一种减少厨余垃圾堆肥氮损失的快速堆肥方法与流程

1.本发明属于厨余垃圾资源化利用技术领域，具体涉及一种减少厨余垃圾堆肥氮损失的快速堆肥方法。


背景技术：

2.在全国生活垃圾分类背景下，厨余垃圾分出量显著提升。根据国家统计局数据，2019年中国城市生活垃圾清运量高达2.42亿吨，其中家庭厨余垃圾、餐厨垃圾和果蔬垃圾等易腐垃圾约占生活垃圾总量的40％～60％。现有的填埋、焚烧和厌氧消化技术难以有效的处置如此众多的厨余垃圾，而且存在占用土地资源、容易二次污染的缺点。好氧堆肥技术可以利用微生物活动，在高温条件下分解有机物，将厨余垃圾快速降解为腐殖质，可以实现厨余垃圾的资源化、无害化和减量化。
3.我国是农业大国，根据农业农村部数据，2016年我国秸秆产量近8亿吨，其中有将近2 亿吨秸秆未得到有效利用。秸秆具有c/n比高、含水率低、通气性好的特点，可用于调节厨余垃圾的含水率和c/n比，对好氧堆肥腐熟具有促进作用。但在现有技术条件下，使用秸秆和厨余垃圾进行堆肥，存在升温较慢、ph过高以及氨气生成导致氮损失的问题。氨气是刺激性有毒气体，与空气中的二氧化硫、氮氧化物结合会使大气颗粒物的形成速度急剧增加，是重要的雾霾成因。因此，通过一定方法减少厨余垃圾堆肥过程中氨气的生成和氮的损失，有利于保护大气环境以及提高堆肥产物的肥效，符合当前环保倡议。
4.厨余垃圾堆肥是近年来新兴的研究方向，此前关于堆肥过程中的氨气减排的研究多集中在畜禽粪便，其中添加调理剂、物理吸附和微生物菌剂添加是常用的方法。中国专利 cn110540481a利用含铁生物炭、鸡粪和易腐垃圾进行堆肥，含铁生物炭可以吸附堆体中的 nh
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，减少氨气的生成，但堆肥过程中存在ph过低(<5.5)现象，不利于腐殖质的形成。中国专利cn109650957a采用超高温预处理技术，使发酵原料在半小时内升温至90～95℃，维持2～6h，将蛋白质等大分子降解为氨基酸，进一步降解为小分子有机酸，降低了后续堆肥过程中的ph，减少了氨气的挥发，但该方法需要长时间的高温，预处理工艺复杂，耗能较高，不具有普适性。中国专利cn109082399a通过培养筛选出适合高温堆肥环境的细菌 nitrobacillus harbinensis bm62，可降低堆肥高温时期氨气的产生，但微生物菌剂的添加需要前期筛选、驯化和适应，前期时间过长，而且环境的温度、ph等都会影响微生物活性，因此受限较多。
5.生物炭是生物质高温裂解形成的富碳材料，其孔隙度高有利于氧气的储存，刺激有机物的快速分解，有利于堆肥初期温度的升高。但是单一添加生物炭存在堆肥期间ph过高情况，不利于氮素的保存。磷石膏添加可以调节堆肥ph以及堆肥产物的生成，但堆肥时间过长，效率较低。因此，需要寻求一种既可以减少氮损失，又可以快速腐熟的方法。


技术实现要素：

6.为了解决上述现有技术所存在的缺点与不足，本发明提供一种减少厨余垃圾堆肥氮损失的快速堆肥方法，旨在快速升高堆体温度、控制ph、减少堆肥过程中氮的损失。
7.本发明为实现目的，采用如下技术方案：
8.一种减少厨余垃圾堆肥氮损失的快速堆肥方法，其特点在于：采用生物炭和磷石膏的混合物作为堆肥调理剂，调控堆肥过程中的温度和ph，从而加快腐熟过程，并提高堆肥产物氮含量。具体包括如下步骤：
9.步骤1、混合物料；
10.将厨余垃圾进行简易破碎，将小麦秸秆粉碎为长度在1
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2cm的小段，然后将破碎后厨余垃圾和小麦秸秆按质量比5:1混合均匀，获得堆肥原料；
11.在所述堆肥原料中加入堆肥调理剂，获得混合物料；所述堆肥调理剂为小麦秸秆生物炭和磷石膏按质量比3:2构成的混合物；堆肥调理剂的添加量占堆肥原料总干质量的10％。
12.步骤2、调节水分：
13.将所述混合物料放置在带搅拌装置的堆肥箱内，加适量小麦秸秆调节混合物料含水率至 50
‑
60％。
14.步骤3、堆肥：
15.在堆肥箱中，人工对原料进行翻堆，发酵时间设定为24d，前6d每隔2d翻堆一次，第 6～24d每6d翻堆一次。
16.步骤4、出肥：
17.堆肥完成后，堆肥产物从堆肥箱取出，即为有机肥料。
18.本发明中调理剂的作用机理如下：
19.堆肥初期，生物炭因其比表面积较大、孔隙率高，能吸附更多氧气，而且生物炭可以为微生物的生长提供碳源和结构支撑，从而提高堆肥过程中微生物的数量和活性，使得堆肥前期温度即可快速升高。厨余垃圾混合小麦秸秆后含水率下降，ph呈弱酸性或中性，适合微生物的生长，有机质在微生物的作用下快速分解为有机酸、无机酸等，使得堆肥初期ph下降，但随着有机物和小分子酸的进一步分解，堆体ph快速上升，进而使得氨气挥发、氮素流失。混合生物炭一同添加的磷石膏呈酸性，可以调节ph，二者共同作用可以在提高堆肥温度的同时控制ph，达到减少氮损失的目的。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
21.1、本发明采用生物炭混合磷石膏为堆肥调理剂，在保证堆肥快速升温的同时，堆体ph 不会出现明显升高，可以减少氮素损失、加快腐熟过程，提高堆肥产物氮含量。
22.2、本发明所使用的小麦秸秆和小麦生物炭价格低廉且存在废弃情况，可以节省成本的同时解决小麦秸秆资源利用率低的问题；本发明所使用的磷石膏是磷酸生产过程中的固体废弃物，其随意堆放也会严重破坏生态环境，本工艺可以同时消除磷石膏的危害。
23.3、本发明的方法中将生物炭和磷石膏混用，既可以保证微生物利用生物炭的大孔隙率，高氧含量快速升温，又可以实现磷石膏调节堆体ph，抑制nh
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向氨气转化，有效减少氮的损失。
24.4、本发明中使用的磷石膏含有一定量的磷元素，可以补充堆肥产物的磷含量的不足，实现堆肥产物复合肥的特性。
25.5、本发明使用的生物炭本身可以作为土壤改良剂，有效降低土壤容重、增加孔隙度，改善土壤结构，从而提高土壤的资源利用率。
附图说明
26.图1是本发明实施例1中堆肥过程温度的变化图；
27.图2是本发明实施例1中堆肥过程ph的变化图；
28.图3是本发明实施例1中堆肥过程nh
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的变化图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.本实施例提供一种减少厨余垃圾堆肥氮损失的快速堆肥方法，具体步骤如下：
32.步骤1、混合物料；
33.将厨余垃圾搅拌破碎，将自然风干后的小麦秸秆粉碎为长度在1
‑
2cm的小段，然后将破碎后厨余垃圾和小麦秸秆按质量比5:1混合均匀，获得堆肥原料，其含水率约75％；
34.在堆肥原料中加入堆肥调理剂，堆肥调理剂的添加量占堆肥原料总干质量的10％。
35.步骤2、调节水分：
36.将混合物料放置在带搅拌装置的堆肥箱内，加适量小麦秸秆调节混合物料含水率至60％。
37.步骤3、堆肥：
38.在堆肥箱中，人工对原料进行翻堆，发酵时间设定为24d，前6d每隔2d翻堆一次，第 6～24d每6d翻堆一次。
39.步骤4、出肥：
40.堆肥完成后，堆肥产物从堆肥箱取出，即为有机肥料。
41.具体实验中：
42.本实施例的厨余垃圾收集自凤阳县小岗村，为研究生物炭和磷石膏对厨余垃圾堆肥过程的影响，本实验设置不添加堆肥调理剂、只添加生物炭作为堆肥调理剂和只添加磷石膏作为堆肥调理剂的对照组，实验组添加生物炭和磷石膏混合，具体为：50kg厨余 10kg秸秆(r1)、 50kg厨余 10kg秸秆 10％生物炭(r2)、50kg厨余 10kg秸秆 6％生物炭 4％磷石膏(r3)、 50kg厨余 10kg秸秆 10％磷石膏(r4)。调节各个堆体含水率为60％，混合均匀。
43.本实验采用泡沫箱为堆肥箱体，起到保温的作用。装箱后，在堆肥的第0、2、4、6、12、 18、24d进行翻堆。每次翻堆后采用五点法取样，样品用于测定ph和氨氮数据。温度测量采用玻璃温度计，每天上午9:00测定堆体中心的温度。
44.如图1所示：整个堆肥过程中，r4组前期升温最慢，其次是不添加调理剂的r1组，添加了生物炭的r2和r3组前期温度提升明显，快速进入55℃的高温。r1组降温较快，在第 13天的时候开始，温度下降；与之对比，添加调理剂的三组降温较慢，其中添加生物炭的 r2和r3升温快，高温时期长，是理想的堆肥条件。
45.如图2所示：堆肥过程ph变化较大，前期ph除r4组均有明显下降，然后ph升高。其中
r1和r2组，最终ph均高于7.5，而添加了磷石膏的r3和r4组，ph呈弱酸性或中性。弱酸性或中性的环境更有利于固定氨，减少氨气的产生。
46.如图3所示：随着堆肥时间的增加，堆体物质均表现为氨氮浓度先增加后降低，其中r1 的氨氮浓度在前6天增加显著，r2的氨氮浓度则是前4天增加，然后浓度快速下降。添加了磷石膏的r3和r4组，氨氮浓度持续增加，从第18天开始下降，其最终浓度也高于r1和 r2组。
47.整体上来看：只添加生物炭的堆肥条件，升温较快但最终会导致堆体ph较高，氨氮损失较多；只添加磷石膏和不添加任何调理剂的堆肥条件，前期升温较慢，堆肥时间较长。添加生物炭和磷石膏质量比为3:2的调理剂能平衡堆肥前期的快速升温，以及堆肥产物的氨氮含量，是一种能够减少厨余垃圾堆肥氮损失的快速堆肥方法。