一种规模化养猪场粪污半固态发酵沼肥生产及施用方法与流程

1.本发明属于粪污处理技术领域，具体涉及一种规模化养猪场粪污半固态发酵沼肥生产与施用方法。


背景技术：

2.近年来，随着人民生活水平的提升，对禽肉类产品需求量不断增加，促使畜禽养殖业快速发展，但在集约化、规模化的养殖模式下排放的大量粪尿和养殖废水己成为许多城市和农村的新兴污染源。据测算，1头生猪年产粪尿约为2.5t，2018年我国生猪出栏量约为6.94亿头，生猪粪便排放总量为27621万t，尿液排放总量为45575.5万t。如果一个大型养猪场的畜禽废水未经处理直接排放，粪污中各种复杂营养物质直接进入周边水体，将造成水体严重富营养化；粪污中伴有刺激性恶臭气味的尘埃、微生物等，散布在养殖场及周边的空气中，极易导致人体呼吸道疾病的产生和蔓延；粪污中残留的重金属、抗生素、兽药及激素等物质，直接施用于农田，不仅会影响和破坏土壤性状，还会降低农作物品质和产量；粪污中含有的多种病原体，如果未经无害化处理而随意堆置在养殖场周围，会导致疫病的产生和传播，降低畜禽机体抵抗力，增加畜禽的发病率、死亡率，甚至影响其后代的生产性能以及优良品种的选育。
3.目前国内外对畜禽粪污的处理方式主要有资源化利用和治理达标排放两种方式。
4.资源化利用主要有两种方式：一是沼气工程，将畜禽粪污进行固液分离，固体粪便用于制造肥料，液体粪水用于发酵制沼气；另一种是生态循环应用，将固体粪便制作有机肥，施用于牧草、蔬菜、农作物等，液体粪水经过厌氧处理，得到的净化水可以供养殖场二次使用，产生的沼泥、沼液和沼气可以分别用于制造有机肥、养殖场内部燃料等，达到养殖场粪污零排放的目的。但是，目前国内畜禽场存在管理方式落后、深度处理不到位、受季节灌溉影响大、处理后污染物浓度仍然高等问题，大部分养殖场都很难实现养殖粪污零排放。
5.处理后达标排放作为畜禽粪污处理的另一重要方式，主要通过格栅池、水解池、活性污泥池、沉淀池和消毒池等设施环节的处理，达到畜禽污水达标排放，但是由于其投资大、运行费用高，对大部分处于微利经营的养殖业并不适用。
6.基于上述国内规模化养殖场粪污处理中存在的问题，发展规模化养殖场，急需一种高效的养殖物资与能源高效利用的方法，既能解决养殖场产生的大量粪污，也能充分实现粪污的资源化利用。


技术实现要素：

7.针对现有技术处理后污染物浓度仍然很高、资源利用率不高、深度处理不到位、投资大、运行费用高的问题，本发明提供一种规模化养猪场粪污半固态发酵沼肥生产与施用方法，其目的在于：提高资源利用率、降低粪污污染物浓度与投资、运行成本。
8.本发明采用的技术方案如下：
9.一种规模化养猪场粪污半固态发酵沼肥生产及施用方法，通过两级发酵与混合工
艺制备半固态发酵沼肥。
10.采用上述方案，其制备处的半固态发酵沼肥，避免了粪污对生态环境的污染，同时在发酵过程中产生了沼气，实现了能源的高效利用，最终制得的半固态沼肥作为有机肥施用，更是实现了粪污中营养物质的资源化利用，实现了在保护环境的同时，也创造了经济效率，为微利经营的养殖业实现粪污资源化利用提供了可能。
11.具体包括以下步骤：
12.a.通过粪污收集系统与调节池进行粪污的收集与进料调节；
13.b.将调节后的粪污进行两级厌氧发酵，得到沼气和发酵后的粪污；
14.c.将两级厌氧发酵后的粪污进行沼液沼渣混合，得到半固态发酵沼肥；
15.d.沼液回流循环至调节池；
16.e.沼肥储存、配送施用。
17.采用上述方案，其中粪污收集系统为人工清粪，再用清水冲洗，通过管道流入调节池，与回流沼肥混合，调节后的粪污进入升流式厌氧固体反应器进行一侧厌氧发酵，再进入完全混合式厌氧反应器进行二次厌氧发酵，其中沼液回流至调节池，不仅给调节池带去大量微生物，明显提高厌氧发酵效率，还可对进料起到浓度调节作用，其中步骤c中通过进行对两级发酵后的沼液沼渣的混合形成半固态发酵沼肥，避免了粪污对生态环境的污染。
18.所述步骤a通过粪污收集系统与调节池进行，使进料浓度控制在6％左右。
19.所述步骤c的沼液流入方式为持续流入，沼渣为间断式进入，沼渣添加量应控制半固态沼肥固液比在1:9-1:4之间。
20.所述步骤c中得到的半固态发酵沼肥ph值为6.5-7.5，有机质含量为450-500g/kg，氮含量为7.52-13.97g/kg，磷含量为9.58-17.79g/kg，钾含量为3.5-5.0g/kg。
21.所述步骤c中的半固态发酵沼肥ph小于6时，使用碳酸氢钠调节沼肥ph值至7.5-8.5。
22.采用上述方案，调节混合池中的ph值保持在7.5-8.5时，其中回流循环用的沼液可维持弱碱性，保持其弱碱性的目的为：消除厌氧发酵过程中酸累积的影响；已有大量研究表明粪污厌氧发酵过程存在酸累积现象，随着厌氧发酵系统的运行，粪污的ph值会逐渐下降，当ph值降低至4以下时，厌氧发酵效率明显降低，沼气产生量也会明显降低。针对酸累积问题，设置了当进入混合池的粪污ph值降低至6以下时，需及时调节ph至7.5-8.5，调节ph后的沼肥通过回流循环进入调节池，提高进料ph，从而调节厌氧发酵过程中粪污的ph，消除酸累积带来的影响。
23.所述步骤d沼液回流循环通过沼液回流系统将混合池中的沼液回流至调节池，所述沼液回流比例为40％-50％。
24.所述步骤e的具体步骤为：
25.e1通过罐车与管道方式将半固态发酵沼肥运送到需要施肥地块；
26.e2对于非施肥季节，将所述沼肥输送到田间沼肥储存池中，到作物需要施肥时节，再从储存池中配送沼肥；
27.e3结合土壤供肥能力、土地承载力以及沼肥肥力指标计算半固态发酵沼肥作为基肥在果树、粮食作物及蔬菜地块上的施用量。
28.e4根据得出的施用量进行半固态发酵沼肥的匹配化施用
29.采用上述方案，有效解决了作物季节性需水肥与养猪场持续性粪污排放间的矛盾，且对田地的匹配化施用，实现了对各种作物的匹配施肥，避免了沼肥施用量与土地承载力、土壤供肥力不匹配而造成环境污染或是肥力不够等现象。
30.所述步骤e4的具体方法为：将半固态发酵沼肥作为基肥在果树、粮食作物及蔬菜地块上的施用方法分别采用机械沟施、机械化注入和机械喷洒。
31.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
32.1.其制备的半固态发酵沼肥，避免了粪污对生态环境的污染，同时在发酵过程中产生了沼气，实现了能源的高效利用，最终制得的半固态沼肥作为有机肥施用，更是实现了粪污中营养物质的资源化利用，实现了在保护环境的同时，也创造了经济效率，为微利经营的养殖业实现粪污资源化利用提供了可能。
33.2.其中粪污收集系统为人工清粪，再用清水冲洗，通过管道流入调节池，与回流沼肥混合，调节后的粪污进入升流式厌氧固体反应器进行一次厌氧发酵，再进入完全混合式厌氧反应器进行二次厌氧发酵，其中沼液回流至调节池，不仅给调节池带去大量微生物，明显提高厌氧发酵效率，还可对进料起到浓度调节作用，其中步骤c中通过进行对两级发酵后的沼液沼渣的混合形成半固态发酵沼肥，避免了粪污对生态环境的污染
34.3.调节混合池中的ph值保持在7.5-8.5时，其中回流循环用的沼液可维持弱碱性，保持其弱碱性的目的为：消除厌氧发酵过程中酸累积的影响；已有大量研究表明粪污厌氧发酵过程存在酸累积现象，随着厌氧发酵系统的运行，粪污的ph值会逐渐下降，当ph值降低至4以下时，厌氧发酵效率明显降低，沼气产生量也会明显降低。针对酸累计问题，设置了当进入混合池的粪污ph值降低至6以下时，需及时调节ph至7.5-8.5，调节ph后的沼肥通过回流循环进入调节池，提高进料ph，从而调节厌氧发酵过程中粪污的ph，消除酸累积带来的影响。
35.4.有效解决了作物季节性需水肥与养猪场持续性粪污排放间的矛盾，且对田地的匹配化施用，实现了对各种作物的匹配施肥，避免了沼肥施用量与土地承载力、土壤供肥力不匹配而造成环境污染或是肥力不够等现象。
附图说明
36.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
37.图1是本发明的一种实施方案的流程图；
具体实施方式
38.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
39.下面结合图1对本发明作详细说明。
40.实施例一：
41.一种规模化养猪场粪污半固态发酵沼肥生产及施用方法，通过两级发酵与混合工艺制备半固态发酵沼肥。
42.具体包括以下步骤：
43.a.通过粪污收集系统与调节池进行粪污的收集与进料调节；
44.b.将调节后的粪污进行两级厌氧发酵；
45.c.将两级厌氧发酵后的粪污进行沼液沼渣混合，得到半固态发酵沼肥；
46.d.沼液回流循环至调节池；
47.e.沼肥储存、配送施用。
48.所述步骤a通过粪污收集系统与调节池进行，使进料浓度控制在6％左右。
49.所述步骤c的沼液流入方式为持续流入，沼渣为间断式进入，沼渣添加量应控制半固态沼肥固液比在1:9-1:4之间。
50.所述步骤c中得到的半固态发酵沼肥ph值为6.5-7.5，有机质含量为450-500g/kg，氮含量为7.52-13.97g/kg，磷含量为9.58-17.79g/kg，钾含量为3.5-5.0g/kg。
51.所述步骤c中的半固态发酵沼肥ph小于6时，使用碳酸氢钠调节沼肥ph值至7.5-8.5。
52.所述步骤d沼液回流循环通过沼液回流系统将混合池中的沼液回流至调节池，所述沼液回流比例为40％-50％。
53.所述步骤e的具体步骤为：
54.e1通过罐车与管道方式将半固态发酵沼肥运送到需要施肥地块；
55.e2对于非施肥季节，将所述沼肥输送到田间沼肥储存池中，到作物需要施肥时节，再从储存池中配送沼肥；
56.e3结合土壤供肥能力、土地承载力以及沼肥肥力指标计算半固态发酵沼肥作为基肥在果树、粮食作物及蔬菜地块上的施用量。
57.e4根据得出的施用量进行半固态发酵沼肥的匹配化施用
58.所述步骤e4的具体方法为：将半固态发酵沼肥作为基肥在果树、粮食作物及蔬菜地块上的施用方法分别采用机械沟施、机械化注入和机械喷洒。
59.其中粪污收集系统的具体方式为通过人工清粪，再用清水冲洗，通过管道流入调节池，并与回流的沼液混合，其进料浓度需保持在6％左右，混合后，粪污进入升流式厌氧固体反应及进行一次厌氧发酵，再进入完全混合式厌氧反应器进行二次厌氧发酵；进料在第一次厌氧反应器中进行中温发酵，温度控制在35℃，停留时间为15-20天；第一次发酵后粪污进入完全混合式厌氧发酵罐进行二次发酵，发酵温度控制在35℃，停留10-15天；
60.粪污经二次发酵后，发酵产物进入混合池，其中混合池中的粪污需要保证其弱碱性，具体措施是通过加入碳酸氢钠，将混合池中的ph值保持在6.5-7.5之间，通过该种方案，使回流至调节池的沼液能够起到调节酸碱度的作用，提高厌氧发酵系统中的ph值，可消除酸累积带来的影响。
61.其中e3步骤的半固态发酵沼肥的施用量计算具体参考《畜禽粪污土地承载力测算技术指南》
62.其中半固态发酵沼肥作为基肥在茶树或果树田间的实用方法为，在9月底至10月中旬，采用条沟(或环沟)法施肥，在每棵树冠滴水圈对应挖长60cm-80cm、宽20cm-30cm、深30cm-40cm的施肥沟，先将半固态沼肥采用机械化或半机械化灌溉技术直接施入沟中，然后回填覆土10-15cm，半固态发酵沼肥施用量需根据土壤供肥能力、土地承载力及沼肥肥力进行计算，每亩施用量约为10-15方。
63.其中半固态发酵沼肥作为基肥在蔬菜地田间的施用方法为将半固态发酵沼肥施
撒于地块中，然后翻耕，经过冬闲后，再种植蔬菜。半固态发酵沼肥施用量需根据土壤供肥能力、土地承载力及沼肥肥力进行计算，每亩施用量约为3.5-4.5方。
64.其中半固态发酵沼肥作为基肥在粮食作物田间的施用方法为在作物移栽前，采用机械化注入技术直接施用半固态发酵沼肥，半固态发酵沼肥施用量需根据土壤供肥能力、土地承载力及沼肥肥力进行计算，每亩施用量约为2.5-3.5方。
65.实施例二：
66.在一个年存栏6万头的养猪场，日常产生畜禽粪污采用水冲粪清粪方式。畜禽粪便通过沟渠进入沉淀池，经多层沉淀后上清液排出，底部污泥用管道流入调节池与回流沼液一起稀释鲜粪，控制进料浓度在6％左右。进料在调节池搅拌均匀后通过泵运送到升流式厌氧固体反应器，进料在厌氧反应器中进行中温发酵，温度控制在35℃，停留时间为18天。再经完全混合式厌氧发酵罐进行二次发酵，发酵温度控制在35℃，停留11天。经过二次发酵后的沼液沼渣进入混合池中，其中沼液为持续流入混合池，沼渣则为间断式进入混合池，沼渣进入混合池的量应控制最终半固态沼肥固液比在1:9-1:4之间，其中沼液的50％经泵提升回流至调节池，一般地，混合池每20天左右需要用碳酸氢钠调节沼肥ph至7.7-8.5，已保证两级厌氧发酵系统可以持续稳定运行。
67.所制得半固态沼肥性状指标如下：ph为7.05，有机质含量在481g/kg之间，氮含量为10.75g/kg，磷含量为13.69g/kg，钾含量为3.90g/kg。
68.所制得半固态沼肥中重金属含量为：砷含量3.22mg/kg，汞含量0.06mg/kg。铅含量2.78mg/kg，镉含量1.63mg/kg，铬含量24.11mg/kg。
69.实施例三：
70.将实施例二得到的半固态发酵沼肥施用于养殖场周边的玉米地，玉米地一年种植一茬玉米。日常产生的半固态发酵沼肥用罐车运到田间沼肥储存池中，在玉米移栽前穴施半固态发酵沼肥，沼肥施用量为3.0方/亩。按此施用方式施用5年后，土壤有机质和氮含量明显增加，缓效钾、速效钾和有效磷养分有效性增强，土壤酶活性也明显增强，土壤质量得到明显改善(具体见表1)。
71.表1施用与未施用半固态发酵沼肥土壤肥力状况比较
[0072][0073]
表2施用与未施用半固态发酵沼肥酶活性状况比较
[0074][0075]
以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员
来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。