CN105777351B - 一种猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法，一种猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法，包括如下步骤：(1)收集猪粪，向猪粪中加入改性剂，然后向猪粪中加入除臭剂，搅拌均匀，制得改性猪粪；(2)选取无木屑的食用菌栽培后菇渣，调节水分含量，好氧发酵，制得发酵菌渣；(3)将尿素、磷酸二铵、硫酸钾、发酵菌渣、豆粕粉、氨化褐煤、塑形剂混合均匀，制得辅料；(4)将改性猪粪进行固液分离，固体进行干燥，然后加入辅料，混合均匀，制得猪粪免发酵低成本有机肥。本发明所述猪粪免发酵低成本有机肥不经堆腐发酵，原料的粗纤维含量高，密度较低，可生化潜力大，施入土壤后有利于改善土壤的通气性、保肥性、保水性。
Description
技术领域
本发明涉及一种猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法，特别涉及一种利用功能性改性剂处理规模化养猪场粪便制取低成本有机肥的方法，属于养殖粪便循环利用技术领域。
背景技术
随着畜禽养殖业的发展，其集约化程度越来越高，专业化特征越来越明显。从事养殖的不种地，粪便不能当作肥料；种地的不再从事养殖，农业生产依赖化肥，畜禽粪便用作农田肥料的比重大幅度下降。这导致养殖业与种植业日益分离，循环农业的链节中断。由于猪场粪污具有含水量大、流动性强、粘稠度高、病原危害严重等特点，而成为了畜禽养殖粪便中资源化利用程度最差的种类。
中国专利文献CN102887738A(申请号：201210427018.0)公开了一种利用猪粪及益生菌液、玉米粉、酒糟等混合发酵制取猪粪有机肥猪的技术，但其物料混合拌匀具有很大难度，且发酵过程较长，不适合规模化生产；中国专利文献CN103951474A(申请号：201410218669.8)公开了将生物菌、糖蜜和水混合发酵后得发酵菌液，而后拌进猪粪与过磷酸钙、稻壳、木屑等的混合料中，而后建堆发酵制取有机肥；中国专利文献CN201933024U(申请号：201120026726.4)公开了利用机械技术解决猪粪机械化发酵的工艺过程，但设备的运转效果难以保证；中国专利文献CN103708967A(申请号：201310746826.8)公开了将猪粪便经过干湿分离后，经微生物动态－连续高温发酵而制取有机肥的方法；中国专利文献CN204237690U(申请号：201420684909.9)公开了一种猪粪专用发酵装置。
当前农田土壤的有机质缺乏问题日趋严峻，不是市场上缺少有机肥，而是有机肥的价格太高。从以上技术中也可以看出，尽管畜禽粪便制取有机肥技术是研究热点，但很多研究不考虑技术的实用性：要么设备投资昂贵、要么发酵堆腐过程复杂、抑或产品附加成本过高致使生产出的有机肥价格超出农户的承受能力。
中国专利文献CN 101659582(申请号：200910114370.7)公开了一种迅速转化畜禽粪便为高效肥的方法，该方法是一种不发酵快速制肥的技术，该技术是采用高浓度硫酸为酸化剂，经加热搅拌在70～80℃的条件下水解，并拌入填充物后制取高效有机肥。但该方法制得的有机肥肥效起效慢，无法满足作物生长的需求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法。
本发明技术方案如下：
一种制备猪粪免发酵有机肥专用的功能性改性剂，由甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)、氢氧化钙和磷酸二氢钾构成。
根据本发明优选的，上述改性剂，组分如下，均为重量份：
甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)1～5份，氢氧化钙95～99份，磷酸二氢钾95～100份。
根据本发明优选的，上述改性剂，组分如下，均为重量份：
甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)1份，氢氧化钙99份，磷酸二氢钾100份。
一种猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)收集猪粪，按0.3～0.8kg/m3的加入量向猪粪中加入改性剂，然后向猪粪中加入除臭剂，搅拌均匀，制得改性猪粪；
(2)选取无木屑的食用菌栽培后菇渣，调节水分含量55～65％，好氧发酵14天以上，制得发酵菌渣；
(3)按照尿素5～10重量份、磷酸二铵5～8重量份、硫酸钾6～10重量份、步骤(2)制得的发酵菌渣30～40重量份、豆粕粉10～20重量份、氨化褐煤20～30重量份、塑形剂5～8重量份的比例混合均匀，制得辅料；
(4)将步骤(1)制得的改性猪粪进行固液分离，固体进行干燥，然后按重量百分比20％～35％加入步骤(3)制得的辅料，混合均匀，制得猪粪免发酵低成本有机肥。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中的猪粪中固形物含量(TS)为5％～8％。
根据本发明优选的，所述步骤(1)改性剂先配制成质量浓度为5～15％的改性剂溶液，再向猪粪中添加。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中的除臭剂组分如下，均为重量份：
硫酸亚铁4500～5500份，硫酸镁4500～5500份，香草醛0.05～0.15份。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中的除臭剂的加入量为0.3～0.8kg/m3，除臭剂先配制成质量浓度为5～15％的除臭剂溶液，再向猪粪中添加。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中塑形剂为钙粉和/或膨润土。
根据本发明优选的，所述步骤(4)中，固液分离采用压滤，滤网孔径≤0.5mm。
根据本发明优选的，所述步骤(4)中，干燥后固体的含水量为60％～65％。
根据本发明优选的，还包括造粒、粉筛、计量包装的步骤。
根据本发明进一步优选的，所述的造粒采用具有升温功能的挤压造粒装置，造粒后的温度保持在55～65℃，经冷却后，颗粒含水率≤28％。
有益效果
1、本发明所述猪粪免发酵低成本有机肥不经堆腐发酵，原料的粗纤维含量高，密度较低，可生化潜力大，施入土壤后有利于改善土壤的通气性、保肥性、保水性；
2、本发明所述猪粪免发酵低成本有机肥价格较低，与现有的猪粪有机肥相比，不经堆腐发酵过程，有效降低制肥的周期和工序，价格可降低40％以上；
3、本发明所述猪粪免发酵低成本有机肥施用后可显著改善土壤的物理性状，同时逐步改良土壤的化学性状，并能有效改善土壤微生物区系，与现有的商品有机肥相比，具有更好的“有机”特征；
4、本发明首次公开了由甲基丙烯酸羟丙酯、磷酸二氢钾及氢氧化钙组成的改性剂，该改性剂是在维持体系酸碱平衡的基础上，有效软化猪粪纤维，并洗脱掉部分抗生素及重金属等物质，既有利于原料的干化，也便于纤维的自然断裂，从而提高有机肥产品的商品性和经济性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步阐述，但本发明所保护范围不限于此。
甲基丙烯酸羟丙酯购自南京手牵手化工科技有限责任公司；
香草醛购自上海谱振生物科技有限公司，品牌名“克拉玛尔”；
本实施例中风化褐煤、尿素、磷酸二铵、硫酸钾，钙粉、膨润土、豆粕粉、氢氧化钙、磷酸二氢钾等均为普通市售产品；
实施例1
一种制备猪粪免发酵有机肥用改性剂，组分如下，均为重量份：
甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)1份，氢氧化钙99份，磷酸二氢钾100份。
实施例2
一种制备猪粪免发酵有机肥用改性剂，组分如下，均为重量份：
甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)2份，氢氧化钙99份，磷酸二氢钾99份。
实施例3
一种制备猪粪免发酵有机肥用改性剂，组分如下，均为重量份：
甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)5份，氢氧化钙95份，磷酸二氢钾100份。
实施例4
山东省肥城市天蓬府猪业有限责任公司的规模化养猪场实施，该猪场利用水冲粪工艺来清理粪便，粪便流入粪污储存池(池容5m3，粪污量3m3)，粪污固形物含量为6％。
分别采用实施例1～3中的制备猪粪免发酵有机肥用改性剂按如下方法制备猪粪免发酵低成本有机肥，标记为实验组1～3，同时采用不加改性剂的作为对照组，猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)收集猪粪，按0.5kg/m3的加入量向猪粪中加入改性剂，改性剂加入前先配制成质量浓度为10％的改性剂溶液，然后0.5kg/m3的加入量向猪粪中加入除臭剂，除臭剂加入前先配制成质量浓度为10％的除臭剂溶液，搅拌均匀，制得改性猪粪；
除臭剂组分如下：
硫酸亚铁5kg，硫酸镁5kg，香草醛0.1g；
(2)选用平菇栽培的下脚料，经晾晒后翻匀，而后加好氧发酵菌剂(施用量0.1kg/m3，购自山东省食用菌联盟济南试验站)，加水调节至含水率60％，建成高1.5米的条垛形自然发酵，7日后翻堆建垛再发酵7日，制得发酵菌渣；
(3)按照称量尿素50kg、磷酸二铵50kg、硫酸钾50kg、发酵菌渣400kg、豆粕粉130kg、氨化褐煤300kg、钙粉20kg的比例混合均匀，制得辅料；
(4)将步骤(1)制得的改性猪粪进行固液分离(由山东鱼台绿化环保节能设备制造有限公司提供的小型猪粪专用固液分离机)，固体进行干燥至含水量为60％，制得猪粪固体2000kg，然后加入步骤(3)制得的辅料1000kg，混合均匀，造粒、粉筛、计量包装，制得直径1cm，高度0.5-0.8cm的圆柱状颗粒，即为猪粪免发酵低成本有机肥。
上述造粒采用石家庄圣仁利自动化设备有限公司生产的造粒机，造粒后的温度保持在55～65℃，经冷却后，颗粒含水率25％。
制得的猪粪免发酵低成本有机肥感观及养分含量的测定结果如表1所示：(对照组为未加改性剂)
表1产品质量及成分含量
从表1看出，未加改性剂处理，所的成品还有轻微屎臭味，并且原料干化困难，成品含水率高达32.33％，不能满足商品有机肥关于水分含量的要求；实验组1及实验组2、实验组3的成品都随甲基丙烯酸羟丙酯应用量的增加，成品的水分含量呈逐渐下降趋势，但考虑到成本以及本化工产品的环境安全性，应用量越低越安全，故得此优选方案。
产品的成本估算见表2.
表2.产品的成本估算
注：以上为3吨有机肥生产的总费用，有机肥中氮磷钾总含量10.65％
从表2看出，生产3吨该有基肥的总原料费用为1042元，即每吨原料费约为350元，且有机肥中的氮磷钾项能达到10％以上，性价比优势突出。
实验例1
为了验证实施例4中猪粪免发酵低成本有机肥的应用效果，在山东省泰安市岱岳区马庄镇某露地西红柿栽培中进行了应用效果试验，处理1为某品牌发酵完全的有机肥，处理2为实施例4实验组1中的猪粪免发酵低成本有机肥，2种肥料做基肥施用，施用量均为6000kg/hm2(两种施肥处理的花费相当)；其他化肥、冲施肥等均按种植习惯使用。试验中对西红柿产量的结果见表3，试验后对土壤理影响见表4。
表3产品对西红柿生长及产量的影响
从表3中可以看出：施用实施例的猪粪免发酵低成本有机肥与施用其他商品有机肥相比相比，西红柿产量提高33.91％，株高增加了14.71％，茎粗增加了24.8％，植株生物量增加了31.82％。表明猪粪免发酵低成本有机肥能够促进西红柿的生长，且增产效果显著。
表4产品对土壤物理性状的影响
从表4可以看出，施用本发明的猪粪免发酵低成本有机肥以后，与施用发酵完全的有机肥相比，土壤容重下降了13.48％，土壤孔隙度增加14.81％，有机质含量增加7.82％，土壤的固相降低6.63％，液相和气相分别增加了6.32％和11.70％；这是因为猪粪免发酵低成本有机肥与发酵好的有机肥相比，前者含有更多的粗纤维等有机物，这些有利于土壤的疏松，也能为土壤微生物提供繁衍富集的食料，从而有利于土壤空气含量的增加。
实施例5
一种猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法，包括如下步骤：
(1)收集猪粪，按0.8kg/m3的加入量向猪粪中加入改性剂，改性剂加入前先配制成质量浓度为10％的改性剂溶液，然后按0.3kg/m3的加入量向猪粪中加入除臭剂，除臭剂加入前先配制成质量浓度为10％的除臭剂溶液，搅拌均匀，制得改性猪粪；
除臭剂组分如下：
硫酸亚铁5kg，硫酸镁5kg，香草醛0.1g；
(2)选用金针菇栽培的下脚料，经晾晒后翻匀，而后加好氧发酵菌剂(施用量0.1kg/m3，购自山东省食用菌联盟济南试验站)，加水调节至含水率65％，建成高1.5米的条垛形自然发酵，7日后翻堆建垛再发酵10日，制得发酵菌渣；
(3)按照称量尿素50kg、磷酸二铵75kg、硫酸钾75kg、发酵菌渣350kg、豆粕粉200kg、氨化褐煤200kg、钙粉20kg的比例混合均匀，制得辅料；
(4)将步骤(1)制得的改性猪粪进行固液分离(由山东鱼台绿化环保节能设备制造有限公司提供的小型猪粪专用固液分离机)，固体进行干燥至含水量为60％，制得猪粪固体3100kg，然后加入步骤(3)制得的辅料950kg，混合均匀，造粒、粉筛、计量包装，制得直径1cm，高度0.5～0.8cm的圆柱状颗粒，即为猪粪免发酵低成本有机肥。
上述造粒采用石家庄圣仁利自动化设备有限公司生产的造粒机，造粒后的温度保持在55～65℃，经冷却后，颗粒含水率25％。
实验例2
对实施例5制备的猪粪免发酵低成本有机肥做基肥施用于花生或地瓜、土豆等根茎类经济作物，施用量为每亩250kg。
该肥料在肥城市桃园镇张里庄村的露地土豆上进行了应用试验，处理1为农民常规施肥作为对照组，即基施农家肥12000kg/hm2，15-15-15的复合肥1500kg/hm2；处理2为商品有机肥处理，即基施商品有机肥5000kg/hm2，15-15-15的复合肥1500kg/hm2；处理3为实施例5制备的猪粪免发酵低成本有机肥，即基施猪粪免发酵低成本有机肥5000kg/hm2，15-15-15的复合肥1500kg/hm2；其试验结果见表5。
表5产品对土豆产量和经济性状的影响
从表5可以看出，商品有机肥处理土豆产量低于施用农家肥，而本发明的猪粪免发酵低成本有机肥在施用250kg/亩的条件下，比亩施800Kg农家肥的处理还略有增产；并且使用本发明的免发酵有机肥能够有效降低薯块的发病率，大中薯率也有显著提高，从而能够显著提升土豆的商品性状。
实施例6
按实施例4所述的制备方法制备猪粪免发酵低成本有机肥，不同之处在于其辅料由以下成分组成：
尿素75kg、磷酸二铵20kg、硫酸钾55kg、发酵菌渣450kg、豆粕粉150kg、氨化褐煤200kg、钙粉20kg，膨润土30kg，辅料的添加比例为30％；制备方法同实施例1，但不经过造粒环节，以掺混好的粉状直接装袋。所生产的有机肥主要用于菠菜、生菜等叶菜类蔬菜种植前的基肥施用。施用量为每亩300kg。
Claims (11)
1.一种猪粪免发酵低成本有机肥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）收集猪粪，按0.3～0.8kg/m³的加入量向猪粪中加入改性剂，然后向猪粪中加入除臭剂，搅拌均匀，制得改性猪粪；
所述改性剂，组分如下，均为重量份：
甲基丙烯酸羟丙酯1～5份，氢氧化钙95～99份，磷酸二氢钾95～100份；
（2）选取无木屑的食用菌栽培后菇渣，调节水分含量55～65%，好氧发酵14天以上，制得发酵菌渣；
（3）按照尿素5～10重量份、磷酸二铵5～8重量份、硫酸钾6～10重量份、步骤（2）制得的发酵菌渣30～40重量份、豆粕粉10～20重量份、氨化褐煤 20～30重量份、塑形剂5～8重量份的比例混合均匀，制得辅料；
（4）将步骤（1）制得的改性猪粪进行固液分离，固体进行干燥，然后按重量百分比20%～35%加入步骤（3）制得的辅料，混合均匀，制得猪粪免发酵低成本有机肥。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的猪粪中固形物含量为5%～8%。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）改性剂先配制成质量浓度为5～15%的改性剂溶液，再向猪粪中添加。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的除臭剂组分如下，均为重量份：
硫酸亚铁4500～5500份，硫酸镁4500～5500份，香草醛0.05～0.15份。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的除臭剂的加入量为0.3～0.8kg/m³，除臭剂先配制成质量浓度为5～15%的除臭剂溶液，再向猪粪中添加。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的改性剂，组分如下，均为重量份：
甲基丙烯酸羟丙酯1份，氢氧化钙99份，磷酸二氢钾100份。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中塑形剂为钙粉和/或膨润土。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，固液分离采用压滤，滤网孔径≤0.5mm。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，干燥后固体的含水量为60%～65%。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括造粒、粉筛、计量包装的步骤。
11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述的造粒采用具有升温功能的挤压造粒装置，造粒后的温度保持在55～65℃，经冷却后，颗粒含水率≤28%。
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