一種炭基輔料及其制備方法和在禽畜糞便堆肥中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體廢棄物資源化領(lǐng)域，涉及一種對畜禽糞便進行好氧堆肥處理的工藝，尤其是涉及一種促腐控氨回用型炭基輔料及其制備方法和在禽畜糞便堆肥中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]中國畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，極大豐富了市場供給，增加了農(nóng)民收入，但隨之產(chǎn)生的畜禽糞便也給生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力，據(jù)統(tǒng)計，2015年我國畜禽糞便產(chǎn)生總量約60億噸。由于我國80%以上的集約化畜禽養(yǎng)殖場在前期廠址規(guī)劃時大多沒有綜合考慮區(qū)域內(nèi)“農(nóng)牧結(jié)合、種養(yǎng)平衡”，養(yǎng)殖場沒有足夠數(shù)量配套耕地來消納其產(chǎn)生的糞便，昔日分散的畜禽糞便廢棄物，如今已成為巨大的集中污染物來源，量大而集中的畜禽糞便因未能得到及時有效處理，在非用肥季節(jié)大量隨意露天堆放道路兩旁、溝渠水塘，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染加劇，一些城市畜禽養(yǎng)殖場臭氣四溢、糞水橫流、空氣污濁、地下水有害菌群超標，嚴重影響周圍居民的身心健康與生活質(zhì)量，同時也影響著畜禽養(yǎng)殖業(yè)自身的發(fā)展。
[0003]堆肥是具有工藝簡單、投資少、運行費用低、能有效殺滅病原微生物、解決集約化畜禽養(yǎng)殖場環(huán)境污染問題的重要技術(shù)途徑之一。但是，由于畜禽糞便含水量高、透氣性差、含氮量高、碳氮比偏低，一方面導(dǎo)致畜禽糞便堆肥過程不能滿足堆肥工藝所需的理化條件，另一方面導(dǎo)致了堆肥升溫效果不佳、周期偏長、氮素損失嚴重等。因此，需要向畜禽糞便堆肥物料中添加輔料，通過調(diào)節(jié)堆肥物料碳氮比、含水率、堆料空間結(jié)構(gòu)、堆肥養(yǎng)分等，使堆料滿足好氧微生物生長對氧氣和營養(yǎng)元素的需求。傳統(tǒng)的堆肥輔料主要采用秸桿、木肩、菌渣等，但存在投加量大、自身易發(fā)生分解、傳質(zhì)效能低、難循環(huán)利用和易發(fā)生厭氧酸化等不足之處，另外，在一些有機肥料生產(chǎn)基地常因堆肥輔料的供應(yīng)不足而影響堆肥生產(chǎn)的進度與規(guī)模;新型的堆肥輔料，比如:中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01210126194.0 )選擇1?30mm的調(diào)理劑，經(jīng)酸化液浸泡并干燥后，用于控制堆肥過程的氨揮發(fā)；中國發(fā)明專利(申請?zhí)?br>201310586928.8)選用厚2?10mm、直徑I?5cm的樹枝切片改善污泥堆肥過程；中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00810137214.8)采用0.2?1cm的浮石改善污泥堆肥過程；中國發(fā)明專利(申請?zhí)?br>201110435912.8)投加粒徑為0.5?1cm經(jīng)酸化干燥過的木質(zhì)均勻體縮短堆肥周期；中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01410144229.2)將卜3cm的木質(zhì)原料經(jīng)爆破處理后，應(yīng)用于污泥堆肥中；中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01410144368.5)采用物理或化學的方法將堆肥木質(zhì)調(diào)理劑表面炭化后，提高了堆肥產(chǎn)物的含氮率;中國發(fā)明專利(申請?zhí)?01310077278.4)將2?5mm的木炭作為外源調(diào)理劑在污泥堆肥中進行應(yīng)用。
[0004]綜合上述已經(jīng)報道過的新型堆肥輔料，首先，其研發(fā)目的大部分主要應(yīng)用于污泥堆肥生產(chǎn)，而畜禽糞便與污泥在物理結(jié)構(gòu)、化學性狀方面均存在顯著的差異性，因此，已有新型輔料所述的規(guī)格、前處理方式、堆肥應(yīng)用效果等各方面的工藝參數(shù)無法直接應(yīng)用于畜禽糞便的堆肥生產(chǎn)實踐;其次，堆肥過程中氮素損失劇烈、堆肥產(chǎn)品質(zhì)量低等關(guān)鍵問題依然存在，這主要是畜禽糞便含氮量高、含碳量低，有機氮合物分解過程中氮素以氨氣等含氮氣體的形式大量向環(huán)境中釋放，在降低堆肥質(zhì)量的同時，也嚴重影響著空氣質(zhì)量;第三，輔料若前處理復(fù)雜，或者技術(shù)要求較高，或前處理成本太大時，會影響生產(chǎn)經(jīng)營者的使用積極性;第四，輔料的供給，目前已經(jīng)成為有機肥料生產(chǎn)規(guī)模與進度的關(guān)鍵瓶頸，雖然部分新型輔料可以循環(huán)再利用，但是如何讓輔料在發(fā)揮功能相當?shù)幕A(chǔ)上，實現(xiàn)輔料的循環(huán)再利用，這方面的技術(shù)參數(shù)均不明確。因此，研發(fā)一種即適用于畜禽糞便堆肥過程，又能促腐提質(zhì)的材料與方法，十分迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種炭基輔料及其制備方法和在禽畜糞便堆肥中的應(yīng)用，其目的在于解決傳統(tǒng)的堆肥輔料如秸桿、木肩、菌渣等在堆肥時的投加量大、自身易發(fā)生分解、傳質(zhì)效能低、難以循環(huán)利用和易發(fā)生厭氧酸化等問題。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的第一技術(shù)方案是:一種炭基輔料，該炭基輔料是經(jīng)無氧狀態(tài)下650?750°C高溫不完全裂解制得的粒徑為5?13cm的非完全炭化的顆粒狀生物質(zhì)均勻體。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采用的第二技術(shù)方案是:一種炭基輔料的制備方法，將廢棄木材切割加工成5?13cm的顆粒狀生物質(zhì)材料，然后將顆粒狀生物質(zhì)材料置于裂解爐中在無氧條件下進行650?750°C高溫不完全裂解處理，裂解時間為75?105分鐘，然后冷卻、備用，得到所述炭基輔料。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明采用的第三技術(shù)方案是:一種炭基輔料在禽畜糞便堆肥中的應(yīng)用，該應(yīng)用包括以下步驟:
第一步，將畜禽糞便、常規(guī)輔料、炭基輔料三者按照體積比為1: 0.33-0.5:0.67?0.5進行混合得第一混合物料，使第一混合物料的含水率保持在65?75%，干基碳氮比控制在18?20之間；
第二步，將所述第一混合物料在發(fā)酵設(shè)施環(huán)境中采用高溫好氧發(fā)酵方式進行堆肥處理，定期翻堆，經(jīng)歷28?35天發(fā)酵周期后出料；
第三步，將炭基輔料從堆肥中篩分出來，炭基輔料的篩分率為70%以上，之后將篩分出的炭基輔料進行風干處理，使其含水率控制在20?30%之間，風干后的炭基輔料作為再利用的炭基輔料；
第四步，再進入下批次堆肥處理時，將畜禽糞便、常規(guī)輔料、再次利用的炭基輔料、首次使用的炭基輔料這四者按體積比為I: 0.33-0.5:0.34-0.25:0.33-0.25進行混合得第二混合物料，使第二混合物料的含水率保持在65?75%;再將第二混合物料按照所述第二步的方法進行堆肥處理；
第五步，之后再按照所述第三步的方法將第二混合物物料中的炭基輔料進行篩分、風干處理，處理后的炭基輔料能夠按照所述第四步的方法再次循環(huán)利用。
[0009]上述第一、第二以及第三技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下:
1、上述方案中，所述廢棄木材可以為廢棄的樹枝、樹桿。
[0010]2、上述方案中，所述常規(guī)輔料選自秸桿、木肩、菌菇渣中的至少一種。
[0011]3、上述方案中，較佳的方案是所述第二步的定期翻堆的方式為當堆肥溫度高于75°C時翻堆，或每隔7?10天翻堆一次。
[0012]4、上述方案中，較佳的方案是所述第二步的高溫好氧發(fā)酵方式過程依次包括升溫階段、高溫階段、降溫階段，所述升溫階段的溫度控制為環(huán)境溫度至50°C，高溫階段的溫度控制為50?75°C，降溫階段的溫度控制為75°C至環(huán)境溫度。
[0013]5、上述方案中，較佳的方案是所述第二步的堆肥處理過程中的通風速率為0.01?Im3.min—1.m—3。
[0014]6、上述方案中，炭基輔料的篩分、風干處理是指用孔徑2cm的篩子，將炭基輔料從堆肥混合體中篩分出來，篩分率為70%以上，然后將炭基輔料進行風干I?2天后再次作為堆肥輔料使用。
[0015]7、上述方案中，不完全裂解是指將一定規(guī)格的粒塊狀木質(zhì)材料進行整體均勻炭化，但炭化程度僅為完全炭化的一半，木質(zhì)材料變成炭基輔料，炭基輔料表面與內(nèi)部已經(jīng)形成大量微孔結(jié)構(gòu)，但炭基輔料內(nèi)部強度仍然保留，炭基輔料的粒徑為5?13cm的顆粒狀。
[0016]本發(fā)明技術(shù)機理:本發(fā)明的炭基輔料是經(jīng)高溫不完全裂解得到的，制備炭基輔料的原料易得，制作成本低，僅用廢棄的樹枝樹桿甚至廢棄的木制品都可制成本發(fā)明的炭基輔料。本發(fā)明的炭基輔料作為外源調(diào)理劑應(yīng)用在畜禽糞便堆肥中，具有促腐控氨的作用，同時能循環(huán)回用。一方面，本發(fā)明的炭基輔料具有生物質(zhì)炭的一些功能，例如具有大量的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，這樣就為微生物的快速生長提供了良好環(huán)境，同時其自身還能為微生物提供無機碳養(yǎng)分，進而促進了堆體腐殖化;另一方面，由于畜禽糞便的含水率很高，含水率一般在80?90%之間，為了降低堆體含水率，常規(guī)的畜禽糞便的堆肥方法中會投加大量的常規(guī)輔料，而本發(fā)明的炭基輔料具大量的微孔結(jié)構(gòu)，另外粒塊狀輔料之間易形成氣孔結(jié)構(gòu)，在堆肥體水分偏高的條件下，只需投入較少量的常規(guī)輔料和炭基輔料即可使堆肥體的氧氣含量得到提升，降低堆肥體容重比，使畜禽糞便堆肥有利于進行高溫好氧發(fā)酵。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
(I)與現(xiàn)在技術(shù)中的常規(guī)輔料相比，本發(fā)明炭基輔料在畜禽糞便中的應(yīng)用減少了常規(guī)輔料的投加量、降低了炭基輔料的分解率、改善了堆肥體的理化性狀、提高了堆肥的保氮效率、實現(xiàn)了輔料的循環(huán)利用；
與現(xiàn)有的新型堆肥輔料相比，無需添加外源的化學投入品、前處理過程主要利用生物質(zhì)自身裂解所產(chǎn)生的熱量、前處理過程節(jié)省了前處理過程的能量投入、操作工藝簡便、除臭效果明顯、投入成本較小、生產(chǎn)速率快，另外，本發(fā)明的炭基輔料具備一定的生物質(zhì)炭的功能，如比表面積大、吸附能力大、微孔結(jié)構(gòu)豐富等特點，由于這些特點能夠促進微生物生長，進而有利于促進堆肥材料腐殖化。
[0018](2)與畜禽糞便的常規(guī)堆肥措施相比，堆肥的最高溫度提高了 10?15°C，氮素的氨揮發(fā)損失率減少了 15?20%，提高了堆肥產(chǎn)品的有效養(yǎng)分含量;在相同時間內(nèi)的堆肥積溫提高了14?18%，較常規(guī)方法的堆肥周期縮短了2?4 d;堆肥輔料投入量減少了45?55%，另外，由于部分生物質(zhì)炭在堆肥后殘留于有機肥中，提高了堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0019]總之，與傳統(tǒng)的畜禽糞便堆肥相比，本發(fā)明具有減少常規(guī)輔料使用量、促進增溫、減短周期、保氮除臭、炭基輔料可循環(huán)利用等功效，對促進以畜禽糞便為原料的有機肥料生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。
【附圖說明】
[0020]附圖1為促腐控氨回用型炭基輔料制備及其在畜禽糞便堆肥中的應(yīng)用流程圖； 附圖2為炭基輔料不同制取溫度處理下堆肥積溫的變化動態(tài)圖；
附圖3為炭基輔料不同制取溫度處理下