CN107935640B - 一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂及其制备方法和应用，属于有机肥制备技术领域。所述加快猪粪堆肥腐熟的添加剂的制备方法，包括以下步骤：将粉碎后的木材粉末在90～120℃条件下厌氧加热1～1.5h，再升温至500～600℃条件下炭化2～3h；将得到的木质炭材料与盐酸溶液混合，将酸浸渍物进行水洗至中性，再烘干和研磨，得到炭化的木材粉末；将所述炭化的木材粉末与1～1.5mol/L的硫脲溶液混合浸渍；将得到的悬浮液在100～120℃条件下固化1～2h，再水洗使pH值至中性，即得加快猪粪堆肥腐熟的添加剂。所述堆肥腐熟添加剂能加速有机肥中水分脱出，并减少氮素损失，提高肥料腐熟度。

Description

一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机肥制备技术领域，具体涉及一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着规模化的生猪养殖业大量兴起，大量的养殖废弃物对猪舍及其周边环境造成了极大的压力，猪粪处理问题成为一大难题。利用猪粪生产有机肥不但解决了猪粪堆积的环境污染问题，也为农业的发展提供了必要的有机肥。然而猪粪自身组分和结构导致无法直接进行堆肥处理。对于传统猪粪堆肥技术而言，脱水效率低，氮素损失严重，腐熟程度低等已经成为堆肥行业亟待解决的问题。
现有技术中有机质腐熟的方法很多，例如公开号为CN102295478A的专利公开了一种加快园林废弃物腐熟的方法，其中公开了采用木质素磺酸钠或氢氧化钠为化学腐熟剂，配合尿素和EM菌或木质素降解菌菌种进行堆肥，实现化学—生物联用。公开号为CN104403971A的专利公开了一种秸秆腐熟剂，包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、酿酒酵母菌、黑曲霉和康氏木霉，该腐熟剂一般在15天之内即可有效降解秸秆。现有技术中腐熟剂多数均采用各种微生物活动进行腐熟，但是用作腐熟的微生物对腐熟过程中的环境有较大要求，例如pH值、有氧无氧环境、腐熟温度等。对微生物来讲，腐熟环境往往会影响腐熟程度，微生物腐熟剂在使用中容易受到腐熟环境的限制。因此，本领域亟需对腐熟环境没有严格要求的腐熟剂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂及其制备方法和应用，所述加快猪粪堆肥腐熟的添加剂使用时不受腐熟环境的限制，且对环境友好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将粉碎后的木材粉末在90～120℃条件下厌氧加热1～1.5h，再升温至500～600℃条件下炭化2～3h,，得到木质炭材料；
2)将所述步骤1)得到木质炭材料与盐酸溶液混合，将得到的酸浸产物水洗至中性，再烘干和研磨，得到炭化的木材粉末；
3)将所述步骤2)得到的炭化的木材粉末与1～1.5mol/L的硫脲溶液混合浸渍，得到悬浮液；所述炭化的木材粉末的质量与硫脲溶液的体积比为1mg:4～8ml；
4)将所述步骤3)得到的悬浮液在100～120℃条件下固化1～2h，再水洗使pH值至中性，得加快猪粪堆肥腐熟的添加剂。
优选的，所述步骤2)中炭化的木材粉末的质量与盐酸溶液的体积比为1mg：5～10ml；所述盐酸溶液的浓度为0.8～1.2mol/L。
优选的，所述步骤2)中研磨的木材粉末的粒径优选为20～30目。
优选的，所述步骤1)中粉碎后的木材粉末的粒径优选为10～20目。
优选的，所述步骤1)中木材的种类为梧桐木、苹果木、柿木、杏木、桃木、槐木或柳木；所述木材粉末的来源为锯末或边角料。
优选的，所述1)中炭化后还包括将炭化的产物进行冷却；所述冷却的时间为10～14h。
本发明提供了上述方法制备得到的加快猪粪堆肥腐熟的添加剂，所述添加剂的孔隙率为47.1％～52.9％，比表面积为11.7～29.7m2/g，碳氮比为87.7～99.4。
本发明提供的所述方法制备的添加剂或所述的添加剂在猪粪堆肥腐熟中的应用。
优选的，所述添加剂的添加质量为发酵原料干重总质量的2.5％～5％。
优选的，将猪粪、碳源物质和所述添加剂混合，向得到的混合料加入占混合料总质量的0.25～0.75％的EM发酵菌液，并调节含水量为60％～70％，混合发酵。
本发明提供了一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂，猪粪堆肥添加剂为木质生物炭，具有孔隙结构丰富、比表面积较大、富含多种营养元素的特点，作为堆肥添加剂有利于氧气的传输和分布，能够为微生物的好氧代谢提供良好的环境，从而促进有机物的分解代谢产热，引发堆体温度的快速上升，促进分子结构复杂的胡敏素的形成，加快腐熟进程。结合说明书实施例记载，制备得到的猪粪堆肥添加剂，生物炭的孔隙率为47.1％～52.9％，比表面积为11.7～29.7m2/g，碳氮比为87.7～99.4。可以看出，本发明提供的添加剂利用自身的结构特性，不受腐熟环境的影响能够长期稳定的腐熟猪粪堆肥。
同时，本发明提供的添加剂中木质生物炭作为多孔物质对NH4 +-态氮具有吸附作用，能够有效减少氮素的流失。
另外，本发明提供的添加剂，选取富含碳的惰性材料作为添加剂能够加快腐熟过程并改善最终堆肥品质，同时作为环境友好型的添加剂，生物质炭及其硫脲改性材料具有碳氮比高、孔隙率高、比表面积大，性质稳定等特征，可以改善猪粪堆肥的品质和肥力。
附图说明
图1为实施例1中加快猪粪堆肥腐熟添加剂的表面结构扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将粉碎后的木材粉末在90～120℃条件下厌氧加热1～1.5h，再在500～600℃条件下炭化2～3h，得到木质炭材料；
2)将所述步骤1)得到的木质炭材料与盐酸溶液混合，将混合物进行水洗使pH值至中性，烘干，研磨，得到炭化的木材粉末；
3)将所述步骤2)得到的炭化的木材粉末与1～1.5mol/L的硫脲溶液混合浸渍，得到悬浮液；所述炭化的木材粉末的质量与硫脲溶液的体积比为1mg:4～8ml；
4)将所述步骤3)得到的悬浮液在100～120℃条件下固化1～2h，再水洗使pH值至中性，即得加快猪粪堆肥腐熟的添加剂。
本发明中，所述木材的种类为梧桐木、苹果木、柿木、杏木、桃木、槐木或柳木。所述木材粉末的来源优选为锯末或边角料。
本发明优选将木材原料优选依次进行清洗，烘干和粉碎，得到木材粉末。所述烘干的温度优选为80～100℃，更优选为90℃。在本发明中，所述木材粉末优选为10～20目，更优选为15目。
粉碎后，本发明将所述木材粉末在90～120℃条件下厌氧加热1～1.5h，再在500～600℃条件下炭化2～3h，得到木质炭材料。
在本发明中，所述厌氧加热的温度优选为100℃。所述加热的时间优选为1.2h。所述炭化的温度优选为550℃。所述炭化的时间优选为2.5h。通入高纯氮气使马弗炉内制造厌氧环境。所述升温速度优选为20℃/min。
本发明中，所述炭化后优选还包括将炭化的木材粉末进行冷却。所述冷却的时间为10～14h，更优选为12h。
得到木质炭材料后，本发明将所述木质炭材料与盐酸溶液混合，将混合物进行水洗使pH值至中性，烘干，研磨，得到炭化的木材粉末。
本发明中，炭化的木材粉末的质量与盐酸溶液的体积比优选为1mg：5～10ml，更优选为1mg：8ml。用盐酸溶液浸泡炭化的木材粉末以除去灰分。所述盐酸溶液的浓度为0.8～1.2mol/L，更优选为1mol/L。
本发明中，所述烘干的温度优选为40～50℃，更优选为45℃。
本发明中，所述研磨得到的炭化木材粉末的粒径优选为20～30目，更优选为25目。
盐酸溶液处理后，本发明将所述炭化的木材粉末与1～1.5mol/L的硫脲溶液混合浸渍，得到悬浮液；所述炭化的木材粉末的质量与硫脲溶液的体积比为1mg:4～8ml。
本发明中，硫脲溶液的摩尔浓度优选为1.2mol/L。所述炭化的木材粉末的质量与硫脲溶液的体积比优选为1mg:5ml。硫脲溶液的添加使生物炭表面生成更多的官能团，增强表面活性，进而改善猪粪堆肥的品质和肥力。所述浸渍的时间优选为2h～4h，更优选为3h。
得到悬浮液后，本发明将所述悬浮液在100～120℃条件下固化1～2h，再水洗使pH值至中性，即得加快猪粪堆肥腐熟的添加剂。
在本发明中，所述固化的温度优选为110℃。所述固化的时间优选为1.5h。所述固化的作用是强化改性效果。
本发明提供了加快猪粪堆肥腐熟的添加剂，孔隙率为47.1％～52.9％，比表面积为11.7～29.7m2/g，碳氮比为87.7～99.4。
本发明还提供了上述技术方案所述方法制备的添加剂或上述技术方案所述的添加剂在加快猪粪堆肥腐熟中的应用。
本发明中，所述添加剂的添加质量优选占发酵原料干重总质量的2.5％～5％，更优选为占发酵原料干重总质量的3.5％。在本发明中，所述发酵原料优选包括猪粪、碳源物质、EM发酵菌液和添加剂。
所述添加剂的使用方法优选包括以下步骤：将猪粪、碳源物质和所述添加剂混合，向得到的混合料加入占混合料总质量的0.25～0.75％的EM发酵菌液，并调节含水量为60％～70％，混合发酵。碳源物质的种类优选为玉米芯。所述玉米芯的粒径不大于2cm。
下面结合实施例对本发明提供的一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将收集来的梧桐树木质用自来水冲洗干净，用蒸馏水冲洗后在90℃条件下烘干，粉碎，过10目筛，保存待用。
将上述粉碎后的梧桐木质，置于高温电炉中，厌氧加热，先在100℃下炭化1.5h，再升温至550℃继续炭化2h，冷却12h后用1mol/L的稀盐酸去灰分，并用蒸馏水冲洗至中性。将去灰分的生物炭放在烘干箱中烘干至恒重，研磨成粉末并过20目筛，保存待用。
取生物质炭化材料，按照固液比1:4的添加量，加入1mol/L的硫脲溶液，浸渍3h后，置于电炉中以120℃固化1h。待样品冷却后，用蒸馏水反复冲洗直至滤出液呈中性，干燥后即得新型猪粪堆肥添加剂。制备的猪粪堆肥添加剂进行电镜扫描，得到如图1所示的生物炭表层结构扫描电镜图。
图1为本发明制备得到的新型猪粪堆肥添加剂猪粪堆肥添加剂梧桐木生物炭表面结构扫描电镜图。从图中可以看出，梧桐木生物炭的孔隙结构丰富、孔径较大，因此具有较强的通透性和输水性，有利于氧气的传输和分布，为微生物的好氧代谢提供良好的环境，加快腐熟进程。
将制备得到的新型猪粪堆肥添加剂猪粪堆肥添加剂进行理化性质的测定，采用压汞法在完全干燥的条件下测定生物炭材料的孔结构，根据Washburn方程进行孔隙结构分析。采用德国ElmentarVario EL III型元素分析仪测定生物质炭的C、H两种元素的含量。检测结果见表1。
表1所制备的猪粪堆肥添加剂梧桐木生物炭的理化性质
Figure BDA0001534603230000051
实施例2
将猪粪与碳源物质，以及上述制备的新型堆肥添加剂混合(添加量为发酵原料总质量干重的2.5％)，再加入0.75％的EM发酵菌液，并调节物料含水量为70％，充分混合搅拌，加入0.25％的EM发酵菌液，并调节物料含水量为60％，得到发酵料。其中，碳源物质为粒径不大于2cm的玉米芯。发酵料混合均匀后，即可按照猪粪堆肥技术操作规程(DB36/T 836-2015)进行常规堆肥。
含水率的测定采用烘干法。采用元素分析仪进行总氮含量的测定。
风干的堆肥样品过60m筛，按照1:20的比例添加0.1mol/L氢氧化钠混合液提取腐植酸(胡敏酸+富里酸)，取部分溶液过滤稀释测定即得到可提取态腐殖质的含量。取一部分可提取态腐殖质,先用6mol/L的HCl调节pH＝1.0～1.5，之后将该溶液在80℃电热板上保温30分钟，然后于4℃冰箱静置过夜，使胡敏酸与富里酸充分分离。最后将溶液进行离心过滤，清液为富里酸液，稀释后采用TOC仪测定其含量。胡敏酸的含量可通过可提取态腐殖质总量和富里酸的含量进行差减得到。检测结果见表2。
表2所制备的猪粪堆肥添加剂梧桐木生物炭的堆肥效果
Figure BDA0001534603230000061
由表2可以看出，与不进行添加剂的对照处理相比，添加新型堆肥添加剂进行有机肥发酵，可提高脱水率9.95％，减少氮素损失25.6％，提高腐殖质聚合度10.2％。堆肥结束后，经检测表明，堆肥添加剂加速水分脱出，并减少氮素损失，提高肥料腐熟度。
实施例3
将收集来的苹果木质用自来水冲洗干净，用蒸馏水冲洗后在90℃条件下烘干，粉碎，过20目筛，保存待用。
将上述粉碎后的苹果木质，置于高温电炉中，厌氧加热，先在100℃下炭化1h，再升温至550℃继续炭化3h，冷却12h后用1mol/L的稀盐酸去灰分，并用蒸馏水冲洗至中性。将去灰分的生物炭放在烘干箱中烘干至恒重，研磨成粉末并过30目筛，保存待用。
取生物质炭化材料，按照固液比1:8的添加量，加入1.5mol/L的硫脲溶液，浸渍5h后，置于电炉中以100℃固化2h。待样品冷却后，用蒸馏水反复冲洗直至滤出液呈中性，干燥后即得新型猪粪堆肥添加剂。检测结果见表3。
表3所制备的猪粪堆肥添加剂苹果木生物炭的理化性质
Figure BDA0001534603230000071
实施例4
将猪粪与碳源物质，以及上述制备的新型堆肥添加剂混合(添加量为5％)，再加入0.75％的EM发酵菌液，并调节物料含水量为70％，充分混合搅拌，得到发酵料。其中，碳源物质为粒径不大于2cm的玉米芯。发酵料混合均匀后，即可按照猪粪堆肥技术操作规程(DB36/T 836-2015)进行常规堆肥。
将添加有堆肥添加剂进行发酵制备的有机肥采用实施例2的方法测定各参数含量，结果如表4所示。
将添加有堆肥添加剂进行发酵制备的有机肥采用实施例2所述方法测定氮素损失情况、脱水率、腐殖质聚合度等情况。
表4制备的猪粪堆肥添加剂苹果木生物炭的堆肥情况
Figure BDA0001534603230000072
由表4可以看出，与对照组相比，添加本发明所述添加剂的制备得到的有机肥中，胡敏酸的含量提高了17.6％；提高腐殖质聚合度14.4％。同时总氮含量减少了28.7％。新型堆肥添加剂处理可提高脱水率12.5％。因此，堆肥添加剂加速有机肥中水分脱出，并减少氮素损失，提高肥料腐熟度。
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 (6)

1.一种加快猪粪堆肥腐熟的添加剂，其特征在于，由以下步骤制备得到：
1)将木材粉末在90～120℃条件下厌氧加热1～1.5h，再升温至500～600℃条件下炭化2～3h，得到木质炭材料；所述木材粉末为苹果木粉末或梧桐木粉末；
2)将所述步骤1)得到的木质炭材料与盐酸溶液混合，将得到的酸浸产物水洗至中性，再烘干和研磨，得到炭化的木材粉末；
3)将所述步骤2)得到的炭化的木材粉末与1～1.5mol/L的硫脲溶液混合浸渍，得到悬浮液；所述炭化的木材粉末的质量与硫脲溶液的体积比为1mg:4～8ml；
4)将所述步骤3)得到的悬浮液在100～120℃条件下固化1～2h，再水洗至中性，得加快猪粪堆肥腐熟的添加剂；
所述步骤2)中炭化的木材粉末的质量与盐酸溶液的体积比为1mg：5～10ml；所述盐酸溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；
所述步骤2)中研磨的木材粉末的粒径为20～30目；
所述添加剂的孔隙率为47.1％～52.9％，比表面积为11.7～29.7m2/g，碳氮比为87.7～99.4。
2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述步骤1)中木材粉末的粒径为10～20目。
3.根据权利要求2所述的添加剂，其特征在于，所述1)中炭化后还包括将所述炭化的产物进行冷却；所述冷却的时间为10～14h。
4.权利要求1～3任意一项所述添加剂在猪粪堆肥腐熟中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述添加剂的添加质量为发酵原料干重总质量的2.5％～5％。
6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于，所述应用包括：将猪粪、碳源物质和所述添加剂混合，向得到的混合料加入占混合料总质量的0.25～0.75％的EM发酵菌液，调节得到的发酵原料含水量为60％～70％，混合堆肥发酵。
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