CN105503283B - 一种利用堆肥反应器生产高硝酸根浓度有机肥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用堆肥反应器生产高硝酸根浓度有机肥的方法，其特征在于：它是采用如下堆肥装置生产有机肥：包括保温壳、堆肥室和控制器，所述堆肥室设置在保温壳内部，所述堆肥室外侧壁与保温壳之间形成一腔体A，堆肥室外壁上设有加热带，堆肥室内部靠近底部位置设有支撑底板，所述支撑底板与堆肥室底部形成腔体B，所述腔体B通过进气管道与外部连通，所述进气管道位于保温壳外部一端连接有气体流量计和电磁阀，所述保温壳顶部设有出气管道，所述出气管道一端位于保温壳内部，另一端位于保温壳外部，所述出气管道位于保温壳外部一端连接有吸收瓶，所述保温壳内部还设有温度传感器，所述加热带、温度传感器、气体流量计和电磁阀与控制器电连接，所述保温壳包括壳体和壳盖，所述壳盖位于壳体顶部，壳盖内表面由中间向边缘逐渐向下倾斜。

Description

一种利用堆肥反应器生产高硝酸根浓度有机肥的方法
技术领域
本发明涉及一种利用堆肥反应器生产高硝酸根浓度有机肥的方法。
背景技术
在农业生产中，化肥消耗量巨大，但由于化学肥料施用于土壤后产生固定、分解、挥发等一系列反应，造成肥料的利用率偏低，其中氮肥的利用率仅为20～30％。这不仅造成养分资源的浪费，同时还造成土壤板结、次生盐渍化、地下水污染等一系列环境问题。同时随着社会经济的发展，我国每年都会产生大量的废弃生物质，年产各种农作物秸秆有8亿多吨，畜禽粪便17亿3000万吨，餐厨垃圾6000万吨，污水污泥3000万吨。这些资源目前大部分被填埋或直接焚烧处理，造成了严重的环境污染和资源浪费。
好氧堆肥是废弃生物质减量化、资源化的主要方法，且过程生产的堆肥产品富含腐殖质和一定的氮(N)、磷(P)、钾(K)，可作为良好的土壤调理剂和有机肥料。我国政府不仅鼓励施用堆肥产品进行有机栽培，而且也非常重视通过施用堆肥产品而改善土地。目前市场上，利用堆肥化方法从家畜粪尿生产的有机肥价格为300～500元/吨，有机肥价格保持较高的水平。由于这一商机的原因，目前全国有4000多家有机肥生产企业生产销售有机肥。尽管如此，由于技术方面的原因，绝大多数厂家无法生产出品质优良的有机肥。
碳氮比(C/N)较低的有机物料如：禽畜粪便、污水污泥、厨余垃圾等在好氧堆肥过程中会有大量的氮损失，其中挥发的氨气(NH3)占了总氮损失的46.8％～90％，NH3是酸雨的催化物质和堆肥中所排臭气的主要成分，大量的氨气挥发会给空气环境造成污染；同时，氨大量挥发会直接导致生产的有机肥产品中氮含量的降低，进而影响有机肥品质，降低其农业利用价值。氮是植物营养所需的最大量元素，尤其是硝态氮(硝酸根)是很多植物可以直接利用的氮形态，考虑到有机肥的质量，一般期望含有较高浓度的硝酸根。
尽管希望获得较高的硝酸根含量，但由于现有方法不能很好的创造利于生物硝化的条件，导致硝酸根生成未发生或不能顺利发生，进而导致最终产品堆肥中硝酸根含量较低，目前文献报道的制得的有机肥的硝酸根浓度最高仅为数千mg/kg-干重。
发明内容
本发明目的在于提供一种新的堆肥方法，利用开发的堆肥反应器，通过优化堆肥过程操作参数(高温保持时间和通气率)，减少堆肥过程中氨气大量挥发；由于设计的堆肥反应器可有效降低堆肥过程中物料水分，促进了二级发酵硝化反应进行，生产得到高氮含量(硝酸根含量)的有机肥，增加废弃生物质中氮的利用效率。
本发明利用堆肥反应器生产高硝酸根浓度有机肥的方法，它是采用如下堆肥装置生产有机肥：所述堆肥装置包括保温壳、堆肥室和控制器，所述堆肥室设置在保温壳内部，所述堆肥室外侧壁与保温壳之间形成一腔体A，堆肥室外壁上设有加热带，堆肥室内部靠近底部位置设有支撑底板，所述支撑底板与堆肥室底部形成腔体B，所述腔体B通过进气管道与外部连通，所述进气管道位于保温壳外部一端连接有气体流量计和电磁阀，所述保温壳顶部设有出气管道，所述出气管道一端位于保温壳内部，另一端位于保温壳外部，所述出气管道位于保温壳外部一端连接有吸收瓶，所述保温壳内部还设有温度传感器，所述加热带、温度传感器、气体流量计和电磁阀与控制器电连接，所述保温壳包括壳体和壳盖，所述壳盖位于壳体顶部，壳盖内表面由中间向边缘逐渐向下倾斜。
优选地，所述堆肥装置中，温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在堆肥室内部，所述第二温度传感器设置在堆肥室上方；
优选地，所述堆肥装置中，电磁阀有两个，并联在进气管道上。
优选地，所述堆肥装置中，吸收瓶至少有两个，所述吸收瓶串联在出气管道上，吸收瓶中装有液体，吸收瓶中气体管路进气端位于液面下方，吸收瓶中气体管路出气端位于液面上方；
优选地，所述堆肥装置中，出气管道上还连接有冷却管、冷凝水收集瓶和干燥管，所述冷却管设置在冷凝水收集瓶进气端，所述干燥管设置在冷凝水收集瓶出气端，干燥管内装有干燥硅胶。
优选地，所述堆肥装置中，出气管道末端并联连接有两个出气管路，一根出气管路上设有球阀和CO2检测器，另一根出气管路长通，所述CO2检测器与控制器电连接；
优选地，所述堆肥装置中，保温壳包括壳体和壳盖，所述壳盖位于壳体顶部，壳体和壳盖均为为双层结构，两层之间有间隙，所述间隙里填充保温泡沫。
其中，所述堆肥的步骤如下：取待堆肥物料，投入堆肥室内，升温至60℃，然后在60℃恒温3-6天，优选为3天，再降温至35℃，然后在35℃恒温至堆肥结束；期间，持续通入空气。
其中，所述投入的物料为畜禽粪便、餐厨垃圾、农业废弃物如秸秆、污泥等一种或者多种。
优选地，所述待堆肥物料的投入量为反应器体积的70-80％。
其中，所述物料的含水量为55-72％，优选地为65-72％，进一步优选为70-72％；所述物料的C/N比为5.6-18，优选为18。
优选地，所述升温的速度为0.5～2℃/小时。
优选地，所述降温是自然降温。
自然降温：降温过程加热带不工作，不加热，温度自然降低。
优选地，所述通入空气的量为0.2～0.4L/min/kg-干重。
优选地，堆肥的总时间为60天。
本发明还提供了前述方法制备得到的有机肥。
本发明方法可以有效减少堆肥过程中氨气大量挥发导致的氮大量损失的问题，制备得到的有机肥氮含量(尤其是硝酸根含量)高，应用前景良好。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为本发明堆肥装置的结构示意图；
图中：1-电磁阀、2-气体流量计、3-进气管道、4--堆肥室、5-支撑底板、6-腔体B、7-壳体、8-壳盖、9-保温泡沫、10-加热带、11-第一温度传感器、12-第二温度传感器、13-吸收瓶、14-冷却管、15-冷凝水收集瓶、16-干燥管、17-干燥硅胶、18-球阀、19-CO2检测器、20-控制器、21-保温壳、22-冷凝水收集器、23-腔体A、24-出气管道。
具体实施方式
实施例1本发明堆肥方法
1、原料
牛粪，含水量为80％，C/N比为18，来自于双流县附近某奶牛养殖场。
2、堆肥方法
2.1原料预处理
取牛粪，压榨，使其含水量为70-72％。
2.2堆肥
堆肥装置如图1所示，包括保温壳21、堆肥室4和控制器20，保温壳21包括壳体7和壳盖8，壳盖8盖在壳体7顶部，壳盖8内表面由中间向边缘逐渐向下倾斜，壳体7和壳盖8均为为双层结构，两层之间有间隙，间隙里填充保温泡沫9；堆肥室4设置在保温壳21内部，堆肥室4外侧壁与保温壳21之间形成一腔体A23，堆肥室4外壁上设有加热带10，保温壳21内部设有两个温度传感器，第一温度传感器11设置在堆肥室4内部，第二温度传感器12设置在堆肥室4上方，堆肥室4内部靠近底部位置设有支撑底板5，支撑底板5与堆肥室4底部形成腔体B6，腔体B6通过进气管道3与外部连通，进气管道3位于保温壳21外部一端连接有气体流量计2和电磁阀1，电磁阀1有两个，并联在进气管道3上；保温壳21顶部设有出气管道12，出气管道12一端位于保温壳21内部，另一端位于保温壳21外部，出气管道12位于保温壳21外部一端串联连接有两个吸收瓶13，吸收瓶13中装有液体，吸收瓶13中气体管路进气端位于液面下方，吸收瓶13中气体管路出气端位于液面上方，出气管道12上还连接有冷却管14、冷凝水收集瓶15和干燥管16，冷却管14设置在冷凝水收集瓶15进气端，干燥管16设置在冷凝水收集瓶15出气端，干燥管16内装有干燥硅胶17，出气管道12末端并联连接有两个出气管路，一根出气管路上设有球阀18和CO2检测器19，另一根出气管路长通；加热带10、温度传感器11、气体流量计2、电磁阀1和CO2检测器19与控制器20电连接。
运行方式：
(1)投料：取预处理后的物料，投入反应器中，投入的量为反应器体积的70％。
(2)堆肥工艺：
一级发酵：在投料后，堆肥室内堆体温度逐渐升高至温度为60℃(设置升温速度为0.5℃/小时，升温速度低于0.5℃/小时时用加热带进行加热)，进气量(通入的气体为空气)为0.2L/min/kg-干重(此干重是指投入的物料的干重)；维持堆肥室内的温度(60℃)3天，进气量为0.2L/min/kg-干重；
二级发酵：一级发酵结束后自然降温至堆肥室内的温度为35℃，进气量为0.2L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(35℃)，进气量为0.2L/min/kg-干重。
堆肥过程(包括一级发酵和二级发酵)共持续60天。
3、检测方法
氨气挥发量：通过测定硫酸溶液(硫酸溶液置于吸收瓶13中，堆肥过程中，挥发氨气随通入的气体一起排入吸收瓶中，硫酸溶液会吸附排出气体中的氨气，因此通过检测硫酸溶液中的NH4 +浓度确即可确定排出气体中氨气量)中的NH4 +浓度确定，NH4 +浓度用阳离子色谱分析仪测定；
硝酸根浓度：通过测定堆肥后有机肥样品的水提取液中的NO3 -浓度确定，NO3 -浓度用阴离子色谱分析仪测定；
总氮损失率：利用元素分析仪测定原料中的N元素含量和堆肥后有机肥中的N元素含量，两者差值即氮元素损失。
4、检测结果
(1)氨气挥发量
10.3g。
(2)硝酸根浓度
15511.6mg/kg-干重。
(3)总氮损失率
25.7％。
试验结果说明，采用本发明方法堆肥，氨气挥发少，总氮损失率低，制得的有机肥硝酸根含量高达数万mg/kg-干重，品质好。
实施例2本发明堆肥方法
1、原料
鸡粪，含水量为78.2％，C/N比为7.5，来自于双流县附近某蛋鸡养殖场。
2、堆肥方法
2.1原料预处理
取鸡粪，压榨，使其含水量为70-72％。
2.2堆肥
堆肥装置同实施例1。
运行方式：
(1)投料：取预处理后的物料，投入反应器中，投入的量为反应器体积的80％。
(2)堆肥工艺：
一级发酵：在投料后，堆肥室内堆体温度逐渐升高至温度为60℃(设置升温速度为0.5℃/小时，升温速度低于0.5℃/小时时用加热带进行加热)，进气量(通入的气体为空气)为0.4L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(60℃)6天，进气量为0.4L/min/kg-干重；
二级发酵：一级发酵结束后自然降温至堆肥室内的温度为35℃，进气量为0.4L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(35℃)，进气量为0.4L/min/kg-干重。
堆肥过程(包括一级发酵和二级发酵)共持续60天。
3、检测方法
同实施例1。
4、检测结果
(1)氨气挥发量
21.8g。
(2)硝酸根浓度
13387.5mg/kg-干重。
(3)总氮损失率
35.6％。
试验结果说明，采用本发明方法堆肥，氨气挥发少，总氮损失率低，制得的有机肥硝酸根含量高达数万mg/kg-干重，品质好。
实施例3本发明堆肥方法
1、原料
餐厨垃圾厌氧消化污泥，含水量为77.8％，C/N比为10.5，来自于双流县航空港餐厨垃圾资源化利用公司。木屑水分含量11.9％，C/N比为343.2，来自于双流县周边某木材加工厂；成熟堆肥，水分含量24.6％，C/N比为15.3，市场购买。
2、堆肥方法
2.1原料预处理
取餐厨垃圾厌氧消化污泥、木屑和成熟堆肥，按湿重10：1：1混合后，混合物水分含量为65％，C/N比为12.2。
2.2堆肥
堆肥装置同实施例1。
运行方式：
(1)投料：取预处理后的物料，投入反应器中，投入的量为反应器体积的75％。
(2)堆肥工艺：
一级发酵：在投料后，堆肥室内堆体温度逐渐升高至温度为60℃(设置升温速度为0.5℃/小时，升温速度低于0.5℃/小时时用加热带进行加热)，进气量(通入的气体为空气)为0.4L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(60℃)3天，进气量为0.4L/min/kg-干重；
二级发酵：一级发酵结束后自然降温至堆肥室内的温度为35℃，进气量为0.4L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(35℃)，进气量为0.4L/min/kg-干重。
堆肥过程(包括一级发酵和二级发酵)共持续60天。
3、检测方法
同实施例1。
4、检测结果
(1)氨气挥发量
9.3g。
(2)硝酸根浓度
7758.9mg/kg-干重。
(3)总氮损失率
29.3％。
试验结果说明，采用本发明方法堆肥，氨气挥发少，总氮损失率低，制得的有机肥硝酸根含量高，品质好。
实施例4本发明堆肥方法
1、原料
浓缩污泥，含水量为79.3％，C/N比为5.6，来自于双流县航空港污水处理厂。
2、堆肥方法
2.1原料预处理
取浓缩污泥，压榨，使其含水量为70-72％。
2.2堆肥
堆肥装置同实施例1。
运行方式：
(1)投料：取预处理后的物料，投入反应器中，投入的量为反应器体积的70％。
(2)堆肥工艺：
一级发酵：在投料后，堆肥室内堆体温度逐渐升高至温度为60℃(设置升温速度为2℃/小时，升温速度低于2℃/小时时用加热带进行加热)，进气量(通入的气体为空气)为0.2L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(60℃)3天，进气量为0.2L/min/kg-干重；
二级发酵：一级发酵结束后自然降温至堆肥室内的温度为35℃，进气量为0.2L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(35℃)，进气量为0.2L/min/kg-干重。
堆肥过程(包括一级发酵和二级发酵)共持续60天。
3、检测方法
同实施例1。
4、检测结果
(1)氨气挥发量
15.5g。
(2)硝酸根浓度
17318.7mg/kg-干重。
(3)总氮损失率
27.3％。
试验结果说明，采用本发明方法堆肥，氨气挥发少，总氮损失率低，制得的有机肥硝酸根含量高达数万mg/kg-干重，品质好。
实施例5本发明堆肥方法
1、原料
牛粪，含水量为80％，C/N比为18，来自于双流县附近某奶牛养殖场。
2、堆肥方法
2.1原料预处理
取牛粪，压榨，使其含水量为70-72％。
2.2堆肥
堆肥装置同实施例1。
运行方式：
(1)投料：取预处理后的物料，投入反应器中，投入的量为反应器体积的80％。。
(2)堆肥工艺：
一级发酵：在投料后，堆肥室内堆体温度逐渐升高至温度为60℃(设置升温速度为2℃/小时，升温速度低于2℃/小时时用加热带进行加热)，进气量(通入的气体为空气)为0.4L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(60℃)3天，进气量为0.4L/min/kg-干重；
二级发酵：一级发酵结束后自然降温至堆肥室内的温度为35℃，进气量为0.4L/min/kg-干重；维持堆肥室内的温度(35℃)，进气量为0.4L/min/kg-干重。
堆肥过程(包括一级发酵和二级发酵)共持续60天。
3、检测方法
同实施例1。
4、检测结果
(1)氨气挥发量
12.5g。
(2)硝酸根浓度
12,352.6mg/kg-干重。
(3)总氮损失率
31.3％。
试验结果说明，采用本发明方法堆肥，氨气挥发少，总氮损失率低，制得的有机肥硝酸根含量高达数万mg/kg-干重，品质好。

Claims (21)

1.一种利用堆肥反应器生产高硝酸根浓度有机肥的方法，其特征在于：它是采用如下堆肥装置生产有机肥：所述堆肥装置包括保温壳、堆肥室和控制器，所述堆肥室设置在保温壳内部，所述堆肥室外侧壁与保温壳之间形成一腔体A，堆肥室外壁上设有加热带，堆肥室内部靠近底部位置设有支撑底板，所述支撑底板与堆肥室底部形成腔体B，所述腔体B通过进气管道与外部连通，所述进气管道位于保温壳外部一端连接有气体流量计和电磁阀，所述保温壳顶部设有出气管道，所述出气管道一端位于保温壳内部，另一端位于保温壳外部，所述出气管道位于保温壳外部一端连接有吸收瓶，所述保温壳内部还设有温度传感器，所述加热带、温度传感器、气体流量计和电磁阀与控制器电连接，所述保温壳包括壳体和壳盖，所述壳盖位于壳体顶部，壳盖内表面由中间向边缘逐渐向下倾斜；
所述堆肥的步骤如下：取待堆肥物料，投入堆肥室内，升温至60℃，然后在60℃恒温3-6天，再降温至35℃，然后在35℃恒温至堆肥结束；期间，持续通入空气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，堆肥步骤中，60℃恒温时间为3天。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述堆肥装置中，温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器设置在堆肥室内部，所述第二温度传感器设置在堆肥室上方。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述堆肥装置中，电磁阀有两个，并联在进气管道上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述堆肥装置中，吸收瓶至少有两个，所述吸收瓶串联在出气管道上，吸收瓶中装有液体，吸收瓶中气体管路进气端位于液面下方，吸收瓶中气体管路出气端位于液面上方。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述堆肥装置中，出气管道上还连接有冷却管、冷凝水收集瓶和干燥管，所述冷却管设置在冷凝水收集瓶进气端，所述干燥管设置在冷凝水收集瓶出气端，干燥管内装有干燥硅胶。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述堆肥装置中，出气管道末端并联连接有两个出气管路，一根出气管路上设有球阀和CO2检测器，另一根出气管路长通，所述CO2检测器与控制器电连接。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述堆肥装置中，保温壳包括壳体和壳盖，所述壳盖位于壳体顶部，壳体和壳盖均为双层结构，两层之间有间隙，所述间隙里填充保温泡沫。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述物料为畜禽粪便、餐厨垃圾、农业废弃物、污泥中一种或者多种。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述农业废弃物是秸秆。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述物料的含水量为55-72%。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述物料的C/N比为5.6-18。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述物料含水量为65-72%。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述物料含水量为70-72%。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述物料的C/N比为18。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述升温的速度为0.5~2℃/小时。
17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述降温是自然降温。
18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述通入空气的量为0.2~0.4 L/min/kg-干重。
19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：堆肥的总时间为60天。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：通入空气的量为0.2 L/min/kg-干重。
21.权利要求1~20任意一项所述方法制备得到的有机肥。
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