一种应用于盐碱地改良堆肥的实验室模拟反应装置

1.本实用新型涉及农业领域，具体涉及一种应用于盐碱地改良堆肥的实验室模拟反应装置。


背景技术：

2.畜牧业生产占当今全球农业经济的近一半，是人们日常生活所必须的肉、奶、蛋等动物性食品的重要来源。随着农业和畜禽业区域化、规模化和集约化的发展，产生了大量的农业废弃物和残留物，而由此引发的包括威胁人类健康在内的一系列生态环境问题也逐渐凸显，如水体富营养化、温室气体(ghgs)及氨气等气体的排放等。据报道，畜牧业生产已成为“当今环境问题的三大重要因素之一”。
3.目前，许多发达国家都有通过对农业生态环境进行良好的规范，以保持农业生产的稳定。但中国和印度等许多发展中国家，仍然面临由于大规模工业化畜禽养殖转型所带来的环境污染方面的挑战。
4.堆肥化是指在人为控制的条件下，将畜禽粪便和辅料按一定比例堆积，通过调节c/n比、含水量、ph等参数，以好氧、嗜热微生物介导的固态发酵过程。这个过程中，不同的有机物质被转化成更稳定的腐殖类化合物，即畜禽粪便腐熟化处理的同时，产生有机肥。实践证明，农田中施入适量的畜禽粪便堆肥产物，不仅能够有效地减少化肥的施用量，减轻农民的负担，还会增加农田中的有机质含量，提高肥力，减肥增效的同时实现农田的可持续利用。由此可见，高温好氧堆肥是资源化利用农业废弃物生产有机肥最为经济可行的办法之一，既实现了农业生态系统内部物质再生循环利用，同时堆肥有机产品替代化肥而满足化肥用量零增长的要求，还可以有效杀灭畜禽粪便中的有害微生物、杂草种子。
5.现有的实验室用的好氧堆肥发酵实验装置皆为工厂化生产的配备智能系统的固定型号和尺寸，造价昂贵，功能单一。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种应用于盐碱地改良堆肥的实验室模拟反应装置。本实用的装置在完成低成本、便捷、有效的进行实验室堆肥的同时，还可以根据实验需求加设其他装置以满足实验要求。
7.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
8.一种应用于盐碱地改良堆肥的实验室模拟反应装置，主要包括：堆肥室，即反应装置主体，用于堆肥的放置和反应；设于堆肥室内部的搅拌器，所述搅拌器由驱动电机驱动，用于物料的搅拌曝气；设于堆肥室内的滑道，用于搅拌器高度的调节和固定；设于堆肥室顶部的进料口，用于堆肥的进料；设于堆肥室侧壁下部的卸料口，用于堆肥的卸料；设于堆肥室侧壁的若干堆体温度测量孔；设于堆肥室底部的、带有轮子的可固定支架。
9.所述堆肥室为反应装置主体，堆肥置于其中进行反应；堆肥室的形状不定，可以为圆柱形罐体，也可以为长方体、立方体形状；材质为不锈钢材质，有机玻璃等。
10.优选的，堆肥室为立方体形状。
11.更优选的，所述立方体规格为80cm*80cm*80cm。
12.作为本技术的优选技术方案，所述堆肥室为立方体时，堆肥室侧面的各面板铰接或固定连接，所述滑道设于堆肥室直立的4条侧边内侧，搅拌器安装在对角边滑道上。
13.作为本技术的优选技术方案，所述进料口大小根据需要而定，可以将堆肥室顶部整体设为进料口，也可以在顶部盖子上开口，作为进料口。
14.作为本技术的优选技术方案，所述堆肥室底部设有均匀分布的通风口。
15.优选的，所述通风口为圆形。
16.更优选的，所述通风口直径为0.5cm。
17.作为本技术的优选技术方案，所述卸料口设有挡板。
18.优选的，所述挡板采用抽拉式或者铰链连接方式。
19.作为本技术的优选技术方案，所述堆体温度测量孔是具有自封功能的封口。
20.优选的，所述堆体温度测量孔数量为3个。
21.作为本技术的优选技术方案，所述堆肥室还配套有氨气收集装置和氧化亚氮收集装置，用于对堆肥过程中n素的气态损失(氨气、氧化亚氮等)进行实时监测和评估。
22.作为本技术的优选技术方案，所述氨气收集装置包括环形凹槽底座，以及侧壁置于凹槽间、与底座配合使用的圆柱体罩子；所述圆柱体罩子顶部设有排气口。
23.优选的，所述氨气收集装置内还设有用于监测气压的压力传感器，排气口与压力传感器关联。当装置内的压力达到设置的压力，排气口即会打开，以平衡气压。
24.作为本技术的优选技术方案，所述底座内径18cm，外径22cm，凹槽深度3cm。
25.优选的，所述圆柱体高30cm，直径20cm。
26.更优选的，所述圆柱体材质为透明聚甲基丙烯酸甲酯。
27.作为本技术的优选技术方案，所述氧化亚氮收集装置由一个方形凹槽底座和长方体气缸组成，所述长方体气缸上设有一个带有自密封塞的取样口。
28.作为本技术的优选技术方案，所述凹槽底座和长方体气缸皆为pvc材质。
29.优选的所述底座高8cm；长方体气缸的长、宽、高分别为20cm、20cm和30cm。
30.有益效果
31.本技术提供的一种应用于盐碱地改良堆肥的实验室模拟反应装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：
32.1、装置以常见的材料为原料，可操作性强、操作步骤简单且易实施。
33.2、配套有氨气收集装置和氧化亚氮收集装置，便于实时监测堆肥过程中含n元素的气体损失。
34.3、适用于多种物料的高温好氧堆肥的进行，还可以通过调节搅拌器来控制翻堆，同时也节省了人工翻堆的成本。
附图说明
35.图1本实用新型一种应用于盐碱地改良堆肥的实验室模拟反应装置示意图；
36.图2本实用新型的氨气收集装置整体示意图；
37.图3为图2的氨气收集装置的拆分图；
38.图4本实用新型的氧化亚氮收集装置示意图；
39.图5为图4的氧化亚氮收集装置的拆分图；
40.其中，1-搅拌器；2-卸料口；3-堆体温度测量孔；4-氨气收集装置；5-氧化亚氮收集装置； 6-器皿；7-堆料；8-堆肥室；9-支架；10-圆柱体罩子；11-取样口；12-注射器。
具体实施方式
41.为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，以下结合实施例对本实用新型做进一步详细说明。现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
42.实施例1
43.参见图1-图5，一种应用于盐碱地改良堆肥的实验室模拟反应装置，包括堆肥室8，即反应装置主体，用于堆肥的放置和反应；所述堆肥室8为立方体，立方体的侧面为面板，面板间固定连接，面板直立的4条侧边内侧装有可调节和固定搅拌器1的滑道，所述搅拌器1由驱动电机驱动，用于物料的充分搅拌曝气；所述堆肥室8顶部设有进料口，用于堆肥的进料；堆肥室8侧壁下部设有卸料口2，用于堆肥的卸料，卸料口2设有嵌入式的抽拉挡板；所述堆肥室8侧壁还设有堆体温度测量孔3，堆肥室8底部设有带有轮子的可固定支架9，便于填料、出料和装置的移动。
44.所述搅拌器1，可随时拆卸和组装，使用时可以根据需要调整其安装在对角边滑道上的位置，控制搅拌速率和时长，用于物料的充分搅拌曝气。
45.在另一个实施例中，所述堆肥室8底部设有均匀分布的通风口，所述通风口的形状不定，如可以是圆形、方形、菱形等，所述通风口的大小根据实际需要调整即可，如在通风口为圆形时，直径根据实际需要设定，例如可以设为0.5cm。
46.在另一个的实施例中，所述挡板除抽拉式挡板，还可以为铰链连接式。
47.在另一个的实施例中，所述堆肥室8的规格根据实际需要而定，如可以为80cm*80cm* 80cm。
48.在另一个的实施例中，所述堆体温度测量孔3具有自封功能的封口。
49.实施例2
50.其他同实施例1，不同点在于，所述堆肥装置还配套有氨气收集装置4和氧化亚氮收集装置5，可以对堆肥过程中n素的气态损失(氨气、氧化亚氮等)进行实时监测和评估。
51.所述氨气收集装置4由环形凹槽底座和侧壁置于环形凹槽间、与底座配合使用的0.5cm 厚的透明聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)圆柱体罩子10组成；圆柱体罩子高30cm，直径20cm；底座内外径分别为18cm和22cm，底座高8cm；圆柱体罩子10顶部设有一个排气口，以平衡气压；将氨气收集装置4放在堆料7表面，保持底座、堆料表面、地面平行；底座的凹槽内注入1-2厘米的水层(以确保更好的密封效果)，然后将圆柱体罩子10插入凹槽中；在每次采样时去除水层，然后再重新建立水封，所述氨气收集装置4中吸收液为置于器皿6中的硼酸溶液，硼酸溶液先放在器皿6中，再放置于氨气收集装置4中。
52.其中，器皿6可以为玻璃烧杯、培养皿、三角瓶等等。
53.所述氧化亚氮收集装置5由0.5cm厚的聚氯乙烯(pvc)塑料片焊接而成，制成方形凹槽底座和长方体的pvc气缸；底座高8cm；所述pvc气缸的长、宽、高分别为20cm、20cm 和
30cm；气缸上设有一个带有自密封塞的取样口11；底座的凹槽内注入1-2厘米的水层(以确保更好的密封效果)，然后将pvc气缸插入凹槽中；将装置放置在堆料7表面上，保持底座、堆料表面、地面平行。
54.实施例3
55.本实施例给出了实施例2的一种应用于盐碱地改良堆肥的实验室模拟反应装置的具体应用实例，具体内容如下。
56.试验采用自然通风堆垛和高温好氧发酵的方法。设对照组和三个处理组，每组设3个重复。首先将原料按化肥厂正常操作方法混合均匀(羊粪与蘑菇渣湿重比为9:1)。然后，以15: 100的比例加入稻壳。之后，将堆肥混合物分成四个大堆(每堆约700kg)进行四个处理，然后在450℃(b1)、550℃(b2)和650℃(b3)热解制备生物质炭。根据我们之前的研究，将生物质炭以35:100(干基)的比例添加到堆肥混合物中。彻底混合后，将每个堆分成三个较小的堆，每个处理重复3次。最终混合物的水分含量保持在68％
±
2％(w/w)。最后，将制备好的堆肥材料单独装入的上述实验室模拟反应装置中。使用三个60cm长的红水温度计每天两次(上午9:00-10:00和下午3:00-4:00)测量30至40cm深度处的堆料温度。此外，没有生物质炭(b0)的对照组仅包含堆肥混合物(原料+稻壳)。每7天(或物料温度超过75℃时) 启动搅拌器，将堆肥物料进行一次充分的搅拌和曝气。
57.堆肥开始时，我们将装有50ml 2％(w/v)硼酸溶液作为吸收剂的250-ml玻璃烧杯放入上述氨气吸收装置中，实时观察硼酸溶液的颜色变化。当溶液颜色由红色变为绿色时，换上新鲜的硼酸吸收液。置换后的硼酸溶液立即用0.05mol/l稀硫酸(分析纯，无氮，ρ＝1.84g
·
ml-1
) 反滴定。记录每次更换硼酸溶液的时间和反滴定所用稀硫酸的量。
58.此外，放置好氧化亚氮吸收装置的第0、5、10和15分钟，用注射器12抽取100ml的 n2o样品，转移到包含自密封气阀的100-ml铝箔气体采样袋中。n2o样品每2天采集一次，直至堆肥完成，采样时间为上午9:00-11:00。
59.氨排放率(era，mg
·
kg-1
·
d-1
)为每天单位堆肥混合物质量中硼酸吸收液收集到氨气吸收筒中释放的nh3(a
t
)的量，乘以25.16(堆肥室和氨气吸收圆筒的截面积比)。nh3累积排放量(cea，mg
·
kg-1
)为日nh3排放量之和，即cea＝a1+a2+
…
+a
t
，其中a
t
为单日nh3排放量(mg
·
kg-1
)，t为堆肥天数(d)。
60.氧化亚氮排放率(ern，mg
·
kg-1
·
d-1
)＝ρ*v*(dc/dt)*273*16*24/((273+t)*m)，其中ρ为密度标准条件下的n2o(1.978kg
·
m-3
)。v：采样箱容积，m3。dc/dt：采样箱内气体随时间的浓度变化率。t为堆肥混合物的温度(℃)。16：堆肥室和ncd的截面积比。24：一天 24小时。m：堆肥混合物的干物质质量(kg)。n2o累积排放量(cen，mg
·
kg-1
)：将相邻两个采样时间点的ern平均值乘以采样时间间隔的持续时间，得到一定时间内n2o的累积排放量一段的时间。通过对连续时间段的求和，获得n2o排放的累积以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。