本發(fā)明屬于沼液處理與資源化利用技術領域，具體涉及一種利用沼液制備炭基有機肥的方法。
背景技術：
隨著我國規(guī)?；B(yǎng)殖的快速發(fā)展，畜禽糞便排放量急劇增長，利用沼氣工程處理畜禽糞污是減少環(huán)境污染、緩解農村能源短缺的一個重要的途徑。然而，沼氣工程運行同時也會產生大量的沼液。如果這些沼液無法得到有效處理，隨意排放將會造成嚴重的二次污染，如果當成廢水處理，又會產生高昂的運行費用，嚴重制約沼氣工程產業(yè)發(fā)展。沼液一般含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和鐵、銅、錳等微量元素，以及氨基酸、蛋白質、水解酶、維生素、植物生長激素(吲哚乙酸、赤霉素類、細胞分裂素等)、B族維生素類、抗生素和抗冷物質(脯氨酸、亞油酸、黃腐酸等)等，是一種優(yōu)質的資源。開展沼液資源化利用是克服沼液二次污染、提升沼氣工程綜合效益的重要途徑。
沼液的肥料化是沼液資源化利用和商品化開發(fā)研究的熱點。沼液肥料化利用主要有四個途徑。一是農田直接施用。該方法雖然簡單且成本低，但在我國卻面臨著諸多的應用障礙，如土地消納能力不足，農作物用肥的季節(jié)性和定量性，運輸成本過高，肥效和施肥便捷性均低于化肥，易污染水環(huán)境等。二是通過濃縮法(膜濃縮，低溫蒸發(fā)等)或添加營養(yǎng)成分法(腐植酸、無機元素等)生產多功能液體復合肥，該方法雖然商品化程度較高，但技術難度大、生產成本高。三是回收沼液中營養(yǎng)元素生產固體/液體有機肥，如利用鳥糞石、沸石、秸稈等材料吸附沼液中的營養(yǎng)物質后，可作為固體有機肥農用。
我國農作物秸稈資源豐富，以秸稈為吸附介質與沼液混合，再進行好氧發(fā)酵生產有機肥，既能資源化利用沼液和農作物秸稈，又能解決兩者對環(huán)境的二次污染。專利“CN103664257A”將粉碎后農作物秸稈送入攪拌罐中與沼液混合，再送入好氧發(fā)酵罐生產有機肥，但存在秸稈吸附效果不高、沼液中的營養(yǎng)元素并未充分回收利用等問題，使得后續(xù)的堆肥過程中還需要額外加入氮源。專利“CN103641593A”利用秸稈粉、吸附劑組成物料床，吸附沼液中的有機物，然后堆肥制取園林基質，其中吸附劑包括膨潤土、蒙脫土、硅藻土、凹凸棒土中的至少一種與氧化鐵的混合物，但吸附劑制取較為復雜，且產品只適用于缺鐵性園林土壤。專利“CN104324533A”公開了一種用玉米秸稈填充的沼液過濾柱及其應用技術，但該專利注重沼液過濾柱的制備工藝。
綜上，雖然目前利用秸稈吸附沼液后用于生產有機肥有一定程度的研究，但普遍存在沼液中的營養(yǎng)元素未能充分資源化利用、堆肥產品質量低等問題。為此，需要開發(fā)一種利用沼液制取炭基有機肥的方法，既可充分資源化利用沼液，又能提高堆肥產品的質量，生產出炭基有機肥。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種利用沼液制備炭基有機肥的方法。
本發(fā)明所提供的利用沼液制備炭基有機肥的方法，包括下述步驟：
1)以秸稈和生物炭為原料制備混合濾料；
2)將所述混合濾料浸入固液分離前的沼液中，待濾料吸附飽和后，過濾，得到吸附沼液后的固體濾料；
3)將所述吸附沼液后的固體濾料發(fā)酵，得到發(fā)酵產物；
4)將所述發(fā)酵產物過篩、干燥、粉碎，得到炭基有機肥。
上述方法步驟1)中，所述秸稈具體可為玉米秸稈或小麥秸稈。
所述秸稈為晾干后秸稈，其含水率在8～20％范圍內；
所述生物炭為所述秸稈在厭氧高溫(300～600℃)環(huán)境下裂解炭化7～15h制得的產品。
所述制備混合濾料的操作如下：
a)將秸稈粉碎成細秸稈和粗秸稈；
b)將生物炭與所述細秸稈混合均勻，得到炭桿混合物；
c)將所述粗秸稈放入物料床底部形成粗秸稈層，在所述粗秸稈層上部放置生物炭形成生物炭層，再將所述炭桿混合物放在所述生物炭層上方，得到混合濾料。
步驟a)中，所述細秸稈的長度為1～5cm，具體可為2cm；所述粗秸稈的長度為5～8cm，具體可為5cm。
步驟b)中，所述炭桿混合物中生物炭與細秸稈的質量比為(0.3～0.8)：1。
步驟c)中，所述粗秸稈層的厚度為5～10cm；所述生物炭層的厚度為5～10cm。
上述方法步驟2)中，所述沼液具體可為豬糞沼液或牛糞沼液。
所述沼液的加入量可按照每公斤秸稈25～100mL沼液計算，混合濾料浸入沼液中的時間不少于2小時，具體可為3小時。
上述方法步驟3)中，所述發(fā)酵在腐熟菌劑作用下進行。
所述腐熟菌劑可為秸稈腐熟劑。具體應用時，可使用現有的秸稈腐熟劑，如河北眾邦生物技術有限公司生產的四壯牌秸稈腐熟劑，其主要成分為解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和米曲霉，含菌量10.0億/克。
所述腐熟菌劑與所述秸稈干重的重量比為(0.02～0.05):1。
所述發(fā)酵的操作為：將所述吸附沼液后的固體濾料放入發(fā)酵罐后，撒施腐熟菌劑，攪拌均勻，進行曝氣好氧發(fā)酵，待物料溫度維持在50℃以上5～10天后，停止曝氣，繼續(xù)發(fā)酵8～15天。
所述發(fā)酵罐為自研發(fā)的好氧發(fā)酵罐(見圖1)。
所述曝氣好氧發(fā)酵的工藝參數為：發(fā)酵罐底部曝氣速率控制在0.05～0.5m3/min·m3，每天曝氣1～3次，每次曝氣0.2～1小時，當發(fā)酵溫度高于60℃時，通入適量沼液至發(fā)酵罐，攪拌以將物料含水率控制在40～60％，發(fā)酵溫度控制在40～60℃。
上述方法步驟3)中在對所述吸附沼液后的固體濾料進行發(fā)酵前，還可包括對其進行靜置至其含水率小于75％的操作。
上述方法步驟4)中，通過干燥使得發(fā)酵產物含水率小于30％。
所述過篩是指去除發(fā)酵產物中的塑料、石頭、木頭等雜物。
通過上述方法制備得到的炭基有機肥也屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明產生的有益效果為：
(1)可實現秸稈和沼液兩類有機廢棄物的無害化處理與資源化利用，沼液為固液分離前的沼液，可降低沼氣工程對發(fā)酵產物固液分離的運行成本。
(2)以粉碎后的秸稈和生物炭作為吸附過濾材料，可有效過濾吸附沼液中的氮磷等營養(yǎng)元素，避免后續(xù)好氧發(fā)酵氮源額外添加。
(3)生物炭可實現堆肥過程臭味物質減排，同時可促進有機肥堆肥過程的腐植化，提高肥料品質，達到生產炭基有機肥的目的。
附圖說明
圖1為本發(fā)明中使用的自研發(fā)的好氧發(fā)酵罐的示意圖。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明進行說明，但本發(fā)明并不局限于此。
下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法；下述實施例中所用的試劑、材料等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
下述實施例中的沼液來源于以豬糞為主要原料的沼氣工程所產的厭氧發(fā)酵剩余物，是未經過固液分離的沼液，pH為7.2，EC為9.0ms/cm，COD為7685mg/L，總氮為1662mg/L，總磷為108mg/L；玉米秸稈取自北京大興區(qū)，含水率為6～8％；生物炭為玉米秸稈在厭氧高溫(600℃)環(huán)境下裂解炭化12h制得，pH為9.7，比表面積為45～70m2·g-1。
下述實施例中的腐熟菌劑為四壯秸稈腐熟劑，購自河北眾邦生物技術有限公司生產，含菌量為10.0億/克。
本發(fā)明制備了3種炭基有機肥，分別為炭基有機肥1～3，用以闡述利用沼液制取炭基有機肥的具體制備過程。
實施例1
1)將20kg玉米秸稈粉碎至2cm和5cm長度，在圓柱形物料床底部裝入5cm長的秸稈至5cm高度，上部均勻放置3kg生物炭，將剩余的秸稈與4.8kg生物炭混合均勻后，裝入到物料床，物料床底部設有過濾網以方便排出沼液。生物炭與總秸稈的質量比為0.39：1。
2)通過水泵向物料床頂部勻速通入固液分離前的沼液0.8m3，最終使物料全部浸入沼液中，待物料浸泡3小時后，通過過濾網濾去物料中的沼液。
3)靜置物料至含水率為60％，將物料床中的物料放入發(fā)酵罐中，撒施腐熟菌劑1.2kg，攪拌均勻，進行好氧發(fā)酵，發(fā)酵罐底部通風速率控制在0.1m3/min·m3，每天曝氣3次，每次曝氣0.5小時；當發(fā)酵溫度高于60℃時，通入適量沼液至發(fā)酵罐，攪拌，將物料含水率控制在40％～60％；當物料溫度維持在50℃以上5天后，停止通風，繼續(xù)發(fā)酵8天。
4)將發(fā)酵產物篩分，去除其中的塑料、石頭、木頭等雜物，干燥后制得炭基有機肥1。
本實施例共進行發(fā)酵15天，物料達到腐熟，總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)的質量分數為5.76wt％，有機質含量為47.6wt％，滿足有機肥質量標準；沼液體積減少35.8％，COD去除率達到48％，總氮去除率達到37％，有效回收利用了沼液中營養(yǎng)元素含量，降低了沼液后續(xù)處理難度。
實施例2
1)將20kg玉米秸稈粉碎至2cm和5cm長度，在圓柱形物料床底部裝入5cm長的秸稈至5cm高度，上部均勻放置4kg生物炭，將剩余的秸稈與7.2kg生物炭混合均勻后，裝入到物料床，物料床底部設有過濾網以方便排出沼液。生物炭與總秸稈的質量比為0.56：1。
2)通過水泵向物料床頂部勻速通入固液分離前的沼液1.2m3，最終使物料全部浸入沼液中，待物料浸泡3小時后，通過過濾網濾去物料中的沼液。
3)靜置物料至含水率為65％，將物料床中的物料放入發(fā)酵罐中，撒施腐熟菌劑1.4kg，攪拌均勻，進行好氧發(fā)酵，發(fā)酵罐底部通風速率控制在0.2m3/min·m3，每天曝氣3次，每次曝氣0.5小時；當發(fā)酵溫度高于60℃時，通入適量沼液至發(fā)酵罐，攪拌，將物料含水率控制在40％～60％；當物料溫度維持在50℃以上8天后，停止通風，繼續(xù)發(fā)酵12天。
4)將發(fā)酵產物篩分，去除其中的塑料、石頭、木頭等雜物，干燥后制得炭基有機肥2。
本實施例共進行發(fā)酵22天，物料達到腐熟，總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)的質量分數為7.61wt％，有機質含量為55.6wt％，滿足有機肥質量標準；沼液體積減少43.2％，COD去除率達到51％，總氮去除率達到40％，有效回收利用了沼液中營養(yǎng)元素含量，降低了沼液后續(xù)處理難度。
實施例3
1)將20kg玉米秸稈粉碎至2cm和8cm長度，在圓柱形物料床底部裝入8cm長的秸稈至5cm高度，上部均勻放置4kg生物炭，將剩余的秸稈與11.3kg生物炭混合均勻后，裝入到物料床，物料床底部設有過濾網以方便排出沼液。生物炭與總秸稈的質量比為0.77：1。
2)通過水泵向物料床頂部勻速通入固液分離前的沼液1.8m3，最終使物料全部浸入沼液中，待物料浸泡3小時后，通過過濾網濾去物料中的沼液。
3)靜置物料至含水率為68％，將物料床中的物料放入發(fā)酵罐中，撒施腐熟菌劑1.5kg，攪拌均勻，進行好氧發(fā)酵，發(fā)酵罐底部通風速率控制在0.3m3/min·m3，每天曝氣3次，每次曝氣0.5小時；當發(fā)酵溫度高于60℃時，通入適量沼液至發(fā)酵罐，攪拌，將物料含水率控制在40％～60％；當物料溫度維持在50℃以上8天后，停止通風，繼續(xù)發(fā)酵10天。
4)將發(fā)酵產物篩分，去除其中的塑料、石頭、木頭等雜物，干燥后制得炭基有機肥3。
本實施例共進行發(fā)酵20天，物料達到腐熟，總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)的質量分數為8.36wt％，有機質含量為48.3wt％，滿足有機肥質量標準；沼液體積減少48.4％，COD去除率達到58％，總氮去除率達到48.9％，有效回收利用了沼液中營養(yǎng)元素含量，降低了沼液后續(xù)處理難度。