本發(fā)明涉及有機(jī)肥料，具體涉及一種利用農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行兩級(jí)發(fā)酵生產(chǎn)的生物有機(jī)肥及其制備方法。本發(fā)明特別適用于將畜禽糞便、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，通過厭氧－有氧兩級(jí)發(fā)酵工藝，實(shí)現(xiàn)能源回收與高效有機(jī)肥制備的協(xié)同集成技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球人口增長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)生量不斷增加。據(jù)估計(jì)，全球每年產(chǎn)生約20.1億噸有機(jī)固體廢棄物，其中包括大量的畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈（wainaina?et?al.,?2020）。這些農(nóng)業(yè)廢棄物若未得到有效處理，不僅造成資源浪費(fèi)，還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，如土壤退化、水體富營養(yǎng)化和溫室氣體排放等。同時(shí)，長期過量施用化學(xué)肥料導(dǎo)致的土壤健康問題日益突出，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2、將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為生物有機(jī)肥是解決上述問題的有效途徑。國際上，農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用制備有機(jī)肥的方法主要包括以下幾種：

3、1.傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵法。該方法在自然條件下通過微生物分解有機(jī)物質(zhì)，將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的有機(jī)肥。正如《bioresource?technology》期刊2018年第248卷發(fā)表的研究所述，傳統(tǒng)堆肥過程雖然工藝簡單，但存在發(fā)酵周期長（60—90天）、氮素?fù)p失大（30%～50%）、產(chǎn)品養(yǎng)分含量不穩(wěn)定等問題（mukesh?kumar?awasthi?et?al.,?2018）。

4、2.單一好氧發(fā)酵法。該方法通過強(qiáng)化通風(fēng)和翻堆，加速有機(jī)物質(zhì)的好氧分解。根據(jù)《waste?management》期刊2020年第102卷發(fā)表的研究，單一好氧發(fā)酵雖然縮短了發(fā)酵周期，但仍存在能源消耗高、氮素?fù)p失較大、異味控制困難等缺點(diǎn)（zhang?et?al.,?2020）。韓國專利kr20130066801a公開了一種通過好氧處理制備液態(tài)肥料的方法，但該方法未能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的全量化利用。

5、3.單一厭氧發(fā)酵法。該方法在封閉條件下通過厭氧微生物分解有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生沼氣。美國環(huán)保署（epa）的研究表明，厭氧發(fā)酵可以將農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化為沼氣并產(chǎn)生消化液和消化渣，實(shí)現(xiàn)能源回收（epa,?2024）。然而，如歐盟專利ep0435846b1所述，單一厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的消化渣養(yǎng)分含量較低，需要進(jìn)一步處理才能滿足高品質(zhì)有機(jī)肥的要求。

6、4.物理化學(xué)處理法。如美國專利us20040250580a1公開的一種通過煮沸、干燥和烘烤處理有機(jī)廢棄物制備有機(jī)肥的方法。該方法雖然可以快速處理有機(jī)廢棄物，但能耗高、養(yǎng)分損失大，且未能充分利用微生物作用提高產(chǎn)品功能性。

7、近年來，厭氧－好氧兩級(jí)發(fā)酵工藝開始受到國際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視?！禸ioresource?technology》期刊2015年第186卷發(fā)表的研究指出，與傳統(tǒng)單一發(fā)酵相比，厭氧－好氧兩級(jí)發(fā)酵可以顯著提高有機(jī)物降解效率和養(yǎng)分利用率（forster-carneiro?etal.,?2015）。這一結(jié)論在《science?of?the?total?environment》期刊2019年第648卷發(fā)表的研究中得到了進(jìn)一步證實(shí)，該研究表明兩級(jí)發(fā)酵工藝可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源回收與高品質(zhì)有機(jī)肥制備的雙重目標(biāo)（velenturf&jopson,?2019）。

8、在專利技術(shù)方面，如西班牙專利es2151845a1所述，通過將厭氧和好氧過程相結(jié)合，可以提高發(fā)酵效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量。同樣，世界專利wo2013060338a1公開了一種厭氧發(fā)酵和沼氣生產(chǎn)方法，該方法能夠從各類有機(jī)廢棄物中提取氮素并獲得高產(chǎn)沼氣，但沒有進(jìn)一步探討好氧后處理對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

9、盡管國際上已有相關(guān)研究，但現(xiàn)有技術(shù)仍存在以下主要問題：第一，沒有充分發(fā)揮厭氧－好氧兩級(jí)發(fā)酵的協(xié)同效應(yīng)，工藝參數(shù)控制不精確；第二，缺乏系統(tǒng)的功能菌劑應(yīng)用方案，微生物群落構(gòu)建不合理；第三，未能實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的全面轉(zhuǎn)化與高效利用；第四，產(chǎn)品形態(tài)單一，功能性不足，適用性有限。

10、基于《journal?of?cleaner?production》2019年第241卷的研究，從循環(huán)經(jīng)濟(jì)和資源高效利用的角度出發(fā)，開發(fā)一種能夠高效處理農(nóng)業(yè)廢棄物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源回收、養(yǎng)分循環(huán)和高品質(zhì)有機(jī)肥制備的技術(shù)方案，對推動(dòng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義（moustakas&naqvi,2019）。

11、因此，本發(fā)明旨在提供農(nóng)廢兩級(jí)發(fā)酵生物有機(jī)肥及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的養(yǎng)分損失大、發(fā)酵效率低、資源利用不充分、產(chǎn)品功能性不足等問題，為農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用提供新的技術(shù)途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供農(nóng)廢兩級(jí)發(fā)酵生物有機(jī)肥及其制備方法，該方法通過厭氧－有氧兩級(jí)發(fā)酵工藝，實(shí)現(xiàn)沼氣能源回收與高品質(zhì)生物有機(jī)肥制備的協(xié)同集成，解決了現(xiàn)有技術(shù)中養(yǎng)分損失大、發(fā)酵效率低、資源利用不充分等問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了農(nóng)廢兩級(jí)發(fā)酵生物有機(jī)肥，包括以下組分：經(jīng)過厭氧發(fā)酵和有氧發(fā)酵兩級(jí)處理的畜禽糞便與秸稈混合物，所述畜禽糞便與秸稈混合物的碳氮比為30:1，所述畜禽糞便與秸稈混合物占總重量的70%～80%；輔助有機(jī)質(zhì)，占總重量的5%～10%；土壤改良材料，占總重量的3%～5%；功能性添加劑，占總重量的2%～4%；微生物制劑，包含固氮芽胞桿菌和磷鉀解離菌，所述微生物制劑占總重量的1%～3%；所述生物有機(jī)肥的有機(jī)質(zhì)含量≥45%，總養(yǎng)分（n+p2o5+k2o）含量≥5.0%，總活菌數(shù)≥2.0×108?cfu/g。

3、優(yōu)選地，所述輔助有機(jī)質(zhì)選自食用菌菌渣、食品加工副產(chǎn)物、園藝廢棄物中的一種或多種；所述土壤改良材料選自生物炭、膨潤土、沸石中的一種或多種；所述功能性添加劑選自腐植酸類、氨基酸類、海藻提取物、植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)中的一種或多種。

4、優(yōu)選地，所述微生物制劑中的固氮芽胞桿菌選自枯草芽胞桿菌（ bacillus? subtilis）、蠟樣芽胞桿菌（ bacillus?cereus）中的一種或多種，活菌數(shù)≥3.0×108?cfu/g；所述磷鉀解離菌選自熒光假單胞菌（ pseudomonas?fluorescens）、地衣芽胞桿菌（ bacillus? licheniformis）中的一種或多種，活菌數(shù)≥2.0×108?cfu/g。

5、優(yōu)選地，所述生物有機(jī)肥為顆粒狀，粒徑為2—4mm，水分含量≤15%，ph值為6.5-7.5。

6、本發(fā)明還提供了上述農(nóng)廢兩級(jí)發(fā)酵生物有機(jī)肥的制備方法，包括以下步驟：

7、(1)?原料預(yù)處理：將畜禽糞便與秸稈按碳氮比30:1的比例混合，粉碎至粒徑≤10mm，調(diào)節(jié)含水率至65%～70%，ph值至6.8-7.2；

8、(2)?一級(jí)厭氧發(fā)酵：將步驟（1）預(yù)處理后的混合物裝入?yún)捬醢l(fā)酵裝置中，在35-40℃條件下密封發(fā)酵7天，收集產(chǎn)生的沼氣；

9、(3)?固液分離：將步驟（2）發(fā)酵后的物料進(jìn)行固液分離，獲得固體物料和沼液；

10、(4)?沼液濃縮處理：對步驟（3）獲得的沼液進(jìn)行濃縮處理，制備成葉面肥；

11、(5)?二級(jí)有氧發(fā)酵：向步驟（3）獲得的固體物料中添加1%～3%的微生物制劑，在好氧條件下發(fā)酵10—15天，期間維持水分50%～60%，初期溫度為45-55℃，后期溫度為40-45℃，每2-3天翻堆一次；

12、(6)?后處理：將步驟（5）發(fā)酵完成的物料進(jìn)行干燥處理至水分含量≤15%，添加輔助有機(jī)質(zhì)、土壤改良材料和功能性添加劑，混合均勻后進(jìn)行造粒、冷卻、篩分，最終包裝得到成品。

13、優(yōu)選地，步驟（1）的原料預(yù)處理中，粉碎畜禽糞便與秸稈的設(shè)備為切碎機(jī)與錘片式粉碎機(jī)組合；ph調(diào)節(jié)采用石灰或硫磺粉；還添加0.5%～1.0%的糖蜜作為發(fā)酵促進(jìn)劑。

14、優(yōu)選地，步驟（2）的一級(jí)厭氧發(fā)酵采用cstr（連續(xù)攪拌反應(yīng)器）或usr（上流式厭氧污泥床）裝置，裝置有效容積為總?cè)莘e的80%～85%，攪拌方式為機(jī)械攪拌，轉(zhuǎn)速為2-4轉(zhuǎn)/分鐘；所述沼氣收集系統(tǒng)將收集的沼氣部分用于為發(fā)酵系統(tǒng)供熱。

15、優(yōu)選地，步驟（3）的固液分離采用螺旋壓榨機(jī)或離心分離機(jī)，分離效率≥85%；步驟（4）的沼液濃縮采用低溫減壓蒸發(fā)或膜濃縮技術(shù)，濃縮后的沼液中總養(yǎng)分（n+p2o5+k2o）含量≥3.0%。

16、優(yōu)選地，步驟（5）的二級(jí)有氧發(fā)酵采用條垛式或槽式發(fā)酵系統(tǒng)，通風(fēng)方式為底部穿孔管道強(qiáng)制通風(fēng)，風(fēng)量為0.1—0.2m3/min·m3物料；所述微生物制劑還包含有機(jī)質(zhì)分解菌，所述有機(jī)質(zhì)分解菌選自木霉（ trichoderma?spp.）或白腐菌（ phanerochaete? chrysosporium），活菌數(shù)≥5.0×107?cfu/g；發(fā)酵完成判定標(biāo)準(zhǔn)為：堆溫自然降至40℃以下且穩(wěn)定48小時(shí)，無氨味和硫化氫氣味，ph值穩(wěn)定在6.5-7.5范圍內(nèi)，種子發(fā)芽指數(shù)≥80%，c/n比降至15:1以下。

17、優(yōu)選地，步驟（6）的后處理中，干燥采用帶式干燥機(jī)、轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)或流化床干燥機(jī)，干燥溫度為50-60℃；造粒過程包括：向干燥后的物料中添加1%～2%的造粒助劑，所述造粒助劑選自羧甲基纖維素、木質(zhì)素磺酸鹽或淀粉中的一種或多種；調(diào)整物料含水率至15%～18%；采用圓盤造粒機(jī)或擠壓造粒機(jī)進(jìn)行造粒；所述篩分采用振動(dòng)篩，篩網(wǎng)規(guī)格為上層篩網(wǎng)孔徑4—5mm，下層篩網(wǎng)孔徑2mm，篩分效率≥95%；所述包裝采用防潮的聚乙烯（pe）薄膜內(nèi)層和聚丙烯（pp）編織袋外層的復(fù)合包裝材料。

18、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

19、1.創(chuàng)新的兩級(jí)發(fā)酵工藝，實(shí)現(xiàn)了能源回收與高效有機(jī)肥制備的協(xié)同集成。厭氧發(fā)酵階段產(chǎn)生沼氣用于能源回收，同時(shí)去除惡臭，提高環(huán)境友好性；有氧發(fā)酵階段引入功能性微生物，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)充分腐熟和養(yǎng)分形態(tài)轉(zhuǎn)化，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

20、2.通過精確控制發(fā)酵參數(shù)和添加特種功能菌劑，顯著提高了發(fā)酵效率和產(chǎn)品質(zhì)量。與傳統(tǒng)堆肥工藝相比，本發(fā)明的發(fā)酵周期縮短40%以上，氮素?fù)p失減少70%以上，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率提高25%以上。

21、3.采用沼液濃縮制備葉面肥的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的全量化利用，資源化率達(dá)到100%，產(chǎn)品形態(tài)多樣化，適用范圍廣泛。

22、4.產(chǎn)品多功能性顯著增強(qiáng)，不僅能提供全面均衡的養(yǎng)分，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤微生物多樣性，提高作物抗逆性，綜合農(nóng)藝效果優(yōu)于單一功能肥料。

23、5.生產(chǎn)工藝綠色環(huán)保，能耗低，無二次污染，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展理念，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。