本公開涉及有機廢物處理領域，具體地，涉及一種禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法。
背景技術：
根據(jù)第一次全國污染源普查公報，來自農(nóng)業(yè)面源的污染負荷已經(jīng)超過工業(yè)，成為最主要的污染來源。其中，畜禽養(yǎng)殖污染最為嚴重。
大規(guī)模養(yǎng)殖場為提高處理效率，充分挖掘糞污資源價值，最大限度減少養(yǎng)殖污染，固態(tài)糞污多堆肥處理，液態(tài)糞污通過沼氣設施進行厭氧發(fā)酵，生產(chǎn)沼氣和沼肥。第三方專業(yè)化集中處理企業(yè)，主要是統(tǒng)一收集畜禽糞污，進行沼氣發(fā)電或生產(chǎn)生物天然氣。
從利用方向看，畜禽糞污處理與資源化有能源化利用和肥料化利用兩個主要方向，其中肥料化利用是基礎，能源化利用是補充。肥料化利用方面，沼肥、有機肥等還田利用，可以提高土壤有機質含量，解決耕地基礎地力下降問題，實現(xiàn)養(yǎng)殖戶和種植戶雙雙受益，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
常規(guī)的好氧堆肥和厭氧堆肥都可以獲得成品有機肥，但是由于我國的有機肥標準還不完善，畜禽養(yǎng)殖場在飼料添加劑中大量添加的抗生素、重金屬等不能在堆肥過程中有效去除，未經(jīng)去除抗生素和重金屬污染的肥料的回田再利用會給土壤和水環(huán)境造成新的污染。
技術實現(xiàn)要素：
本公開的目的是提供一種禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法，該方法能在去除肥料中的抗生素的同時回收重金屬，并明顯提高了堆肥效率。
為了實現(xiàn)上述目的，本公開提供一種禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法，所述禽畜糞便含有抗生素和重金屬離子，該方法包括：在電解處理條件下，使含有所述禽畜糞便的混合物料與復合催化劑接觸并進行發(fā)酵堆肥，以使所述禽畜糞便中的有機污染物在陽極發(fā)生氧化反應，并使所述重金屬離子在陰極發(fā)生還原反應轉化為沉淀物質，得到有機肥。
可選地，所述復合催化劑的制備方法包括：(a)礦物采集：從地下采集未被污染的天然礦石，所述天然礦石含有無機物，所述無機物為選自sio2、al2o3、fe2o3和mgo中的至少一種；(b)礦物粉碎：將所述天然礦石粉碎成粒徑為45微米-2納米的天然礦石粉末；(c)礦物粉末提純：從所述天然礦石粉末中分離出對生物體有害的重金屬及放射性物質，得到提純后的天然礦石粉末；(d)礦物粉末燃燒：燃燒所述提純后的天然礦石粉末；(e)混合及發(fā)酵：使經(jīng)燃燒的礦物粉末與h2o及由石花菜構成的天然植物提取物混合，得到混合粉末，并將所述混合粉末發(fā)酵一定時間以提高復合催化劑和微生物的活性；(f)滅菌干燥：對所述發(fā)酵后的混合粉末發(fā)酵進行滅菌及干燥；(g)陶瓷混合粉末培養(yǎng)：將經(jīng)干燥的混合粉末放在容器中，添加混合有水、蒸餾水、磁化水、葡萄糖或糖類的溶液，得到混合粉末溶液；向所述混合粉末溶液添加糖類或用于培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基并進行1小時以上的培養(yǎng)得到培養(yǎng)物；(h)復合催化劑提取，從步驟(g)中所述的培養(yǎng)物中分離提取微生物，并從所述微生物中分離提取得到所述復合催化劑。
可選地，所述復合催化劑的制備方法包括：(d)步驟的礦物粉末燃燒步驟，包括：第一次燃燒工藝，通過50-300℃的溫度加熱2-3小時來進行焙燒；第二次燃燒工藝，完成第一次燃燒工藝之后，將經(jīng)第一次燃燒的天然礦石粉末以300-850℃的溫度加熱0.5-10小時來進行第二次燃燒；(e)步驟的混合工藝步驟中，將60-80％重量的粉碎成45微米-2納米大小的經(jīng)燃燒的礦物粉末、20-30％重量的h2o及2-10％重量的由石花菜構成的天然植物的根、莖、葉的提取物進行混合，得到所述混合粉末；(e)步驟的發(fā)酵工藝步驟，將所述混合粉末在熟成庫中在-10℃至200℃以內的溫度下熟成10-90天進行發(fā)酵；(f)步驟的滅菌及干燥步驟，在焙燒爐內在180℃以下的高溫旋轉0.5-2小時進行滅菌，并以150-200℃的溫度進行干燥；(g)步驟培養(yǎng)上述微生物的培養(yǎng)條件為：具備yem培養(yǎng)基、tsb培養(yǎng)基、m9培養(yǎng)基、lb培養(yǎng)基的培養(yǎng)基，以溫度范圍為30-37℃的范圍實現(xiàn)培養(yǎng)，而在培養(yǎng)基中構成yem的組合物含有na2hpo4·12h2o：3.0-4.5g、k2hpo4：0.5-2.0g、mgso4·7h2o：0.01-0.05g、nh4cl:0.2-0.7g、酵母提取物3.0-5.0g、石花菜10-20g、蒸餾水1.0l。
可選地，相對于100重量份所述禽畜糞便，所述復合催化劑的用量為0.05-2重量份。
可選地，所述混合物料還含有有機碳源物質，相對于100重量份所述禽畜糞便，所述有機碳源物質的用量為10-100重量份，所述有機碳源物質為秸稈和/或稻殼。
可選地，所述混合物料的碳氮比為20-35，含水率為55-65％，ph為6.5-8.5。
可選地，所述發(fā)酵堆肥的條件包括：對所述混合物料通氣，所述通氣的頻率為10-15h/次，通氣速率為80-150l/min，通氣時間為0.5-2h；所述發(fā)酵堆肥的時間為120-240h。
可選地，所述電解處理的電壓強度為0.5-3.0v/cm。
可選地，所述抗生素為選自四環(huán)素類抗生素、喹諾酮類抗生素、磺胺類抗生素、土霉素類抗生素、金霉素類抗生素和泰樂菌素類抗生素中的至少一種；所述重金屬離子為選自cu2+、zn2+、cd2+、cr6+和mn2+中的至少一種。
可選地，所述陰極為選自石墨電極、鉑電極、碳纖維電極、二氧化鉛電極和摻硼金剛石膜電極中的至少一種；所述陽極為選自鉑電極、碳纖維電極、二氧化鉛電極和摻硼金剛石膜電極中的至少一種。
通過上述技術方案，本公開的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法采用電化學方法輔助禽畜糞便的堆肥處理過程，可以在去除禽畜糞便中的抗生素的同時去除并回收重金屬；同時，在堆肥物料中添加復合催化劑，對堆肥過程和電化學反應起到協(xié)同作用，可以有效加速堆肥反應、促進電解去除抗生素和重金屬的速率，從而實現(xiàn)提高堆肥肥效和縮短堆肥周期。
本公開的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
附圖說明
附圖是用來提供對本公開的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本公開，但并不構成對本公開的限制。在附圖中：
圖1是本公開的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法的一種具體實施方式的裝置結構示意圖。
附圖標記說明
1陽極板2為陰極板
3曝氣裝置4直流電源
5混合物料6反應器
7堆肥液體出口8進氣口
9攪拌機10進料口
11第一采樣口12第二采樣口
13濾網(wǎng)14攪拌葉
15出料口16濾液池
具體實施方式
以下結合附圖對本公開的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本公開，并不用于限制本公開。
本公開提供一種禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法，所述禽畜糞便含有抗生素和重金屬離子，該方法包括：在電解處理條件下，使含有所述禽畜糞便的混合物料與復合催化劑接觸并進行發(fā)酵堆肥，以使所述禽畜糞便中的有機污染物在陽極發(fā)生氧化反應，并使所述重金屬離子在陰極發(fā)生還原反應轉化為沉淀物質，得到有機肥。
本公開的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法采用電化學方法輔助禽畜糞便的堆肥處理過程，可以在去除禽畜糞便中的抗生素的同時去除并回收重金屬；同時，在堆肥物料中添加復合催化劑，對堆肥過程和電化學反應起到協(xié)同作用，可以有效加速堆肥反應、促進電解去除抗生素和重金屬的速率，從而實現(xiàn)提高堆肥肥效和縮短堆肥周期。
本公開的發(fā)明人在進一步的研究中發(fā)現(xiàn)，所述復合催化劑可以與電解過程和堆肥過程產(chǎn)生協(xié)同作用，明顯提高堆肥速率和肥效。本公開的復合催化劑為礦物材料提取物，優(yōu)選為礦物材料的提取物經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)得到的，優(yōu)選地，復合催化劑可以采用如下方法制備：(a)礦物采集：從地下采集未被污染的天然礦石，所述天然礦石含有無機物，所述無機物為選自sio2、al2o3、fe2o3和mgo中的至少一種；(b)礦物粉碎：將所述天然礦石粉碎成粒徑為45微米-2納米的天然礦石粉末；(c)礦物粉末提純：從所述天然礦石粉末中分離出對生物體有害的重金屬及放射性物質，得到提純后的天然礦石粉末；(d)礦物粉末燃燒：燃燒所述提純后的天然礦石粉末；(e)混合及發(fā)酵：使經(jīng)燃燒的礦物粉末與h2o及由石花菜構成的天然植物提取物混合，得到混合粉末，并將所述混合粉末發(fā)酵一定時間以提高復合催化劑和微生物的活性；(f)滅菌干燥：對所述發(fā)酵后的混合粉末發(fā)酵進行滅菌及干燥；(g)陶瓷混合粉末培養(yǎng)：將經(jīng)干燥的混合粉末放在容器中，添加混合有水、蒸餾水、磁化水、葡萄糖或糖類的溶液，得到混合粉末溶液；向所述混合粉末溶液添加糖類或用于培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基并進行1小時以上的培養(yǎng)得到培養(yǎng)物；(h)復合催化劑提取，從步驟(g)中所述的培養(yǎng)物中分離提取微生物，并從所述微生物中分離提取得到所述復合催化劑。
根據(jù)本公開，復合催化劑的制備方法可以進一步包括：(d)步驟的礦物粉末燃燒步驟，包括：第一次燃燒工藝，通過50-300℃的溫度加熱2-3小時來進行焙燒；第二次燃燒工藝，完成第一次燃燒工藝之后，將經(jīng)第一次燃燒的天然礦石粉末以300-850℃的溫度加熱0.5-10小時來進行第二次燃燒；(e)步驟的混合工藝步驟中，將60-80％重量的粉碎成45微米-2納米大小的經(jīng)燃燒的礦物粉末、20-30％重量的h2o及2-10％重量的由石花菜構成的天然植物的根、莖、葉的提取物進行混合，得到所述混合粉末；(e)步驟的發(fā)酵工藝步驟，將所述混合粉末在熟成庫中在-10℃至200℃以內的溫度下熟成10-90天進行發(fā)酵；(f)步驟的滅菌及干燥步驟，在焙燒爐內在180℃以下的高溫旋轉0.5-2小時進行滅菌，并以150-200℃的溫度進行干燥；(g)步驟培養(yǎng)上述微生物的培養(yǎng)條件為：具備yem培養(yǎng)基、tsb培養(yǎng)基、m9培養(yǎng)基、lb培養(yǎng)基的培養(yǎng)基，以溫度范圍為30-37℃的范圍實現(xiàn)培養(yǎng)，而在培養(yǎng)基中構成yem的組合物含有na2hpo4·12h2o：3.0-4.5g、k2hpo4：0.5-2.0g、mgso4·7h2o：0.01-0.05g、nh4cl:0.2-0.7g、酵母提取物3.0-5.0g、石花菜10-20g、蒸餾水1.0l。
根據(jù)本公開，復合催化劑也可以為商購產(chǎn)品，例如為購自韓國量子能公司。
根據(jù)本公開，復合催化劑的用量可以在很大范圍內變化，為了進一步提高復合催化劑促進堆肥的效果并提高，相對于100重量份所述禽畜糞便，所述復合催化劑的用量優(yōu)選為0.05-2重量份，更優(yōu)選為0.1-0.5重量份。
根據(jù)本公開，為了提高禽畜糞便堆肥的效果，優(yōu)選情況下，所述混合物料還可以含有有機碳源物質，有機碳源物質和禽畜糞便的相對用量可以為本領域常規(guī)的，優(yōu)選地，相對于100重量份禽畜糞便，有機碳源物質的用量為10-100重量份，更優(yōu)選為20-40重量份。有機碳源物質可以為所述有機碳源物質為秸稈和/或稻殼。
根據(jù)本公開，用于堆肥的混合物料的碳氮比、含水率和ph值滿足本領域常規(guī)的堆肥要求即可，混合物料的碳氮比優(yōu)選為20-35，更優(yōu)選為21-25；含水率優(yōu)選為55-65，更優(yōu)選為60-64；ph優(yōu)選為6.5-8.5，更優(yōu)選為7.0-8.0。
根據(jù)本公開，發(fā)酵堆肥的條件可以為本領域技術人員所熟知的，為了進一步提高堆肥速率和發(fā)酵效果，發(fā)酵堆肥時優(yōu)選對混合物料通氣，通氣的頻率可以為10-15h/次，優(yōu)選為11-12h/次，通氣速率可以為80-150l/min，優(yōu)選為100-120l/min，通氣時間可以為0.5-2h，優(yōu)選為1-1.5h；所述發(fā)酵堆肥的時間可以為100-300h，優(yōu)選為120-240h，更優(yōu)選為150-200h。
根據(jù)本公開，通過電解反應輔助禽畜糞便的堆肥過程可以有效去除禽畜糞便中的抗生素和重金屬離子，具體地，禽畜糞便中的大分子有機質可以在陽極通過氧化反應將降解為更易被作物吸收利用的小分子物質，飼料添加劑中的抗生素被降解去除；禽畜糞便中的重金屬離子在陰極通過還原反應還原為單質沉積于陰極表面，從而與禽畜糞便的發(fā)酵堆肥產(chǎn)物分離。
根據(jù)本公開，電解處理的反應條件可以為本領域常規(guī)的，為了進一步提高該方法對禽畜糞便中有機物和重金屬的去除效率，電解處理的電壓強度優(yōu)選為0.5-3.0v/cm，更優(yōu)選為1.0-2.0v/cm。
根據(jù)本公開，用于進行電解反應的陰極和陽極材料可以為本領的常規(guī)種類，陰極優(yōu)選為選自石墨電極、鉑電極、碳纖維電極、二氧化鉛電極和摻硼金剛石膜電極中的至少一種，更優(yōu)選為石墨電極、碳纖維電極和摻硼金剛石膜電極中的至少一種；陽極優(yōu)選為選自鉑電極、碳纖維電極、二氧化鉛電極和摻硼金剛石膜電極中的至少一種，更優(yōu)選為鉑電極、二氧化鉛電極和摻硼金剛石膜電極中的至少一種。上述優(yōu)選的電極材料有利于電解反應地進行，對禽畜糞便中的抗生素和重金屬的去除效果更好。
根據(jù)本公開的方法，發(fā)酵堆肥可以在帶有電解反應陰極和陽極的反應器內進行，在本公開優(yōu)選地一種實施方式中，發(fā)酵堆肥在如圖1所示的反應器內進行，本公開的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法可以包括：將陽極板1和陰極板2以一定的間距固定于堆肥反應器6中，并連接好直流電源4。調節(jié)堆肥物料的的含水率、碳氮比、溫度、ph值。將堆肥物料與礦物復合材料5以一定的比例充分混合，由進料口10進入反應器。反應器內的堆肥物料通過曝氣裝置3，每11-12h通氣一次，通氣速率為100-120l/min，通氣持續(xù)1-1.5h。同時通過攪拌葉14以12-15r/min的攪拌速率對堆體進行攪拌，攪拌頻率為10-15min/12h。復合礦物材料在反應器中促進堆體的腐熟，同時參與電化學反應。在陰極與陽極施加電壓進行恒電流降解，通過電化學使抗生素等有機污染物在陽極被降解，重金屬等污染物在陰極被還原。通過采樣口11和12取樣，測定堆體發(fā)酵過程的中變化。堆肥濾液由堆肥液體出口7排出進入濾液池16。腐熟完成的物料由出料口15取出。
本公開的方法可以用于處理含有抗生素和重金屬離子的禽畜糞便，其中抗生素和重金屬離子的種類可以為本領域用于禽畜養(yǎng)殖及禽畜糞便中常見的常規(guī)種類，優(yōu)選地，本公開的方法對于選自四環(huán)素類抗生素、喹諾酮類抗生素、磺胺類抗生素、土霉素類抗生素、金霉素類抗生素和泰樂菌素類抗生素中至少一種的抗生素分解消除效果更好；本公開的方法對于選自cu2+、zn2+、cd2+、cr6+和mn2+中的至少一種的重金屬離子的還原消除效果更好。
以下通過實施例進一步說明本公開，但是本公開并不因此而受到任何限制。本公開的下述實施例中，復合催化劑為采用上述制備方法合成的復合催化劑。
實施例1
本實施例用于說明本公開的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法。
采用如圖1所示的裝置進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，混合物料選用新鮮的豬糞(含有四環(huán)素類抗生素21.1mg/kg，砷離子0.32mg/kg、鉻離子1.63mg/kg和銅離子11.95mg/kg)、秸稈，將畜禽糞便與秸稈按碳氮比20-25的比例調節(jié)后，加入0.3％的復合催化劑，調節(jié)混合物料的含水率為65％、初始溫度為環(huán)境溫度、ph值為7.8，混合物料由進料口10進入裝置，在發(fā)酵過程中在混合物料堆體兩端施加電壓，使混合物料堆體的有機物、抗生素和重金屬進行電解反應，堆制10天，堆肥濾液由堆肥液體出口7排出進入濾液池16。腐熟完成的物料由出料口15取出，得到本實施例的有機肥。電化學主要參數(shù)：陰陽兩極的面積為1m2，兩極間距0.5m，電壓強度1v/cm，陰極采用石墨電極，陽極采用鉑電極；所需要的處理時間為240h，發(fā)酵期間控制含水率在65％左右。堆肥反應器每12h通氣一次，通氣速率為120l/min，通氣持續(xù)1h。同時通過攪拌葉14以15r/min的攪拌速率對堆體進行攪拌，攪拌頻率為10min/12h。
實施例2
采用實施例1的原料、裝置和方法進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，所不同的是，復合催化劑的用量為禽畜糞便重量的5％。
實施例3
采用實施例1的原料、裝置和方法進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，所不同的是，不包括對混合物料通氣的步驟。
實施例4
采用實施例1的原料、裝置和方法進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，所不同的是，電壓強度0.2v/cm。
實施例5
采用實施例1的原料、裝置和方法進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，所不同的是，陰極采用二氧化鉛電極，陽極采用碳纖維電極。
實施例6
采用實施例1的裝置和方法進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，所不同的是，禽畜糞便原料中含有磺胺類抗生素。
對比例1
本對比例用于說明與本公開不同的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法。
采用實施例1的原料、裝置和方法進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，所不同的是，混合物料中不加入復合催化劑。
對比例2
本對比例用于說明與本公開不同的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法。
采用實施例1的原料、裝置和方法進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，所不同的是，混合物料堆體兩端不施加電壓。
對比例3
本對比例用于說明與本公開不同的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法。
采用實施例1的原料進行禽畜糞便發(fā)酵堆肥，所不同的是，采用普通堆肥方法，混合物料中不加入復合催化劑，且混合物料堆體兩端不施加電壓。
測試實施例1
在發(fā)酵堆肥過程中分別測定實施例1-6和對比例1-3中混合物料堆體中抗生素與重金屬的去除率，并測定堆肥結束后得到的有機肥中抗生素與重金屬的去除率，結果列于表1和表2中。
表1實施例1-6和對比例1-3的堆肥前后抗生去除率
表2實施例1-6和對比例1-3堆肥前后水溶態(tài)重金屬元素變化情況
由實施例1-6與對比例1-3的數(shù)據(jù)對比可以看出，本公開的禽畜糞便發(fā)酵堆肥的方法可以有效提高禽畜糞便中有機物的降解速率和重金屬離子的去除率，發(fā)酵得到的有機肥中抗生素和重金屬離子含量明顯降低。
在本公開優(yōu)選的對所述混合物料通氣，所述通氣的頻率為10-15h/次，通氣速率為80-150l/min，通氣時間為0.5-2h；所述發(fā)酵堆肥的時間為120-240h的情況下，采用本公開的方法發(fā)酵禽畜糞便得到的有機肥中抗生素和重金屬離子的去除更徹底；在本公開優(yōu)選的電解處理的，電壓強度為0.5-3.0v/cm的情況下，采用本公開的方法發(fā)酵禽畜糞便得到的有機肥中抗生素和重金屬離子的去除率更高。
以上結合附圖詳細描述了本公開的優(yōu)選實施方式，但是，本公開并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本公開的技術構思范圍內，可以對本公開的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本公開的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本公開對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本公開的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本公開的思想，其同樣應當視為本公開所公開的內容。