低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法与流程

本发明涉及一种堆肥的方法，特别是一种低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法。
背景技术：
：研究表明，当前我国有机肥料基础资源每年约57亿吨实物量，其中畜禽粪尿约38亿吨(鲜)，人粪尿约8亿吨(鲜)，秸秆约10亿吨(风干)，绿肥约1亿吨(鲜)，饼肥约0.2亿吨(风干)。堆肥是一种好氧发酵处理畜禽粪便的方法,主要是在人工控制下,在一定的水分、c/n比和通风条件下通过微生物的发酵作用,将有机物转变转变成肥料的过程。在这种堆肥化过程中,有机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质,用作肥料和改良土壤。典型的好氧堆肥过程分为3个阶段，每个阶段由不同的微生物优势种群降解不同的有机质成分。(1)升温阶段：一般指好氧堆肥的初始阶段，在该阶段，嗜温性微生物为主导微生物，其主要分解糖类和粉类等可溶性及易降解有机质，堆体温度逐步从环境温度迅速上升至45℃左右。(2)高温阶段：当堆体温度上升至45℃之后，嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物上升为主导生物。堆体中残留的和新形成的可溶性有机质继续被分解，与此同时，复杂的有机物如纤维素、高分子脂肪、蛋白质及复杂碳水化合物也开始被强烈分解，堆体温度继续升高。当温度升至70℃及以上时，大多数嗜热性微生物开始进入休眠和死亡阶段(3)降温阶段：由于可溶性有机质的持续消耗和微生物活性的降低，堆体温度开始下降至环境温度，该阶段嗜温性微生物重新占据优势并对难降解有机质作进一步的分解，堆体基本进入腐熟阶段。堆肥作为畜禽粪便资源化利用的关键技术已经得到广泛应用，但好氧堆肥过程中会产生和排放包括二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)、氧化亚氮(n2o)和氨气(nh3)在内的多种有害气体，在一定程度上造成二次污染。在好氧堆肥过程中氧气含量是影响堆肥成败和效率的关键因素之一。当通风供氧不足时堆体内部会出现大量厌氧区域，增加ch4等恶臭气体产排影响堆肥进程；而过量通风供氧则会促进水分蒸发和热损，导致温度下降微生物活性受限从而影响堆肥品质。因此，研宄低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法，为工程实践奠定理论基础，同时对于减少环境污染，促进农业可持续发展均具有重要意义。技术实现要素：本申请的发明目的是通过在堆肥过程中对氧气含量的静态控制，采用时间-温度反馈方式进行计算机系统自动调节，减少传统堆肥过程中产生的二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)、氧化亚氮(n2o)和氨气(nh3)等有害气体排放，克服最终堆肥产品的易氧化有机质和腐植酸含量低的缺点，进而提供一种低排放环境友好型低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法。本发明的一种低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法，其中：它包括以下步骤：(一)有机废弃物的预处理将不同种类的有机废弃物分别粉碎至粒径＜5cm的颗粒，有机废弃物的种类是厨余垃圾、畜禽粪便、秸秆、尾菜和园林废弃物，将上述有机废弃物中的两种或两种以上按重量比进行配比，配比后投入筒式混料机混拌15-30分钟，在混拌过程中加入占混料总量1-5‰的生物强化复合微生物菌剂，在混拌完成后，有机废弃物备料的含水率为60-65％、碳氮比为23-30、容重为700-950kg/m3，得到堆肥原料；(二)堆肥原料的堆放将步骤(一)的堆肥原料堆放在发酵槽内，在发酵槽的底部装有与气泵相连的高压曝气管，高压曝气管的供气量由计算机系统进行控制，堆肥原料在发酵过程无翻抛和无转运，计算机系统根据发酵的不同阶段控制高压曝气管的供气量；(三)堆肥原料的发酵周期为28-33天，发酵周期分为升温阶段、高温阶段和降温阶段升温阶段：在高压曝气管的供气量为0.40-0.45m3/h/m3的条件下，堆肥原料在第3-4天内其温度不断升高，温度最后达到65℃以上，升温阶段为微生物自身生长繁殖阶段，有机物的矿化过程为微生物自身生长提供养分，生物强化复合微生物菌剂生物强化复合微生物菌剂为微生物提供丰富营养物质，有效促进微生物生长繁殖；高温阶段：在高压曝气管的供气量为0.28-0.38m3/h/m3的条件下，堆肥原料在接下来的8-10天内其温度保持在65-80℃的范围内，在高温阶段中，堆肥原料在生物强化复合微生物菌剂中的嗜热真菌作用，加速了蛋白质、纤维素和半纤维素复杂有机质的强烈分解，同时生物强化复合微生物菌剂提供了醌基物质，醌基物质作为腐殖化过程的中间物质，可以促进有机物质的腐殖化，形成大量腐植酸；降温阶段：高温阶段完成后，堆肥原料在接下来的17-19天内其温度逐渐下降至40℃以下，在降温过程中，高压曝气管的供气量为0.13-0.26m3h/m3，在降温阶段，生物强化复合微生物菌剂中的嗜温菌开始形成优势菌群，对残留较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且趋于稳定化；在发酵完成后，得到成品肥料，成品肥料的含水率为33-42％，容重下降为400-650kg/m3，堆体体积下降30-50％。本发明的一种低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法，其中：所述生物强化复合微生物菌剂为由芽胞杆菌、嗜热侧孢霉菌、乳杆菌、酵母菌、假单胞菌、链霉菌、木霉菌、曲霉菌、白腐菌中的一种或多种组合而成。本发明的一种低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法，其中：所述高压曝气管的曝气孔直径＜0.1mm，曝气孔以60*60cm的间距均匀分布在发酵槽的底部。本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法与传统的堆肥方法相比具有以下优点：(1)本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法设计了有机废弃物的预处理，它可以确保多组分有机废弃物混拌均匀充分，为后续堆肥原料与菌剂、氧气充分接触提供了必要的基础条件；(2)高压曝气系统：高压曝气管提供了持续供气量，曝气孔直径＜0.1mm，堵塞率低；曝气孔分布密集即以60*60cm均匀分布在发酵槽底部，且均匀，供气充分，且通气量可调节，四季均可高温发酵，全年能够发挥可靠稳定的性能，高压曝气技术，保证氧气充足供应，实现抑制恶臭现象，由于静态好氧发酵，无需翻抛操作，进而大幅度降低人工费与燃料费。此外，通过节约燃料，可以进一步削减二氧化碳的排放量，并且缩短堆肥发酵期间。(3)本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法根据堆肥原料升温阶段、高温阶段、降温阶段的需氧量不同，及时调整氧气通入量，避免大量强制通风降低堆肥温度，影响堆肥起温和堆肥效果。(4)本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法显著提高腐殖化效率、减少二次污染、降低成本，腐植酸提高20-90％；(5)本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法生产效率高：高压曝气系统与强化腐殖化技术结合，静态好氧发酵30天完成发酵全过程；(6)本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法环境友好：抑制矿化、固定碳氮，减少恶臭和温室气体产生，相对于传统堆肥工艺可使ch4和n2o的排放系数减少了10～30％，厂界恶臭气体(氨气和硫化氢)的排放只有国家一级排放标准的四十分之一。(7)本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法运营成本低：用工少，能耗低，生产成本降低30％以上；(8)本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法安全性高：发酵过程中对不同重金属具有钝化作用，钝化率在5～35％之间，成品安全性高；(9)本发明的低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法产品品质好：较传统的堆肥方法，本发明的方法可使有机质含量达到52～56％，易氧化有机质含量达到15～17％，总养分达到3.8～4.2％，全氮提高10～40％，有机质提高10～30％，易氧化有机质提高20～60％。附图说明图1是堆肥原料d1堆肥过程中n2o排放量(ppm)；图2是堆肥原料d1堆肥过程中ch4排放量(ppm)；图3是堆肥原料d1堆肥过程中co2排放量(ppm)；图4是堆肥原料d1堆肥产品中有机质和易氧化有机质含量的变化情况。具体实施方式下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围(一)有机废弃物的预处理将不同种类的有机废弃物分别粉碎至粒径＜5cm的颗粒，有机废弃物的种类包括：厨余垃圾、畜禽粪便、秸秆、尾菜和园林废弃物，将上述有机废弃物中的牛粪与花生壳分别粉碎至粒径＜5cm的颗粒，然后按照重量比7:3进行配比，配比后投入筒式混料机混拌25分钟，在混拌过程中加入占混料总量1-5‰的生物强化复合微生物菌剂，该菌剂由北京嘉博文生物科技有限公司提供，分别为bgb-1、bgb-2和bgb-3，混拌均匀后得到堆肥原料d1、d2和d3，具体特征值如下表1所示。表1堆肥原料特征(平均值±标准差)(二)堆肥原料的堆放以堆肥原料d1为例实施低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥方法。使用铲车将将步骤(一)的堆肥原料d1堆放在发酵槽内，发酵槽内堆肥原料堆高2米，发酵槽长13米，宽6米，此次投料约90吨，在发酵槽的底部装有与气泵相连的高压曝气管，高压曝气管的曝气孔直径＜0.1mm，曝气孔以60*60cm的间距均匀分布在发酵槽的底部，高压曝气管的供气量由计算机系统进行控制，堆肥原料在发酵过程无翻抛和无转运，计算机系统根据发酵的时间-温度控制高压曝气管的供气量；(三)堆肥原料d1的发酵周期为28-33天，发酵周期分为升温阶段、高温阶段和降温阶段升温阶段：在高压曝气管的供气量为0.40m3/h/m3的条件下，堆肥原料d1在3天内其温度不断升高，在3天后，发酵堆体80cm深处温度为69-71℃，在升温阶段为微生物自身生长繁殖阶段，有机物的矿化过程为微生物自身生长提供养分，生物强化复合微生物菌剂为微生物提供丰富营养物质，有效促进微生物生长繁殖；高温阶段：从第4天起，将高压曝气管的供气量调节至0.29m3/h/m3，堆肥原料d1在69-80℃的温度下维持8天，其80cm深处最高温度达80℃温度，在高温阶段中，堆肥原料在生物强化复合微生物菌剂中的嗜热真菌作用，加速了蛋白质、纤维素和半纤维素复杂有机质的强烈分解，同时生物强化复合微生物菌剂提供了醌基物质，醌基物质作为腐殖化过程的中间物质，可以促进有机物质的腐殖化，定向大量形成腐植酸，此时堆肥原料d1已经发酵11天；降温阶段：高温阶段完成后，自第12天将高压曝气管的供气量调整为0.24m3/h/m3，发酵第20天将高压曝气管的供气量调整为0.21m3/h/m3，此时堆体50cm深处温度为50-52℃，堆肥原料d1含水率为48％，堆体体积减少约25％，发酵第25天将高压曝气管的供气量调整为0.18m3/h/m3，直至发酵30天后发酵结束，在发酵完成后，得到成品肥料，成品肥料的含水率42％，容重下降为570kg/m3，堆体体积下降35％，堆肥原料d150cm深处温度为38-39℃。在降温阶段，生物强化复合微生物菌剂中的嗜温菌开始形成优势菌群，对残留较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且趋于稳定化。高压曝气管的供气量为每小时向每立方米堆肥原料所提供的空气量。堆肥过程中n2o、ch4和co2的排放量如图1～3所示，堆肥过程中恶臭污染物气体排放结果如表2所示，对重金属钝化作用如表3所示,堆肥产品各组分检测结果及堆肥过程变化情况见图4。由图1～3可知，堆肥原料d1在堆肥过程中，n2o、ch4和co2的排放过程随着堆肥阶段的不同有起伏。堆肥过程中铵态氮的硝化和硝态氮的反硝化过程均有可能产生n2o，由图1可知，n2o的排放主要集中在堆肥的前期，后期趋于稳定，堆肥后n2o达到峰值是由于有氧条件下产生的硝酸盐，进入厌氧区域或微氧环境中，通过反硝化作用生成n2o，有研究表明不翻堆的条件下n2o的排放量是翻堆的3.5倍，本实施例通过精准供氧起到了减少n2o排放的目的，同时节约了人力和资金成本。氧气不足的情况下甲烷排放量会增加。在本实施例中供氧后孔隙量增加，厌氧区域减少，甲烷排放量降低。co2的释放速度表征了有机物的降解速率和微生物的活性，本实施例的堆肥过程中co2的排放趋势前后一致，精准供氧对堆体温度的保持起到了积极作用，保证了起温速度，避免了强制通风导致的降温带来的堆肥效率变低。同时，静态控氧技术对co2的排放起到了稳定作用，在高温堆放阶段co2的排放也未见明显增加。本发明专利的实施例堆肥原料d1恶臭气体厂界排放结果氨气和硫化氢气体分别为0.025mg/m3和0.0008mg/m3，较国家一级排放标准均低一个数量级，且约为四十分之一。此次气体检测为秋季检测。堆肥原料d1堆肥前后对cu、pb、zn和cd四种重金属均有钝化作用，钝化率分别为：19.14％、28.34％、6.65％和31.25％。堆肥原料d1经本专利方法处理后，有机质含量提高了15.25％，易氧化有机质提高了43.67％，总养分含量提高了12％，腐植酸含量提高了83％。堆肥中全氮包括有机氮和无机氮，其中有机氮的变化主要包括氮素的固定和释放。由于堆肥过程中有机氮的矿化、持续性氨的挥发及硝态氮的反硝化作用均引起堆肥过程中氮素的损失。初堆期，由于物料中含氮有机物分解为氨气挥发，其全氮含量升高后降低。在堆肥中后期，随着bgb-1中微生物的硝化的作用，物料中的氮素得以固定，氮素的损失逐渐变小趋于稳定。表2堆肥原料d1恶臭污染物厂界检测(2019.9)项目一级排放标准检测值执行标准氨气1.0mg/m30.025mg/m3gb14554-1993硫化氢0.03mg/m30.008mg/m3gb14554-1993表3堆肥原料d1堆肥前后4种重金属质量分数的变化表4堆肥原料d1堆肥产品各组分检测结果检测项目检测值标准值提高率检测依据有机质(％)56.140.015.25ny/t2876-2015易氧化有机质(％)15.130.043.67ny/t2876-2015ph7.53//ny525-2012全氮(％)1.38//ny525-2012五氧化二磷(％)0.98//ny525-2012氧化钾(％)1.24//ny525-2012总养分(％)3.65.012.0ny525-2012在以上所述的案例仅仅是本发明专利的优选使用案例，本发明专利并不用于限制上述所呈现的优选案例，对于从事相关领域的不同研究技术人员可以理解，在本发明专利的基础上可以在形式上和细节上对其作各种改变。凡在本发明专利的精神和范围之中，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。当前第1页12