本发明属于粪便无害化处理技术领域，具体涉及一种高寒地区粪便微生物发酵处理方法。
背景技术：
粪便无害化堆放方法已经很成熟，主要是发酵并产生甲烷利用，然而，由于高寒地区年均气温低、昼夜温差大等气候特征，导致这些区域微生物长期处于低活力状态，发酵的微生物生长繁殖缓慢，粪便若按现有的堆肥发酵处理方法，菌种不易成活，使得粪便不能充分发酵。地理学意义上的高寒是指的一种气候特征，由于海拔高或者因为纬度高而形成的特别寒冷的气候区。海拔高而气候寒冷是因为人类主要生活在地球表层的对流层大气圈内，在本圈内，气温的高低变化与海拔高低呈一定关系，即海拔平均每升高100米，气温要下降约0.6摄氏度。按照这个道理，海拔越高的地方，气候就越寒冷。例如，中国的青藏高原地区一个最显著的自然地理特征就是高寒。
青藏高原年平均气温低，构成了气候的主要特征。位于藏北高原的可可西里年平均气温在0℃以下，等温线与等高线相重合，自成一闭合的低温中心，为青藏高原温度最低的地区，也是北半球同纬度气温最低的地区。降水少，地域差异大。高原年降水量自藏东南4000毫米以上向柴达木盆地冷湖逐渐减少，冷湖降水量仅17.5毫米。以雅鲁藏布江河谷的巴昔卡为例，降水量极为丰沛，平均年降水量达4500毫米，是最少降水量的200倍。青藏高原高寒牧区具有丰富的有机肥料资源，目前还没有一种高效的利用方式。未经处理的牛羊粪便不仅肥效低，而且会污染草场，进而随着降水进入水体产生严重的面源污染。由于特殊的自然地理条件与社会发展现状，高寒牧区家畜粪便堆肥化处理存在一定的技术难题：青藏高原海拔高、温度低、昼夜温差大，堆肥腐熟困难；地形复杂、牧户分散限制了原料收集；少数民族地区劳动力资源短缺，不适宜采取大规模人力作业的方式。因此，发明一种适合小牧户使用的快速堆腐、节约劳动力成本的堆肥模式对高寒牧区放牧、家畜粪便进行有效利用具有积极意义。
技术实现要素：
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高寒地区粪便微生物发酵处理方法，在低温的环境下也能充分发酵粪便进行无害化处理。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
高寒地区粪便微生物发酵处理方法，包括以下步骤：
（1）将收集的粪便采用固液干湿分离设备进行固液分离，去除粪便中部分水分；
（2）将分离液体后的粪便转移到粪便发酵装置内；
（3）粪便发酵装置内的粪便堆成发酵堆，每个发酵堆的重量为20-30吨，每个发酵堆的高度为2-3米；
（4）添加耐寒复合菌种剂，耐寒复合菌种剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加0.8-1.2kg耐寒复合菌种；
（5）在添加发酵菌的同时，将氮元素补充剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加2-3kg氮元素补充剂；
（6）将添加了氮元素补充剂的发酵堆在平均气温5-8℃条件下，堆放25-45天后即可完成发酵，发酵堆在堆放过程中其含水量保持在55-65％；
（7）在发酵完成的发酵堆中按以下配比添加活性功能菌，每吨粪便添加0.7-1.2kg功能菌剂；将添加了活性功能菌的发酵堆继续堆放11-22天后即可得到粪便无害化有机肥；
（8）在所述粪便发酵装置内发酵完毕后，粪便无害化有机肥采用粉碎进行粉碎；
（9）粉碎后的粪便无害化有机肥进行分包。
其中，所述耐寒复合菌种剂由酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌的干粉组成。
进一步的，所述酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌杆按以下质量份数配比混合而成：酵母菌10份-15份，短状杆菌35份-40份、乳酸杆菌30份-55份、芽孢杆菌40份-50份。
耐寒复合菌种与水按照以下质量比混合得到耐寒复合菌种基液，耐寒复合菌种干粉与水的重量比为1:20-25；
耐寒复合菌种基液与淀粉基质、尿素按照以下质量比混合得到混合物料，所述耐寒复合菌种基液、淀粉基质、尿素的重量比为15-25：45：0.8-1.2，所述混合物料的含水量为55-65％；
然后将混合物料放置在温度为5-12℃的环境中自然繁殖15-22天，每隔两天对混合物料进行一次搅拌，即可得到耐寒复合菌种剂。
其中，所述的淀粉基质为玉米粉。
优选的，所述步骤（4）中，将耐寒复合菌种剂添加到发酵堆中，在每个发酵堆顶部中心向下打出垂直的孔洞，然后在孔洞内添加耐寒复合菌种剂。此种操作方式非常必要，是后期提高堆肥发酵效率的关键步骤；优选地，打孔深度分别为从顶端往下20-30cm处，依次在每隔20-30cm深度添加3-5次，优选将所添加的复合菌种剂按添加点的次数均分；平均分布15-20处进行钻孔添加，形成矩阵式添加点，这个是发明人经过多年实验得到的经验值，效果非常好。
进一步的，所述步骤（5）中，所述氮元素补充剂为尿素。
所述步骤（6）中，发酵堆在堆放过程中，当发酵堆中心的温度超过65℃后，将发酵堆翻倒后重新堆放。
所述步骤（7）中所述活性功能菌为枯草芽孢杆菌。
在实际生产过程中，利用埋插通气管的方式，而不是采用传统的翻堆处理，更适合配合本发明的方法。另外，双层保温膜的使用也是非常重要的一个特点，要求如下：粪堆和双层保温膜直接应由0.3-0.5米的间距，另外，两层膜之间也有0.5-1米的距离。
本发明的此种方式和通常技术领域中的方法有很大的不同，本领域中常用的方式是第一层膜直接铺在粪堆上，第二层和第一层膜直接会有一个空间，优点是成本比较低，只是在之间加一个支架即可，但是发明人发现，两层支架、两层空气间隔，会带来非常大的好处，只需进行一次投入，后续在更换上节约费用，而且在添加菌的时候非常方便，由于本发明的方法是在粪堆上钻孔添加，利用这种双层膜的结构就非常方便。另外步骤6中的超温的翻堆，也更加方便。但是由于粪堆属于流动性比较强的原料，所以发明人在四周用硬塑料建了一个1米左右的围栏，这样有利于粪堆成型，节约空间。
其中，粪堆1放在带有隔栏4的空间中，隔栏4可以围成的区域为圆形、方形、长方形，虽然视场地而定，但优选圆形，这样的结构比较稳定，也便于安置保温膜，其中，内层保温膜2和外层保温膜3分别放置于支架上。保温效果非常好，比现有的双层保温膜的方式效率增加很多，便于升温，也便于空气流通的方式降温，所以控温更加容易，对于堆肥效果的提高具有很大的作用。
本发明提供的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，适用于温度较低的区域对粪便进行无害化处理，所得产物可以作为有机肥使用。相对于现有技术，本发明的有益效果为：利用酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌，并按照一定比例混合组成的耐寒复合菌种剂，能在高寒条件下迅速生长繁殖，对粪便进行快速生物发酵，从而达到对该区域的粪便进行无害化处理；加工成本低，周期短；粪便无害化处理后，其粪便中的大分子物质可以快速分解成可供植物吸收利用的有机肥。
附图说明
图1所示为在双层保温膜下的粪堆在围栏下的生产状态；粪堆1放在带有隔栏4的空间中，隔栏4可以围成的区域为圆形、方形、长方形，虽然视场地而定，但优选圆形，这样的结构比较稳定，也便于安置保温膜，其中，内层保温膜2和外层保温膜3分别放置于支架上。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
堆肥场地选在甘南州卓尼县康多乡的下寺巴。甘南藏族自治州是中国十个藏族自治州之一，位于中国甘肃省西南部，地处青藏高原东北边缘与黄土高原西部过度地段，境内草原广阔。海拔2960米，平均气温1.7℃，无霜期短，日照时间时长，是典型的大陆性气候。属于典型高寒牧区。实验时间为2019年6月-10月，实验前先将场地扫除杂物，平整夯实，铺双层1.2mm防雨布进行隔水处理，防止堆肥浸出液下渗。整个场地用尼龙绳和木桩进行隔离，防止人畜干扰。
有机肥原料为藏羊羊粪，收集自康多乡牧户圈舍中，其含水量14.2%，有机质含量62.2%，全氮1.61%。覆盖塑料膜选用0.08mm聚乙烯棚膜，通气管原料选用直径5cm的优质pvc管。
温度测定采用商业采购的20路温度传感器。该传感器量程-40~150℃，分辨率0.1℃。温度测量采取传感器自动记录的方式，根据不同的阶段采用不同的时间间隔，升温阶段采取每20min记录1次，到达高温阶段后1h记录1次。每个堆体埋放2个传感器探头，分别测量堆体中心温度和距表层15cm处的温度。另外两路温度探头置于堆肥场地中央距地面0.35m处测定环境温度。
高寒地区粪便微生物发酵处理方法，包括以下步骤：
（1）将收集的粪便采用固液干湿分离设备进行固液分离，去除粪便中部分水分；
（2）将分离液体后的粪便转移到粪便发酵装置内；
（3）粪便发酵装置内的粪便堆成发酵堆，每个发酵堆的重量为25吨，每个发酵堆的高度为2.5米；
（4）添加耐寒复合菌种剂，耐寒复合菌种剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加1kg耐寒复合菌种；
所述耐寒复合菌种剂由酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌的干粉组成。所述酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌杆按以下质量份数配比混合而成：酵母菌12份，短状杆菌38份、乳酸杆菌52份、芽孢杆菌44份。
耐寒复合菌种与水按照以下质量比混合得到耐寒复合菌种基液，耐寒复合菌种干粉与水的重量比为1:22；耐寒复合菌种基液与淀粉基质、尿素按照以下质量比混合得到混合物料，所述耐寒复合菌种基液、淀粉基质、尿素的重量比为21：45：1.2，所述混合物料的含水量为55-65％；其中，所述的淀粉基质为玉米粉；然后将混合物料放置在温度为5-12℃的环境中自然繁殖20天，每隔两天对混合物料进行一次搅拌，即可得到耐寒复合菌种剂。
将耐寒复合菌种剂添加到发酵堆中，在每个发酵堆顶部中心向下打出垂直的孔洞，然后在孔洞内添加耐寒复合菌种剂。
（5）在添加发酵菌的同时，将氮元素补充剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加2.6kg氮元素补充剂；所述氮元素补充剂为尿素。
（6）将添加了氮元素补充剂的发酵堆在平均气温5-8℃条件下，堆放35天后即可完成发酵，发酵堆在堆放过程中其含水量保持在55-65％；发酵堆在堆放过程中，当发酵堆中心的温度超过65℃后，将发酵堆翻到后重新堆放。
（7）在发酵完成的发酵堆中按以下配比添加活性功能菌，每吨粪便添加1.2kg功能菌剂；将添加了活性功能菌的发酵堆继续堆放18天后即可得到粪便无害化有机肥；所述活性功能菌为枯草芽孢杆菌。
（8）在所述粪便发酵装置内发酵完毕后，粪便无害化有机肥采用粉碎进行粉碎；
（9）粉碎后的粪便无害化有机肥进行分包。
实施例2
高寒地区粪便微生物发酵处理方法，包括以下步骤：
（1）将收集的粪便采用固液干湿分离设备进行固液分离，去除粪便中部分水分；
（2）将分离液体后的粪便转移到粪便发酵装置内；
（3）粪便发酵装置内的粪便堆成发酵堆，每个发酵堆的重量为20吨，每个发酵堆的高度为2米；
（4）添加耐寒复合菌种剂，耐寒复合菌种剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加0.8kg耐寒复合菌种；
所述耐寒复合菌种剂由酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌的干粉组成。所述酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌杆按以下质量份数配比混合而成：酵母菌14份，短状杆菌38份、乳酸杆菌52份、芽孢杆菌41份。
耐寒复合菌种与水按照以下质量比混合得到耐寒复合菌种基液，耐寒复合菌种干粉与水的重量比为1:24；耐寒复合菌种基液与淀粉基质、尿素按照以下质量比混合得到混合物料，所述耐寒复合菌种基液、淀粉基质、尿素的重量比为17：45：1，所述混合物料的含水量为55-65％；其中，所述的淀粉基质为玉米粉；然后将混合物料放置在温度为5-12℃的环境中自然繁殖18天，每隔两天对混合物料进行一次搅拌，即可得到耐寒复合菌种剂。
将耐寒复合菌种剂添加到发酵堆中，在每个发酵堆顶部中心向下打出垂直的孔洞，然后在孔洞内添加耐寒复合菌种剂。
（5）在添加发酵菌的同时，将氮元素补充剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加2-3kg氮元素补充剂；所述氮元素补充剂为尿素。
（6）将添加了氮元素补充剂的发酵堆在平均气温5-8℃条件下，堆放34天后即可完成发酵，发酵堆在堆放过程中其含水量保持在55-65％；发酵堆在堆放过程中，当发酵堆中心的温度超过65℃后，将发酵堆翻到后重新堆放。
（7）在发酵完成的发酵堆中按以下配比添加活性功能菌，每吨粪便添加1.2kg功能菌剂；将添加了活性功能菌的发酵堆继续堆放15天后即可得到粪便无害化有机肥；所述活性功能菌为枯草芽孢杆菌。
（8）在所述粪便发酵装置内发酵完毕后，粪便无害化有机肥采用粉碎进行粉碎；
（9）粉碎后的粪便无害化有机肥进行分包。
实施例3
高寒地区粪便微生物发酵处理方法，包括以下步骤：
（1）将收集的粪便采用固液干湿分离设备进行固液分离，去除粪便中部分水分；
（2）将分离液体后的粪便转移到粪便发酵装置内；
（3）粪便发酵装置内的粪便堆成发酵堆，每个发酵堆的重量为30吨，每个发酵堆的高度为3米；
（4）添加耐寒复合菌种剂，耐寒复合菌种剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加1.2kg耐寒复合菌种；
所述耐寒复合菌种剂由酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌的干粉组成。所述酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌杆按以下质量份数配比混合而成：酵母菌13份，短状杆菌37份、乳酸杆菌53份、芽孢杆菌43份。
耐寒复合菌种与水按照以下质量比混合得到耐寒复合菌种基液，耐寒复合菌种干粉与水的重量比为1:23；耐寒复合菌种基液与淀粉基质、尿素按照以下质量比混合得到混合物料，所述耐寒复合菌种基液、淀粉基质、尿素的重量比为23：45：1.1，所述混合物料的含水量为55-65％；其中，所述的淀粉基质为玉米粉；然后将混合物料放置在温度为5-12℃的环境中自然繁殖20天，每隔两天对混合物料进行一次搅拌，即可得到耐寒复合菌种剂。
将耐寒复合菌种剂添加到发酵堆中，在每个发酵堆顶部中心向下打出垂直的孔洞，然后在孔洞内添加耐寒复合菌种剂。
（5）在添加发酵菌的同时，将氮元素补充剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加3kg氮元素补充剂；所述氮元素补充剂为尿素。
（6）将添加了氮元素补充剂的发酵堆在平均气温5-8℃条件下，堆放33天后即可完成发酵，发酵堆在堆放过程中其含水量保持在55-65％；发酵堆在堆放过程中，当发酵堆中心的温度超过65℃后，将发酵堆翻到后重新堆放。
（7）在发酵完成的发酵堆中按以下配比添加活性功能菌，每吨粪便添加1kg功能菌剂；将添加了活性功能菌的发酵堆继续堆放13天后即可得到粪便无害化有机肥；所述活性功能菌为枯草芽孢杆菌。
（8）在所述粪便发酵装置内发酵完毕后，粪便无害化有机肥采用粉碎进行粉碎；
（9）粉碎后的粪便无害化有机肥进行分包。
本发明的方法效果良好，堆肥产品品质方面，堆肥有机质含量变化在42.0%~52.2%之间，全氮含量1.31%~1.42%不等，达到国家有机肥料行业标准（ny525—2012）。堆肥全氮损失率在17.2%~41.7%之间，有机质损失率变化在28.2%~47.2%之间。
最终堆腐效果好坏的评价标准以堆腐时间短、养分含量高、堆体均温高为优。综合上述分析可以看出，通气方式对整个堆腐过程和最终的肥效具有支配性影响。
另外，根据发明人在实际操作过程中发现，埋插通气管的处理在提高堆腐温度、缩短堆腐周期方面优于翻堆处理，而且有机质含量和全氮含量亦明显高于翻堆处理，这表明插管处理整体优于翻堆处理。覆盖虽然在个别指标中表现出显著的有利影响，但不能决定最关键的堆体温度，所以只能作为提高堆腐程度的一种有效辅助手段。磷的添加会加速堆腐过程，但是这种提升效果不及埋插通气管，而且存在养分损失加剧的不利影响。所以根据正交试验最优水平的选择最后选出的最优组合为：埋插通气管、覆盖小间距双层膜、二次添加发酵菌。
1.高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将收集的粪便采用固液干湿分离设备进行固液分离，去除粪便中部分水分；
（2）将分离液体后的粪便转移到粪便发酵装置内；
（3）粪便发酵装置内的粪便堆成发酵堆，每个发酵堆的重量为20-30吨，每个发酵堆的高度为2-3米；
（4）添加耐寒复合菌种剂，耐寒复合菌种剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加0.8-1.2kg耐寒复合菌种；
（5）在添加发酵菌的同时，将氮元素补充剂根据以下的配比添加到发酵堆中，每吨粪便添加2-3kg氮元素补充剂；
（6）将添加了氮元素补充剂的发酵堆在平均气温5-8℃条件下，堆放25-45天后即可完成发酵，发酵堆在堆放过程中其含水量保持在55-65％；
（7）在发酵完成的发酵堆中按以下配比添加活性功能菌，每吨粪便添加0.7-1.2kg功能菌剂；将添加了活性功能菌的发酵堆继续堆放11-22天后即可得到粪便无害化有机肥；
（8）在所述粪便发酵装置内发酵完毕后，粪便无害化有机肥采用粉碎进行粉碎；
（9）粉碎后的粪便无害化有机肥进行分包。
2.根据权利要求1所述的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，所述耐寒复合菌种剂由酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌的干粉组成。
3.根据权利要求2所述的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，所述酵母菌、短状杆菌、乳酸杆菌和芽孢杆菌杆按以下质量份数配比混合而成：酵母菌10份-15份，短状杆菌35份-40份、乳酸杆菌30份-55份、芽孢杆菌40份-50份。
4.根据权利要求2或3所述的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，
耐寒复合菌种与水按照以下质量比混合得到耐寒复合菌种基液，耐寒复合菌种干粉与水的重量比为1:20-25；
耐寒复合菌种基液与淀粉基质、尿素按照以下质量比混合得到混合物料，所述耐寒复合菌种基液、淀粉基质、尿素的重量比为15-25：45：0.8-1.2，所述混合物料的含水量为55-65％；
然后将混合物料放置在温度为5-12℃的环境中自然繁殖15-22天，每隔两天对混合物料进行一次搅拌，即可得到耐寒复合菌种剂。
5.根据权利要求4所述的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，所述的淀粉基质为玉米粉。
6.根据权利要求1所述的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，所述步骤（4）中，将耐寒复合菌种剂添加到发酵堆中，在每个发酵堆顶部中心向下打出垂直的孔洞，然后在孔洞内添加耐寒复合菌种剂。
7.根据权利要求1所述的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，所述步骤（5）中，所述氮元素补充剂为尿素。
8.根据权利要求1所述的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，所述步骤（6）中，发酵堆在堆放过程中，当发酵堆中心的温度超过65℃后，将发酵堆翻到后重新堆放。
9.根据权利要求1所述的高寒地区粪便微生物发酵处理方法，其特征在于，所述步骤（7）中所述活性功能菌为枯草芽孢杆菌。
技术总结