技术领域
本发明属于废物资源化应用领域，特别涉及一种养殖排泄物三级发酵方法，通过该方法能够使养殖场的排泄物得以资源化利用，能够在有效处理的同时获得生物有机肥和沼气，使养殖排泄物得以无害化处理和有效利用。
背景技术：
随着我国畜牧业、养殖业的规模化发展，畜禽粪污对环境污染日趋严重，长期堆置或随意排放后对水体、大气、土壤及人体健康和生态系统造成严重影响。目前采用单一的治理技术例如好氧发酵或厌氧发酵，粪便利用率低、遗留问题多且难于解决，综合治理程度不高，畜禽粪便难以得到多层次的循环利用，没有有效解决养殖业的环境污染问题。
将畜禽废弃物作为有机肥使用，在促进物质能量循环和培肥地力方面发挥了巨大的作用，是养殖排泄物的一个重要处理方式。但是，随着市场经济的发展，将农业废弃物转化为有机肥料面临新的问题和严峻的挑战，主要是因为畜禽废弃物产量过大，同时种植业逐渐转向省工、省力、高效、清洁的栽培方式，传统的有机肥料（例如堆肥肥料）的传统生产技术己不能适应现代农业的发展，因此畜禽废弃物成为严重污染环境的污染源。
在本领域中已知的是，利用畜禽粪既是污染源、又是资源的两重性，用厌氧、好氧和干燥等方法处理畜禽粪，既可以治理污染，又可以获得大量的有机肥料。但是，对畜禽粪进行好氧处理需制造溶解氧，消耗大量的电力。采用厌氧发酵技术进行畜禽粪处理，具有消除污染、产生能源和综合利用等优点，但是导致了大量的沼液滞留；而干式厌氧发酵由于其物料间传质效率低，导致了发酵周期长等问题。
CN102219333A公开了一种养殖场水泡粪工艺产生的粪污的处理方法，它包括以下步骤：（1）将粪污进行固液分离，形成固形物和污水；（2）将固形物调节为固体质量含量为6-12%的固体发酵物；（3）将固形发酵物厌氧发酵，产生沼渣、沼液和沼气；（4）将步骤（5）产生的污水及步骤（6）产生的沼液进行污水厌氧发酵，产生沼气和肥水；（7）收集步骤（3）及步骤（4）产生的沼气。
CN101024591A公开了一种利用微生物菌剂快速发酵猪粪生产商品有机肥的方法，发酵菌剂由芽胞杆菌、乳酸杆菌、光合细菌、固氮菌、酵母菌、丝状真菌、放线菌组成，扩繁培养料配方为：豆粕40％，麦麸30％，稻壳粉25％，葡萄糖1.5％，ZnSO4 1％，硼1％，MgSO4 1％，蛋白胨0.5％。发酵料堆配方为固体猪粪60％，稻草25％，风化煤10％，过磷酸钙5％；具体操作步骤包括：猪粪滤干，加入稻草、风化煤，调整碳氮比及水分含量，拌匀，接种微生物菌剂，高温发酵，待腐熟后，中温烘干、过筛、检验、包装。
CN101074142A公开了一种污水处理过程中污泥循环再利用方法，它包括如下步骤：A：污水处理厂的污泥经过EC处理后，去除污泥中的重金属、农药以及抗生素残留；B：进入污泥脱水机脱水，将脱水后的污泥送至风干场风干，并加入添加剂调整污泥中N、P、K比例，将风干场风干的污泥送入堆肥室堆肥化，向堆肥室输送空气、洒水并定时搅拌；C：添加EM，经发酵后将堆肥化后的堆肥送入饲养场内，进行蚯蚓饲养，蚯蚓的排泄物作为生物有机肥料。
CN101234840A公开了一种猪场粪污处理新工艺，包括猪场的粪污在酸化池中酸化，具体地：所述酸化的粪污经过沼气池发酵、产气后，进入固液分离机分离，分离出来的沼渣添加营养元素后直接生产复合有机肥料；分离出来的污水经过好氧处理后排放，该工艺将固液分离机置于沼气池后，使酸化的粪污直接经过沼气池发酵、产气后，再进入固液分离机分离。
CN101235388A 公开了一种联合处理粪便和秸秆的厌氧发酵工艺，先将粪便进行堆沤处理，然后与粉碎的秸秆混合并调整含水率到60％～70％后作为蚯蚓养殖的饵料，将蚯蚓采食饵料后产生的蚯蚓粪投加到沼气池厌氧发酵产出沼气。
CN101279861A 公开了一种处理猪粪生产有机肥的方法，将马粪接种于猪粪中，通过两次高温发酵，纯化、扩增其中的高温纤维菌，制备出发酵菌剂，然后在太阳能隔离温室中接种堆肥，生产出有机肥。
CN101429057A公开了一种猪粪的处理及利用的方法，它包括：调节水分：鲜猪粪与干猪粪经过搅拌、混合，含水率降到55～60％；养殖蚯蚓：猪粪堆放在蚯蚓床上，投入蚯蚓种繁殖蚯蚓；饲料：烘干蚯蚓，加入到饲料基料中配合成高蛋白饲料；发酵：在发酵大棚内，猪粪进行连续好氧发酵处理，周期5～7天，每2小时翻抛一次，同时注入新鲜空气，含水率降到40～45％；干燥：猪粪在气流干燥机内进行干燥处理，含水率降到14％以下；除臭处理：尾气通过水浴除尘器进行除臭处理；食用菌基料：将猪粪添加到稻草节、麦草节等填料中，制成栽培食用菌的基料。
CN101565331A公开了一种利用猪粪生产生物有机肥的方法，该方法将含水65％左右的鲜猪粪与适当比例锯未混合，使其碳：氮比在16-25之间，然后与地霉菌或嗜热脂肪芽孢杆菌发酵菌剂搅拌均匀进行堆肥发酵，定期翻堆，待物料温度降至环境温度后进行烘干或风干，粉碎，即为成品生物有机肥。
CN101857882A公开了一种作物秸秆与畜禽粪便两段式厌氧发酵产沼气的工艺，包括下列步骤：原料组分及其含量以质量份数计：粒径2-10毫米的作物秸秆1-2份，以干基计的畜禽粪便2-3份，水2-3份；酸化段，温度20-30℃，pH 4.5-6，停留时间48-60小时；酸化段出料加水调节至含固量15％-20％；厌氧发酵段，温度40-50℃，pH 6.8-7.2，停留时间6-8天；出料并分类处理。
“猪粪与马铃薯皮渣混合厌氧发酵产氢特性”，刘爽等，农业工程学报，2012年16期，研究为了提高厌氧产氢菌利用复杂物料的产氢能力和稳定性,该文研究了猪粪与马铃薯皮渣混合质量比对厌氧发酵产氢的比产氢率、挥发性固体去除率、液相末端产物组成等发酵特性的影响。
在上述文献和其它现有技术中，养殖排泄物发酵处理方法单一，无法使养殖排泄物得到全面资源化利用，同时利用率也偏低，并且在养殖排泄物发酵处理的过程中，产生新的污染问题例如沼液滞留。因此需要一种能够有效将养殖排泄物进行全面资源化利用的综合环保处理方法。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，充分结合养殖场的地理位置和养殖结构，提供了可有效地利用养殖排泄物的综合处理方法，该方法将不同类型的养殖排泄物互相搭配，充分利用不同类型养殖排泄物的性能差异，通过三级发酵方法，实现不同养殖排泄物的相互补充、协同促进、相互利用；另外，充分结合养殖场多建在农业主产区的特点，还结合农业作物秸秆，既使秸秆得到充分利用，还非常有效地利用了厌氧发酵中的沼液，避免了沼液滞留。
在本发明的一方面，提供了一种养殖排泄物三级发酵方法，该方法包括以下步骤：
（1）将猪粪或牛粪与鸡粪以(2-5):1的重量比混合，加水调节固液重量比为100:(5～10)，在敞开环境中，常温下开始发酵；
（2）将步骤（1）的发酵产物进行固液分离，获得沼渣A和沼液；
（3）在任选将秸秆清洗干净后，将秸秆粉碎至长度为0.1-0.5cm，取步骤（2）的沼液加入到所述秸秆中，沼液重量为秸秆重量的10-50重量%，进行厌氧发酵，获得沼渣B；
（4）将沼渣A和沼渣B混合，向混合料中加入发酵菌剂，发酵菌剂的加入量沼渣总重量的0.001-0.05重量%，进行高温发酵，得到发酵物料；和
（5）任选地，对发酵物料进行干燥和造粒，获得生物有机肥。
本发明人研究发现，单独的鸡粪在常温下难以发酵，因此将鸡粪加入到猪粪或牛粪中，可以引发鸡粪迅速开始发酵。另外，研究发现，猪粪或牛粪比例过高时，则鸡粪处理能力有限，过低时，则发酵速度过慢，在此基础上，确定了上述(2-5):1的最佳重量比。
本发明人还发现，秸秆的发酵与养殖排泄物的发酵相比要困难很多，因此利用养殖排泄物常温自然发酵的沼液作为接种物，可以大大加快发酵的进程。
在步骤（1）中，发酵过程中温度可以逐渐自然升高达到30-50℃，优选40℃，发酵时间为3-7d，优选4-6d。
在步骤（3）中，还优选收集产生的沼气。
在一个优选实施方案中，在所述方法的步骤（1）中，调节固液比所加的水为经过除磷处理的养殖场污水，其磷含量为5-10ppm质量。所述养殖场污水通过使用磷吸附剂来降低磷含量。本发明人发现，由于磷的存在，会导致步骤（1）发酵腐熟度受到不利影响，并且即使是微量磷的存在，都会对步骤（4）的发酵菌剂产生不利的毒害作用，因此必须将其有效去除。
所述磷吸附剂优选为通过表面处理从而含有螯合基团和可交换铁离子的纤维素类基材。优选地，所述纤维素类基材可以通过如下方法进行制备：对纤维素的表面进行修饰，使其表面含有官能团-O-CH2CHOHCH2-NL(CH2)mNHCHCH2NH2，其中m为2～4的整数、L为H或胺基肟基即，优选胺基肟基，然后用Fe(NO3)3的水溶液进行流动式浸渍处理。表面改性修饰后的纤维素表面含有的氨基和/或胺基肟基可以有效地与Fe离子发生螯合，在用于磷吸附时，铁离子能够与磷酸离子发生反应而进行固化，然后可通过沉淀、过滤等方法将磷酸离子除去，从而使吸附剂有效地再生。这种吸附剂的吸附容量高且再生容易，可以再生使用达200-1000次，从而显著降低除磷成本。
优选地，在步骤（3）的厌氧发酵中，发酵温度为30-50℃，优选45℃，发酵时间为5-15d，优选7-10d。
优选地，在步骤（4）中，发酵温度为55-70℃，优选60-70℃，发酵时间为3-7d，优选4d。
在一个优选实施方式中，在步骤（4）中，发酵菌剂为纤维素分解细菌、木质素分解放线菌或其混合物。
就本发明而言，所述秸秆优选为麦秸秆。
特别优选地，在将步骤（2）的沼液加入到所述秸秆中之前，即在用步骤（2）的沼液对所述秸秆进行接种之前，先进行预处理，预处理方法包括：将粉碎后的秸秆在日光下暴晒3-5d，然后进行高温发酵处理，发酵温度为50-70℃，发酵期一般1-3月，在高温发酵过程中按常规比例（例如基于秸秆重量计0.01%-0.3%）加入专用于分解纤维素及木质素的发酵菌剂，以缩短麦秆发酵时间，发酵结束后将麦秆在日光下暴晒 1-2 周。所述发酵菌剂可以是内切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan glucanohydrolase或endo-1,4-β-D-glucanase），外切葡聚糖酶（1,4-β-D-glucan cellobilhydrolase或exo-1,4-β-D-glucannase），和β-葡聚糖苷酶（β-1,4- glucosidase）中的任一种，或者任意两种或多种的组合。当采用这样的预处理时，可以缩短步骤（4）的时间和发酵菌剂用量。
此外，本发明人发现，通过采用所述预处理，最后制得的生物有机肥更适合作为有机生态无土栽培的基质，从而使生物有机肥的价值大大增加。
本发明人还发现，在秸秆预处理中，从大量纤维素酶中筛选出的上述酶最适合麦秸秆的上述预处理发酵。与一般的纤维素酶相比，上述酶可以使高温发酵时间缩短30%-50%。
进一步地，所述污水中的固体含量可以为5-30重量%。固体物通常主要是污泥、食料残渣、粪便等物质。
在本发明中，所述污水在除磷处理后加入了驯化的污泥。所述驯化的污泥的加入量可以为污水的1-10重量%。
所述驯化的污泥优选通过下面方法得到：将来自养殖场的污水进行浓缩，获得固含量为15-30重量%的污泥，在该污泥中加入猪粪进行厌氧驯化直至可以大量产气，驯化时间为28d，在驯化的第1-3天，向其中加入营养物质，营养物质的浓度维持在5-200mg/L。
优选地，所述营养物质以葡萄糖、苯酚为碳源，以硝酸钠为氮源，同时包含适量的Mg、Ca、P等营养物质，自来水配制。营养物质根据COD∶N∶P∶Ca∶Mg=200∶5∶1∶0.18∶0.18添加，其中，N、P、Ca、Mg分别由NH4Cl、KH2PO4、CaCl2、MgCl2提供，同时优选添加微量元素（硫酸铁、硫酸锰、硫酸铜、氯化钻，总浓度优选为0.2 mg/L，该浓度以污泥总重量为基准计）。
通过加入所述驯化的污泥，可以将发酵时间缩短15-30%。
本发明人经过研究发现，为了便于包装和运输等工艺的需要，有时需要对最后得到的发酵物料进行造粒处理，在造粒过程中通常加入粘结剂，而传统的造粒粘结剂并不适合本发明，因此传统的粘结剂例如粘土类物质或者粘结效果差或者会对肥效产生影响，甚至污染土壤。本发明人经过大量研究和试验，发现城市废水（即市政废水）的污泥中的腐殖酸如果经过一定碱处理，其碱溶液是一种亲水性比较强的可逆胶体，同时具有很大表面积又具有胶体的粘结性和很强的吸咐力，可以非常有效地用作粘结剂。因此，在本发明中，优选地，在进行造粒时加入生物质型粘结剂，生物质型粘结剂的加入量为制得的发酵物料的总重量的1-10%，所述生物质型粘结剂由富含腐殖酸的污泥制得，其制备方法为：向富含腐殖酸的污泥添加碱液，在100℃左右下蒸煮1-5h，然后再在100℃保温静置1-6h，上清液即为生物质型粘结剂。市政废水的污泥可以从污水处理厂容易地获得。
经检测，通过本发明的三级发酵方法，在步骤（4）中得到的发酵物料的氨氮含量为0.005-0.02重量%，NH4+-N/NO3--N比值为0.10-1.13，粪大肠菌值为1×10-3～1×10-2。这样的性能指标远远优于一般的堆肥或厌氧发酵得到的肥料，例如氨氮含量低，不易于发生氨氮抑制问题，能够有效应用于现代作物培养。
相应地，在本发明另一方面，还提供了根据上文所述方法制得的发酵物料，该发酵物料的氨氮含量为0.005-0.02重量%，NH4+-N/NO3--N比值为0.10-1.13，粪大肠菌值为1×10-3～1×10-2。
具体实施方式
下面的实施例和对比例将有助于进一步说明本发明。
实施例1
取来自黄州区戚家岭养殖场的猪粪与鸡粪，进行三级发酵试验，操作步骤：（1）将猪粪与鸡粪以5:1的重量比混合，加水调节固液重量比为100:15，在敞开环境中，常温下开始发酵；（2）将步骤（1）的发酵产物进行固液分离，获得沼渣A和沼液；（3）在任选将秸秆清洗干净后，将秸秆粉碎至长度为0.3cm左右，取步骤（2）的沼液加入到所述秸秆中，沼液重量为秸秆重量的30重量%，进行厌氧发酵，获得沼渣B；（4）将沼渣A和沼渣B混合，向混合料中加入发酵菌剂，发酵菌剂的加入量沼渣总重量的0.03重量%，进行高温发酵，得到发酵物料，所述发酵菌剂为纤维素分解细菌。
得到的发酵物料的氨氮含量为0.005重量%，NH4+-N/NO3--N比值为0.10，粪大肠菌值为1×10-3。
对比例1
按照CN102219333A的具体实施公开的方法对猪粪进行发酵，猪粪来源与实施例1相同。
得到的发酵物料的氨氮含量为0.03重量%，NH4+-N/NO3--N比值为0.13，粪大肠菌值为1×10-2。
由上述实施例和对比例的发酵物料各项性能指标明显可知，本发明方法的发酵效果明显较好，并且能够使多种废弃物得到综合利用。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例意图处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。