CN102173897A - 农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法 - Google Patents

Abstract

一种农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，处理步骤为：a.将剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便混合，再通过压榨将混合物中的液固成分分离，压榨所得固体残渣浸泡后再次压榨使液固成分分离；b.对上步两次所得压榨汁液混合后，向其中接种活性污泥，混合汁液在热风条件下水解发酵，发酵周期1－10天，再真空浓缩、冷却后得复合微生物菌剂产品；c.将步骤a所得的压榨残渣，在热风条件下水解发酵，再在热风下干燥后冷却装袋，即为低腐殖化稳定态碳源有机物产品。充分利用了农业大量产生作物秸秆和规模化产生的畜禽粪便，将很多农业有机废弃物资源化，变废为宝，减少了可能存在的环境二次污染。

Description

农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法

技术领域

本发明属于一种农业固体废弃物处理利用技术领域，特别是一种农业固体废弃物好氧高温水解发酵处理利用技术，涉及混合作物秸秆和畜禽粪便处理与资源化的方法。

背景技术

现有技术：混合秸秆粪便等农业固废是农村垃圾的重要组分，是造成面源污染的重要成因之一。其实，混合秸秆粪便等农业固废含有丰富的有机质和一定量的氮磷钾等养分，是一种重要的生物质肥源。以滇池流域为例，全年各种作物秸秆和畜禽粪便等农业固废产量达300多万吨，其中有100多万吨不宜作为饲料或还田利用，未被有效处理，乱堆、乱倒、乱放的现象突出，一方面造成了环境污染，另一方面浪费了资源。研究开发高效的农业固废资源化处理利用技术，实现农业固废的循环利用，对于保护环境、节能减排、防治面源污染，提供农业可持续发展水平具有重要意义。

针对混合秸秆粪便等农业固废，常用的处理利用方法有厌氧水解发酵和堆肥处理。厌氧水解发酵实质就是沼气池技术，沼气池技术由于受到很多方面的原因，目前尚不能大范围推广。堆肥技术对农业废弃物减量化、无害化、稳定化和资源化是当前国际发展的热点科学，但是普遍存在处理周期长，处理过程养分物质损失大，处理产物应用价值较低的问题。因此，堆肥发酵技术需继续改进，主要体现在：

有机固体废弃物堆肥处理的最适宜C/N为25～30：1。由于畜禽粪便的C/N一般较低，因而在进行发酵加入一定量的秸秆，可以调节C/N比。传统发酵过程，一般实行液固原料一起发酵，严重降低了低腐殖化碳源有机物产能，因此，有必要开发液固分离发酵技术。

堆肥过程是一个放热过程，若不加控制，温度可达75℃～80℃。温度过高会过度消耗有机质，影响堆肥产品质量，而且使微生物进入死亡或休眠状态；温度过低会减慢有机物的分解速度。因此，开发稳定的人工控温***，保持垛堆内部受温均匀是发酵工艺研究的一项关键技术。

微生物的活动与氧含量密切相关，供氧量的多少影响堆肥速度和质量。一般认为，在堆体中的氧含量应保持在5％-15％。因此，开发供氧方式与提高氧气利用率，实现垛堆内部均匀充氧，保持氧含量的稳定的技术很有必要。

传统发酵技术重在处理和降解农业固废，显而易见传统堆肥发酵过程，碳源有机物在发酵过程中大部分降解成为腐殖化碳源有机物。然而腐殖殖碳源有机物对作物生长并没有很重要的影响，从这个层面讲，传统的堆肥发酵技术浪费了很多碳源有机物。不过，低腐殖化碳源有机物可以促进作物生长，调节土壤生态***，尤其是改善土壤物理结构。因此，在改变传统发酵产物的利用方式，从养分利用的角度开发新型利用发酵产物的技术，不但可以提高养分的利用率，而且可以完善和延伸养分在农田生态***内部的循环。

我国是一个农业大国，粗略估计每年都有上300多亿吨的农业废弃物被抛弃。其中北方地区以麦秸秆为住，并且由于北方天气的特点以及耕作的习惯，很少将麦秸秆回收利用，而是直接将其焚烧，即浪费资源，同时又污染了大气环境。南方农业则主要以稻草秸秆为住，南方地区经济发展的今天，很多部分的稻草秸秆已经不作为了燃料了，而是直接堆置在田间，让其自由腐烂，这种无规范的处置方式，也给环境带来了危害，同时也造成了资源的浪费。此外我国还有以下的植物残体需要处置，如杂草、木屑、树叶、棉、麻、向日葵、豆秸、油料作物壳、稻壳和甘蔗渣等。因此同时，随着养殖业的规模化发展，畜禽粪便也成了农村另一个重要的污染源，并且畜禽粪便中含有病源生物，处置不当，可能产生更大的环境灾害。

发明内容

技术问题：本发明针对上述技术空白，提供一种农业固体废弃物好氧高温水解发酵处理利用方法。该方法有效利用了以往的农业固体废弃物，减少了环境污染。

技术方案：一种农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，处理步骤为：a.将剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便按重量比1：6～5：2混合，再通过压榨将混合物中的液固成分分离，压榨所得固体残渣浸泡12～72小时后再次压榨使液固成分分离；b.对上步两次所得压榨汁液混合后，采用醋酸或石灰水调节pH，pH范围4.5～8.5，向其中接种0.1%～0.3%压榨混合汁液重量的活性污泥，混合汁液在40～70℃热风条件下水解发酵，液体内部温度控制在30～60℃，发酵周期1－10天，再真空浓缩、冷却后得复合微生物菌剂产品；c.将步骤a所得的压榨残渣，用醋酸或石灰水调节pH在4.5～8.5左右，含水量在50～60wt％，在40～70℃热风条件下水解发酵，垛堆内部控制在30～60℃，水解发酵时间1～10天，再在50～60℃热风下干燥至含水率在40～60wt％后，冷却装袋，即为低腐殖化稳定态碳源有机物产品。

上述剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便按重量比2：1～3：2混合。

上述步骤a、b中醋酸或石灰水调节pH为7.5。

上述活性污泥的接种量为混合汁液重量的0.2％。

上述混合汁液热风条件下水解发酵的温度为55－60℃。

有益效果：

1、充分利用了农业大量产生作物秸秆和规模化产生的畜禽粪便，将很多农业有机废弃物资源化，变废为宝，减少了可能存在的环境二次污染；

2、由于作物秸秆和畜禽粪便本身含有丰富的养分元素，如果采用传统的堆肥技术，大部分碳源有机物将变成腐殖化，而通过本发明的发酵处理技术，仅仅有少量易降解的碳源有机物转换成腐殖化，提高了养分的利用率；

3、优化调节和控制水解发酵工艺条件，不仅能够提高水解发酵处理速度和效果，并且有利于定向选择微生物形成优势种群。

4、用压榨分离方法，将混合秸秆粪便等农业固废进行液固分离，利用复合微生物，采用高温水解发酵处理方法对液态和固态物料进行分别处理。最后形成的稳定态非腐殖化碳源有机物，更适宜于生产和配制生物有机肥料及作物栽培基质，提高有机碳源、氮源、磷源等物质的转换利用率和推广应用价值。

5、农业固废好氧高温水解发酵处理利用生产工艺简单，一般的生物肥和有机无机复合肥工厂稍加改进就可以大规模生产。成本低廉，农业固废，尤其是作物秸秆和畜禽粪便来源丰富，生产过程环保安全；

6、由于复合微生物和低腐殖化稳定态碳源有机物是一种土壤***平衡需求的调节剂，因此本技术发明的产物具有环境安全性。

7、本发明可以广泛使用在各类生物肥、有机肥和有机无机复合肥以及作物栽培菌基质的配施用。可以供给给各类作物的生长和各类土壤的调理，尤其是高耗肥类作物和贫瘠、板结的土壤。

附图说明

图1为农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法的步骤示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，将剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便按重量比1：6混合，通过压榨将混合物中的液固成分分离，压榨所得固体残渣浸泡后再次压榨使液固成分分离；对上步两次所得压榨汁液混合后，采用醋酸或石灰水调节pH，pH范围4.5，向其中接种0.1%压榨混合汁液重量的活性污泥（活性污泥取自城市污水处理厂的好氧池污泥），混合汁液在40℃热风条件下水解发酵，液体内部温度控制在30℃，发酵周期1天，再真空浓缩、冷却后得复合微生物菌剂产品；将压榨残渣，用醋酸或石灰水调节pH在4.5左右，含水量在50wt％，在40℃热风条件下水解发酵，垛堆内部控制在30℃，水解发酵时间1天，再在50℃热风下干燥至含水率在40wt％后，冷却装袋，即为低腐殖化稳定态碳源有机物产品。

实施例2：

一种农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，将剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便按重量比5：2混合，通过压榨将混合物中的液固成分分离，压榨所得固体残渣浸泡后再次压榨使液固成分分离；对上步两次所得压榨汁液混合后，采用醋酸或石灰水调节pH，pH范围8.5，向其中接种0.5%压榨混合汁液重量的活性污泥（活性污泥取自城市污水处理厂的好氧池污泥），混合汁液在70℃热风条件下水解发酵，液体内部温度控制在60℃，发酵周期10天，再真空浓缩、冷却后得复合微生物菌剂产品；将压榨残渣，用醋酸或石灰水调节pH在8.5左右，含水量在60wt％，在70℃热风条件下水解发酵，垛堆内部控制在60℃，水解发酵时间10天，再在50～60℃热风下干燥至含水率在60wt％后，冷却装袋，即为低腐殖化稳定态碳源有机物产品。

实施例3：

一种农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，将剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便按重量比1：1混合，通过压榨将混合物中的液固成分分离，压榨所得固体残渣浸泡后再次压榨使液固成分分离；对上步两次所得压榨汁液混合后，采用醋酸或石灰水调节pH，pH范围7.5，向其中接种0.2%压榨混合汁液重量的活性污泥（活性污泥取自城市污水处理厂的好氧池污泥），混合汁液在55℃热风条件下水解发酵，液体内部温度控制在40℃，发酵周期1－10天，再真空浓缩、冷却后得复合微生物菌剂产品；将压榨残渣，用醋酸或石灰水调节pH在7.5左右，含水量在55wt％，在55℃热风条件下水解发酵，垛堆内部控制在40℃，水解发酵时间5天，再在55℃热风下干燥至含水率在50wt％后，冷却装袋，即为低腐殖化稳定态碳源有机物产品。

实施例4：

将从昆明市晋宁获得的干燥稻草秸秆切成长1～2cm的碎料，按照秸秆：猪粪重量比2:1混合均匀。混入压榨机中进行第一次压榨，汁液收集起来备用。压榨残渣在水体中浸泡30小时后，再进行第二次压榨。两次的汁液混合，用石灰水调节pH在7.5左右，采用污水厂的活性污泥接种，即直接添加0.2％混合汁液重量的活性污泥进行接种（活性污泥取自城市污水处理厂的好氧池污泥），搅拌汁液均匀。充入55℃的热风，维持3天，完成水解过程。将水解后的汁液倒入真空浓缩***浓缩，室温（25－30℃）下浓缩，将浓缩至基本无水分，浓缩物再在55℃的热风下干燥，含水率小于60wt％后取出装袋，这部分产品即为复合微生物菌剂。第二次压榨的残渣，用石灰水和醋酸调节pH在7.5，保持含水率在50％－60wt％，再搅入0.2%残渣重量的活性污泥，充入55℃的热风，同时进行搅拌，维持5天，完成水解过程。将水解后的残渣置于55℃的热风下干燥，含水率小于60wt％后取出装袋，这部分产品即为低腐殖化稳定态碳源有机物。将复合微生物菌剂产品和低腐殖化稳定态碳源有机物单独施用于农田，或者与生物肥料、有机肥料、有机无机复合肥料配合施用，复合微生物菌剂施用量每亩小于5kg, 低腐殖化稳定态碳源有机物每亩施用量小于200kg。

采用本发明制造的复合微生物菌剂按照1000g/亩施用在韭菜地中，韭菜生物量增产8％－15％。制造的低腐殖化稳定态碳源有机物按照50kg/亩施用在韭菜地中，韭菜增产5%－8％，并且土壤物理结构得到明显改善。

实施例5：

将从昆明市晋宁获得的干燥玉米秸秆粉碎，按照秸秆：猪粪重量比3：2混合均匀。混入压榨机中进行第一次压榨，汁液收集起来备用。压榨残渣在水体中浸泡20小时后，再进行第二次压榨。两次的汁液混合，用石灰水调节pH在7.5左右，采用污水厂的活性污泥接种，即直接添加0.2％混合汁液重量的活性污泥进行接种（活性污泥取自城市污水处理厂的好氧池污泥），搅拌汁液均匀。充入55℃的热风，维持2天，完成水解过程。将水解后的汁液倒入真空浓缩***浓缩，室温下浓缩，将浓缩至基本无水分，浓缩物再在55℃的热风下干燥，含水率小于60wt％后取出装袋，这部分产品即为复合微生物菌剂。第二次压榨的残渣，用石灰水和醋酸调节pH在7.5，保持含水率在50wt％－60wt％，再搅入0.2%残渣重量的活性污泥，充入55℃的热风，同时进行搅拌，维持5天，完成水解过程。将水解后的残渣置于55℃的热风下干燥，含水率小于60％后取出装袋，这部分产品即为低腐殖化稳定态碳源有机物。将复合微生物菌剂产品和低腐殖化稳定态碳源有机物单独施用于农田，或者与生物肥料、有机肥料、有机无机复合肥料配合施用，复合微生物菌剂施用量每亩小于5kg, 低腐殖化稳定态碳源有机物每亩施用量小于200kg。

采用本发明制造的复合微生物菌剂按照1000g/亩施用在雪莲果地中，雪莲果产量增加6％－10％。制造的低腐殖化稳定态碳源有机物按照100kg/亩作为底肥施用在雪莲果地中，雪莲果产量增加10%－18％，并且土壤物理结构得到明显改善。

Claims (5)

1.一种农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，其特征在于处理步骤为：

a.将剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便按重量比1：6～5：2混合，再通过压榨将混合物中的液固成分分离，压榨所得固体残渣浸泡12～72小时后再次压榨使液固成分分离；

b.对上步两次所得压榨汁液混合后，采用醋酸或石灰水调节pH，pH范围4.5～8.5，向其中接种0.1%～0.3%压榨混合汁液重量的活性污泥，混合汁液在40～70℃热风条件下水解发酵，液体内部温度控制在30～60℃，发酵周期1－10天，再真空浓缩、冷却后得复合微生物菌剂产品；

c.将a步骤的压榨残渣，用醋酸或石灰水调节pH在4.5～8.5左右，含水量在50～60wt％，在40～70℃热风条件下水解发酵，垛堆内部控制在30～60℃，水解发酵时间1～10天，再在50～60℃热风下干燥至含水率在40～60wt％后，冷却装袋，即为低腐殖化稳定态碳源有机物产品。

2.根据权利要求1所述的农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，其特征在于剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便按重量比2：1～3：2混合。

3.根据权利要求1所述的农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，其特征在于步骤a和步骤b中用醋酸或石灰水调节pH为7.5。

4.根据权利要求1所述的农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，其特征在于活性污泥的接种量为混合汁液重量的0.2％。

5.根据权利要求1所述的农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法，其特征在于混合汁液热风条件下水解发酵的温度为55－60℃。

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