2至实施例4数据可见)，说明堆肥效率较高，有机质降解效果较好，堆肥腐熟后，有机质含量较低情况下，土壤对堆肥吸纳量相应提高，从而减轻大量土地需求的压力。
4.6堆肥腐熟后，全氮、全钾和全磷含量变化如表4：
表4
Figure BSA00000199093600101
从表4中可见，各实施例堆肥处理后，总氮含量有着较为明显的下降，而总P、总K的含量变化则较小。
综上所述，采用本发明的工艺对猪粪进行堆肥处理后，肥料肥力较为适当，相同面积的土壤对本发明所得肥料的吸纳量较高，缓解了猪粪产量较大情况下，需要大量土地吸收肥料的压力，本发明工艺简单，易于实现，堆肥效率高，肥料农业利用价值好，还田利用后对土壤危害小。
最后说明的是，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。

Claims (2)

1.一种养猪场固体废弃物堆肥处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
a.将新鲜猪粪、占新鲜猪粪重量1-1.5％的粉煤灰、粒度为100-180目的碎木屑与水混合搅拌均匀制成水分质量分数在71-75％和C/N比为25-30的堆料，通过酸液或碱液调节所述堆料的pH为7.5-8.0；
b.将堆料分堆成底面积为3×5-4×5m2、体积为10-20m3的垛堆并静置堆放至腐熟，得堆肥，其中，堆料升温及高温发酵阶段每5天翻堆一次，堆料降温后熟阶段每7-8天翻堆一次。
2.根据权利要求1所述的养猪场固体废弃物堆肥处理工艺，其特征在于：步骤c中，每个垛堆底部水平并列设置进气管，两相邻进气管间隔20-25cm，进气管沿自身纵向的一端开口，另一端封闭，进气管管体上分布有直径3-5mm的径向进气孔，两相邻径向进气孔间隔10-12cm，每根进气管按0.20m3/min的流量进行间歇进气，间歇进气方式为：堆料升温阶段每进气8min再停止进气35min，堆料高温发酵阶段每进气10min后停止进气40min；堆料降温后熟阶段每进气5min后停止45min。
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