CN107285824A - 一种减少有机垃圾中氮素损失的堆肥方法 - Google Patents

一种减少有机垃圾中氮素损失的堆肥方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有机垃圾处理领域，本发明提供一种减少有机垃圾中氮素损失的堆肥方法。本发明所述方法包括将含有机垃圾的堆肥底物中加入氮素固定剂进行发酵，其中所述氮素固定剂由氧化镁和磷酸或者盐组成。本发明堆肥方法可以有效的提高有机物的降解，促进堆肥腐熟，缩短堆肥时间，同时降低堆肥过程中的氮素损失，增加堆肥的氮素的含量和养分有效性。与普通堆肥相比，在同等施用量下，本发明所得堆肥可显著提高作物产量。

Description

一种减少有机垃圾中氮素损失的堆肥方法
技术领域
本发明涉及有机垃圾处理领域，具体一种减少有机垃圾中氮素损失的堆肥方法。
背景技术
全世界每年有130亿吨的城市固体废弃物产生，其中餐厨垃圾所占比列高达30-50％。餐厨垃圾的弃置不仅给堆填区带来了巨大的压力，而且在堆填处理时产生的甲烷等温室效应气体对环境的危害也成为了亟待解决的问题。因此，利用生物技术-尤其是堆肥技术成为了世界各国实现有机废弃物减量化，无害化和资源化的重要途径之一。堆肥技术是有机物质在微生物的作用下分解为稳定的有机质的过程，形成的堆肥产品富含腐殖质和一定的养分元素，可作为良好的土壤调理剂和有机肥料。
然而餐厨垃圾在堆肥过程中却面临着一些问题，主要是由于餐厨垃圾富含大量油脂，在堆肥过程中分解并产生大量的有机酸，导致物料pH过低。酸性环境抑制了微生物的活性，进而阻碍了餐厨垃圾的降解，延长了堆肥的发酵时间，同时导致了臭气的产生。
第CN101306962号专利申请公开了一种以餐厨垃圾为原料的堆肥方法，该方法采用菌糠作为调理剂，将餐厨垃圾与菌糠按照1∶0.5～1∶5混合均匀，C/N比调节至20∶1～30∶1之间，调节pH至7～8之间来达到促进餐厨垃圾堆肥过程的目的。而此方法受原料因素限制较大，目前，添加碱性物质如石灰来调节餐厨垃圾的pH被视为更为简单有效的方式。然而堆肥的高温和高pH值却又导致大量氮素以氨气形式挥发，不仅降低了堆肥的养分含量，而且成为了影响区域大气氮沉降和酸雨的重要污染源，对大气和水体带来了危害。
第CN1293024号专利申请公开了一种堆肥过程中控制氮素损失的固定剂。固定剂由2.5～2.8％的氧化镁，8～22％的磷酸和75～90的水组成。该方法是在堆肥过程中掺混或喷淋控制氮素的损失，但是该高含量磷酸的存在使此固定剂呈酸性，堆肥初期酸化作用强烈，考虑到包括餐厨垃圾在内有机垃圾高含水量，高盐分，富含大量有机酸的特性，该固定剂并不适合餐厨垃圾堆肥过程，特别是不利于有机物质的快速解。
因此，如何改善餐厨垃圾的理化性质，促进堆肥过程中有机物质的降解速率的同时，减少氮素损失成为了处理餐厨垃圾面临的紧迫任务。
发明内容
针对以上技术现状，以克服餐厨垃圾发酵周期长，氮素损失大的不足，本发明提供了一种既能够促进餐厨垃圾腐熟的堆肥工艺，同时减少堆肥过程中氮素的损失，本发明将碱性物质与氮素固定剂配合使用，以实现促进餐厨垃圾降解的同时并减少氮素的损失。
本发明减少有机垃圾中氮素损失的堆肥方法包括：将含有有机垃圾的堆肥底物中加入氮素固定剂进行发酵，其中所述氮素固定剂由氧化镁和磷酸或者盐组成。作为本发明实施方案之一，所述氮素固定剂中氧化镁与磷酸或其盐的摩尔比为1∶1-1∶2；作为实施方案之一，所述氧化镁与磷酸或其盐的摩尔比为1∶1。
本发明方法中，所述固定剂呈碱性，通过碱性物质石灰和氧化镁作为酸性调理剂共同使用，既减少了氮素损失，同时也促进了包括餐厨垃圾在内的有机垃圾的快速降解。
本发明方法氮素固定剂的量可以由本领域技术人员根据本发明公开内容并结合具体有机垃圾类型及本领域常识进行确定，作为实施方案之一、所述固定剂以物料干重计0.1～0.2M/kg的添加量与堆肥底物混合使用。
本发明方法中、所述“物料干重”是指包括有机垃圾和木屑在内的物质的物料干重的量，其中不包括石灰等碱性物质添加物。
作为本发明实施方案之一，所述磷酸盐包括但不限于磷酸二氢盐或磷酸氢盐。
本发明方法中，作为实施方案之一，所述含有有机垃圾的堆肥底物还包括但不限于木屑；当包括木屑时，作为实施方案之一，所述堆肥底物中木屑的量以使堆肥底物中C/N比为(20～35)∶1，作为进一步实施方案之一，优选C/N比为(25～27)∶1。
本发明方法中，作为实施方案之一，本领域技术人员还可以在发酵前向堆肥底物中加入以物料干重计0.25～0.45mol/kg的碱性物质；作为实施方案之一，所述碱性物质包括但不限于生石灰或氧化镁。
本发明方法中，额外添加碱性物质例如石灰和/或氧化镁，主要用来调节堆肥过程中的堆肥底物的酸碱度，以保持适当的pH值。
本发明方法中，作为实施方案之一，所述方法进一步包括发酵期间控制通气量为0.25～0.5L/min/kg，可选择地并堆肥开始后、每周翻堆1或2次。
本发明方法中，作为实施方案之一，所述有机垃圾包括但不限于厨余垃圾、污泥或畜禽粪便、沼渣、酒糟或糖渣。
本发明方法中，作为实施方案之一，所述方法包括：向有机垃圾、优选厨余垃圾中加入锯末将C/N比调节至20～35∶1以配制成堆肥底物，然后添加总量为0.25～0.4mol/kg(以物料干重计)的碱性物质；同时加入0.1～0.2mol/kg(以物料干重计)的氮素固定剂，经充分混合后，调节物料的含水量为45％～65％，然后置于发酵反应器中进行曝气好氧发酵，其中发酵过程中通气量控制在0.25～0.5L/min/kg(以物料干重计)，堆肥开始后每周翻堆两次。
作为本发明实施方案之一，在餐厨垃圾中加入生碱性物质主要用来调节餐厨垃圾的pH值，减轻氧化钙对微生物的抑制作用，促进鸟粪石的形成。
本发明方法中，作为进一步实施方案之一，为了增加效果也可以将固定剂溶于水中，形成乳状溶液，加入物料中，使固定剂与铵根离子反应更加充分，形成MgNH4PO4·6H2O，将游离态的铵根离子固定下来。
本发明方法具有如下技术优势：
1.本发明通过向餐厨垃圾中添加适量的碱性物质，有效地改善了餐厨垃圾的理化性质，通过对物料pH值的调节，促进了微生物的活性，进而加快了餐厨垃圾堆肥的腐熟，可将餐厨垃圾中有机物质的降解率提高一倍，并将发酵时间控制在28天以内。
2.适量氧化镁和磷酸盐在适宜的碱性环境下，有效的固定了堆肥反应过程中大量产生的铵根离子，减少了氮素的损失，氮素损失率较只加生石灰处理减少29～34％。且生成的MgNH4PO4是一种很好的无机肥料，提高堆肥养分含量的同时，增强了养分的有效性。在番茄种植中，其生物量是普通堆肥处理的一倍，显著促进了植物生长。
3.本发明所采用的原料价格便宜，使用简便，且不会在环境中积累产生新的化学污染。
附图说明
图1：是本发明方法涉及的工艺流程。
具体实施方式
以下实施例用于进一步阐述本发明，但不以任何的方式限制本发明的有效范围。
本发明以下实施例1～3为参照附图1工艺流程进行实施的。
实施例1
实验采用强制通风密闭堆肥反应器进行，以人造餐厨垃圾为原料(由面包、米饭、卷心菜和猪肉等模拟实际厨余垃圾比例混合而成)，用锯末调节物料的初始C/N为25∶1，混合均匀后加入0.25-0.45mol/kg CaO(物料干重)，将氧化镁和磷酸氢二钾按照等摩尔质量混合，溶于水中，形成乳状溶液，按照0.1-0.2mol/kg(物料干重)投放比例加入物料中混合均匀。加水调节初始含水量为55％。采用空气压缩机对反应器进行强制通风，通气量为0.25-0.5L/min/kg(物料干重)。堆制28天，每周翻堆两次。
为了更好的评价本发明技术，实验同时设置了空白处理和只添加生石灰的处理作为对比，如表1。
表1.各处理固定剂的添加量(物料干重)
堆肥发酵效果：
经过28天的堆肥化处理，对照处理有机物料的降解率为21.3％，而采用本发明进行发酵，结果表明0.1mol/kg固定剂的添加虽然使物料的EC值略微升高(数据并未列出)，但并未抑制堆肥化过程的进行，有机物料的降解率可达41.2％，将堆肥效率提高了一倍。发芽指数达到114.7％，实现了餐厨垃圾的无害化。而较低的pH值，病原菌等的存在成为了阻碍对照处理腐熟的限制因素。同时采用本发明技术进行堆肥，显著的降低了氨气的挥发，氮素损失率较只加生石灰处理减少34％。
表2.各处理降解率，氮素损失和发芽指数(物料干重)
实施例2
实验采用的餐厨垃圾取自餐厅餐厨垃圾一，用锯末调节物料的初始C/N为27∶1，混合均匀后加入0.25-0.45mol/kgCaO(物料干重)，将氧化镁和磷酸氢二钠按照等摩尔质量混合，溶于水中，形成乳浊液，按照0.1-0.2mol/kg(物料干重)投放比例加入物料中混合均匀。加水调节初始含水量为55％。采用空气压缩机对反应器进行强制通风，通气量为0.25-0.5L/min/kg(物料干重)。采用强制通风密闭堆肥反应器发酵28天，每周翻堆两次。
为了更好的评价本发明技术，实验同时设置了空白处理和只添加生石灰的处理作为对比，如表3。
表3.各处理固定剂的添加量(物料干重)
堆肥发酵效果：
经过28天的堆肥化处理，对照处理有机物料的降解率为21.3％，而采用本发明进行发酵，结果表明0.1mol/kg固定剂的添加虽然使物料的EC值略微升高(数据并未列出)，但并未抑制堆肥化过程的进行，有机物料的降解率可达49％，将堆肥效率提高了一倍。发芽指数达到109％，达到了有机肥质量标准，实现了餐厨垃圾的无害化。同时采用本发明技术进行堆肥，显著的降低了氨气的挥发，氮素损失率较只加生石灰处理减少29％。
表4.各处理降解率，氮素损失和发芽指数(物料干重)
实施例3
实验采用强制通风密闭堆肥反应器进行，以人造餐厨垃圾为原料(由面包、米饭、卷心菜和猪肉按照13∶10∶10∶5混合而成)，用锯末调节物料的初始C/N为25∶1，混合均匀后加入0.15-0.3mol/kgCaO，0.15-0.3mol/kg MgO和0.05-0.1mol/kg K2HPO4(物料干重)，用MgO代替部份CaO，混合均匀后加水调节初始含水量为55％。采用空气压缩机对反应器进行强制通风，通气量为0.5L/min/kg(物料干重)。堆制28天，每周翻堆两次。
为了更好的评价本发明技术，实验同时设置了空白处理和只添加生石灰的处理作为对比，如表5。
表5.各处理固定剂的添加量(物料干重)
堆肥发酵效果：
经过28天的堆肥化处理，对照处理有机物料的降解率为21.3％，而采用本发明进行堆肥发酵，有机物料的降解率达到51.8％，将堆肥效率提高了1.4倍。同时采用氧化镁部分替代氧化钙，降低了氧化钙在堆肥初期对微生物的抑制作用，缩短了堆肥时间，实现了餐厨垃圾的无害化。同时采用本发明技术进行堆肥，显著的降低了氨气的挥发，氮素损失率较只加生石灰处理减少33.4％。

Claims (10)

1.一种有机垃圾堆肥的方法，其特征在于，所述方法包括：将含有机垃圾的堆肥底物中加入氮素固定剂进行发酵，其中所述氮素固定剂由氧化镁和磷酸或者盐组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中氮素固定剂中氧化镁与磷酸或其盐的摩尔比为1∶1-1∶2，优选为1∶1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中固定剂按照以物料干重计0.1～0.2M/kg的添加量与堆肥底物混合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中堆肥底物进一步包括木屑。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法中堆肥底物中木屑的量以使堆肥底物中C/N比为(20～35)∶1，优选C/N比为(25～27)∶1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在发酵前向堆肥底物中加入以物料干重计0.25～0.45mol/kg的碱性物质。
7.根据权利要求6所述的方法，所述碱性物质为生石灰或氧化镁。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括发酵期间控制通气量为0.25～0.5L/min/kg。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中的有机垃圾包括厨余垃圾、污泥、畜禽粪便、沼渣、酒糟或糖渣。
10.根据权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于，所述方法包括：向有机垃圾、优选厨余垃圾中加入锯末将C/N比调节至20～35∶1以配制成堆肥底物，然后添加以物料干重计为0.25～0.4mol/kg的碱性物质；同时加入以物料干重计为0.1～0.2mol/kg的氮素固定剂，经充分混合后，调节物料的含水量为45％～65％，然后置于发酵反应器中进行曝气好氧发酵，发酵过程中通气量控制在以物料干重计为0.25～0.5L/min/kg的量；堆肥开始后每周翻堆两次。
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