CN106220261A - 一种鸡粪好氧堆肥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种鸡粪好氧堆肥的方法，包括以下步骤：将鸡粪、秸秆和生物炭混合，进行好氧堆肥发酵，得到堆肥，所述生物炭的质量占所述鸡粪和秸秆的总质量的比例为5wt％～10wt％。本发明通过在鸡粪中添加适量填充料秸秆和适量生物炭，使堆体碳氮比、含水率、孔隙率、通风供氧达到并保持良好水平，可以促进有机质降解和堆肥腐熟化进程，并且通过生物炭良好的吸附作用可有效减少堆肥过程温室气体等有害物质的产生和排放，同时可进一步减少产生的温室气体和氨气等氮素外排而产生的损失。

Description

一种鸡粪好氧堆肥的方法
技术领域
本发明属于有机固体废弃物处置和资源化利用技术领域，具体涉及一种鸡粪好氧堆肥的方法。
背景技术
目前，我国畜禽养殖废弃物年产出量约为40亿吨，但实际利用率尚不到50％。好氧堆肥是畜禽粪便、秸秆等有机固体废弃物在通风供氧状态下利用微生物的分解作用使其降解转化成稳定的腐熟的有机肥过程；其实质是依靠各类微生物的协同作用，交替配合分解水溶性及难降解的有机物，转化成稳定腐殖质的过程。将畜禽粪便经过处理后，施用到农田中，能改善土壤结构，提高土壤肥力，增强土壤持续生产能力。
通过高温好氧堆肥技术，能大大缩减畜禽粪便的体积，杀死其中大部分病原微生物并灭活杂草种子，最终使得堆肥稳定腐熟，从而有利于运输和储存。而传统的堆肥方式尤其是传统的鸡粪好氧堆肥过程存在有机质降解缓慢、氮元素损失严重、温室气体排放量大等不足，严重限制了好氧堆肥技术的应用与发展。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种鸡粪好氧堆肥的方法，本发明提供的鸡粪好氧堆肥的方法有机质降解快，具有良好的减排保氮效果。
本发明提供了一种鸡粪好氧堆肥的方法，包括以下步骤：
将鸡粪、秸秆和生物炭混合，进行好氧堆肥发酵，得到堆肥，所述生物炭的质量占所述鸡粪和秸秆的总质量的比例为5wt％～10wt％。
优选的，在进行好氧堆肥发酵前，将所述鸡粪、秸秆和生物炭混合得到的堆肥混合原料进行碳氮比和含水率的调整。
优选的，所述碳氮比为(20～30):1。
优选的，所述含水率为60％～70％。
优选的，所述秸秆为小麦秸秆，所述秸秆的长度为3～5cm。
优选的，所述生物炭为竹炭或秸秆碳，所述生物炭的粒径为3～5cm。
优选的，所述好氧堆肥发酵采用连续通风方式。
优选的，所述好氧堆肥发酵包括升温期、高温期和降温期，所述升温期的通风速率为0.15～0.25L/(min.kg-vs)，所述高温期通风速率为0.15～0.25L/(min.kg-vs)，所述降温期通风速率设定为0.05～0.15L/(min.kg-vs)。
与现有技术相比，本发明提供了一种鸡粪好氧堆肥的方法，包括以下步骤：将鸡粪、秸秆和生物炭混合，进行好氧堆肥发酵，得到堆肥，所述生物炭的质量占所述鸡粪和秸秆的总质量的比例为5wt％～10wt％。本发明通过在鸡粪中添加适量填充料秸秆和适量生物炭，使堆体碳氮比、含水率、孔隙率、通风供氧达到并保持良好水平，可以促进有机质降解和堆肥腐熟化进程，并且通过生物炭良好的吸附作用可有效减少堆肥过程温室气体等有害物质的产生和排放，同时可进一步减少产生的温室气体和氨气等氮素外排而产生的损失。
附图说明
图1为本发明实施例中好氧堆肥温度动态变化图；
图2是本发明实施例中好氧堆肥碳氮比动态变化图；
图3是本发明实施例中好氧堆肥堆体种子发芽指数动态变化图；
图4是本发明实施例中好氧堆肥堆体二氧化碳的动态变化曲线；
图5是本发明实施例中好氧堆肥堆体甲烷动态变化图；
图6是本发明实施例中好氧堆肥堆体氧化亚氮的动态变化曲线；
图7是本发明实施例中好氧堆肥堆体氨气的动态变化曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种鸡粪好氧堆肥的方法，包括以下步骤：
将鸡粪、秸秆和生物炭混合，进行好氧堆肥发酵，得到堆肥，所述生物炭的质量占所述鸡粪和秸秆的总质量的比例为5wt％～10wt％。
本发明首先将鸡粪、秸秆和生物炭混合，得到堆肥混合原料。
在本发明中，所述鸡粪为新鲜鸡粪。所述秸秆优选为小麦秸秆，相比于鸡粪而言，麦秸的碳氮比高而含水率低，能很好地调节初始混合物料的碳氮比与含水率，以满足微生物的生长需求。所述麦秸长度优选为3～5cm，有利于维持堆体的蓬松多孔架构。所述生物炭优选为竹炭或秸秆碳，所述生物炭的粒径为3～5cm，所述生物炭的比表面积高达485m2/g。
优选的，在进行好氧堆肥发酵前，将所述鸡粪、秸秆和生物炭混合得到的堆肥混合原料进行碳氮比和含水率的调整。所述碳氮比优选为(20～30):1，优选为20:1、25:1或30:1；所述含水率调至60％～70％，优选为60％、65％或70％。
在本发明中，所述生物炭的质量占所述鸡粪和秸秆的总质量的比例优选为5wt％～10wt％，更优选为7.5wt％～10wt％，最优选为10wt％。
得到堆肥混合原料后，将所述堆肥混合原料进行好氧堆肥发酵，在本发明中，所述好氧堆肥发酵采用连续通风方式。其中，所述好氧堆肥发酵包括升温期、高温期和降温期，所述升温期的通风速率优选为0.15～0.25L/(min.kg-vs)，更优选为0.18～0.23L/(min.kg-vs)；所述高温期通风速率优选为0.15～0.25L/(min.kg-vs)，更优选为0.18～0.23L/(min.kg-vs)；所述降温期通风速率设定优选为0.05～0.15L/(min.kg-vs)，更优选为0.08～0.12L/(min.kg-vs)。
当堆体温度高于65℃时通风速率调至0.25L/(min.kg-vs)；堆体温度趋于环境温度时停止通风。优选的，好氧堆肥过程可进行翻堆处理，高温期(堆体温度≥50℃)可加大翻堆频率。
当堆体温度趋于环境温度时，进行翻堆处理后，堆体温度仍无明显上升可停止通风，堆肥主发酵期结束。发酵结束后，得到堆肥。
本发明所述技术方案原料包括鸡粪、秸秆、生物炭，易获取，成本低，技术方案简便易行，效果显著；本发明提供的鸡粪好氧堆肥的方法可有效缩短堆肥周期，加速有机质降解，减少温室气体和氮素损失，有效减轻好氧堆肥过程温室气体排放和氮素损失引起的二次污染和潜在的环境风险，显著提升有机肥品质；并且好氧堆肥发酵结束后得到的有机肥施入土壤后，其中生物炭能保持土壤水分，提高土壤有机质含量，改良土壤，促进植物生长，同时，生物炭可长期保存于土壤环境中，减少温室气体二次排放，具有良好的社会、经济和生态效益。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的鸡粪好氧堆肥的方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
在以下实施例进行的好氧堆肥试验以采自中国农业大学上庄实验站养鸡场的鲜鸡粪为主要原料，以采自北京郊区的小麦秸秆切短至3～5cm作为堆肥填充料，以浙江遂昌老翁竹炭公司生产的生物炭(粒径为3～5cm)为添加剂。堆肥原料基本理化特性如表1所列。
表1堆肥原料基本特性
实施例
使用4组性能相同的实验室好氧堆肥反应器系统进行鸡粪麦秸联合好氧堆肥试验，实验室好氧堆肥反应器系统主要由反应器、通风控制系统、保温箱、温度测定与采集系统组成。
将鲜鸡粪与麦秸按碳氮比20：1混合，再调节水分至65％，得到湿基。
分别设置无添加和添加5％、10％、20％(占上述湿基百分数)的生物炭4个添加水平。4组不同生物炭添加量的堆肥试验分别记为CK、B5、B10、B20。
混合好后，进行好氧堆肥发酵，发酵过程中的通风方式采用连续通风方式，升温期和高温期通风速率为0.2L/(min.kg-vs)，降温期通风速率设定为0.1L/(min.kg-vs)。
在第0、3、5、7、14、28天取样，取样前搅拌均匀。取样后，一部分置于冰箱-4℃以下冷藏，一部分经热风干燥后粉碎。除含水率外，各指标的测量都去除了生物炭。对上述样品进行理化生物学以及主要气体排放指标的测定。
1、主要理化、生物学特性
(1)温度
温度的测定使用Pt100电阻和电脑终端获取。4组好氧堆肥反应器系统内物料均经历了经典的升温期、高温期、降温期三个阶段。各处理迅速升温，在堆肥第2天就达到了50℃以上，均持续了4天以上，达到堆肥无害化要求。测定结果见图1，图1为本发明实施例中好氧堆肥温度动态变化图。
如图1所示，起始阶段，各处理迅速升温，堆肥第二天即达到50℃以上，可能是由于优化的原始物料初始配比和通风速率相对适宜，能确保堆肥迅速启动。高温阶段，各处理大于55℃的时间都持续了4天，满足堆肥温度超过55℃持续3天以上的无害化要求。由于堆肥降解产热、反应器温度系统调节和保温效果等因素影响，堆肥过程中各处理的温度并无明显差异，整体堆肥质量和腐熟效果皆良好。
(2)碳氮比
碳氮比是判断堆肥腐熟度的重要指标之一。利用元素分析仪(Vario EL CHNOS型，德国)测定总碳、总氮；利用总有机碳分析仪(Vario TOC select，德国)测定总有机碳含量；碳氮比为总有机碳含量与总氮含量之比。测定结果见图2，图2为本发明实施例中好氧堆肥碳氮比动态变化图。
如图2所示，各处理碳氮比的变化趋势相同，但CK、B5、B10的碳氮比下降速率却依次递增，而B20的则要低于CK的。各处理的最终碳氮比由初始的20分别降至10.3、8.7、6.8、12.5，最小值出现在B10，而最大值出现在B20，添加10％生物炭处理的最终碳氮比相比于空白对照组降低幅度达33.98％。
(3)种子发芽指数
种子发芽指数(Seed Germination Index,GI)的测定：取上述浸提液20mL于垫有滤纸的培养皿中，均匀地放入20粒饱满的黄瓜种子，然后放置在30℃的培养箱中避光培养48h，统计发芽率和测量根长。每个样品做2个重复，以去离子水作为对照。
种子发芽指数主要用于判定植物毒性作用，是公认的评价堆肥腐熟度的有效指标。结果见图3，图3为本发明实施例中好氧堆肥堆体种子发芽指数动态变化图。
如图3所示，各处理GI变化规律一致：先下降后上升。堆肥初期，GI由50％下降到35％左右。随着堆肥的腐熟，植物毒性物质逐渐被降解转化，GI逐渐上升，一般认为当GI达到80％以上时堆肥无植物毒性并达到腐熟。各处理的GI并没有明显的差异，且最终都达到95％，表明堆体已经完全腐熟。
2、主要排放气体
对堆肥过程中的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮和氨气进行分析，其中，利用便携泵吸式气体检测分析仪监测堆肥过程产生的氧化亚氮、氨气的浓度动态变化情况，所用气体检测分析仪传感器分别为氧化亚氮传感器(NAP-100A,Nemoto,日本)、氨气传感器(4NH3-1000,Solidsens,德国)。二氧化碳、甲烷浓度经气收集储存后由气相色谱仪(GC-2014C，日本)测得。测量结果结果如下：
(1)二氧化碳
图4为CO2排放浓度的变化曲线，4个处理的变化规律一致，先上升再下降。在整个堆肥过程中，CK、B5、B10、B20的CO2排放浓度是严格依次降低的；相应的峰值分别是3.05％、2.76％、1.89％、1.45％，添加20％生物炭处理的峰值仅仅是空白对照组的47.5％。
(2)甲烷
CH4的排放浓度变化如图5所示，其变化规律与CO2一致；随着生物炭含量的增加，CH4的排放浓度依次降低，添加20％生物炭的峰值最低，比空白对照组降低了55.2％。这表明生物炭也能减少CH4的排放，而且理论上生物炭添加量越多越好；生物炭改善了堆体通透性而抑制了CH4的产生，同时生物炭也能吸附一部分CH4。
(3)氧化亚氮
如图6所示，整个堆肥过程N2O的排放浓度区间为0～14ppm，而添加生物炭能有效减少N2O的排放，尤其是在高温期，N2O排量减幅最高为58.6％。其中，添加10％、20％的效果最为明显，但两者的N2O排放浓度差别不大，考虑到经济性，生物炭的添加量宜为10％。
(4)氨气
如图7所示，各处理NH3挥发规律是一致的，先迅速升高，短暂回落后又有一个回升，最后再缓缓下降直至0。由图可知，添加生物炭处理的NH3排放浓度要低于不添加生物炭的，尤其是在第3天当NH3排放达到峰值时，CK、B5、B10、B20的NH3排放浓度分别为3537ppm、3044ppm、1924ppm、1872ppm，添加20％生物炭处理的降幅为47.1％。这表明生物炭的添加能有效降低NH3的排放，生物炭能促进堆体的硝化作用，同时也对NH3以及含氮离子有吸附作用。
上述实验数据统计分析及绘图分别使用SPSS Statistics V.17.0(IBM,美国)和OriginPro V.8.5SR1(OriginLab Corporation,美国)软件完成。
综上所述，不同添加水平的鸡粪好氧堆肥过程主要理化、生物学指标以及主要排放气体动态变化情况，本发明通过添加占所述鸡粪和秸秆的总质量的比例为5wt％～10wt％的生物炭，使堆肥过程堆肥周期较短、温度整体保持较高水平、碳氮比降幅较大、种子发芽指数值较大、温室气体和氨气等减排效果明显。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种鸡粪好氧堆肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将鸡粪、秸秆和生物炭混合，进行好氧堆肥发酵，得到堆肥，所述生物炭的质量占所述鸡粪和秸秆的总质量的比例为5wt％～10wt％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行好氧堆肥发酵前，将所述鸡粪、秸秆和生物炭混合得到的堆肥混合原料进行碳氮比和含水率的调整。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳氮比为(20～30):1。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含水率为60％～70％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述秸秆为小麦秸秆，所述秸秆的长度为3～5cm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物炭为竹炭或秸秆碳，所述生物炭的粒径为3～5cm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述好氧堆肥发酵采用连续通风方式。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述好氧堆肥发酵包括升温期、高温期和降温期，所述升温期的通风速率为0.15～0.25L/(min.kg-vs)，所述高温期通风速率为0.15～0.25L/(min.kg-vs)，所述降温期通风速率设定为0.05～0.15L/(min.kg-vs)。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在进行好氧堆肥发酵时，当所述鸡粪、秸秆和生物炭混合得到的堆肥混合原料的温度高于65℃时通风速率调至0.25L/(min.kg-vs)。
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