CN108440035B

CN108440035B - 一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法

Info

Publication number: CN108440035B
Application number: CN201810516587.XA
Authority: CN
Inventors: 崔鹏; 廖汉鹏; 周顺桂; 赵倩; 陈志�; 唐家桓; 李翔
Original assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Current assignee: Fujian Agriculture and Forestry University
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: CN108440035A

Abstract

本发明公开了一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法。该方法包括如下步骤：1)取有机固体废弃物为堆肥原料；2)进行超高温堆肥；其中，超高温指堆肥温度达到80℃以上。该方法能有效减少堆肥过程中氧化亚氮和氨气的排放量，尤其是氧化亚氮的排放量，有利于环境的保护，同时还能提高堆肥产品中氮素含量；该方法操作简单、易于实施，处理成本低，有利于大规模使用。

Description

一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法

技术领域

本发明涉及有机固体废弃物处理领域，具体涉及一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法。

背景技术

我国是有机固体废弃物产生大国，据环保部《全国环境统计年报》统计，2015年我国有机固体废弃物总计产生约21.1亿吨，其中，秸秆约10.4亿吨，禽畜粪便约6.2亿吨，厨余垃圾约2.4亿吨，林业剩余物约2.1亿吨，已经造成了严重的环境问题，如：驻占土地、污染土壤及地下水、传播疾病等，给我国生态环境带来了巨大的压力。

堆肥不仅能实现有机固体废弃物快速无害化、稳定化处理，还能够生产出高附加值的有机肥料，变废为宝，实现资源化利用，目前我国约有30％的有机固废采用堆肥方式处理。堆肥过程会释放出大量的氧化亚氮(N₂O)和氨气(NH₃)。N₂O有着非常强烈的温室效应，其温室效应潜能是CO₂的298倍，且N₂O的排放也会造成产品氮素损失；氨气属于有毒气体，被列入首要恶臭污染物，挥发到空气中对颗粒物的形成和增长起着极其重要的作用，是雾霾最大元凶之一。因此，堆肥过程中减少氧化亚氮和氨气的排放成为亟待解决的问题之一。

目前，国内外对于减少堆肥过程中氧化亚氮和氨气排放的研究主要涉及到化学添加剂法、吸附法和微生物添加法，CN105523804A公开了一种减少温室气体排放的堆肥制备方法，该方法在添加剂过磷酸钙的作用下，采用猪粪和玉米秸秆的混合物作为堆肥原料，在堆肥第70天时添加5％和10％的过磷酸钙相比于对照组氨挥发质量损失分别仅减少了27.6％和39.3％，而对于N₂O效果不明显，CN103073341A利用生物质炭来吸附氧化亚氮，其效果一般，且这样并不能减少产品中氮元素的损失，而CN101973795A利用堆肥复合菌剂进行污泥好氧堆肥，其中公开了能使堆肥的氨气挥发量降低30～50％，虽然有一定效果，但其中涉及的复合菌种类较多且前期处理工作繁杂，CN107721469A公开了包括产朊假丝酵母、枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌的复合菌剂用于减少堆肥过程中氨气的排放，其氨气排放量减少了46.23～53.11％，其次还有通过对堆肥工艺参数的调整，如曝气方式、翻堆频次、覆膜及堆肥方式等减少温室气体和氨气排放。

因而，提供一种高效及简便的方法来减少堆肥过程中温室气体及氨气的排放，对于环境保护，应对气候变化具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法。该方法能有效减少堆肥过程中产生的氧化亚氮和氨气，操作简便，易于实施，且由此方法得到的有机肥品质高。

据此，本发明采取以下技术方案：

一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法，包括如下步骤：

1)取有机固体废弃物为堆肥原料；

2)进行超高温堆肥；

其中，超高温指堆肥温度达到80℃以上。

优选地，步骤1)中堆肥原料的初始含水率为50～80％。

优选地，堆肥原料的初始含水率为60～70％。

更优选地，堆肥原料的初始含水率为63％。

优选地，步骤1)中的有机固体废弃物选自禽畜粪便，农业废弃物、厨余垃圾中的至少一种。

更优选地，有机固体废弃物为禽畜粪便和农业废弃物的混合物。

优选地，禽畜粪便和农业废弃物的质量比为(1～10)：1。

优选地，禽畜粪便和农业废弃物的质量比为(4～8)：1。

更优选地，禽畜粪便和农业废弃物的质量比为6：1。

优选地，农业废弃物的粒径为5～10mm。

更优选地，农业废弃物的粒径为8mm。

优选地，禽畜粪便选自鸡粪、牛粪、猪粪、鸭粪、鹅粪、羊粪中的至少一种。

优选地，农业废弃物选自秸秆、稻壳、麦壳、花生壳、玉米棒、杂草中的至少一种。

优选地，堆肥方式可以为：条垛式堆肥，即堆成条剁状、通风、翻抛；覆膜堆肥，覆盖功能膜、翻堆、通风；槽式堆肥，即在槽式构筑物中堆肥、通风、翻抛；仓式堆肥，即在仓式构筑物中堆肥、通风、翻抛；间歇式通风堆肥。

更优选地，堆肥方式为间歇式通风堆肥。

优选地，间歇式通风堆肥为每隔30～60min曝气10～20min。

优选地，间歇式通风堆肥为每隔45min曝气15min。

优选地，堆肥过程中还包括对堆肥进行翻抛处理。

优选地，步骤2)为在超高温嗜热菌剂存在的条件下进行超高温堆肥。

优选地，超高温嗜热菌剂中含有的超高温嗜热菌选自嗜热栖热菌(Thermusthermophilus)、嗜火液菌(Aquifex pyrophilus)、Bacillus thermantarcticus中的至少一种。

优选地，超高温嗜热菌剂中含有1×10⁸cfu/mL以上的超高温嗜热菌。

优选地，超高温嗜热菌剂中含有5×10⁸～1×10⁹cfu/mL的超高温嗜热菌。

更优选地，超高温嗜热菌剂中含有8×10⁸cfu/mL的超高温嗜热菌。

优选地，上述的超高温嗜热菌指能够耐受80℃以上高温的嗜热菌。

优选地，上述的超高温嗜热菌剂，其投料量与有机固体废弃物的质量比为(0.5～5％)：1。

优选地，超高温嗜热菌剂，其投料量与有机固体废弃物的质量比为(1～3％)：1。

更优选地，超高温嗜热菌剂，其投料量占有机固体废弃物的质量比为(1～2％)：1。

优选地，步骤2)还可以在外加热源的条件下进行超高温堆肥。

优选地，外加热源选自电热、水热中的至少一种。

需要注意的是，本申请的使堆肥达到80℃以上的温度不限于上述两种，其他能使堆肥温度达到80℃以上的方式均在本申请的保护范围之内。

综上所述，本申请通过超高温堆肥的方式能有效减少氧化亚氮和氨气的排放量，不仅有利于保护环境还能提高有机肥中的含氮量，对环境保护具有重要的现实意义。

本发明的有益效果是：

1、该方法能有效减少堆肥过程中氧化亚氮和氨气的排放量，尤其是氧化亚氮的排放量，有利于环境的保护，同时还能提高堆肥肥料中氮素含量。

2、该方法操作简单、易于实施，处理成本低，有利于大规模使用。

具体实施方式

下面进一步列举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明阐述的原理做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数据。

实施例1

一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法，包括如下步骤：

1)将含水率为80％的鸡粪和含水率为10％的稻壳按质量比为5：1混合均匀，此时混合物料的初始含水率为65％左右；

2)加入2％wt的超高温嗜热菌剂(内含8×10⁸cfu/mL的Bacillusthermantarcticu)，混合均匀后放入发酵槽中，堆肥的高度为2.5m，采用间歇式通风堆肥50天，堆肥结束。在堆肥过程的第13天和第26天对堆肥进行翻堆处理，另外，间歇式通风的具体操作为：间歇45min曝气一次，曝气时间为15min。

发酵槽：整体为砖混结构，底部布置有2道曝气管沟，分别装有两只曝气管用于曝气，单槽尺寸为3m×4m×3m(长×宽×高)。

本实施例堆肥原料及混合后的基本性质见下表1

表1

项目	含水率％	pH	总碳％	总氮％	C/N
						鸡粪	78.6	ND	47.5	4.10	12：1
稻壳	8.9	ND	47.7	0.48	99：1
						混合后	67.0	8.2	47.6	2.23	21：1

ND表示未进行检测。

实施例2

一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法，包括如下步骤：

1)将含水率为70％的牛粪和含水率为10％的秸秆按质量比为6：1混合均匀，此时混合物料的初始含水率为56％左右；

2)加入5％wt的超高温嗜热菌剂(内含9×10⁸cfu/mL的嗜热栖热菌)，混合均匀后放入发酵槽中，堆肥的高度为2.5m，采用间歇式通风堆肥50天，堆肥结束。在堆肥过程的第13天和第26天对堆肥进行翻堆处理，另外，间歇式通风的具体操作为：间歇45min曝气一次，曝气时间为15min。

对比例3

一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法，包括如下步骤：

1)将含水率为80％的牛粪和含水率为10％的秸秆按质量比为8：1混合均匀，此时混合物料的初始含水率为64％左右；

2)加入3％wt的超高温嗜热菌剂(内含5×10⁸cfu/mL的嗜火液菌)，混合均匀后放入发酵槽中，堆肥的高度为2.5m，采用间歇式通风堆肥50天，堆肥结束。在堆肥过程的第13天和第26天对堆肥进行翻堆处理，另外，间歇式通风的具体操作为：间歇45min曝气一次，曝气时间为15min。

对比例

具体操作步骤同实施例1，不同之处在于步骤2)中加入相同量的不含超高温菌剂的液体或载体。

1、堆肥温度随时间的变化

堆肥过程中每隔10天测试实施例1和对比例堆肥的温度，每次取5个不同区域测试堆肥的温度后取平均值，结果见下表2。

表2

由表2可知：实施例1与对比例的温度随时间变化的趋势相同，但实施例的温度在整个堆肥过程中都明显高于对比例，且在前30天，实施例1的温度均在80℃以上，第40天后其温度开始下降的原因为堆肥将近结束，堆肥至50天时，其温度恢复至正常温度，表明堆肥结束，由此可见，加入超高温嗜热菌剂后能明显提高堆肥的温度。

实施例2-3也有类似的效果。

2、堆肥pH随时间的变化

分别在堆肥的第0天、5天、12天、22天、38天和45天测试实施例1和对比例的堆肥pH，每次取5个不同区域测试堆肥的pH后取平均值，结果见下表3。

表3

由表3可知：对比例在堆肥至第5天时，其pH急剧上升至9.3，而实施例1则相对平缓，大约为8.6，对比例在第5天到第40天左右其pH基本维持在9.2～9.3，而实施例1则始终低于对比例，这说明超高温嗜热菌剂能有助于降低堆肥的pH。

实施例2-3也有类似的效果。

3、平均每天氧化亚氮和氨气的排放量

在堆肥过程中平均每隔2～3天测试实施例1和对比例的氧化亚氮和氨气的排放量，采用静态箱收集堆肥过程N₂O，用安捷伦GC6890气相色谱仪测定N₂O的排放量；利用2％硼酸溶液对氨气进行吸收，采用流动分析仪测定氨气的排放量，取其平均值记录，结果见下表4。

表4

由表4可知：实施例1每天的平均氧化亚氮的排放量为5μmol/kg·d，而对比例的为17.7μmol/kg·d，由此可见：实施例1平均每天氧化亚氮的排放量相对于对比例下降了72％左右，而平均每天氨气的排放量下降了52％左右，这说明实施例1的堆肥方式能明显减少氧化亚氮和氨气的排放量。

实施例2-3也有类似的效果。

Claims

1.一种减少氧化亚氮和氨气排放的堆肥方法，其特征在于：

1)取有机固体废弃物为堆肥原料；

2)进行超高温堆肥；

其中，超高温指堆肥温度达到80℃以上；

步骤2)为在超高温嗜热菌剂存在的条件下进行超高温堆肥；

所述超高温嗜热菌剂中含有的超高温嗜热菌选自嗜热栖热菌、嗜火液菌、Bacillusthermantarcticus中的至少一种；

所述超高温嗜热菌剂的投料量与有机固体废弃物的质量比为(0.5～5％)：1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机固体废弃物选自禽畜粪便，农业废弃物、厨余垃圾中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述堆肥采用间歇式通风方式。

4.根据权力要求书3所述的方法，其特征在于：所述间歇通风方式具体为间隔30～60min，曝气10～20min。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于：堆肥过程中还包括对堆肥进行翻抛处理。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述超高温嗜热菌剂中含有1×10⁸cfu/mL以上的超高温嗜热菌。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)还可以在外加热源的条件下进行超高温堆肥。