专利名称：人粪便快速分解堆肥的优化控制方法
技术领域：
本发明属于有机肥料领域，更具体的说是以堆制肥料步骤为特征的肥料的制备领域。
背景技术：
在我国自古以来人粪便是珍贵的有机肥料，被广泛用于农业生产中。人粪便的产生来源于未被人体完全消化、吸收的食物残渣，因此人粪便在被利用于农作物生产的同时，促成了有机物的循环利用，对环境不会产生不利的影响。但传统的粪便堆肥、运输、使用过程中存在卫生方面的风险。近代化肥的大规模推广利用，逐渐替代了有机肥料，带来了农作物的增产。但同时对土壤产生不良影响，以及易于流失形成农田面源污染，对水环境形成威胁。另一方面，人口的激增的同时人粪便不能被有效的利用，则必须加以处理后才能排入环境，加大了城市污水处理厂的压力。在农村地区未被利用的粪便则随意排入水环境，形成污染。
因此有必要推广应用新型的人粪便现场堆肥技术，一方面需要消除传统堆肥方法的卫生风险，另一方面则需要适合现代生活的特点，提高堆肥技术的效率。
CN200480001310.X(堆肥及其制造方法和制造装置)公开了通过硅灰石和硫酸的反应使猪粪尿和人粪尿等实现固形化或粒状化，从而臭味得以改善，同时即使在处理量大的实际水平方面，也能切实进行基于有效微生物的发酵即堆肥化。其中堆肥是按下列方法获得的在猪粪尿或人粪尿中混合硅灰石，接着与浓硫酸混合并进行反应而使之固化或粒状化，在这样得到的物料中，混合在鸡粪中混合硅灰石、接着与浓硫酸混合并使之反应而固化或粒状化的物料，以所述混合物为培养基，加入有效微生物而使之发酵。本发明的堆肥效果较好，不足之处是需要加入化学物质与有效微生物，对于农村的实际应用存在着一定的难度。
发明内容
1.发明要解决的技术问题本发明提供了一种人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，可以在人粪便的发生现场进行好氧堆肥，根据人粪便投入量的大小，对生物填料的用量、以及堆肥的各项指标进行控制，不仅消除了传统厌氧堆肥的恶臭、堆肥中寄生虫感染的卫生风险，而且能够达到人粪便堆肥的高效率。
2.为解决以上的技术问题，本发明的技术方案如下一种人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，其主要包括以下步骤(1)人粪便堆肥生物填料的选择和制备锯木屑、农业废弃物或者锯木屑与农业废弃物的混合物，使其颗粒大小的范围为0.1～2.0mm，将以上混合物加入反应槽，按照20∶1～40∶1的体积比例加水加湿；(2)将粪便加入反应槽，使生物填料重量为投入粪便重量的2～5倍，每次加入粪便后应立即搅拌使粪便与填料混合；(3)保持反应槽的温度在45～55℃左右，同时持续通风，使填料保持与空气的接触，在3个月至6个月左右需更换填料。
生物填料的选择和制备中农业废弃物可选择如大豆秸秆、玉米秸秆的粉碎物，为保持填料良好的通气性、蒸发性，其颗粒大小的范围为0.1～2.0mm；为保持足够的耐久性，其与锯木屑的比例可为0.5～2.0∶1。反应槽为易于保温、便于通风、便于搅拌填料堆肥物质、耐腐蚀的容器即可，常用的是金属、陶瓷类容器，如不锈钢、铝合金。
为保证足够的填料吸收水分，提供有机物质降解的好氧环境，根据投入量确定生物填料的使用量，为投入粪便重量的2～2.5倍时效果较好。
粪便的加入，可以采取人群如厕的方式在反应槽上方设置便座，直接投入。或者采取间接投入的方式，从其他地方收集、运输后加入反应槽。为保证足够的填料吸收水分，提供有机物质降解的好氧环境，粪便的投入量与生物填料的比例应该维持在适当的水平。
根据投入量确定生物填料的使用量，具体可为投入粪便重量的2～5倍。如果使用人数确定的话，生物填料的使用量，具体可为2～2.5kg/人；每次加入粪便后应立即适当搅拌使粪便与填料混合，并促进水分蒸发，使得填料获得足够的氧。在人粪便与填料混合时可以慢速(约360度～540度/分钟)在正向和负向持续搅拌1分钟以上，以后的24小时内，即使没有新的粪便投入，也应该每3～4小时搅拌一次，正向和负向持续搅拌1分钟，使填料达到上下、左右混合的目的；利用温控器，保持反应槽的温度在45～55℃左右，这样的条件下使得填料保持水分的持续蒸发。堆肥填料保持与空气的接触，如需加盖，则需设置通风管道，24小时通风送氧。为促进水分蒸发和供氧，通风量维持在70～80m3/h左右为佳。
在上述条件下，水分蒸发，粪便在12小时内迅速分解，如果不考虑填料的使用效率，在粪便降解后即可取出堆肥。即使持续投入新的粪便，只要维持上述比例，填料的总重量、湿度、氧、温度可以维持平衡状态，没有厌氧状态下的恶臭，以及杂菌的繁殖，在3个月至6个月左右取出堆肥，这样可以使得生物填料充分发挥作用。
本堆肥技术最终产出的是干燥、清洁的有机肥料，可用于农业生产。
3、有益效果通过本发明最终获得的有机肥性状好，无臭、含水率低、有效成分高，易于运输和使用，填料使用锯木屑或农作物秸秆，对土壤无害，具有较好的生态安全性。本发明获得的堆肥，作为干燥、清洁易于使用的原料易被农民接受。因此对削减农业废弃物，促进有机物的循环再利用，控制农村地区的面源污染有很大帮助。
图1为实施例1记录的每周的粪便投入量统计结果，具体记录每周内向反应槽中投入的粪便(尿液与粪便)的总重量，以kg计；图2为实施例1记录的每天的反应槽内温度变化记录，单位为℃；图3为实施例1记录的每周的堆肥效率统计结果，具体记录每周内堆肥的处理率(％)与投入粪便总量的变化情况；图4为实施例2记录的每天的反应槽内温度变化记录，单位为℃；具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明
实施例1采用锯木屑为生物填料，使用量为150L，约为10kg，使其颗粒大小的范围为0.1～2.0mm，将以上混合物加入反应槽，按照填料与水20∶1～40∶1的体积比例加水加湿；试验期间每天投入粪便量控制在4kg以内，每次加入粪便后立即搅拌使粪便与填料混合，每隔5小时间歇搅拌一次；保持反应槽的温度在50℃左右，同时持续通风，使填料保持与空气的接触。试验表明，粪便快速分解，第12周监测的数据分析结果为(1)堆肥效率实验中加入的粪便量如图1，堆肥温度和重量变化如图2、图3。
在12周内，总体投入人体排泄物重量为63.55kg，其中尿液49.71kg，粪便重量13.84kg。尿液与粪便投入重量的比值为3.59∶1。本实验中，堆肥效率定义为粪便重量减少的百分比。由图可见，该技术的堆肥效率高，且随时间增加总体呈增高趋势，前3周由76.23％快速上升至97.85％，3周之后趋于稳定。效率高的原因为水分快速蒸发，同时经过一段时间的积累，系统培养出适合粪便分解的好氧菌群，加速了粪便的分解，随时间增加菌群增多，处理率相对稳定，使快速分解粪便成为可能。
(2)堆肥腐熟度的化学指标堆肥腐熟度是反映有机物降解和生物化学稳定度的指标，是堆肥产品质量评价的重要依据。按照有机肥料的标准进行检测，并以当前的商品有机肥料标准作为参考，对第4周与第12周的堆肥样品分析测试结果如表1所示。样品中的N含量较高，随时间增加而迅速增加，在第12周，其总养分(N+P2O5+K2O)含量(以干基计)％＝4.77＞4.0，达到商品有机肥标准。有机物含量高，均达到90％以上。
C/N值是最常用于评价腐熟度的参数。适合于微生物作用的有机物C/N值小于20。本实验堆肥样品C/N下降较快，从第4周到第12周C/N由34.63下降到10.61，符合腐熟堆肥的C/N值标准。
表1 堆肥成分分析结果
(3)堆肥腐熟度的生物学评价用生物学指标——种子发芽指数(GI)评价生态厕所堆肥腐熟情况。根据GB/T3543.4-1995种子发芽率检测方法、国际种子检验规程》(ISTA1996)和植物毒性法检测建立实验步骤。
采用黄瓜种子的发芽实验结果如表-2所示。通常认为种子发芽率大于50％的话，堆肥毒性较小，具有较高的腐熟度。从表中可以看出，在合适的稀释浓度下(1∶30和1∶50)，发芽率大于50％，说明从生物学评价的角度来看，本技术的堆肥也具有较好的腐熟度。
表-2 发芽指数的实验结果
实施例2采用锯木屑和大豆秸秆的粉碎物，按上述实施方式，以1∶1的体积比例制备生物填料150L，使其颗粒大小的范围为0.1～2.0mm，将以上混合物加入反应槽，按照20∶1～40∶1的体积比例加水加湿；生物填料为投入粪便重量的2，倍按实施例1步骤，并控制实验的条件参数相同时，堆肥温度变化如图4，堆肥在7周的时间内重量变化处于平衡状态，锯木屑和大豆秸秆的粉碎物作为生物填料与单纯使用锯木屑同样具有良好的堆肥效果。采用黄瓜种子的发芽实验结果如表-3所示，同样表明在合适的稀释浓度下(1∶30以上)，发芽率大于50％，说明从生物学评价的角度来看，本技术的堆肥具有较好的腐熟度。
表-3 发芽指数的实验结果
实施例3采用与实施例1相同的生物填料(锯木屑)，使用量为100L，约为7kg，使其颗粒大小的范围为0.1～2.0mm，将以上混合物加入反应槽，按照20∶1～40∶1的体积比例加水加湿；试验期间每天投入粪便量控制在1.6kg左右，每次加入粪便后立即搅拌使粪便与填料混合，每隔4小时间歇搅拌一次；保持反应槽的温度在50℃左右，同时持续通风，使填料保持与空气的接触。试验表明，粪便快速分解，第12周监测的数据分析结果为总养分(N+P2O5+K2O)含量(以干基计)％＝18＞4.0，超过商品有机肥标准。腐熟度指标C/N值为28.5，略高于腐熟堆肥的C/N值标准。试验表明，生物填料与粪便投入量比值为4左右时，堆肥效果满足商品有机肥标准，从腐熟度指标考虑，以实施例1的生物填料与粪便投入量比值为2.5比例为宜。
实施例4采用锯木屑和玉米秸秆为生物填料，使用量为150L，约为10kg，使其颗粒大小的范围为0.1～2.0mm，将以上混合物加入反应槽，按照20∶1～40∶1的体积比例加水加湿；试验期间每天投入粪便量控制在5kg左右，每次加入粪便后立即搅拌使粪便与填料混合，每隔2小时间歇搅拌一次；保持反应槽的温度在50℃左右(45～55℃)，同时持续通风，使填料保持与空气的接触。试验表明，粪便快速分解，第12周监测的数据分析结果为总养分(N+P2O5+K2O)含量(以干基计)％＝18＞4.0，超过商品有机肥标准。腐熟度指标C/N值为28.5，略高于腐熟堆肥的C/N值标准。试验表明，生物填料与粪便投入量比值为4左右时，堆肥效果满足商品有机肥标准，从腐熟度指标考虑，以实施例1的生物填料与粪便投入量比值为2.5比例为宜。
权利要求
1.一种人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，其主要包括以下步骤(1)人粪便堆肥生物填料的选择和制备锯木屑、农业废弃物或者锯木屑与农业废弃物的混合物，使其颗粒大小的范围为0.1～2.0mm，将以上混合物加入反应槽，按照20∶1～40∶1的体积比例加水加湿；(2)将粪便加入反应槽，使生物填料重量为投入粪便重量的2～5倍，每次加入粪便后应立即搅拌使粪便与填料混合，每隔2～5小时间歇搅拌一次；(3)保持反应槽的温度在45～55℃左右，同时持续通风，使填料保持与空气的接触，在3个月至6个月左右需更换填料。
2.根据权利要求1所述的人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，其特征在于步骤(2)中生物填料的使用量为投入粪便重量的2～2.5倍。
3.根据权利要求1或2所述的人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，其特征在于步骤(2)中在人粪便与填料混合时以360度～540度/分钟在正向和负向持续搅拌1分钟以上，以后的24小时内，自动控制每3～4小时搅拌一次，正向和负向持续搅拌1分钟以上。
4.根据权利要求1或2所述的人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，其特征在于步骤(1)中采用锯木屑与农业废弃物的混合物时，农业废弃物其与锯木屑的体积比为0.5～2.0∶1。
5.根据权利要求1或2所述的人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，其特征在于步骤(3)中通风量应维持在70～80m3/h。
6.根据权利要求1或2所述的人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，其特征在于可持续投入新的粪便，只需维持步骤(2)中生物填料重量为投入粪便重量的2～5倍。
全文摘要
本发明公开了人粪便快速分解堆肥的优化控制方法，属于有机肥料领域。本发明先及进行生物填料的选择和制备锯木屑、农业废弃物或者锯木屑与农业废弃物的混合物，使其颗粒大小的范围为0.1～2.0mm，将以上混合物加入反应槽，按照20∶1～40∶1的体积比例加水加湿；将粪便加入反应槽，使生物填料重量为投入粪便重量的2～5倍，每次加入粪便后应立即搅拌使粪便与填料混合；保持反应槽的温度在45～55℃左右，同时持续通风，使填料保持与空气的接触，在3个月至6个月左右需更换填料。本方法可以快速降解粪便，对削减农业废弃物，促进有机物的循环再利用，控制农村地区的面源污染有很大帮助。填料使用锯木屑或农作物秸秆，对土壤无害，具有较好的生态安全性。
文档编号C05F3/00GK1958526SQ20061009788
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月20日 优先权日2006年11月20日
发明者钱新, 高良敏, 张玉超, 钱瑜, 陆根法 申请人:南京大学