一种温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法和应用 |
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| 申请号 | CN202311826132.5 | 申请日 | 2023-12-27 | 公开(公告)号 | CN117865731A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 中国科学院地球化学研究所; | 发明人 | 蒙明富; 刘承帅; 刘晓明; 宁增平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于堆肥处理技术领域，特别涉及一种 温室 气体 和臭气协调减排及 加速 腐熟的堆肥方法和应用。本发明温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法包括以下步骤：(1)将堆肥原料和 植物 栲胶混合，得到堆肥物料；(2)将堆肥物料进行 发酵 ，翻堆，当堆肥物料 温度 下降至室温且保持稳定时，物料腐熟，完成堆肥。植物栲胶包括杨梅栲胶、落叶松栲胶、橡椀栲胶、荆树皮栲胶、栗木栲胶中的至少一种。本发明以植物栲胶为添加剂，并利用发酵工艺，使 微 生物 和植物栲胶反应，一定程度上可抑制厌 氧 微生物的生长，且可提供 腐殖质 前体物质加速堆肥的腐熟，实现减排除臭及加速腐熟。本发明简单易行，植物栲胶来源广泛，价格低廉，可实现大规模的生产应用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种堆肥方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法和应用技术领域背景技术[0002] 近年来，随着酱香白酒市场的持续升温，酿酒废水大量排放使得酿酒污泥产量迅速增加。目前，酱香白酒产区的酿酒污泥主要采用焚烧的方式进行处理，大大阻碍了酱香白酒产能的扩大和绿色产业升级。好氧堆肥技术是实现酿酒污泥无害化处置中最为绿色环保的方式。然而，堆肥过程由于存在厌氧微区导致大量的温室气体和臭气产生，不仅影响堆肥产品的质量，还导致严重的环境污染并引发人类健康问题。此外，传统好氧堆肥技术存在堆肥腐熟周期长，有机质转化不完全等问题。 [0003] 目前，针对堆肥中臭气和温室气体排放以及腐熟周期长等问题主要通过添加外源物的方法来解决，有研究公开了通过添加硫酸亚铁和蛭石的方法减排温室气体和氨气；也有研究公开了利用珊瑚砂减少含氮素损伤等。然而，这些添加剂均仅在减排温室气体或加速腐熟等功能方面具有优势，其并不能同时达到减排温室气体和加速腐熟的目的，且由于生产成本和处理工艺等问题，无法大规模应用于酿酒污泥堆肥。 [0004] 因此，亟需提供一种堆肥方法，其可减少臭气和温室气体排放，且同时可加速堆肥腐熟，缩短堆肥腐熟周期。 发明内容[0005] 本发明旨在解决现有技术中存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。本发明提供一种堆肥方法，其可减少臭气和温室气体排放，且同时可加速堆肥腐熟，缩短堆肥腐熟周期。 [0006] 本发明的发明构思：本发明植物栲胶包括杨梅栲胶、落叶松栲胶、橡椀栲胶、荆树皮栲胶、栗木栲胶中的至少一种，本发明以植物栲胶作为添加剂，并利用发酵工艺，使微生物和植物栲胶反应，一方面可以在一定程度上抑制厌氧微生物的生长，另一方面提供腐殖质前体物质可加速堆肥的腐熟，最终实现臭气和温室气体的协调减排，同时可加速堆肥腐熟，缩短堆肥腐熟周期。 [0007] 因此，本发明的第一方面提供一种温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法。 [0008] 具体的，所述温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法，包括以下步骤： [0009] (1)将堆肥原料和植物栲胶混合，得到堆肥物料； [0010] (2)将步骤(1)所述堆肥物料进行发酵，翻堆，当所述堆肥物料温度下降至室温且保持稳定时，堆肥物料腐熟，完成堆肥； [0011] 所述植物栲胶包括杨梅栲胶、落叶松栲胶、橡椀栲胶、荆树皮栲胶、栗木栲胶中的至少一种。 [0014] 进一步优选地，步骤(1)中，所述堆肥物料的碳氮比为25‑30：1。 [0015] 具体的，利用凯式定氮法测定物料氮含量；采用重铬酸钾容量法测定物料有机碳含量(参照NY 525‑2021进行)。 [0016] 优选地，步骤(1)中，所述堆肥物料的含水率为50‑65％。 [0017] 进一步优选地，步骤(1)中，所述堆肥物料的含水率为55‑60％。 [0018] 优选地，步骤(1)中，所述植物栲胶和所述堆肥原料的质量比为(0.9‑9)：(90‑130)。 [0019] 进一步优选地，步骤(1)中，所述植物栲胶和所述堆肥原料的质量比为(1‑8)：(100‑120)。 [0020] 优选地，步骤(2)中，所述发酵为好氧发酵。 [0021] 优选地，所述好氧发酵采用间歇式通气方式。 [0022] 优选地，所述间歇式通气方式为曝气25‑35min，然后停35‑35min的方式；进一步优选地，所述间歇式通气方式为曝气27‑33min，然后停27‑33min的方式；更进一步优选地，所述间歇式通气方式为曝气30min，然后停30min的方式。 [0024] 优选地，所述通气量为0.010‑0.014m3/(Kg堆肥原料*h)。 [0025] 进一步优选地，所述通气量为0.011‑0.013m3/(Kg堆肥原料*h)。 [0026] 更进一步优选地，所述通气量为0.012m3/(Kg堆肥原料*h)。 [0027] 优选地，步骤(2)中，所述翻堆具体为，在堆肥过程中监测堆肥物料温度，当堆肥物料温度下降时进行翻堆。 [0029] 优选地，在堆肥的初期升温速度快，翻堆间隔为1.5‑4.5天，堆肥的后期温度升温慢，翻堆间隔为4.5‑7.5天。 [0030] 进一步优选地，在堆肥的初期翻堆间隔为2‑4天，在堆肥的后期翻堆间隔为5‑7天。 [0031] 优选地，所述堆肥的周期为18‑38天。 [0032] 进一步优选地，所述堆肥的周期为20‑35天。 [0033] 本发明的第三方面提供一种本发明第一方面所述的温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法在有机肥领域中的应用。 [0034] 相对于现有技术，本发明提供的技术方案的有益效果如下： [0035] (1)植物栲胶是一种植物中提取的化工产品，其含有丰富的单宁和其他天然化合物，本发明以杨梅栲胶、落叶松栲胶、橡椀栲胶等植物栲胶为添加剂，并利用发酵工艺，使微生物和植物栲胶反应，一方面可以抑制微生物的生长，另一方面可促进加速堆肥的腐熟，实现臭气和温室气体的协调减排，同时可加速堆肥腐熟，缩短堆肥腐熟周期。 [0036] (2)本发明植物栲胶添加剂材料来源广泛，价格低廉，可降低生产成本，具有良好的经济效益。 [0038] 图1为本发明实施例1‑3、对比例1堆肥过程中堆肥物料温度变化曲线图； [0039] 图2为本发明实施例1‑3、对比例1的CH4累积排放量曲线图； [0040] 图3为本发明实施例1‑3、对比例1的N2O累积排放量曲线图； [0041] 图4为本发明实施例1‑3、对比例1的NH3累积排放量曲线图； [0042] 图5为本发明实施例1‑3、对比例1的H2S累积排放量曲线图。 具体实施方式[0043] 为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。 [0044] 以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。 [0045] 实施例1 [0046] 堆肥原料采用酿酒污泥和高粱秸秆(重量比为17：3)，添加剂为落叶松栲胶，落叶松栲胶添加量为堆肥总重量的2％。 [0047] 一种温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法，包括以下步骤： [0048] (1)将酿酒污泥、高粱秸秆和落叶松栲胶混合，搅拌均匀，含水率调节至55％，得到堆肥物料； [0049] (2)将步骤(1)所得的堆肥物料转移入发酵装置中进行好氧发酵，采用高压鼓风机3 对其间歇式曝气，采用曝气30min停30min的方式，通气量为0.012m/(Kg堆肥原料*h)；整个堆肥周期为35天，堆肥前20天，每2天翻堆一次；堆肥后21‑35天，每5天翻堆一次，直至温度下降至室温且保持稳定，堆肥腐熟，堆肥结束。 [0050] 在发酵装置的3个固定位点，采用工程用指针温度计每天定时监测堆肥过程中堆肥物料温度，堆肥物料的温度变化如图1。 [0051] 实施例2 [0052] 实施例2和实施例1的区别仅在于，实施例2的落叶松栲胶添加量为堆肥总重量的5％，其他同实施例1。堆肥物料的温度变化如图1所示。 [0053] 实施例3 [0054] 实施例3和实施例1的区别仅在于，实施例3的落叶松栲胶添加量为堆肥总重量的8％，其他同实施例1。堆肥物料的温度变化如图1所示。 [0055] 实施例4 [0056] 堆肥原料采用酿酒污泥、酒糟和高粱秸秆(重量比为17：2：3)，添加剂采用荆树皮栲胶，荆树皮栲胶的添加量为堆肥总重量的4％。 [0057] 一种温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法，包括以下步骤： [0058] (1)将酿酒污泥、酒糟、高粱秸秆和荆树皮栲胶混合，搅拌均匀，含水率调节至60％，得到堆肥物料； [0059] (2)堆肥物料转移入发酵装置进行好氧发酵，采用高压鼓风机对其间歇式曝气，通3 气量为0.012m /(Kg堆肥原料*h)；整个堆肥周期为35天，堆肥前16天，每2天翻堆一次；堆肥后期每5天翻堆一次，在发酵装置的3个固定位点，采用工程用指针温度计每天定时监测堆肥过程中堆肥物料温度，直至堆肥物料的温度趋近于室温，堆肥腐熟，堆肥结束。 [0060] 实施例5 [0061] 实施例5和实施例4的区别仅在于，实施例5的荆树皮栲胶添加量为堆肥总重量的8％，其他同实施例4。 [0062] 实施例6 [0063] 堆肥原料采用酿酒污泥和高粱秸秆(重量比为17:3)，添加剂为落叶松栲胶，且添加量为堆肥总重量的5％。 [0064] 一种温室气体和臭气协调减排及加速腐熟的堆肥方法，包括以下步骤： [0065] (1)将酿酒污泥、高粱秸秆和落叶松栲胶混合，搅拌均匀，含水率调节至60％，得到堆肥物料； [0066] (2)堆肥物料转移入发酵装置进行好氧发酵，采用高压鼓风机对其间歇式曝气，通3 气量为0.012m /(kg堆肥原料*h)；整个堆肥周期为35天，堆肥前20天，每2天翻堆一次；堆肥后期每5天翻堆一次，在发酵装置的3个固定位点，采用工程用指针温度计每天定时监测堆肥过程中堆肥物料温度，直至堆肥物料的温度趋近于室温，堆肥腐熟，堆肥结束。 [0067] 实施例7 [0068] 实施例7和实施例6的区别仅在于，实施例7的添加剂为杨梅栲胶，且添加量为堆肥总重量的5％，其他同实施例6。 [0069] 实施例8 [0070] 实施例8和实施例6的区别仅在于，实施例8的添加剂为荆树皮栲胶，且添加量为堆肥总重量的5％，其他同实施例6。 [0071] 对比例1 [0072] 对比例1和实施例1的区别仅在于，对比例1未添加落叶松栲胶，其他同实施例1。堆肥物料的温度变化如图1所示。 [0073] 对比例2 [0074] 对比例2和实施例4的区别仅在于，对比例2未添加荆树皮栲胶，其他同实施例4。 [0075] 对比例3 [0076] 对比例3和实施例6的区别仅在于，对比例3未添加落叶松栲胶，其他同实施例6。 [0077] 性能测试 [0078] 1.含水率测定 [0079] 分别取实施例1‑3、对比例1所得的堆肥，在105℃烘干12h，称量烘干前后堆肥的重量，得到含水率，含水率％＝(烘干前堆肥的重量‑烘干后堆肥的重量)/烘干前堆肥的重量×100％。含水率如表1所示。 [0080] 表1：实施例1‑3、对比例1所得堆肥的含水率 [0081]测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 含水率 39.6％ 36.5％ 35.5％ 42.8％ [0082] 从表1可知，本发明实施例实施例1‑3添加植物栲胶所得堆肥的含水率低于未添加植物栲胶所得堆肥的含水率。 [0083] 2.腐殖质(HS)、富里酸(FA)和腐殖酸(HA)的测定 [0084] 将实施例1‑8、对比例1‑3的堆肥进行风干，作为堆肥样品，分别将每克风干堆肥样品加入10mL 0.1M NaOH和0.1M Na4P2O7·10H2O混合溶液中，离心过滤，滤液即为HS；随后，加入0.5M HCl调节pH至7.0，过滤，用浓HCl调节pH至2以下，并沉降，上清液即为FA，沉淀为HA，并将HA用碱溶解，得到HA溶液；采用总有机碳分析仪(TOC仪)测定HS溶液、FA溶液和HA溶液中的有机碳含量，即为HS、FA和HA的含量，结果如表2所示。 [0085] 表2：实施例1‑8、对比例1‑3的堆肥中HS、FA和HA的含量 [0086] [0087] 由表2可知，本发明实施例1‑3和对比例1相比，腐殖酸HA的含量分别提高了17.7％、29.6％和38.3％；实施例4‑5和对比例2相比，腐殖酸HA的含量分别提高了31.84％和45.30％；实施例6‑8和对比例3相比，腐殖酸HA的含量分别提高了44.84％、52.91％和 50.67％；说明本发明通过加入植物栲胶可以加速堆肥腐熟，缩短堆肥腐熟周期。 [0088] 3.CH4、N2O、NH3和H2S的累积排放量 [0089] 采用有机玻璃圆柱管对实施例1‑8、对比例1‑3在堆肥过程中产生的气体进行采集和测定，前15天每3天采集一次，后续堆肥则每5天采集一次，每次的采集时间为30min，每组分别采集三个平行样品，求平均值。 [0090] 温室气体CH4和N2O采用安装有火焰电离检测器(FID)和电子捕获检测器(ECD)的安捷伦气相色谱进行检测，臭气NH3和H2S使用气体在线监测仪测试浓度，并计算整个堆肥期间的累积量，结果如图2‑5所示，其中图2‑5分别为实施例1‑3、对比例1的CH4累积排放量、N2O累积排放量、NH3累积排放量、H2S累积排放量曲线图。 [0091] 由图2‑5可以看出，与对比例1相比，实施例1‑3的CH4的累积排放量分别减少了31.85％、42.46％和44.88％；N2O的累积排放量分别减少了41.68％、46.40％和47.65％；NH3的累积排放量分别减少了49.15％、58.64％和59.93％；H2S的累积排放量分别减少了 94.10％、94.11％和94.11％。说明落叶松栲胶有效的抑制了温室气体和臭气的排放。 [0092] 另外，对比例2相比，实施例4‑5的CH4的累积排放量分别减少了45.62％和48.98％；N2O的累积排放量分别减少了43.23％和45.21％；NH3的累积排放量分别减少了 52.34％和58.12％；H2S的累积排放量分别减少了93.26％和93.45％。 [0093] 与对比例3相比，实施例6‑8的CH4的累积排放量分别减少了45.63％、48.68％和47.65％；N2O的累积排放量分别减少了47.23％、48.35％和48.88％；NH3的累积排放量分别减少了60.12％、58.91％和59.68％；H2S的累积排放量分别减少了94.65％、94.55％和 94.78％。 [0094] 由上述CH4、N2O、NH3和H2S的累积排放量可以看出，在堆肥原料中加入植物栲胶可有效的抑制温室气体和臭气的排放。 [0095] 综上所述，本发明以杨梅栲胶、落叶松栲胶、橡椀栲胶等植物栲胶为添加剂，并利用发酵工艺，使微生物和植物栲胶反应，一方面可以在一定程度上抑制厌氧微生物的生长，另一方面可通过提供腐殖质前体物质加速堆肥的腐熟，实现减排除臭及加速腐熟三重功效。另外，本发明堆肥方法简单易行，添加剂材料来源广泛，价格低廉，成本低，可实现大规模的生产应用，具有良好的经济效益。 [0096] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。 |
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