堆肥技术进展与产业发展趋势

堆肥技术进展与产业发展趋势中国农业大学资源环境学院李季教授全国第七届堆肥技术与工程研讨会，2011年10月16-19日，山东威海一、有机废弃物处理历史及现状二、堆肥技术国内外进展三、堆肥产业化前景及方向目录一、有机废弃物处理历史及现状有机废弃物利用历史第一次革命：直接利用第二次革命：处理后利用“熟化（Maturity）”的重要性西方有机废弃物利用记载最早在房子外面用石头搭建的粪池是由古代西亚苏美尔人（Sumerian）在约6000年前完成的，这些城市的有机粪污储存一段时间后就用到农田上面。(Diaz,2007)楔形文字中国早期有机废弃物利用记载据说早在公元前1500年商代已经开始有机肥料。但确切的文献记载，春秋战国、秦汉时期已经使用畜粪和农业废弃物作肥料。孟子（约公元前372—公元前289）说：“耕者之所获，一夫百亩，百亩之粪，上农夫食九人。”（《孟子•万章下》）是说一人耕种一百亩地，全部施肥，所产粮食能养活九口人。粪–字的演变中国早期有机废弃物利用老子在道德经中的“天下有道，却走马以粪；天下无道，戎马生于郊”，其基本含义应是“天下太平时，养马是为了肥田；而天下战乱时，养马则是为了征战”。--《道德经》(475-221BC)《汜胜之书》开宗明义提出：“凡耕之本，在于趋时，和土，务粪泽，早锄早货。”并提出“区田以粪气为美，非必须良田也”EditedbyFanShengzhi,50B.C.中国早期有机废弃物利用中国早期有机废弃物使用陕西陕西米脂县官庄村出土的拾粪画像石.山东省滕县龙阳店出土的拾粪画像石（汉代农业画像砖石，中国农业出版社，1996年;约汉代，公元前100年中国历史时期有机废弃物利用演替马粪,落叶，雪水汉代202B.C.-220A.D.魏代386-557A.D.宋朝960-1279A.D元朝1206-1368A.D.明朝1591-1630A.D.前秦770-207B.C.动物骨头，中药，人粪秸秆，果实，老墙土河泥，芝麻饼，植物灰，石灰厨余；动物毛皮中国早期有机废弃物处理记载汉代陶猪图有机废弃物处理的一个证据是汉代的陶猪模型(202B.C.–220A.D.).猪圈和厕所建在一起反映了中国古人已认识到在一个场所同时处理人粪尿和猪粪尿的重要性(Cao,1999)《QiminYaoshu》（editedbyJiaSixie,630-640）北魏著名农学家贾思邈在《齐民要术》提到：―凡人家秋收后，场上所有穰、谷稖等，并须收贮一处。每日布牛脚下，三寸厚；经宿，牛以蹂践便溺成粪，平旦收聚，除置院内堆积之。每日俱如前法，至春可得粪三十余车。至十二月、正月之间，即载粪粪地”中国早期有机废弃物处理记载“于始春又再耕耙转，以粪壅之，若用麻枯尤善。但麻枯难使，须细杵碎，和火粪窖罨，如作曲样；侯其发热，生鼠毛，即摊开中间热者置四旁，收敛四旁冷者置中间，又堆窖罨；如此三四次，直待不发热，乃可用，不然即烧杀物矣。‖《陈敷农书》善其根苗篇(公元1149年)中国早期有机废弃物处理记载记载时间利用方法方法描述北魏（368~534）踏粪法《齐民要术•杂说》：“其踏粪法”凡人家秋收治田后，场上所有穰、谷稖等，并须收贮一处。每日布牛脚下，三寸厚；经宿，牛以蹂践便溺成粪，平旦收聚，除置院内堆积之。”(贾思勰,1996)。南宋（1149）火粪法凡掃除之土，燒燃之灰，簸揚之糠粃，斷稿落葉，積而焚之。（陈旉,1965)南宋(1149)发酵法主要用于饼肥的制造《陈旉农书•种桑之法篇》：“于始春又再耕耙转，以粪壅之，若用麻枯尤善。但麻枯难使，须细杵碎，和火粪窖罨，如作曲样；侯其发热，生鼠毛，即摊开中间热者置四旁，收敛四旁冷者置中间，又堆窖罨；如此三四次，直待不发热，乃可用，不然即烧杀物矣。”明朝(1591)蒸粪法农居空闲之地，宜诛茅为粪屋，檐务低，使遮风雨，凡扫除之土，或燃烧之灰，箕扬之糠秕，断蒿落叶，皆积其中。随即栓盖，使气薰蒸糜烂。冬月地下气暖，则为深潭，夏月不必也。低房檐.（袁黄,2000）明朝(1630)酿粪法是对宋代《陈旉农书》所记载的沤肥法的改进和发展，陈旉把粪池建在厨房，《国脉民天》中，把粪池建住在住宅左右的空地上.(耿荫楼,1878)明朝(1591)煮粪法郑司农云：“用牛粪，即用牛骨浸而煮之，”其说具“区田”中。此法最早由袁黄提出（袁黄,2000）明朝(1591)煨粪法干粪积成堆，以草火煨之。（袁黄,2000）历史时期有机废弃物不同处理方法介绍有机废弃物不同处理方法总结方法采用手段处理地点技术源头踏粪法牲畜圈舍厌氧堆肥火粪法火农田生物碳发酵法(好氧)微生物场院好氧堆肥蒸粪法热房边蒸汽热干酿粪法(厌氧)微生物厨房侧厌氧消化煮粪法水厨房内水解西方近代堆肥记载AlbertHoward1873-1947AnAgriculturalTestament(1940),explainstherelationshipbetweenthehealthofthesoil,thehealthofplantsandthehealthofanimals.中国二十世纪中叶农村堆肥人民日报（1948年6月15日）人民日报（1961年1月30日）024681012141618秸秆量动物粪便人粪便有机垃圾生活污泥有机废物总量/亿吨/年建国以来主要有机废弃物产生情况年份粗有机物大量元素微量元素（Cu,Zn,Fe,Mn）NP2O5K2O20061011623195145631043221996854772458106525082391986623531827744189415119784645814455921489126196531276106941810879919573033510063891041902006化肥农田使用量31791213542有机肥资源中养分贮量（万吨）（李彦明，2008）经济价值较高的农作物上的有机养分投入比例较高，大田作物所占比重仍然较低。1%56%43%0%10%20%30%40%50%60%工厂化非工厂化未利用有机养分仍有43%的潜力有待进一步提高其循环率！34352830%10%20%30%40%50%蔬菜果树粮食作物其他李彦明，2008有机废弃物处理方向1、能源(沼气发电、焚烧发电、干化燃料等)热值低于3000kJ/kg,不直接进入焚烧2、土地利用（堆肥、沼液利用等）有机物碳50%归还土壤？有机废弃物循环利用使命有机废弃物循环利用(40亿吨/50%)保育和重建健康土壤(+18亿亩耕地)健康土壤健康植物健康动物(16亿人的健康)堆肥工艺分类开放性搅动鼓风堆肥类型开放无搅动不鼓风传统堆肥鼓风静态堆肥有搅动不鼓风条垛堆肥（自然通风）鼓风条垛堆肥（强制通风）密闭物料流动方向干预方式堆肥类型水平静态隧道式堆肥搅拌搅拌槽式堆肥翻转转鼓式（DANO）堆肥垂直搅拌塔式堆肥填充筒仓式堆肥成熟工艺之一：条垛堆肥成熟工艺之一：槽式堆肥探索工艺之一：隧道堆肥探索工艺之二：反应器堆肥探索工艺之三：覆盖条垛式堆肥标准堆肥厂：日本美土里馆堆肥厂布局除臭车间进料口一次发酵二次发酵干燥车间加工车间沉淀池液肥车间辅料仓库辅料仓库办公楼堆肥工艺总结每一种系统都有各自的优缺点，重要的是取决于特定的条件堆肥厂可以根据自己的物料、场地、生产规模、当地气候、环保政策、投资、产品质量等来选择最切合实际的堆肥类型堆肥快速发酵核心技术1.原料配比技术2.过程控制技术3.发酵接种技术4.臭气控制技术堆肥配方软件根据原料性质进行不同原料配比计算，取得合适配方堆肥过程控制系统-----PLC电脑控制仪PLC可编程计算机控制仪配合水分、温度、氧气等高性能传感器。对堆肥过程中的温度、水分、含氧量进行自动采集、动态分析以及智能控制。实现微机联网及远程监控，保证堆肥过程控制参数的稳定一致。堆肥接种技术堆肥接种主要效果温度加快堆肥升温速度，提高堆肥的最高温度，高温持续时间长有机碳加速有机物分解，加快有机碳分解全氮、C/N减少氮素损失，C/N降低，提高养分含量类大肠菌群大肠杆菌数量大幅度降低，有效杀灭病原微生物主要微生物菌群增加堆肥过程中细菌总数，提高微生物种群数量、群落功能多样性和群落均匀度纤维素酶、尿酶提高堆肥过程中纤维素酶、尿酶等的活性和峰值腐熟度提高堆肥的腐熟度发酵时间加速腐熟，缩短腐熟时间堆肥品质提高堆肥产品肥效低温微生物筛选及作用效果05101520253035404550048121620242832时间（h）温度（℃）室内温度B6-38B9-13B10-40B10-44对照VTP1350C低温微生物筛选及作用效果0.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00B6-38B9-13B10-40B10-44菌株降解率（%）脂肪降解率淀粉降解率蛋白质降解率堆肥除臭技术乳酸菌及在降低猪粪臭味中的作用020406080100120ControlLPLP+5%sucroseLP+5%glucoseLP+10%sucroseLP+10%glucoseLogoddsindex堆肥工艺及技术工艺创新快速、密闭、环保技术创新生物、材料、控制三、堆肥产业化前景及方向堆肥产业领域拓展规模化养殖场农田秸秆市镇污泥城镇生活垃圾园林垃圾堆肥产业领域拓展沼气与堆肥结合垃圾填埋场与堆肥结合新农村建设与堆肥结合秸秆燃气与堆肥结合堆肥工艺创新：高效、低成本日本OKADA工艺（槽式）美国的IPS工艺（改进高槽式）中国工艺？袋式堆肥堆肥厂建设标准不断提高整体设计（最优化）环保设计（臭味为核心）长寿设计（材料）堆肥产品多样化应用有机肥/生物有机肥（抗病）土壤改良制剂土壤修复制剂园林基质堆肥研究重大课题堆肥工艺及设备创新堆肥微生物及接种堆肥过程自动化控制堆肥产品长期效果堆肥与有机农业堆肥与污染治理/循环农业有机废弃物循环利用产业技术创新战略联盟(申报)名称住所地法定代表人中国农业大学北京市海淀区圆明园西路2号柯炳生北京大学北京市海淀区颐和园路5号周其凤浙江大学浙江省杭州市余杭塘路388号杨卫北京化工大学北京市朝阳区北三环东路15号王子镐北京沃土天地生物科技有限公司北京市海淀区圆明园西路2号高小弟北京环卫集团环境研究发展有限公司北京市朝阳区北湖渠路15号京环大厦12层何亮现代农装科技股份有限公司北京市昌平区科技园区振兴路9号王燕飞机科发展科技股份有限公司北京市海淀区首体南路2号李新亖湖南省粮油食品进出口集团有限公司湖南省长沙市竹园路7号邱卫广东温氏食品集团有限公司广东省云浮市新兴县勒竹镇榄根温鹏程山东民和牧业股份有限公司山东省蓬莱市南关路2-3号孙希民广西丰浩糖业有限公司广西省南宁市金湖路55号亖航财富中心28层玉先强广东省农业科学院广东省广州市天河区金颖路29号蒋宗勇北京嘉博文生物科技有限公司北京市海淀区上地信息路12号黄谦广州天河奥特农化新技术有限公司广东省广州市天河区天河东路240号305-308曾捷广东省农业机械研究所广东省广州市五山路261号林仰南北京盈和瑞环保工程有限公司北京市海淀区板井路69号世纪金源商务中心东区9E李旭源诸城金土地有机肥有限责任公司山东省诸城市北朱高路钟辉内蒙古永业生物科技有限责任公司内蒙古呼和浩特市金山开发区金山大道永业工业园区吴子申河北金农生物科技有限公司河北省张家口市察北管理区刘树明