CN108456026A - 一种减少氮损失的生物强化堆肥方法 - Google Patents

一种减少氮损失的生物强化堆肥方法 Download PDF

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Abstract

一种减少氮损失的生物强化堆肥方法，涉及一种堆肥方法。本发明是要解决现有堆肥方法氮损失严重的问题。方法：一、将堆肥物料调节到适宜堆肥的状态，接入氨氧化细菌；二、堆肥过程采用稀硫酸溶液调节棕色气体收集瓶中去离子水的pH，获得硫酸铵接收液，动态检测气体收集瓶中溶液pH值的变化，当pH值接近中性时用稀硫酸溶液再次调硫酸铵接收液pH，直至堆肥排放气体检测不到NH3为止；三、将回收硫酸铵接收液分批次回喷至堆肥中，再次接入氨氧化细菌；四、在堆肥降温期，回喷氨溶液的同时还添加含糖废弃物。本发明能够减少氨气的释放，降低氮损失量，并提高堆肥腐殖酸的生成量。本发明用于堆肥领域。

Description

一种减少氮损失的生物强化堆肥方法
技术领域
本发明涉及一种堆肥方法。
背景技术
堆肥作为有机固体废弃物资源化利用的主要方式之一，其在环境修复领域同样受到广泛关注，其中包括土壤修复、重金属吸附以及治理多环芳烃污染等。然而，随着人们对堆肥产品需求的增大，堆肥过程中所产生的一系列问题也引起了研究者的注意，尤其是由堆体中释放出的恶臭气体，严重影响人们的日常生活以及身体健康。堆肥中的恶臭物质主要以氨气(NH3)、硫化氢(H2S)和挥发性有机物(VOCs)为主，其中NH3的挥发带来的氮损失对堆肥品质的影响最大，可占总氮损失的32.3％-50.0％。
堆肥初始，为保证堆肥的正常进行，物料中必须含有充足的氮源以满足微生物正常生长的需要。堆肥前期，微生物为满足自身代谢分解有机质，释放出大量的铵态氮，而当堆肥的温度升高到40℃以上时，铵态氮就会以NH3的形式挥发，这也是堆肥高温期恶臭气味较重，而降温期气味明显变弱的主要原因。目前，许多研究采用调节pH、碳氮比、含水率以及加入镁盐等物理化学方法来减少氮损失。然而，这些方法对堆肥进程影响较大，甚至会带来二次污染。
发明内容
本发明是要解决现有堆肥方法氮损失严重的问题，提供一种减少氮损失的生物强化堆肥方法。
本发明减少氮损失的生物强化堆肥方法，包括以下步骤：
一、将堆肥物料调节到适宜堆肥的状态，接入由堆肥原料富集而来的氨氧化细菌菌群进行堆肥，减少堆肥氨挥发；
二、堆肥过程采用稀硫酸溶液调节棕色气体收集瓶中去离子水的pH＝6.5，以利用其收集堆肥产生的NH3，获得硫酸铵接收液，动态检测气体收集瓶中溶液pH值的变化，当pH值接近中性时用稀硫酸溶液将硫酸铵接收液再次调到pH＝6.5，直至堆肥排放气体检测不到NH3为止；
在堆肥前期，有机质的大量分解会产生氨气，虽然该现象在堆肥后期会消失，但依然造成了氮损失。因此，在堆肥前期，将损失掉的氨气进行回收已留后用，不仅可以减少堆肥氮损失，并且可以降低氨气对环境的污染；
三、然后将回收硫酸铵接收液分批次回喷至堆肥中，为防止氨气再次挥发，回喷时控制堆体NH4 +-N浓度不超过4.5g/kg，并再次按照堆体重量的4-6％接入氨氧化细菌(1×106CFU/ml)；
四、在堆肥降温期，回喷氨溶液的同时还添加含糖废弃物，促进羰-胺缩合，提高腐殖酸含量。其中含糖废弃物的添加浓度不超过堆体中总有机质的最高浓度。
步骤一中堆肥物料为畜禽粪便、秸秆、园林垃圾、餐厨废弃物、果蔬垃圾或生活垃圾。
步骤一中适宜堆肥的状态为：物料C/N为25-30，含水率为60-65％，通气量为0.05-0.1L/min。
步骤一中氨氧化细菌接种量为堆肥物料重量的5％，氨氧化细菌的菌液浓度为1×106CFU/ml。
步骤二中稀硫酸溶液的浓度为3mol/L。
步骤三中回喷方式为堆肥翻堆时以调节堆体含水率的方式喷洒在物料表面，维持堆体含水率在60-65％。
步骤四中含糖废弃物为糖厂废水、废渣、果蔬废弃物等易被微生物利用的有机固体废弃物。
本发明的有益效果：
本发明利用氨气的吸收以及回喷手段提高堆肥含氮量，并辅助添加糖来提高堆肥腐殖酸含量，进而降低氮损失，减少环境污染。
本方法回喷氨溶液的同时适当添加含糖废弃物，促进羰-胺缩合，提高腐殖酸含量。同时，堆体中补充的有机碳能够提高微生物活性，使更多的氮固定在菌体细胞内成为微生物氮，这样当堆肥施入土壤后微生物死亡后残体被分解，实现微生物氮向土壤的释放。
根据本发明的方法能够有效的降低微生物之间的竞争，并快速提高氨氧化细菌的活性，进而减少氨气的释放，降低氮损失量。
本方法能够有效的循环利用堆肥过程中产生的氨气，并提高堆肥腐殖酸的生成量。在实验过程中，该方法能近100％的吸收堆肥释放出的所有氨气，对缓解环境压力，提高堆肥效率具有重要意义。同时，该方法能够最大程度的实现有机废弃物的循环利用，既节约成本，又减少固废污染。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式减少氮损失的生物强化堆肥方法，包括以下步骤：
一、将堆肥物料调节到适宜堆肥的状态，接入氨氧化细菌菌群进行堆肥，减少堆肥氨挥发；
二、堆肥过程采用稀硫酸溶液调节棕色气体收集瓶中去离子水的pH＝6.5，获得硫酸铵接收液，动态检测气体收集瓶中溶液pH值的变化，当pH值接近中性时用稀硫酸溶液将硫酸铵接收液再次调到pH＝6.5，直至堆肥排放气体检测不到NH3为止；
三、然后将回收硫酸铵接收液分批次回喷至堆肥中，回喷时控制堆体NH4-N浓度不超过4.5g/kg，并再次按照堆体重量的4-6％接入氨氧化细菌；
四、在堆肥降温期，回喷氨溶液的同时还添加含糖废弃物；其中含糖废弃物的添加浓度不超过堆体中总有机质的最高浓度。
其中步骤一中氨氧化细菌菌群是由堆肥原料富集而来的，已经在文章(YunZhang,Yue Zhao,Yanni Chen,Qian Lu,Mingxiao Li,Xueqin Wang,Yuquan Wei,XinyuXie,Zimin Wei.A regulating method for reducing nitrogen loss based onenriched ammonia-oxidizing bacteria during composting.Bioresource Technology,2016,221:276–283)中公开。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中堆肥物料为畜禽粪便、秸秆、园林垃圾、餐厨废弃物、果蔬垃圾或生活垃圾。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中适宜堆肥的状态为：物料C/N为25-30，含水率为60-65％，通气量为0.05-0.1L/min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中氨氧化细菌接种量为堆肥物料重量的5％，氨氧化细菌的菌液浓度为1×106CFU/ml。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中稀硫酸溶液的浓度为3mol/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中回喷方式为堆肥翻堆时以调节堆体含水率的方式喷洒在物料表面，维持堆体含水率在60-65％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中含糖废弃物为糖厂废水、废渣或果蔬废弃物。其它与具体实施方式一相同。
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
利用富集培养基对物料中的氨氧化细菌进行富集筛选，并通过传代培养获得功能稳定的复合菌剂。
一、堆肥开始前，用木屑调节鸡粪至适宜的堆肥状态，调节初始C/N至25-30，含水率为65％70％，通气量为0.05-0.1L/min，菌剂按照物料重量的5％接种，混合均匀后在充足通气量条件下进行好氧堆肥。
二、在堆肥过程中利用稀硫酸溶液(pH＝6.5)对堆体释放出的气体进行收集，并实时检测溶液的pH值，当该值达到中性时用稀硫酸溶液将接收液再次调到pH＝6.5，直至堆肥排放气体检测不到NH3为止。
三、此时，将收集的溶液重新回喷至堆体，同时再次接入富集得到的氨氧化细菌，促进喷入的NH4 +-N转化为硝态氮。另一方面，在堆肥后期，堆体中氨氧化细菌的数量因营养源的缺失而减少时，可以向堆肥中加入外源性含糖废弃物，所述外源性含糖废弃物为废糖渣或果蔬废弃物，来提高堆肥中微生物活性，使其捕捉更多的氮源，将其固定在细胞内形成微生物氮；此外，加入的含糖废弃物还可以促进堆体中羰-胺缩合反应，进一步提高堆肥腐殖酸含量。
与未进行硫酸铵接收液回喷处理的堆体相比，按照此方法进行堆肥能够有效的降低氮损失，氮损失降低了61.2％，并提高了堆肥腐殖酸含量，腐殖酸含量提高了29.7％。在整个堆肥过程中要保证堆肥体系供氧充足，防止反硝化作用的发生。
实施例2：
利用富集培养基对物料中的氨氧化细菌进行富集筛选，并通过传代培养获得功能稳定的复合菌剂。
一、堆肥开始前，用秸秆调节污泥至适宜的堆肥状态，调节初始C/N至25-30，含水率为65-70％，通气量为0.05-0.1L/min，菌剂按照物料重量的5％接种，混合均匀后在充足通气量条件下进行好氧堆肥。
二、在堆肥过程中利用稀硫酸溶液(pH＝6.5)对堆体释放出的气体进行收集，并实时检测溶液的pH值，当该值达到中性时用稀硫酸溶液将接收液再次调到pH＝6.5，直至堆肥排放气体检测不到NH3为止。
三、此时，将收集的溶液重新回喷至堆体，同时再次接入富集得到的氨氧化细菌，促进喷入的NH4 +-N转化为硝态氮。另一方面，在堆肥后期，堆体中氨氧化细菌的数量因营养源的缺失而减少时，可以向堆肥中加入外源性含糖废弃物，所述外源性含糖废弃物为废糖渣或果蔬废弃物，来提高堆肥中微生物活性，使其捕捉更多的氮源，将其固定在细胞内形成微生物氮；此外，加入的含糖废弃物还可以促进堆体中羰-胺缩合反应，进一步提高堆肥腐殖酸含量。
与未进行硫酸铵接收液回喷处理的堆体相比，按照此方法进行堆肥能够有效的降低氮损失，氮损失降低了54.8％，并提高了堆肥腐殖酸含量，腐殖酸含量提高了22.8％。在整个堆肥过程中要保证堆肥体系供氧充足，防止反硝化作用的发生。
实施例3：
利用富集培养基对物料中的氨氧化细菌进行富集筛选，并通过传代培养获得功能稳定的复合菌剂。
一、堆肥开始前，用尿素调节秸秆至适宜的堆肥状态，调节初始C/N至25-30，含水率为65-70％，通气量为0.05-0.1L/min，菌剂按照物料重量的5％接种，混合均匀后在充足通气量条件下进行好氧堆肥。
二、在堆肥过程中利用稀硫酸溶液(pH＝6.5)对堆体释放出的气体进行收集，并实时检测溶液的pH值，当该值达到中性时用稀硫酸溶液将接收液再次调到pH＝6.5，直至堆肥排放气体检测不到NH3为止。
三、此时，将收集的溶液重新回喷至堆体，同时再次介入富集得到的氨氧化细菌，促进喷入的NH4-N转化为硝态氮。另一方面，在堆肥后期，堆体中氨氧化细菌的数量因营养源的缺失而减少时，可以向堆肥中加入外源性含糖废弃物，所述外源性含糖废弃物为废糖渣或果蔬废弃物，来提高堆肥中微生物活性，使其捕捉更多的氮源，将其固定在细胞内形成微生物氮；此外，加入的含糖废弃物还可以促进堆体中羰-胺缩合反应，进一步提高堆肥腐殖酸含量。
与未进行硫酸铵接收液回喷处理的堆体相比，按照此方法进行堆肥能够有效的降低氮损失，氮损失降低了39.2％，并提高堆肥腐殖酸含量，腐殖酸含量提高了33.7％。在整个堆肥过程中要保证堆肥体系供氧充足，防止反硝化作用的发生。

Claims (7)

1.一种减少氮损失的生物强化堆肥方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
一、将堆肥物料调节到适宜堆肥的状态，接入氨氧化细菌菌群进行堆肥；
二、堆肥过程采用稀硫酸溶液调节棕色气体收集瓶中去离子水的pH＝6.5，获得硫酸铵接收液，动态检测气体收集瓶中溶液pH值的变化，当pH值接近中性时用稀硫酸溶液将硫酸铵接收液再次调到pH＝6.5，直至堆肥排放气体检测不到NH3为止；
三、然后将回收硫酸铵接收液分批次回喷至堆肥中，回喷时控制堆体NH4 +-N浓度不超过4.5g/kg，并再次按照堆体重量的4％～6％接入氨氧化细菌；
四、在堆肥降温期，回喷氨溶液的同时还添加含糖废弃物；其中含糖废弃物的添加浓度不超过堆体中总有机质的最高浓度。
2.根据权利要求1所述的一种减少氮损失的生物强化堆肥方法，其特征在于：步骤一中堆肥物料为畜禽粪便、秸秆、园林垃圾、餐厨废弃物、果蔬垃圾或生活垃圾。
3.根据权利要求1或2所述的一种减少氮损失的生物强化堆肥方法，其特征在于：步骤一中适宜堆肥的状态为：物料C/N为25-30，含水率为60-65％，通气量为0.05-0.1L/min。
4.根据权利要求3所述的一种减少氮损失的生物强化堆肥方法，其特征在于：步骤一中氨氧化细菌接种量为堆肥物料重量的5％，氨氧化细菌的菌液浓度为1×106CFU/ml。
5.根据权利要求4所述的一种减少氮损失的生物强化堆肥方法，其特征在于：步骤二中稀硫酸溶液的浓度为3mol/L。
6.根据权利要求5所述的一种减少氮损失的生物强化堆肥方法，其特征在于：步骤三中回喷方式为堆肥翻堆时以调节堆体含水率的方式喷洒在物料表面，维持堆体含水率在60％-65％。
7.根据权利要求6所述的一种减少氮损失的生物强化堆肥方法，其特征在于：步骤四中含糖废弃物为糖厂废水、废渣或果蔬废弃物。
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