一种提高鹅粪中磷回收率和植物可利用态磷的处理方法与流程

1.本发明涉及磷回收技术领域，具体是涉及一种提高鹅粪中磷回收率和植物可利用态磷的处理方法。


背景技术：

2.畜禽粪便现已成为亟待解决的最主要的环境污染问题之一，畜禽粪便的处理具有一定的复杂性，因为畜禽粪便成分复杂，有害物质很多，处理难度很大。采用传统处理方式处理粪便，具有处理后粪便质量较差、处理过程成本高、资源化利用率不足、二次污染环境等问题。
3.大量的畜禽粪便随意排放及处置不仅会对生态环境造成严重的污染，对人类生命健康造成严重的威胁；又因其中蕴含的较为丰富的植物所需的营养元素，是优质的商品有机肥原料，不合理处置势必会在一定程度上造成资源的浪费。
4.目前有效的处理处置方法主要包括无害化处理与资源化处理两种，其中无害化处理(传统处理法)包括：卫生填埋法、焚烧法；资源化处理包括厌氧消化、好氧堆肥等方法。传统处理法虽可以较大程度上解决诸如畜禽粪污之类的有机垃圾数量庞大的问题，然而在传统技术处理的同时也会因二次污染对环境卫生造成较大的影响。由于近年来对环境整治的力度日益增大，同时土地资源日益稀缺，传统处理方式已无法满足产量逐年增大的有机废物排放量，随着资源化处理的深入人心，该法已逐渐被摒弃，有较高资源利用效率的肥料化处理方法已广泛被用于处理畜禽粪污。
5.因此，对畜禽粪便的处理技术进行研究，具有重要的现实意义和价值。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高鹅粪中磷回收率和植物可利用态磷的处理方法。
7.本发明的技术方案是：一种提高鹅粪中磷回收率和植物可利用态磷的处理方法，包括以下步骤：
8.s1、添加环保酵素：
9.先向鹅粪中加入占鹅粪质量1.5～2.5％的环保酵素并混合均匀进行发酵；
10.s2、堆肥处理：
11.在好氧条件下，对s1中开始发酵的鹅粪进行为期29～31天的堆肥处理；且当鹅粪的温度达到70℃后进行翻堆处理，所述翻堆处理为对鹅粪进行翻面搅拌，直至温度降至40～60℃；
12.s3、补水处理：
13.在进行s2的堆肥处理时同步进行补水处理，所述补水处理为：堆肥处理开始的前两周为高温期，在高温期内，每隔3天补水一次，高温期过后，一周补水一次，且每100kg鹅粪的补水量为1l，直至堆肥处理完成。
14.进一步地，在加入环保酵素前，先将鹅粪进行粉碎，再将粉碎后的鹅粪浸入活菌液中浸泡5～10min。
15.说明：通过粉碎可以增大鹅粪的浸泡面积和堆肥效率，浸泡在活菌液中可以增强鹅粪中好氧菌等微生物的活性，提高堆肥效率。
16.进一步地，所述活菌液中含有地衣芽孢杆菌和/或凝结芽孢杆菌，且活菌数为1.0
×
1010～3.0
×
1010cfu/g。
17.说明：选用所述活菌，可以增强活菌液的活性，从而提高鹅粪中微生活的活性，且使鹅粪中微生物在堆肥处理中的活性更加持久稳定。
18.进一步地，在所述高温期期间内，向鹅粪加入占其质量15～20％的黏土并混合均匀；高温期过后，黏土的添加量降至5～10％；黏土的加入频率为每周一次，且高温期期间和高温期过后的单次添加量保持不变。
19.说明：分阶段加入不同质量的黏土，可以保证堆肥过程中黏土起到有效的吸附作用，减少氮磷等元素的损失。
20.进一步地，在步骤s1的所述翻堆处理中，以150～180ml/min的流速向鹅粪中通入氧气。
21.说明：在翻堆处理中通氧，能够保持良好的好氧条件，为微生物的活动提供足够的氧气，有利于堆肥处理的顺利进行。
22.进一步地，所述环保酵素包括质量比为1：3：10的红糖、生果皮与生菜皮的混合物、水，且所述生果皮与生菜皮的质量比为1：1。
23.说明：选用所述材料具有丰富的营养成分，且对环境无害环保，所述比例能够使酵素发酵正常且具有活性。
24.进一步地，在高温期后补水的同时，添加用水稀释后的环保酵素，所述用水稀释后的环保酵素的质量浓度为50～60％，添加量为补水量的1/4～1/2。
25.说明：在补水时同步添加浓度稀释的环保酵素，可以增强环保酵素与鹅粪的发酵程度，提高堆肥处理的效率。
26.进一步地，在进行堆肥处理前，先对鹅粪进行预处理，所述预处理包括以下步骤：
27.将鹅粪破碎后均分成3～5等份，取其中任意一份加入占单份鹅粪质量0.2～0.3％的除菌剂，在150～180℃的微波加热下混合3～5min，得到混合物a；
28.再取第二份鹅粪加入混合物a，重复除菌剂的添加、加热混合；其中，所述除菌剂的单次添加量逐次增加0.05～0.1％，单次加热混合时间不变，直至将所有鹅粪混合完毕；
29.再将鹅粪在8500～10000rpm的转速下离心8～10min、孔径为0.15～0.20mm的滤膜过滤，并将离心过滤后的鹅粪ph调至6～7，得到预处理完成的鹅粪。
30.说明：通过对鹅粪分量、分次进行除菌剂的添加，可以使鹅粪与除菌剂反应更加完全，并在微波加热条件下进行混合，能够充分发挥除菌剂的作用，并能软化鹅粪，进一步增大鹅粪与除菌剂的反应面积，起到除菌除臭的作用；且通过离心过滤、调节鹅粪的ph，进行进一步地除菌，且更有利于与环保酵素进行发酵反应。
31.进一步地，所述除菌剂按重量份数计包括10～15份的硫酸亚铁、5～6份的硼砂、2～3份的硼酸以及0.5～1份的四苯基硼酸钠。
32.说明：所述除菌剂的组分能够加强对鹅粪中的杂质、有害菌体的去除效率，有利于
堆肥处理的进行和后续对磷的提取利用；且通过以上比例可以保持除菌剂在微波加热下作用发挥稳定，不易分解。
33.本发明的有益效果是：
34.(1)本发明处理方法采用环保酵素添加法，并对温度和水分严格把控，从而使得堆肥过程顺利的进行，最终对堆肥过程中磷元素进行有效的提取与利用，堆肥后的肥料也能进行二次利用，做到循环经济。
35.(2)本发明处理方法可以有效增加鹅粪中的总磷含量，提高不同提取态的磷含量，增加磷的回收率和植物可利用磷的含量，最终提高了畜禽粪便的可利用性，减少污染的同时实现了固体废物资源化。
36.(3)本发明处理方法通过对鹅粪进行预处理，能够将鹅粪中的大部分杂质以及有害菌体去除，防止对磷的提取利用产生干扰，且能在一定程度上去除异味，使堆肥处理的效率提高且反应更加稳定。
附图说明
37.图1为不同处理之间总磷含量；
38.图2为不同处理之间水提取态磷(h2o-p)含量；
39.图3为不同处理之间碳酸氢钠提取态磷(nahco
3-p)含量；
40.图4为不同处理之间氢氧化钠提取态磷(naoh-p)含量；
41.图5为不同处理之间盐酸提取态磷(hcl-p)含量；
42.图6为不同处理之间各提取态后残余下来的磷(残余磷)含量；
43.图7为不同处理之间磷的回收率；
44.图8为不同处理之间植物可利用性磷【(h2o-p+nahco
3-p)/tp】的回收率；
45.其中，图中ck代表不含任何物质的堆肥处理；ge代表单独添加环保酵素的堆肥处理；bc代表单独添加水稻秸秆生物炭的堆肥处理；ge+bc代表联合添加环保酵素和水稻秸秆生物炭的堆肥处理。
具体实施方式
46.下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
47.实施例1
48.一种提高鹅粪中磷回收率和植物可利用态磷的处理方法，包括以下步骤：
49.s1、添加环保酵素：
50.先向100kg鹅粪中加入占鹅粪质量2％的环保酵素并混合均匀发酵，环保酵素包括质量比为1：3：10的红糖、苹果皮与黄瓜皮的混合物、水，且所述苹果皮与黄瓜皮的质量比为1：1，直至鹅粪呈棕褐色；
51.s2、堆肥处理：
52.在好氧条件下，对s1中开始发酵的鹅粪进行为期30天的堆肥处理；其中，当鹅粪的温度达到70℃后进行翻堆处理，所述翻堆处理为对鹅粪进行翻面搅拌，直至温度降至50℃；
53.s3、补水处理：
54.在进行s2的堆肥处理时同步进行补水处理，所述补水处理为：堆肥处理开始的前两周为高温期，在高温期内，每隔3天补水一次，高温期过后，一周补水一次，单次补水量为1l，直至堆肥处理完成。
55.实施例2
56.本实施例与实施例1不同之处在于，环保酵素的添加量为鹅粪质量的1.5％。
57.实施例3
58.本实施例与实施例1不同之处在于，环保酵素的添加量为鹅粪质量的2.5％。
59.实施例4
60.本实施例与实施例1不同之处在于，在加入环保酵素前，先将鹅粪进行粉碎，再将粉碎后的鹅粪浸入活菌液中浸泡8min，活菌液中含有芽孢数之比为1：1的地衣芽孢杆菌和凝结芽孢杆菌，且活菌数为2.0
×
10
10
cfu/g。
61.实施例5
62.本实施例与实施例4不同之处在于，在加入环保酵素前，先将鹅粪进行粉碎，再将粉碎后的鹅粪浸入活菌液中浸泡5min，活菌液中含有地衣芽孢杆菌，且活菌数为1.0
×
10
10
cfu/g。
63.实施例6
64.本实施例与实施例4不同之处在于，在加入环保酵素前，先将鹅粪进行粉碎，再将粉碎后的鹅粪浸入活菌液中浸泡10min，活菌液中含有凝结芽孢杆菌，且活菌数为3.0
×
10
10
cfu/g。
65.实施例7
66.本实施例与实施例1不同之处在于，在所述高温期期间内，向鹅粪加入占其质量18％的黏土并混合均匀；高温期过后，黏土的添加量降至8％；黏土的加入频率为每周一次，且高温期期间和高温期过后的单次添加量保持不变。
67.实施例8
68.本实施例与实施例7不同之处在于，在所述高温期期间内，向鹅粪加入占其质量15％的黏土并混合均匀；高温期过后，黏土的添加量降至10％。
69.实施例9
70.本实施例与实施例7不同之处在于，在所述高温期期间内，向鹅粪加入占其质量20％的黏土并混合均匀；高温期过后，黏土的添加量降至5％。
71.实施例10
72.本实施例与实施例1不同之处在于，在步骤s2的所述翻堆处理中，以165ml/min的流速向鹅粪中通入氧气。
73.实施例11
74.本实施例与实施例1不同之处在于，在高温期后补水的同时，添加用水稀释后的环保酵素，所述用水稀释后的环保酵素的质量浓度为55％，添加量为补水量的1/3。
75.实施例12
76.本实施例与实施例9不同之处在于，在高温期后补水的同时，添加用水稀释后的环保酵素，所述用水稀释后的环保酵素的质量浓度为50％，添加量为补水量的1/4。
77.实施例13
78.本实施例与实施例9不同之处在于，在高温期后补水的同时，添加用水稀释后的环保酵素，所述用水稀释后的环保酵素的质量浓度为60％，添加量为补水量的1/2。
79.实施例14
80.本实施例与实施例1不同之处在于，在进行堆肥处理前，先对鹅粪进行预处理，所述预处理包括以下步骤：
81.将鹅粪破碎后按质量分为均分成4等份，取其中一份加入占单份鹅粪质量0.25％的除菌剂，在165℃的微波加热下混合4min，得到混合物a；
82.再取第二份鹅粪加入混合物a，重复除菌剂的添加、加热混合；其中，除菌剂按重量份数计包括13份的硫酸亚铁、5.5份的硼砂、2.5份的硼酸以及0.8份的四苯基硼酸钠，且除菌剂的单次添加量逐次增加0.08％，单次加热混合时间不变，直至将所有鹅粪混合完毕；
83.再将鹅粪在9000rpm的转速下离心9min、孔径为0.18mm的滤膜过滤，并将离心过滤后的鹅粪ph调至7，得到预处理完成的鹅粪。
84.实施例15
85.本实施例与实施例4不同之处在于，除菌剂的添加量从0.2％开始逐次增加0.05％。
86.实施例16
87.本实施例与实施例4不同之处在于，除菌剂的添加量从0.3％开始逐次增加1％。
88.实施例17
89.本实施例与实施例4不同之处在于，微波加热的温度为150℃，单次混合时间为3min。
90.实施例18
91.本实施例与实施例4不同之处在于，微波加热的温度为180℃，单次混合时间为5min。
92.实施例19
93.本实施例与实施例4不同之处在于，鹅粪破碎后均分成3等份。
94.实施例20
95.本实施例与实施例4不同之处在于，鹅粪破碎后均分成5等份。
96.实施例21
97.本实施例与实施例4不同之处在于，所述除菌剂按重量份数计包括10份的硫酸亚铁、5份的硼砂、2份的硼酸以及1份的四苯基硼酸钠。
98.实施例22
99.本实施例与实施例4不同之处在于，所述除菌剂按重量份数计包括15份的硫酸亚铁、6份的硼砂、3份的硼酸以及0.5份的四苯基硼酸钠。
100.实验例
101.针对各个实施例堆肥处理后的鹅粪，分别取各实施例的鹅粪5份，以测试对磷回收量的提高效果，每个实施例的5份鹅粪中磷的回收量取平均值，作为该实施例的回收结果，具体探究如下：
102.1、探究堆肥处理的相关参数对鹅粪中磷回收量的提高效果的影响。
103.以实施例1-实施例3以及对照例1-对照例3作为实验对比，结果如表1所示：
104.表1实施例以及对照例中鹅粪中磷各形态的回收量(g/kg)以及磷的回收率(％)
[0105][0106][0107]
对照例1为不含任何物质的堆肥处理；
[0108]
对照例2为单独添加水稻秸秆生物炭的堆肥处理；
[0109]
对照例3为联合添加环保酵素和水稻秸秆生物炭的堆肥处理；
[0110]
由图1-图8以及表1结果可知，虽然本处理方法单独添加环保酵素时，水提取态磷含量相比对照例3更少，植物可利用性磷的回收率相比对照例2更少，但是相差较小，且总磷含量、碳酸氢钠提取态磷含量等明显比对照例1-3都更高，因此，整体而言，本处理方法单独添加环保酵素对磷的提取效果相对更优；
[0111]
且从实施例1-实施例3的结果来看，环保酵素增加过多或过少都会影响堆肥处理的效果，因此实施例1的参数对磷的提取效果相对更优。
[0112]
2、探究活菌液浸泡、增加黏土、通氧速率以及环保酵素的二次施加的相关参数对鹅粪中磷回收量的提高效果的影响。
[0113]
以实施例4-实施例13作为实验对比，结果如表2所示：
[0114]
表2实施例中鹅粪中磷的回收率(％)
[0115][0116][0117]
由表2结果可知，在活菌液中浸泡时间过长或过短、活菌数过高或过低；黏土的添加量过多或过少、黏土添加量的变化梯度过大或过小；环保酵素的稀释度过高或过低。环保酵素二次添加量的过多或过少均会降低对磷的回收效果，氧气的通入速率对磷的回收率影响较小，因此选择相对较优的实施例10进行通氧。
[0118]
3、探究鹅粪预处理的相关参数对鹅粪中磷回收率的提高效果的影响。
[0119]
以实施例14-实施例22以及对照例4-对照例6作为实验对比，结果如表3所示：
[0120]
表3实施例以及对照例中鹅粪中磷的回收率(％)
[0121][0122]
对照例4与实施例14的不同之处在于，除菌剂采用市售的、重量百分比为硫酸亚铁50-60、磷酸二氢钾4-6、硫酸镁4-6、磷酸二氢钠3-5、硼酸8-16、二氯异氰尿酸钠4-6、硼砂12-16的除菌剂；
[0123]
对照例5与实施例14的不同之处在于，除菌剂的单次添加量保持0.25％不变；
[0124]
对照例6与实施例14的不同之处在于，鹅粪与除菌剂均不分量，一次性将所有除菌剂与所有鹅粪进行混合；
[0125]
由表3结果可知，对照例4-对照例6对磷的回收率均低于实施例14-22，因此除菌剂中四苯基硼酸钠起到了不可或缺的作用，且本处理方法中除菌剂的分量、分次的添加方式比一次全部添加以及每次固定添加量的效果更好；
[0126]
从实施例14-实施例22可知，除菌剂的单次添加量过多或过少，增加速率过快或过慢，以及除菌剂中组分的配比都会影响对磷的回收率，且可以看出实施例14的参数效果最好；虽然实施例18和实施例20的参数选择从数据上看效果更好，但微波加热的温度更高，时间更长，鹅粪破碎成更多份后，所需除菌剂也就更多，步骤重复次数也更多，但相比实施例14的效果增加均不够明显；因此，从成本以及经济性角度考虑，实施例14的效果相对更优。