CN104387127A - 一种减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备方法 - Google Patents

一种减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备方法。该堆肥制备方法包括如下步骤：将腐熟堆肥、厨余垃圾和玉米秸秆混合，得到质量含水率为50～60％的混合堆肥物料；混合堆肥物料经好氧发酵，即得堆肥；其中，腐熟堆肥由湿基的质量比为17:3～9:1的厨余垃圾和玉米秸秆经堆制腐解得到；腐熟堆肥与厨余垃圾和玉米秸秆的混合物的湿基的质量比为1:9～1:4。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)回用腐熟堆肥的质地松软、比表面积大、有较强的吸附能力，且其中富含大量甲烷氧化菌和亚硝酸盐氧化菌，可显著降低堆肥过程中温室气体CH4和N2O的排放量。(2)本发明操作简单、成本低，对厨余垃圾堆肥过程中污染气体减排调控具有非常重要的使用价值。

Description

一种减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备方法
技术领域
本发明涉及一种减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备方法，属于环境污染控制技术领域。
背景技术
近年来随着我国经济社会的发展和城市生活水平的提高，不仅生活垃圾的产生量与日俱增，引发严重的环境污染问题，生活垃圾的组分也在发生改变，由以炉灰、煤渣为主逐渐转变为以厨余垃圾为主，其含量已达到生活垃圾总量的40～60％。厨余垃圾与混合垃圾相比，具有含水率高、有机质和盐分含量高、易腐烂等特点，如果不加以妥善处理和利用，收集和处理过程中会产生大量渗滤液和有害气体。因此，在提倡对生活垃圾进行分类收集，对大类粗分后的生活垃圾选择不同处理方式的前提下，如何实现对厨余垃圾的无害化与资源化，越来越引起全社会的关注。
高温堆肥技术是一项公认的高效处理有机垃圾的技术，也是迄今为止比较成熟的厨余垃圾处理技术，它不仅能有效实现厨余垃圾的减量化、无害化和资源化，而且操作简单，易于控制，周期短。虽然在堆肥中加入膨松剂可以缓解厨余垃圾含水率高，易产生渗滤液的问题，但是由于厨余垃圾结构致密、孔隙不均匀，以及通风和翻堆工艺的限制，堆体仍然出现局部厌氧和好氧-厌氧交替的情况，导致大量甲烷(CH4)和(N2O)产生。研究表明，堆肥中0.08～6％的初始总碳以CH4的形式挥发，0.2～9.9％的初始总氮以N2O的形式损失。CH4和N2O均是重要的温室气体，政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告显示，CH4和N2O的100年温室效应分别为等摩尔量二氧化碳(CO2)的25倍和298倍。这些温室气体的排放不但降低了堆肥产品的价值，同时也对环境造成了二次污染。
综上，为实现厨余垃圾的资源化利用，减少堆肥过程中污染气体的排放，探究出一种有效实现厨余垃圾堆肥过程温室气体CH4和N2O的减排方法，势在必行。
发明内容
本发明的目的是提供一种减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备方法，该方法操作简单、成本低，对厨余垃圾堆肥过程中污染气体减排调控具有非常重要的实用价值。
本发明提供的减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备方法，包括如下步骤：将腐熟堆肥、厨余垃圾和玉米秸秆混合，得到混合堆肥物料；所述混合堆肥物料经好氧发酵，即得所述堆肥。
上述的堆肥制备方法，所述腐熟堆肥的质量含水率为50～56％；
所述厨余垃圾的质量含水率为50～70％；
所述玉米秸秆的质量含水率为4～7％；
所述混合堆肥物料的质量含水率为50～60％。
上述的堆肥制备方法，所述腐熟堆肥由所述厨余垃圾和所述玉米秸秆经堆制腐解得到。
上述的堆肥制备方法，所述腐熟堆肥可由湿基的质量比为17:3～9:1的所述厨余垃圾和所述玉米秸秆经堆制腐解得到；
所述堆制腐解的过程如下：由所述厨余垃圾和所述玉米秸秆混合得到堆体，在间歇式通风方式下进行好氧发酵，每周翻堆一次，每60min启动通风，且每次保持通风30min，通风率可为0.4L·kg-1DM·min-1，单位L·kg-1DM·min-1中DM指的是干物质，L·kg-1DM·min-1指的是每千克干物质在每分钟的通风量(L)，好氧发酵的时间可为28～35天，其中于55℃以上的所述好氧发酵的时间不小于3天，或者于50℃以上的所述好氧发酵的时间不小于7天，堆至完全腐熟即可。
上述的堆肥制备方法，所述混合堆肥物料中，所述厨余垃圾与所述玉米秸秆的湿基质量比可为17:3～9:1；
所述腐熟堆肥与所述厨余垃圾和所述玉米秸秆的混合物的湿基质量比可为1:9～1:4。
上述的堆肥制备方法，所述好氧发酵在强制通风的条件下进行；
所述好氧发酵的时间可为28～35天，其中于55℃以上的所述好氧发酵的时间不小于3天，或者于50℃以上的所述好氧发酵的时间不小于7天。
上述的堆肥制备方法，所述好氧发酵在间歇式通风方式下进行，每周翻堆一次，每60min启动通风，且每次保持通风30min，通风率可为0.4L·kg-1DM·min-1。
上述的堆肥制备方法，所述厨余垃圾的粒径可为2～8cm；
所述玉米秸秆的粒径可为1～5cm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)回用腐熟堆肥的质地松软、比表面积大、有较强的吸附能力，且其中富含大量甲烷氧化菌和亚硝酸盐氧化菌，可显著降低堆肥过程中温室气体CH4和N2O的排放量。
(2)本发明操作简单、成本低，对厨余垃圾堆肥过程中污染气体减排调控具有非常重要的使用价值。
附图说明
图1为本发明实施例中采用的试验装置结构示意图。
图2为本发明实施例2中腐熟堆肥回用和对照堆肥处理温度的变化。
图3为本发明实施例2中腐熟堆肥回用和对照堆肥处理甲烷排放速率的变化。
图4为本发明实施例2中腐熟堆肥回用和对照堆肥处理氧化亚氮排放速率的变化。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，堆肥固体样本含水率采用烘箱干燥法测定；pH值、电导率(EC)、总有机碳、总氮等采用NY525有机肥料标准方法测定；
发芽率指数(GI)：将样品按1g:10mL水浸提过滤(即浸泡后取滤液)，取5mL浸提液加入直径为9cm且铺有滤纸的培养皿内，点播20粒饱满的水萝卜种子，放置20℃培养箱中培养，第48小时测种子发芽率指数GI，每个处理组重复3次，对照为蒸馏水。GI(％)＝(处理浸提液培养种子发芽率×根长)/(对照种子发芽率×根长)×100％。
实施例1、腐熟堆肥的制备
以下试验中采用的厨余垃圾经前处理人工破碎至粒径为2～8cm，玉米秸秆经前处理风干并机械粉碎至1～5cm。
制备腐熟堆肥的原料准备：
腐熟堆肥原料由厨余垃圾和玉米秸秆按湿基的质量比为17:3混合。
腐熟堆肥按照下述步骤进行发酵：
堆肥在60L强制通风发酵装置中进行，该发酵装置的结构如图1所示，图中的标记如下：1空气泵，2筛板，3绝热层，4堆肥原料，5温度传感器，6气体样采集口，7自动化控制系统，8固体样采集口，9渗滤液收集口。共进行35天堆肥发酵，采用间歇式通风方式，每60min启动1次风机，每次鼓风30min，通风率为0.4L·kg-1DM·min-1，每周人工翻堆一次。
堆肥原料和腐熟堆肥的基本性状如表1所示。
表1堆肥原料和腐熟堆肥基本性状
注：*基于物料的干重测定。
实施例2、减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备
设计了两个不同的堆肥处理，腐熟堆肥回用处理(本发明堆肥处理)为在厨余垃圾和玉米秸秆联合堆肥的基础上回用腐熟堆肥；对照堆肥处理为厨余垃圾和玉米秸秆联合堆肥处理，未回用腐熟堆肥。
堆肥原料的准备：堆肥原料均按照厨余垃圾和玉米秸秆的湿基的质量配比为17:3进行混合，腐熟堆肥的回用量为与上述厨余垃圾和玉米秸秆混合物料的湿基的质量比例是1:9，并进行均匀混合。
堆肥使用装置和堆肥方法按照实施例1。
堆肥温度由Testo温度自动记录仪连续监测。温室气体CH4和N2O均采用注射器型采样器采集气体样本，每天测定1次，每次重复测定3次取平均值。CH4和N2O用安装有火焰电离检测器(flame ionization detector，FID)、电子捕获检测器(electroncapture detector，ECD)的气相色谱(3420A，北分)测定。
图2为腐熟堆肥回用处理和对照堆肥处理在堆肥过程中的温度变化，由图2可知，腐熟堆肥回用处理与对照堆肥处理的温度的变化趋势基本一致，且都经历了升温期、高温期、降温期这三个典型堆肥阶段。腐熟堆肥回用和对照堆肥的处理均在第3天进入高温期，并在第10天达到了各自的温度峰值70℃和67℃。二者高温期(>55℃)天数分别为19天和17天，均达到堆肥产品卫生学标准(GB7989-87)。腐熟堆肥回用处理中添加的腐熟堆肥发挥了一定的保温作用，使其在堆肥中后期(18～31天)的堆温略高于对照处理，更有利于有机质降解完全。
图3为腐熟堆肥回用处理和对照堆肥处理在堆肥过程中的甲烷排放速率变化，由图3可知，在整个堆肥过程中，腐熟堆肥回用处理CH4的排放速率一直低于对照堆肥处理的CH4排放速率。堆肥结束时，腐熟堆肥回用处理每吨干物质堆肥排放的CH4总质量比对照堆肥处理减少44.8％。这是由于腐熟堆肥中含有大量微生物，其中包括甲烷氧化菌和其它一些对CH4有氧化作用的细菌，增加CH4氧化率；此外，腐熟堆肥质地松软、比表面积大且有较强的吸附能力，混匀到堆肥物料中能够改善堆体的结构，调节孔隙度，减少厌氧区域并吸附部分CH4，降低CH4排放速率。
图4为腐熟堆肥回用处理和对照堆肥处理在堆肥过程中氧化亚氮排放速率的变化，由图4可知，在整个堆肥过程中，与对照堆肥处理相比，腐熟堆肥回用处理显著降低了N2O的排放速率，每吨干物质堆肥减排N2O的总质量为73.6％。可能的原因是腐熟堆肥中含有大量亚硝酸盐氧化菌，能够氧化亚硝酸盐，减少N2O的产生源。
表2堆肥产品腐熟度指标
注：*基于干重
如表2所示，为腐熟堆肥回用处理和对照处理制备的堆肥产品腐熟度指标情况。腐熟堆肥回用处理的堆肥产品C/N比、pH、发芽率指数、电导率等指标都在堆肥安全阈值范围之内，符合垃圾堆肥产品腐熟度要求。

Claims (8)

1.一种减排厨余垃圾堆肥中温室气体的堆肥制备方法，包括如下步骤：将腐熟堆肥、厨余垃圾和玉米秸秆混合，得到混合堆肥物料；所述混合堆肥物料经好氧发酵，即得所述堆肥。
2.根据权利要求1所述的堆肥制备方法，其特征在于：所述腐熟堆肥的质量含水率为50～56％；
所述厨余垃圾的质量含水率为50～70％；
所述玉米秸秆的质量含水率为4～7％；
所述混合堆肥物料的质量含水率为50～60％。
3.根据权利要求1或2所述的堆肥制备方法，其特征在于：所述腐熟堆肥由所述厨余垃圾和所述玉米秸秆经堆制腐解得到。
4.根据权利要求3所述的堆肥制备方法，其特征在于：所述腐熟堆肥由湿基的质量比为17:3～9:1的所述厨余垃圾和所述玉米秸秆经堆制腐解得到。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的堆肥制备方法，其特征在于：所述混合堆肥物料中，所述厨余垃圾与所述玉米秸秆的湿基的质量比为17:3～9:1；所述腐熟堆肥与所述厨余垃圾和所述玉米秸秆的混合物的湿基的质量比为1:9～1:4。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的堆肥制备方法，其特征在于：所述好氧发酵在强制通风的条件下进行；
所述好氧发酵的时间为28～35天，其中于55℃以上的所述好氧发酵的时间不小于3天，或者于50℃以上的所述好氧发酵的时间不小于7天。
7.根据权利要求6所述的堆肥制备方法，其特征在于：所述好氧发酵在间歇式通风方式下进行，每周翻堆一次，每60min启动通风，且每次保持通风30min，通风率为0.4L·kg-1DM·min-1。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的堆肥制备方法，其特征在于：所述厨余垃圾的粒径为2～8cm；
所述玉米秸秆的粒径为1～5cm。
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