利用粪便制备液体肥的方法与流程

本发明涉及禽畜粪便处理，尤其涉及一种利用粪便制备液体肥的方法。

背景技术：

1、液体肥，包括呈溶液状态的肥料和含有固体微粒的悬浮液的肥料。液体肥通常使用喷施和灌溉的方式进行施用。对于根部吸收的液体肥，用作基肥或者追肥，可以直接施到植物的根部，也可以将其稀释到最小的浓度，再通过灌溉、喷施、冲施、滴灌等方式施肥，以水带肥，实现了水肥一体化。和固体肥料相比，液体肥更容易被植物吸收，吸收利用速度高，有效吸收率能达到88％以上。

2、随着养殖业的规模化发展，养殖动物的粪便处理问题已成为制约养殖业进一步发展的关键因素。目前，动物粪便的常用处理途径是制备堆肥。但是，大部分的动物粪便由于含有尿液导致本身含水率很高，再加上养殖场常采用大量水冲洗粪便以优化动物的生活环境，使得养殖业排出的动物粪便的含水率通常在80％以上，而堆肥最优的初始含水率是50-65％。因此，在堆肥处理时，需要利用固液分离等脱水操作使得动物粪便的含水率降低后，再利用固态的动物粪便制作有机堆肥，劳动强度大，耗时长，成本高，而且在固液分离时，部分肥料必需元素如总氮、总磷、钾等物质跑到了废液(含尿液)中，若直接排放会造成地表水体的富营养化和地下水污染，对生态平衡和环境产生了不利影响，还会造成资源浪费，粪便中分离出的废液量也较大，进行无害化处理后再排放，会使得后期的废液处理费用大大增加。

3、因此，如何对粪便中的尿液废液进行资源化利用，并提供更高效的方法，也成为了实现循环经济和可持续发展理念的途径和研究重点之一。

技术实现思路

1、本发明提供一种利用粪便制备液体肥的方法，用以解决现有技术中将动物粪便分离成固态和废液，仅仅利用固态粪便生产堆肥，却不能对废液进行回收利用的问题；所得液体肥养分及微生物多且速效，能提高土壤肥力和微生物多样性，使用后的土壤板结程度较堆肥低，且施肥方便。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种利用粪便制备液体肥的方法，包括：过滤动物粪便的步骤；酸化过滤后的动物粪便，使得动物粪便的ph低于6，并利用沉淀获得污泥和清液的步骤；且，通过发酵转化清液，以获得液体肥；发酵转化包括向清液中添加混合菌液的操作；混合菌液中包括哈茨木霉菌菌液、光合细菌菌液和乳酸菌菌液；发酵转化还包括向清液中递送氧气的操作。

4、通过上述技术方案，利用混合菌液和氧气配合对动物粪便的清液进行发酵转化，利用微生物的固氮功能使得液体肥的氮肥效果突出，提高了动物粪便中废液的回用率，降低了废液的处理量和处理成本；所得液体肥养分及微生物多且速效，能提高土壤肥力和微生物多样性，使用后的土壤板结程度较堆肥低，且施肥方便。

5、进一步设置为，上述动物粪便包括人和养殖动物的含尿液的粪便。具体的实例包括但不限于人、鸡、牛、羊、猪或本发明中未具体列举的含尿液的粪便。本发明中，优选含水率较高的动物粪便用于生产液体肥，上述动物粪便的含水率不限于尿液或外部来源的水。动物粪便具有来源广、成本低的特点，其中的氮磷钾等元素丰富，制成的液体肥肥效较快且持久，能够用作追肥与基肥以提高土壤有机质、改善土壤营养物分布情况和/或提高土壤微生物多样性，用于改良贫瘠/盐渍化土壤和/或重建土壤环境和/或促进植物生长。

6、进一步设置为，过滤的具体操作步骤如下：对收集的动物粪便进行过滤，除去不可用于发酵的杂物。具体的杂物包括但不限于石头、土块、塑料布、砂砾、毛发、枯叶等。具体的，过滤设备为筛网过滤器。动物粪便需要经过发酵才能转化为氮、磷和其他营养物含量较高的液体肥，并提供植物生长所需的微生物群落，因此，需要去除发酵原料中的不可用于发酵的杂物以提高发酵效率。

7、进一步设置为，酸化和沉淀的具体操作步骤如下：向过滤后的动物粪便中添加酸溶液搅匀，使得动物粪便的ph低于6，然后沉淀12-24h，再将下层的污泥送往堆肥处理工序，将上层的浮土刮除，取中间层的清液送入发酵设备中。动物粪便经沉淀分离为粪便污泥和清液，污泥可做固体堆肥或生物菌肥等，清液进入发酵设备制成液体肥，将固体和液体分开发酵，提高了发酵效率，也提高了动物粪便中废液的回用率，降低了废液的处理量和处理成本，且，在发酵设备中仅有清液发酵，很少会产生固体沉渣，降低了发酵设备的清洗频率和难度。

8、进一步设置为，酸溶液为木醋液、磷酸溶液、盐酸、硫酸溶液、乙酸溶液、硝酸溶液和乳酸溶液中的至少一种。将除杂后的动物粪便酸化到ph低于6，是因为较低的ph值能抑制病原体的生长，并且能防止尿素自发水解成氨造成氮元素损失，使得清液能保持其氮浓度。

9、上述酸溶液优选为木醋液。上述木醋液为木醋液原液稀释25-35倍所得溶液。木醋液能起到杀菌除臭的作用，能有效抑制有碍植物生长的有害菌的繁殖，其作为液体肥的成分也能防治根瘤线虫等病虫害，还能调节土壤ph值，净化和改良土壤。

10、进一步设置为，发酵转化的具体操作步骤如下：向置于发酵设备中的清液中添加混合菌液形成发酵料液，然后使发酵料液在间歇充氧操作下发酵7-14天，即得液体肥。

11、发酵料液中富含氮素，且主要以尿素的形态存在，使用微生物发酵能将大分子有机物分解为小分子有机物或无机物(如蛋白质分解成易吸收的氨基酸小分子)，尿素转化为植物易于吸收的氨氮，且采用发酵具有成本低、操作简单的优点，有效降低清液中的细菌总数和大肠菌群，灭杀致病菌和寄生虫卵，消除潜在病虫害风险。且，微生物生长的代谢物(如铁载体、抗生素、酶、类黄酮、多酚化合物、萜类化合物、羧酸/有机酸、含氮生物碱等)中，部分能充当植物代谢的前体，可以调控植物生长，部分能作为植物生长因子直接促进植物生长。

12、进一步设置为，间歇充氧操作为：以每间隔4-8h充氧1-2h的充氧频率进行充氧，直至发酵结束；充氧时，发酵料液中的溶解氧不低于70％。优选地，充氧时，可充入洁净空气、纯氧或富氧气体。上述充氧设备包括但不限于水车、搅拌器、曝气管、鼓泡器等。

13、在有氧环境下，清液中的大分子能被加速分解成易吸收的小分子，不溶解性固体含量减少，氨基酸含量提升，有利于发酵腐熟程度加深，同时提供不同的氧含量环境能刺激菌种产生不同的应激代谢产物，丰富液体肥中的营养成分，提高了液体肥的品质，同时还能将厌氧发酵时产生的臭味物质(如硫化氢)带走，减轻液体肥的不良气味。在停止曝气阶段，使得菌种进行厌氧发酵，能缓解菌种的末端代谢产物对菌种生长繁殖的反馈遏制，增加菌种的繁殖密度，提高发酵料液的发酵效率。

14、进一步设置为，发酵设备中，发酵料液的液位不低于1.5m。优选为2-8m。液位低于1.5m时，充氧设备送入发酵料液中的氧气不能充分溶解在其中，充氧效果不佳，容易影响发酵效果。液位过高时，曝气量和曝气强度要求较高，设备易损伤，增加设备成本。

15、优选地，当发酵料液的液位低于5m时，充氧设备采用水车；当发酵料液的液位超过5m时，充氧设备采用曝气管。液位低于5m时，水车搅拌充氧的效果优于曝气管，是因为液位较低时，曝气充入的氧气在上升过程中，不能及时地充分溶解在发酵料液中，造成了氧资源的损失，因此，采用不同充氧设备有利于提高氧利用率。

16、进一步设置为，发酵转化的温度为20-45℃。在最适宜的温度下发酵能快速到达发酵终点，清液发酵的终点可由颜色判断，如夏/秋天呈绿色，春/夏天呈橙色。

17、进一步设置为，混合菌液的添加量为5-10kg/m3；混合菌液中，哈茨木霉菌菌液、光合细菌菌液和乳酸菌菌液的体积比为(0.5-1.5):1:(1.0-2.5)，且各菌液中活菌数不低于1.0×109cfu/ml。乳酸菌具有很强的杀菌能力，能有效抑制有害微生物(如霉菌等)的活动和有机物的急剧腐败分解，还能够抑制连作障碍产生的致病菌增殖，使得液体肥的品质提高，促进氨基酸转化以抑制氨气挥发，使得发酵料液的臭味减轻。光合细菌能合成糖类、氨基酸类、维生素类、氮素化合物、抗病毒物质和生理活性物质等，是肥沃土壤和促进动植物生长的主力部队。哈茨木霉菌能用来预防由腐霉菌、立枯丝核菌、镰刀菌、黑根霉、柱孢霉、核盘菌、齐整小核菌等病原菌引起的植物病害。

18、进一步设置为，发酵料液中还添加有至少一种碳源，添加量为8-12kg/m3。优选地，碳源选自果糖、葡萄糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖、红糖中的至少一种。碳源的添加可以是发酵前一次性添加，也可以是多次添加。向发酵料液中补充一定量的碳源，维持需要的碳氮比，便于微生物的繁殖与发酵，能提高菌种的存活率和发酵效率，进而提高液体肥的品质。

19、第二方面，本发明提供一种利用粪便制备液体肥的方法制得的液体肥，上述液体肥的使用量为：每亩1-1.5t；液体肥在使用时，添加1-1.5倍重量的水进行混合稀释。液体肥的营养物质及盐含量较高，反而容易对植物造成连作障碍，因此要对液体肥进行稀释使用。液体肥水溶性好，以水带肥，在使用后1-3天内即可见效。

20、进一步设置为，该液体肥还能与化肥混合使用。当化肥为氮肥时，氮肥与液体肥的使用量比例为7kg:1t。液体肥与化肥混合使用时，将固态化肥溶解为液态，达到速效的目的。

21、本发明提供的利用粪便制备液体肥的方法，实现如下的有益效果：

22、1)该液体肥利用发酵转化将动物粪便中的废液进行回收利用，再利用和节约了氮、磷、钾等元素资源，改变了传统上将粪便中废液视为污废的处理模式，所得液体肥中含氮量能达到25-30kg/t，能有效刺激植物生长，有利于提高肥料利用率，且使用方便，适合大规模生产应用。

23、2)该液体肥的制备耗时短，原料易得，成本低廉，异味(尤其是臭味)消除，品质稳定，不含病原体和致病菌，其中含有哈茨木霉菌、乳酸菌、光合细菌等有益菌，能控制发酵料液及土壤中的有害菌的繁殖，同时液体肥呈酸性，能降低土壤的盐碱化程度，并改善了耕地的土壤质量，还避免了粪便中废液对植物种子、根系、幼苗造成生物热灼伤的情况，给植物生长提供营养。

24、3)本发明将动物粪便中的大量废液转化成稳定且易被吸收的成分，氮养分以氨基酸态氮、硝态氮、铵态氮、酰胺态氮等多种形式存在，其中丙氨酸、缬氨酸、甘氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、蛋氨酸等氨基酸的含量能提升10倍以上，从而具有更长的肥效期，有效提高氮养分的利用率；还可以成为如磷酸氢二铵、磷酸二氢铵和尿素-硝酸铵等化肥的替代品，减少化学肥料的使用量，增强土壤的可持续性和健康，并满足种植者对标准化和可靠性的要求。