CN220597341U - 一种多功能可循环利用球形堆肥辅料 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能可循环利用球形堆肥辅料，包括本体以及通气孔道，所述本体由农林废弃物通过机械加工、无氧炭化方法成型的不完全炭化体，所述通气孔道位于本体的中心轴线上；所述本体为直径3~7cm球形结构；所述通气孔道为直径1.8~4.7cm完全贯穿球体的圆柱形孔道；所述圆柱形孔道空隙体积占球形堆肥辅料体积的35%~45%；所述不完全炭化体的炭化程度为50%~60%；所述不完全炭化体对亚甲基蓝的吸附能力不低于11.3mg/g；所述不完全炭化体对碘分子的吸附能力不低于216.5mg/g；所述不完全炭化体可承受的最大冲击力不小于5.5N。本实用新型原料来源广、加工成本低，可调节堆体含氧量、具生物炭吸附特性、耐压可回用，在农林废弃物资源化利用领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于农林废弃物资源化领域，具体地，涉及一种多功能可循环利用球形堆肥辅料。
背景技术
目前，我国农业正处于设施化、集约化、智能化发展的关键期，农业废弃物资源化处置对推动农业绿色发展、乡村振兴具有积极的促进作用。据统计，现阶段我国年农业废弃物产生量达65亿吨，预计未来产生数量仍以每年5％～10％的速度持续增长，面对如此大量的农业废弃物，寻求无害化、资源化、高效化的处置方法已成为亟待解决的问题。
高温好氧堆肥作为一种快速灭菌、降臭除味、变废为肥的发酵技术，对实现农业有机废弃物绿色、高效利用具有重要意义。然而该技术对发酵环境具有严格的条件要求，高氮高湿类畜禽粪便、高湿类尾菜蓝藻、高碳低湿类秸秆等单一废弃物无法满足好氧微生物对含氧量、含水率、碳氮比等发酵因素的需求，不适宜的发酵环境最终造成堆肥周期长、产品养分含量低、病原菌数量大、环境恶臭等问题。因此，常规堆肥技术中常通过使用秸秆稻草、菇渣米糠、尾菜蓝藻等辅料与畜禽粪便、污泥混合发酵，然而部分辅料的使用具有极强地域性、时节性，不稳定的供应会极大的限制了堆肥产能，同时由于该类辅料结构弱、易分解，伴随着物料的腐解，堆体会变得紧实、板结、不透气，为保证堆体中15％～20％的氧气含量供应，生产过程中仍需要高频次的翻堆，不但增加了人工、机械成本，还会造成C、N养分的损失，无法形成高质堆肥产品。新型堆肥技术，如专利(申请号202110810872.4)公开了一种降低堆肥过程温室气体排放的方法，该方法将粒径0.1mm～2mm锰矿与有机废弃物按质量比(0.005～0.1):1混合，调整堆肥物料碳氮比(20～30):1、含水率55～65％，每3～5天进行一次翻堆；专利(申请号202110921659.0)公开了一种通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品及其生产方法，该方法在畜禽粪便中添加5～20％黄磷渣(粒径＜100目)，混合堆肥调理剂进行高温好氧堆肥；专利(申请号202210577587.7)公开了一种减少污泥堆肥过程温室气体排放的改性生物炭及其制备方法和应用方法，该方法在污泥中添加铁改性生物炭，调整堆体初始含水率60～65％，初始pH值不超过6.5，初始碳氮比为20～30之间，每天强制通风2～4次；专利(申请号202110125555.9)公开了有机固体废弃物好氧发酵调理剂、制备方法及其使用方法，该方法将水泥、浮石、砂子、偏高岭土、生物炭通过改性、加工混合成型，用于好氧发酵；专利(申请号201310077278.4)公开了一种木炭作为外源调理剂在污泥堆肥中的应用，该方法在污泥中添加10％～30％木炭，添加后平均7天翻堆一次。
综上所述，针对现有堆肥辅料添加技术，首先，使用不可再生资源或通过复杂技术制备的辅料，成本高、处理复杂、推广难度大；其次辅料主要利用自身理化性质、吸附特性降低C、N元素的损失，未实现对全堆肥过程中含氧量的调节，高频次翻堆现象仍然存在；第三较小的粒径导致大量辅料难以回收，造成了资源的浪费，大量添加难降解、低养分或单一养分含量高类型辅料会进一步稀释产品的养分浓度，增加后续农田施用的负担。因此，研发一种具氧含量调节、可吸附、可回用的低成本堆肥辅料，十分迫切。
实用新型内容
实用新型目的：针对现有技术存在的问题，本实用新型目的是提供一种多功能可循环利用球形堆肥辅料，旨在解决现有堆肥辅料添加成本高，添加后发酵环境调节能力不足、翻堆频次高、回收难、产品养分含量低等问题。
技术方案：本实用新型提供了一种多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述球形堆肥辅料包括本体以及通气孔道，所述本体由农林废弃物通过机械加工、无氧炭化方法成型的不完全炭化体，所述通气孔道位于本体的中心轴线上。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的农林废弃物材料为生态林地树干、城市修剪树枝的一种或几种。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的本体为直径3～7cm球形结构。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的通气孔道为直径1.8～4.7cm完全贯穿球体的圆柱形孔道。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的圆柱形孔道空隙体积占球形堆肥辅料体积的35％～45％。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的不完全炭化体呈炭黑色，外表光滑无裂纹。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的不完全炭化体的炭化程度为50％～60％。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的不完全炭化体对亚甲基蓝的吸附能力不低于11.3mg/g。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的不完全炭化体对碘分子的吸附能力不低于216.5mg/g。
进一步的，上述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，所述的不完全炭化体可承受的最大冲击力不小于5.5N。
上述技术方案可以看出，本实用新型具有如下有益效果：
1、原料有益，以废治废。本实用新型堆肥辅料由农林废弃物加工而成，原料来源广、成本低，可减少了堆肥过程中部分不可再生资源的使用，成品主要用于畜禽粪便、污泥等废弃物的堆肥过程，进一步实现了农业废弃物资源化利用。
2、结构有益，调节堆体发酵环境，减少翻堆频次。本实用新型堆肥辅料利用自身的结构的稳定性，通过与发酵有机物料充分混合，形成疏松、多空隙堆体，同时可避免堆体后期因有机物料腐解变得紧实，保证了全堆肥过程中堆体的透气、透水性及结构的稳定性；本实用新型堆肥辅料设有通气孔道，靠近于堆体外部的辅料可利用该孔道与外界进行气体、水分的交换，存在于堆体内部的辅料则可利用该孔道的蓄氧能力直接形成多个适宜堆肥的小环境，保证堆体内部发酵环境的平衡。
利用以上所具有的发酵环境调节功能，可实现堆体含氧量的全堆肥过程稳定调节，进而减少因维持含氧量所需的翻堆次数，既降低了生产过程中的人工、机械的成本，也减少了堆体热量的损失，加速了堆体的无害化、稳定化，综合实现了堆肥的节本增效。
3、可循环利用，缓解辅料供求矛盾。本实用新型堆肥辅料为球形结构，该结构可均匀分散压力，球形结构更易滚动，降低了使用、回收过程中的磨损，保证辅料回收后的完整性；本实用新型堆肥辅料为不完全热裂解产物，在保留辅料耐压性能的同时，外层炭化部分可避免辅料在堆肥过程中的腐解，保证辅料使用的稳定性。过筛回收后完整、稳定的辅料可继续应用于堆肥，有效的缓解了其他辅料使用紧张的情况。
4、吸附功能，减少养分损失，降低环境恶臭。本实用新型堆肥辅料在无氧条件下经热裂解加工而成，具有一定的木质生物炭吸附特性，伴随着好氧发酵的进行，堆体产生大量的氨氮气体，依靠辅料的生物炭吸附特性，通过离子交换、孔隙截留等作用对部分氨氮气体进行吸附，使氨氮固定在堆体当中，降低堆肥过程中恶臭，实现了有机废弃物绿色、高质的资源化利用。本实用新型中的无氧炭化方法为现有成熟技术，生产成本低。
5、高效回收，提高堆肥产品的相对养分含量。本实用新型堆肥辅料大小适中，通过使用一定目数的筛网便可实现辅料与堆肥产品的分离，同时在回收过程中球体间的滚动碰撞可更好的促进通气孔中物料的掉落脱离。辅料与堆肥产品的高效分离，可提升堆肥产品中作物有效养分的浓度，减少后续农田施用的负担。
附图说明
图1是本实用新型实施例1堆肥辅料的结构示意图；
图2是本实用新型实施例1所述的优选堆肥辅料的正、俯视图；
图3是本实用新型实施例1所述的优选堆肥辅料的左视图；
图4是本实用新型实施例1所述的优选堆肥辅料工作原理图；
图5是相同大小、个数的不同形状块体在空间内创造空隙比较图；
图6是加工不同孔数所需的时间及加工后破碎率比较图；
图7是不同粒径的新型堆肥辅料回收率比较图；
图8是不同孔球直径比新型辅料打孔、炭化后成型率比较图；
图9是不同炭化程度下新型堆肥辅料易碎性比较图；
图10是不同炭化程度下新型堆肥辅料亚甲基蓝吸附能力比较图；
图11是不同炭化程度下新型堆肥辅料碘分子吸附能力比较图；
图12是不同炭化程度下新型堆肥辅料pH比较图；
图13是新型堆肥辅料添加后产品养分提升效果图；
其中：1为球形堆肥辅料、2为本体、3为通气孔道。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
实施例1
如图1所示，一种多功能可循环利用球形堆肥辅料1，包括本体2以及通气孔道3，所述本体1由农林废弃物通过机械加工、无氧炭化方法成型的不完全炭化体，所述通气孔道3位于本体的中心轴线上。
所述的农林废弃物材料为生态林地树干；所述的本体2为直径3～7cm球形结构，优选球形直径为3.6cm(图2)；所述的通气孔道3为直径1.8～4.7cm完全贯穿球体的圆柱形孔道，优选圆柱形孔道直径为2.2cm(图3)；所述的圆柱形孔道空隙体积占球形堆肥辅料体积的35％～45％；所述的不完全炭化体呈炭黑色，外表光滑无裂纹；所述的不完全炭化体的炭化程度为50％～60％；所述的不完全炭化体对亚甲基蓝的吸附能力不低于11.3mg/g；所述的不完全炭化体对碘分子的吸附能力不低于216.5mg/g；所述的不完全炭化体可承受的最大冲击力不小于5.5N。
上述球形堆肥辅料1的优选制作方法包括以下步骤：
1)球体成型：将农林废弃木通过车床加工成型为光滑木球；所述光滑球体直径为5.0cm；
2)加工打孔：利用台钳将圆球固定于台钻正下端，使用锥柄麻花钻对木球中心进行垂直打孔，直至完全贯通为止；所述锥柄麻花钻直径为2.8cm；
3)不完全炭化：将经过步骤1、2处理后的木球放置于无氧炭化罐中，利用马弗炉对无氧炭化罐进行定温定时的加热；所述热裂解温度为450℃；所述热裂解时间为12min。
4)流水降温：当达到预设热裂解时间、温度时，使用铁钳将无氧炭化罐取出，密封后使用0.1L/s流速的水流冲刷罐体缓慢降温，待完全冷却后取出辅料进行干燥保存；
最终测量，经过碳化加工，本体2的直径为3.6cm,通气孔道3的直径2.2cm。
本实用新型之所以选择使用球形作为堆肥辅料的形状，是因为申请做过大量的试验，发现球形除具有受力均匀、易滚动等特点外，紧密堆积条件下能使空隙体积最大化(图5)，有助于容纳更多的有机发酵物料；本实用新型之所以选择一个孔数进行加工，主要是考虑加工时间及加工后的破碎率(图6)；本实用新型优选之所以选择球直径5cm进行加工，一方面是因为该尺寸大小加工方便，另一方面加工炭化后本体2的直径为3.6cm，大小适中，且当辅料直径保持在3～7cm，回收率可达89.5％(图7)；本实用新型优选之所以选择球直径5cm、孔直径2.8cm进行加工，是因为当孔直径/球直径为0.56时，打孔、炭化后完整辅料产率均可达90％(图8)。
实施例2
本实施例的特点是：辅料材料为城市修剪树枝。其它与实施例1相同。
将本实施例制备的堆肥辅料进行测试，测试结果如下：
1)易碎性：如图9所示，本使用新型辅料可承受最大冲击力为5.5N，该结构在正常男性用手完全攥紧的条件下不发生破裂。
2)吸附性：本实用新型所述的不完全炭化体外观表现为类生物炭特征，如图10、11所示，其对亚甲基蓝的吸附量可达11.3mg/g，对碘分子的吸附量可达216.5mg/g，说明辅料具有可通过离子交换、孔隙截留实现物质的吸附。
3)酸碱性：如图12所示，本实用新型所述的不完全炭化体ph为4.6，材料总体偏酸性。
本实施例堆肥辅料的工作过程如下所示：
图4是本实施例堆肥辅料的工作过程，使用时，将本实施例堆肥辅料与发酵有机物料充分混合，利用自身的结构的稳定性，形成疏松、多空隙、不易板结的堆体，在发酵过程中，靠近于堆体外部的辅料可利用该孔道实现与外界气体、水分的交换，存在于堆体内部的辅料则可利用该孔道的蓄氧能力直接形成多个适宜堆肥的小环境，保证堆体内部发酵环境的平衡，从而起到减少翻堆、加速腐熟的作用。伴随着堆肥好氧发酵的进行，堆体产生大量的氨氮气体，不完全炭化辅料材料呈偏酸性，一定程度上可减少部分NH4 +结合OH-向NH3方向的形成，同时辅料具有一定的离子交换、孔隙截留吸附作用，可对部分氨氮气体进行吸附，使氨氮固定在堆体当中。待堆肥腐熟完成后，使用一定目数的筛网对堆肥辅料进行过筛，分离后的辅料可重复应用于堆肥发酵中，若辅料出现破例或吸附饱和的情况，可通过粉碎直接做土壤调理剂或堆肥调理剂使用。
如表1所示，本实施例堆肥辅料添加条件下，翻堆频次保持在14d/次，较常规堆肥方法每3d翻堆一次，新型添加辅料堆肥堆温提前2.5d达到55℃，且全堆肥过程有29d堆体温度都超过55℃，符合无害化标准，同时堆体积温超过了10000℃，完成了堆肥稳定化过程。本新型堆肥辅料添加条件下可有效的减少翻堆次数。
表1新型添加辅料堆肥条件下减少翻堆次数对发酵效果的影响
如图13所示，与常规堆肥辅料相比，本实施例堆肥辅料添加后，堆体氮、磷、钾养分含量分别提高37.8％、17.3％、45.9％，堆肥后产品中作物可利用的有效养分得到了明显的提升。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，不能以此限定本实用新型的保护范围，即大凡依本实用新型权利要求书及实用新型内容所做的简单的等效变化与修改，皆仍属于本实用新型专利申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于：所述球形堆肥辅料包括本体以及通气孔道，所述本体由农林废弃物通过机械加工、无氧炭化方法成型的不完全炭化体，所述通气孔道位于本体的中心轴线上。
2.根据权利要求1所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的农林废弃物材料为生态林地树干、城市修剪树枝的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的本体为直径3~7cm球形结构。
4.根据权利要求1所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的通气孔道为直径1.8~4.7cm完全贯穿球体的圆柱形孔道。
5.根据权利要求4所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的圆柱形孔道空隙体积占球形堆肥辅料体积的35%~45%。
6.根据权利要求1所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的不完全炭化体呈炭黑色，外表光滑无裂纹。
7.根据权利要求1-6任一项所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的不完全炭化体的炭化程度为50%~60%。
8.根据权利要求1-6任一项所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的不完全炭化体对亚甲基蓝的吸附能力不低于11.3mg/g。
9.根据权利要求1-6任一项所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的不完全炭化体对碘分子的吸附能力不低于216.5mg/g。
10.根据权利要求1-6任一项所述的多功能可循环利用球形堆肥辅料，其特征在于，所述的不完全炭化体可承受的最大冲击力不小于5.5N。
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