CN103787750A - 一种生物炭畜禽粪便堆肥调理剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物炭畜禽粪便堆肥调理剂及其制备和使用方法。该调理剂含有生物质颗粒炭和木醋液，能够较快提升粪便堆肥过程的温度，延长堆肥高温持续时间，有效改善堆肥产品的脱水效果，减少堆肥过程中氮素损失并增加有机磷含量，减少臭气污染、降低堆肥产品中重金属浓度的产品，可实现农业减排，应用前景广阔。

Description

一种生物炭畜禽粪便堆肥调理剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及农业化学领域，特别涉及一种生物炭畜禽粪便堆肥调理剂及其制备和使用方法。

背景技术

随着我国集约化、规模化畜禽养殖业的快速发展，养殖废弃物产量与日俱增，畜禽排泄物普遍具有高含水率、高污染物和高病原菌和寄生虫卵等特点，同时排泄物还富含氮磷等矿物元素和有机质，如果处置不当对环境而言是巨大的污染源。如畜禽粪便中氮、磷等养分流失已成为水环境污染的主要元凶，粪便中的重金属Zn、Cu等向环境中的排放给生态环境造成了巨大的压力。尤其在畜禽养殖业发达地区，种养脱节导致的畜禽粪便二次污染已产生“畜产公害”，已成为当前急需解决的重大环境问题之一。畜禽粪便的无害化处理是养殖场污染防治的重要内容。畜禽粪便含有的大量有机质及氮、磷、钾等植物必需营养元素，也是宝贵的肥料资源，合理利用畜禽粪便不仅能防治污染，而且能为现代有机农业生产提供大量优质的有机肥料，节约化学肥料投入成本，改变长期单一施用化肥所造成的土壤板结及肥力下降现状，优化土壤环境生态系统。因此，从资源、经济和环境三方面综合考虑，并结合我国的实际情况，畜禽粪便处置的理想出路应该是无害化处理后农业资源化利用。

堆肥化处理是实现畜禽粪便无害化处理与农业资源化利用的一项有效措施，但粪便堆肥过程中往往存在升温慢、脱水效果差、氮素损失严重、重金属钝化效果差等问题，从而影响了畜禽粪便处理处置效果并限制了后续堆肥产品的农业资源化利用。堆肥添加材料的合理使用是强化堆肥效果、减少氮素损失和提高重金属钝化效果的有效措施，但常见的堆肥保氮材料及重金属钝化材料常常因为具有一定环境风险，或是成本较高，或是实际应用操作难度大而受到一定限制。

本发明提供的生物炭畜禽粪便堆肥调理剂是以生物炭颗粒为基质，配合生物炭生产过程中产生的副产物木醋液为材料的环保型、高效、长效畜禽粪便堆肥调理剂。本发明使用的生物炭是农林废弃生物质在低氧条件下不完全燃烧后形成的黑色颗粒，具有突出的生物化学稳定性、抗降解性、以及对微生物的惰性。生物炭具有良好的孔隙结构和较大的比表面积。一方面，其大量的微米级孔隙可以为微生物的生长和繁殖提供庇护所，促进有益菌群形成竞争优势，大量增殖。另一方面，生物炭除本身含有一定养分外，其拥有的纳米级孔隙可以吸附养分，供给微生物生长，对于微量的有机或无机污染物，则可以将其吸附固定，降低其生物有效性。

本发明的另一个目的是提供一种生物炭畜禽粪便堆肥调理剂的生产方法。该方法采用生物质炭化过程中产生的木醋液与生物炭复配。该木醋液是颗粒炭生产过程中高温热解产生的烟气经冷凝回收后得到的副产物，具有特殊的烟熏气味，组成成分复杂，含有200多种小分子有机成分，主要包括有机酸、酮、醇、酚和醋，而以乙酸为主要成分占有机成分的50％左右，可为微生物提供碳源。同时醋液也有利于进一步打开生物炭的微孔。

生物炭呈碱性，木醋液呈酸性，将不同比例的生物炭与木醋液配伍，可灵活调整pH值，有针对性地制备堆肥专用产品。而这木醋液具有能够改良土壤、防治病虫害、促进作物生长等作用。

本发明提供的是一种价格相对合理，能够较快提升粪便堆肥过程的温度，延长堆肥高温持续时间，有效改善堆肥产品的脱水效果，减少堆肥过程中氮素损失并增加有机磷含量，减少臭气污染、降低堆肥产品中重金属浓度的产品，可实现农业减排，应用前景广阔。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供一种生物炭畜禽粪便堆肥调理剂，含有生物质颗粒炭和木醋液，生物质颗粒炭质量百分比含量为75-85％，优选为80％，木醋液的质量百分比含量为15-25％，优选为20％。

为了起到更好的效果，生物炭畜禽粪便堆肥调理剂中的生物炭和木醋液的添加量可根据畜禽种类，粪便性质不同有所调整，畜禽粪便的含水率高可相应提高颗粒炭的百分比。

所述的生物质颗粒炭为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种的混合物，但并不限于此。

所述的木醋液为用炭化炉制备生物质颗粒炭过程中所产生的气体经冷凝后得到的液体，在静置48小时后得到悬浊液，与水1∶1混合后得到的酸性液体，即为本发明所使用的木醋液。

本发明还进一步提供了生物炭畜禽粪便堆肥调理剂的使用方法，将所述的生物炭畜禽粪便堆肥调理剂与畜禽粪便、锯末和腐熟畜禽粪便堆肥混合。该调理剂最终质量百分比含量一般为2-6％，优选为4％。

本发明具有以下优点：

1、生产工艺简单，原料易得，成本低廉。本发明生产的生物炭畜禽粪便堆肥调理剂的基质材料为玉米芯、花生壳、稻壳等生物质颗粒炭，来自于农林业生产的废弃生物质，所用设备为常用的粉碎机、简易炭化炉、搅拌器、圆盘造粒机等，生产设备简单，成本低廉，易于产业化。

2、稳定长效、改善堆肥产品脱水效果、减少堆肥过程的氮素损失、增加有机磷含量、降低重金属有效性。本发明生产的生物炭畜禽粪便堆肥调理剂的基质材料为玉米芯、花生壳、稻壳等生物质颗粒炭，具有较强的吸附、保温和持留养分的性能。低浓度的木醋液可促进微生物增殖，对人畜无毒无害。将不同比例颗粒炭与木醋液配伍与畜禽粪便混合，在堆肥过程中不但能够较快提升粪便堆肥过程的温度，延长堆肥高温持续时间，有效改善堆肥产品的脱水效果，减少堆肥过程中氮素损失并增加有机磷含量，降低堆肥产品中重金属浓度，对于有效控制堆肥过程，提高堆肥质量，优化堆肥工艺具有重要意义。

3、固碳减排，安全环保。本发明所用的基质材料为纯有机生物质颗粒炭微粒，其主要成分是稳定的碳元素，可以在消减参田连作障碍的同时，长期、持续地固碳减排，没有次生污染，对环境友好，安全环保。

具体实施方式

实施例1玉米芯颗粒炭示例性生产方法

本实施例示例性描述了利用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括选料、物料加工、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤，但并不限于此。

选料：将农副产品的玉米芯自然风干使其含水量降至20％以下。

物料加工：采用现有技术中任何破碎方式将上述的合格玉米芯加工粉碎，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-10mm。粉碎后的玉米芯颗粒可过筛筛选，对于不符合要求的玉米芯颗粒可重新加工。

装炉炭化：将加工好的玉米芯颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米为宜。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是柴油。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。人工控制炉体内缺氧条件。采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米。

将排气管和气体冷凝系统连接，用于回收炭化炉生产生物质颗粒炭时所产生的木醋液。

冷却出炉：当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。

可根据需要对出炉的玉米芯颗粒炭进一步粉碎加工成粒度为80-100目的微粒。

秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭的生产工艺除原料不同外，其它工艺与本实施例基本相同，可以此实施例作为参考。

实施例2花生壳颗粒炭生产方法

本实施例示例性的描述了利用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉生产花生壳颗粒炭的方法，包括选料、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤，但并不限于此。

选料：将农副产品的花生壳自然风干使其含水量降至20％以下。

装炉炭化：将清选好的花生壳装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米为宜。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是柴油。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。人工控制炉体内缺氧条件。采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米。

将排气管和气体冷凝系统连接，用于回收炭化炉生产生物质颗粒炭时所产生的木醋液。

冷却出炉：当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。

稻壳颗粒炭的生产工艺除原料不同外，其它工艺与本实施例基本相同，可以此实施例作为参考。

实施例3：畜禽粪便堆肥调理剂生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将90目的生物质颗粒炭、木醋液，按76％和24％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(2)计量、包装。

实施例4：畜禽粪便堆肥调理剂生产工艺

按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：

(1)将60目的生物质颗粒炭、木醋液，按83％、17％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。

(2)将(1)用圆盘造粒机与膨润土或粘土混合进行压力造粒，制成炭基猪粪堆肥调理剂。

(3)计量、包装。

实施例5：生物炭畜禽粪便堆肥调理剂的使用方法

将实施例3或4所述的粪便堆肥调理剂与畜禽粪便、锯末和腐熟畜禽粪便堆肥混合，各成份的重量百分比为22∶500∶25∶25，堆腐。

实施例6：畜禽粪便堆肥调理实验

以实施例3或4所述的堆肥调理剂按照实施例5所述的方法进行堆肥实验。在岫岩的猪场进行了堆肥试验。试验设对照、调理剂1(实施例3)和2(实施例4)三个处理，三次重复。试验采集鲜猪粪50kg、锯末2.5kg、腐熟猪粪堆肥2.5kg、猪粪堆肥调理剂2.2kg混合均匀。分别于堆肥开始后的第7、14、21、28d，从堆肥槽中取样，测定样品的脱水率、氮素损失率、有机磷含量和重金属浓度等。

实验结果表明，应用本发明生产的猪粪堆肥调理剂可使粪便脱水率平均提高15％，氮素损失平均减少了58％，Cu和Zn的浓度平均分别降低了35％和33％。

Claims (5)

1.一种生物炭畜禽粪便堆肥调理剂，其特征在于含有生物质颗粒炭和木醋液，生物质颗粒炭质量百分比含量为75-85％，木醋液的质量百分比含量为15-25％；所述的生物质颗粒炭为玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种的混合物；所述的木醋液为用炭化炉制备生物质颗粒炭过程中所产生的气体经冷凝后得到的液体，在静置48小时后得到悬浊液，与水1∶1混合后得到的酸性液体，即为所述的木醋液。

2.如权利要求1所述的调理剂，其特征在于生物质颗粒炭质量百分比含量为80％，木醋液的质量百分比含量为20％。

3.权利要求1或2所述的调理剂的使用方法，其特征在于将所述的生物炭畜禽粪便堆肥调理剂与畜禽粪便、锯末、腐熟畜禽粪便堆肥混合，调理剂最终质量百分比含量为2-6％。

4.如权利要求3所述的使用方法，其特征在于生物炭畜禽粪便堆肥调理剂与畜禽粪便、锯末和腐熟畜禽粪便堆肥混合，各成份的重量百分比为22∶500∶25∶25。

5.权利要求1或2所述的调理剂在畜禽粪便堆肥上的用途。