一种基于环境温度的寒区畜禽粪污轻简化堆肥方法与流程

本发明属于农业废弃物资源化利用，具体涉及一种基于环境温度的寒区畜禽粪污轻简化堆肥方法。

背景技术：

1、堆肥是一个复杂的生化过程，真菌、细菌和放线菌参与木质纤维素、蛋白质、淀粉和其他有机物的降解以及最终形成腐殖质，并最终影响堆速度和质量肥。堆肥过程除受堆肥基质性质和运行工艺参数影响外，还受堆料的ph、含水率、堆体温度的影响。温度低会导致堆肥启动失败、堆肥进程慢、堆肥产品中致病菌、蛔虫卵等灭活效果差等问题。温度过高虽能解决上述问题，但是高温导致有机物降解快，肥力损失大。含水率过高影响堆肥底物氧气含量，过低影响微生物的代谢活动和传质。过高或过低的ph均会抑制微生物的繁殖、代谢以及与之相关的各种酶的活性。

2、堆肥是处理畜禽粪便、农作物秸秆等有机废弃物的有效措施之一。黑龙江省每年约产生0.9亿吨的畜禽粪污，虽然在国家、省政府和各级地方政府的推动和引领下，我省的粪污资源化利用率已经达到了82％，仍有18％的畜禽粪污未得到有效处理。畜禽粪污中含有较高的化学需氧量(cod)、总氮(tn)和磷(tp)等环境污染物，处理和利用不当将会引发环境、社会等一系列问题。据统计，黑龙江省目前来源于畜禽养殖业的cod、tn和tp占全省总的cod、tn和tp的60％以上。而畜禽粪污经过堆肥处理后可以作为肥料还田，能够起到培肥地力、促进农作物生长、提高农作物品质和产量。因此，在我省进行畜禽粪污堆肥技术的推广对于减轻我省畜禽粪污污染压力，促进黑土保护具有非常重要的意义和作用。而黑龙江省纬度高，冬季户外温度低且持续时间长，如产生的热量不足以抵消堆体向环境损失的热量，容易导致堆肥启动速度慢甚至启动失败的现象，夏季，如果产生热量累积过多，导致堆体温度过高且高温持续时间过长，则有机物分解过多，有效成分散失严重，肥力下降，影响堆肥的处理效率和品质。因此针对上述问题，开发一项基于快速启动堆肥菌剂的寒区畜禽粪污静态覆膜堆肥方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于环境温度的寒区畜禽粪污轻简化堆肥方法，该方法保证冬季堆肥快速启动，堆肥温度50℃以上能够保持10天以上，55℃以上能够保持7天以上，保证堆肥的卫生和质量。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于环境温度的寒区畜禽粪污轻简化堆肥方法，该方法包括以下步骤：

3、在不同环境温度下进行条垛堆肥，先铺一层底层物料，然后平铺一层中层物料，再覆盖一层外层物料，在所述底层物料、中层物料和外层物料中均加入微生物菌剂，得到堆肥物料；并在所述堆肥物料的外层敷设生物降解膜；所述底层物料、中层物料和外层物料中均含有畜禽粪污，所述底层物料、中层物料和外层物料的含水率不同；所述堆肥物料的最小堆肥体积通过公式vmin计算：

4、

5、其中，ρ为堆肥物料的密度，单位为kg/m3；rt为堆肥完成需要的天数，单位为天；s为堆肥系统各部分的散热面积，单位为m2；λ为保温层的导热系数，单位为kj/m2k；t为堆肥物料的温度，单位为℃；te为环境温度，单位为℃；hc为堆肥物料的热值，单位为kj/kg；wc为堆肥物料的含水率，单位为％；ym为堆肥物料挥发性固体的生化反应率，单位为％；xvs为堆肥物料挥发性固体的含量，单位为％；cp为堆肥物料的比热，单位为kj/kg℃；h为水在某一温度下的汽化潜热，单位为kj/kg；a为参数。

6、优选地，所述最小堆肥体积的计算公式中参数a通过以下公式计算：

7、

8、其中，wc0为堆肥物料初始的含水率，单位为％；wcend为堆肥物料堆肥结束时的含水率，单位为％；yh2o为有机物降解产水率，单位为kg/kgvs；xvs0为堆肥物料初始挥发性固体的含量，单位为％。

9、优选地，所述底层物料、中层物料和外层物料均是玉米秸秆和牛粪的混合物料；所述底层物料、所述中层物料和所述外层物料与所述微生物菌剂的质量比均为1吨：1公斤。

10、优选地，当环境温度低于15℃时，所述底层物料的含水率为30％～50％，中层物料的含水率为60％～75％，外层物料的含水率30％～40％；所述底层物料、中层物料和外层物料的碳氮比均为30；所述堆肥物料的最小堆肥体积大于120m3；所述底层物料的宽度为3米，长度为10米，厚度为20～30厘米。

11、优选地，所述外层敷设生物降解膜的方法为：在所述堆肥物料的外层先敷设一层生物降解膜，然后覆盖一层厚度为5～20厘米的腐熟堆肥或干燥的土壤，再敷设一层生物降解膜。

12、优选地，作为底层物料的玉米秸秆和牛粪的混合物料中玉米秸秆的长度为10～20厘米，作为中层物料和作为外层物料的玉米秸秆和牛粪的混合物料中的玉米秸秆的长度均为2～5厘米；所述微生物菌剂由cellvibrio、aequorivita、pusillimonas、galbibacter、mangroviflexus、proteiniphilum、marinobacter、psychrobacter和others按照15～20、8～10、8～10、8～10、5～7、5～7、3～5、1～2和30～40的重量份数比组成。

13、优选地，当环境温度高于15℃时，所述底层物料的含水率为30％～50％，中层物料的含水率为60％～75％，外层物料的含水率为40％～50％；所述底层物料、中层物料和外层物料的碳氮比均为25，所述堆肥物料的最小堆肥体积大于20m3。

14、优选地，所述外层敷设生物降解膜的方法为：在所述堆肥物料的外层先覆盖一层厚度为5～10厘米的腐熟堆肥或干燥的土壤，然后敷设2层生物降解膜。

15、优选地，作为底层物料的玉米秸秆和牛粪的混合物料中玉米秸秆的长度为6厘米，作为中层物料和作为外层物料的玉米秸秆和牛粪的混合物料中的玉米秸秆的长度均为2～5厘米；所述微生物菌剂由nonomuraea、coprococcus、flavobacterium、pedobacter、smb53、pseudomonas和bacteroides按照质量比为0.14％、0.09％、5.30％、53.87％、0.02％、40.08％和0.50％的比例复配而成。

16、优选地，所述底层物料的厚度为5～10厘米，所述外层物料的厚度为20厘米。

17、本发明与现有技术相比具有以下优点：

18、1、本发明通过根据环境温度的高低添加相应的菌剂来加快堆肥启动和堆肥过程。当环境温度低于15℃时，堆肥启动不起来，所以加入一些在低温条件下能够快降解蛋白的微生物，如proteiniphilum、psychrobacter等加快堆肥的启动时间；当环境温度高于15℃时，堆肥启动不成问题，有机物的降解是限速的，所以添加nonomuraea、coprococcus、flavobacterium、pedobacter、smb53、pseudomonas和bacteroides来强化堆体中纤维素、半纤维素等的降解速度，维持堆体温度，缩短堆肥时间，保证粪肥的安全卫生。

19、2、本发明确立了寒区堆肥体积，构建了分层调控方法，堆体能够快速升温，可防止臭气外逸和氮损失。

20、未分层调控的堆肥会出现底部物料含水量过高形成厌氧区，导致堆肥停止或变缓，并且会产生大量渗液和硫化氢等气体。当环境温度低于15℃时，由于物料含水率高，向环境散失的热量多，堆体温度升温慢或升温失败，所以通过降低底层、外层的含水率以及提高秸秆的含量(c/n＝30)来提高堆体的保温性能。当堆肥温度升起来时，底层物料吸收中层物料产生的水分和热量，开始启动堆肥过程。这时含水率低的底层物料在堆肥启动后吸收中层物料产生的生物水，减少污水产生。另外，低的含水率也增加了堆体的氧气含量，减少或无需翻堆。减少了臭气的产生。高的碳氮比保证了堆体维持高温所需要的热能。而外层的物料可吸收水蒸气及吸附和溶解硫化氢，氨等气体，减少臭气外逸。

21、当环境温度高于15℃时，当堆肥温度升起来时，底层物料吸收中层物料产生的水分和热量，开始启动堆肥过程。这时含水率低的底层物料在堆肥启动后吸收中层物料产生的生物水，减少污水产生。另外，低的含水率也增加了堆体的氧气含量，减少翻堆或通气次数，减少了臭气的产生。低的碳氮比减少因堆体产生大量的热散不出去造成温度太高，高温阶段太长，有机物过度降解，堆肥的肥效降低的问题。而外层的物料可吸收水蒸气及吸附和溶解硫化氢，氨等气体，减少臭气外逸。

22、下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。