一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法

本发明属于农林资源化领域，具体涉及一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法。

背景技术：

1、目前，中国每年产生畜禽废弃物约38亿吨，其中畜禽粪便约15亿吨，占废弃物总量的近39.5％，畜禽粪便中残留的抗生素、重金属、病原体及其他污染物造成严重的环境污染问题。作为一种有机固体废弃物，畜禽粪便具有富含机质(om)和氮、磷、钾等营养物质的特点。

2、畜禽粪便的好氧堆肥发酵是指在有氧条件下，将粪便原料当中的有机物经过自然界中微生物作用后，发生一系列的降解与转化，使其中的有机物发生矿质化、腐殖化以及无害化后变成可以用于农业种植生产的一种腐熟肥料处理技术。使用牲畜堆肥作为肥料有助于为植物提供必要的营养物质。堆肥是将动物粪便和其他农业废弃物转化为优质农业有机肥料的一种有效且广泛应用的方法。通过向堆肥中添加一定量的添加剂对减少氮素损失有较好效果，国内外对不同类型添加剂的保氮效果已有较多研究。

3、好氧堆肥过程中会产生一些有害气体，并会对大气环境造成一定程度上的污染。其中，堆肥排放的nh3具有难闻刺激性臭味，降低了空气质量。nh3同样也是酸雨形成的主要原因之一，会对土壤、水体以及地表生物造成严重危害。因此，在堆肥过程中应格外注意对nh3的排放进行监测。此外，许多堆肥产品还存在养分不足的现象，必须添加植物营养物质或肥料才能满足作物的需求。

4、我国人工林规模发展迅速，已经成为世界上人工林保存面积最大的国家。在人工速生丰产林工程中，杨树为主要造林树种之一。速生杨规模的快速发展在满足人们对木材的需求的同时，产生了大量的采伐剩余物和加工剩余物，这些剩余物含有丰富的生物活性物质、纤维素以及半纤维素。木屑作为一种活性调理剂，有机质含量高，能调节堆肥碳氮比，且含有堆肥需要的自由空域和微生物生长的附着点。

5、水热炭化(htc)是一种新型的将生物废弃物转化成水热炭的方法，因为htc在温和的条件下(180-250℃)运行，所以很有希望只释放少量气体(主要是co2)。htc的过程通常持续几分钟到几小时，产生的固体碳燃料称为水热炭，同时生成的液相产物称为水热炭化液(ap)。以往的研究表明，大多数木质纤维素生物质水热炭化得到的ap由于形成大量挥发性脂肪酸而显示出酸性，而酸性的ap通过改变土壤ph对土壤氨挥发具有显著的抑制作用。此外，与禽畜粪便相似，ap同样含有例如n、p、k等丰富的营养物质及有机物。水热炭化液因其能够增加土壤肥力改良土壤结构，以及减少土壤氨挥发的特点。目前已有在土壤方面的应用研究，但至今还没有在堆肥过程中添加水热炭化液作为添加剂的报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，水热炭化液为水热碳化反应的液体产物；堆肥步骤为：以畜禽粪便、杨木木屑和水热炭化液为发酵原料，在好氧堆肥反应器中堆置20-35天；畜禽粪便、杨木木屑的混合物为初始堆料；水热炭化液与初始堆料的比例为(3-15)l:100kg。

3、在一个优选的实施方案中，水热炭化液的制备过程为：水热炭化液的制备过程为：以农林废弃物为原料，置于水热碳化反应器中，调整农林废弃物与水的质量体积比为1kg：(8-10)l，反应温度为220-240℃，压力为7-9mpa，反应时间为1-2h；收集反应后的液体产物，过滤，滤液即初始水热炭化液(ap)；往初始水热炭化液中加入mg2+和po43-，调整溶液ph至9.5-10.5，得到鸟粪石沉淀mgnh4po4·6h2o，取上清液，调整ph至7，得到改性水热炭化液(map)；改性水热炭化液ph为中性，map的铵态氮含量低于ap的铵态氮含量。本文中，水热炭化液指初始水热炭化液或改性水热炭化液。

4、所述畜禽粪便为干畜禽粪便，畜禽粪便与杨木木屑的质量比为100：5-10。

5、水热炭化液被一次添加至初始堆料，或者被分次添加至初始堆料。

6、初始堆料的制备方法为：将干畜禽粪便与杨木木屑均匀混合，形成初始堆料。

7、当水热炭化液与初始堆料的比例不大于7l:100kg时，水热炭化液被一次添加至初始堆料；当水热炭化液与初始堆料的比例大于7l:100kg时，水热炭化液被分次添加至初始堆料，分次指2-7次，首次添加水热炭化液时添加水热炭化液总量的40％-50％；除首次外，每次添加水热炭化液的量基本相同。

8、在好氧堆肥步骤开始时，完成首次水热炭化液的添加。

9、优选的，堆肥步骤为：以畜禽粪便、杨木木屑和水热炭化液为发酵原料，在好氧堆肥反应器堆置30天。

10、在一个优选的实施方案中，每隔3-6天将肥堆充分翻堆一次，并于每次翻堆时补充适量水分使其含水量保持在55％-60％。

11、水热炭化液的添加增加肥堆的腐熟度、堆体养分含量和腐殖酸含量，使nh3挥发排放降低7.8-22.9％。

12、本发明与现有技术相比，其显著优点是：水热炭化过程中产生的液相产物(ap)，将其作为堆肥调理剂可加快畜禽粪便好氧堆肥进程、增强堆肥品质和改良堆肥工艺。本发明用鸡粪与杨木木屑混合进行堆肥实验，根据水热炭化液的种类与添加的ap的低(l)或高(h)量设置了4个处理，分别为ap-5％、ap-10％、map-5％、map-10％。同时，将正常堆肥处理设为对照(control)。根据堆体温度、ph值、电导率(ec)、种子发芽指数(gi)、全氮、全磷、全钾、腐殖酸及溶解性有机质(dom)的变化，确定水热炭化液对堆肥过程的影响。结果表明，添加水热炭化液后堆肥的高温期持续时间、ph、电导率、种子发指数均能达到国家有机肥标准。同时高量添加的处理显著增加了堆肥中溶解性有机质(dom)55.4％-69.7％(p<0.05)。此外，与对照(即control)相比，添加水热炭化液的处理提高了堆肥中总腐殖酸含量2.7％-4.7％。ap-10％处理较control显著增加了5.0％的胡敏酸含量及12.3％的总氮含量(p<0.05)，map-10％处理与对照相比分别增加了7.7％全磷含量以及19.8％全钾含量。水热炭化液可作为一种有效的堆肥添加剂，在不影响堆肥腐熟的前提下提高堆肥养分、腐殖酸及dom含量。

技术特征：

1.一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，水热炭化液为水热碳化反应的液体产物；堆肥步骤为：以畜禽粪便、杨木木屑和水热炭化液为发酵原料，在好氧堆肥反应器堆置20-35天；畜禽粪便、杨木木屑的混合物为初始堆料；水热炭化液与初始堆料的比例为(3-15)l:100kg。

2.根据权利要求1所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，水热炭化液被一次添加至初始堆料，或者被分次添加至初始堆料。

3.根据权利要求1所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，当水热炭化液与初始堆料的比例不大于7l:100kg时，水热炭化液被一次添加至初始堆料；当水热炭化液与初始堆料的比例大于7l:100kg时，水热炭化液在翻堆时被分次添加至初始堆料，分次指2-7次，首次添加水热炭化液时添加水热炭化液总量的40％-50％；除首次外，每次添加水热炭化液的量基本相同。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，水热炭化液的添加增加肥堆的腐熟度、堆体养分含量和腐殖酸含量，使nh3挥发排放降低7.8-22.9％。

5.根据权利要求1所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，水热炭化液的制备过程为：以农林废弃物为原料，置于水热碳化反应器中，调整农林废弃物与水的质量体积比为1kg：

6.根据权利要求1所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，所述畜禽粪便为干畜禽粪便，畜禽粪便与杨木木屑的质量比为100：5-10。

7.根据权利要求2所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，初始堆料的制备方法为：将干畜禽粪便与杨木木屑均匀混合，形成初始堆料。

8.根据权利要求6所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，在好氧堆肥步骤开始时，完成首次水热炭化液的添加。

9.根据权利要求6所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，堆肥步骤为：以畜禽粪便、杨木木屑和水热炭化液为发酵原料，在好氧堆肥反应器堆置30天。

10.根据权利要求6所述的一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法，其特征在于，每隔3-6天将肥堆充分翻堆一次，并于每次翻堆时补充适量水分使其含水量保持在55％～60％。

技术总结
本发明属于农林资源化领域，具体涉及一种水热炭化液调理好氧堆肥实现有机肥品质提升和氨减排的方法。水热炭化液以农林废弃物为原料，在一定温度压力条件下通过水热反应制备而成，并通过改性措施进一步提升其适用性；好氧堆肥步骤主要为：以畜禽粪便、杨木木屑和改性水热炭化液为发酵原料，在好氧堆肥反应器堆置20‑35天，期间多次翻堆并保持适宜水分条件，使其充分腐熟。水热炭化液可作为一种有效的堆肥添加剂，在不影响堆肥腐熟的前提下提高堆肥养分、腐殖酸及溶解性有机质(DOM)含量，并大幅度减少NH<subgt;3</subgt;挥发排放7.8‑22.9％，实现废弃物资源循环和环境减排的多重目标。

技术研发人员：冯彦房,陈森,薛利红,孙海军,谢文萍,王吉祥,黄旺
受保护的技术使用者：江苏省农业科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14