[0001]
本发明涉及固废资源化利用技术领域，特别是涉及一种减少氮流失的畜禽粪便和秸秆混合堆肥方法。
背景技术：
[0002]
统计表明，中国每年秸秆产生量超过10亿吨，秸秆焚烧带来的大气污染问题严重。而近些年畜禽业的发展迅速，每天产生大量的畜禽粪便，对环境的污染同样是急需解决的问题。传统的堆肥方法尽管能够实现畜禽粪便的无害化和资源化，但是肥效低，制备成本高。开展秸秆和畜禽粪便的混合堆肥方法，能够实现秸秆和畜禽粪便的同时资源化利用。特别是通过添加辅料添加剂减少氮、磷流失的畜禽粪便和秸秆混合堆肥方法更具有重要意义。
[0003]
秸秆和畜禽粪便混合堆肥后制备的有机肥可以作为农作物、树木、花卉的肥料。同时解决农作物长期使用化肥带来的危害。当前堆肥技术存在一个主要的问题是肥效低。畜禽粪便堆肥技术已经发展多年，尽管现有技术采用各种方法减少氮和磷的流失，但是效果均不显著。由于单独畜禽粪便堆肥制备的有机肥营养成分含量有限，畜禽粪便和秸秆混合堆肥能够改善营养元素含量。由于堆肥过程中需要经过升温、高温和降温三个时期，这种好氧堆肥需要通风条件，在通风过程中会有含氮气体流失，另外在堆肥过程产生的渗滤液也会造成磷的流失。渗滤液可以通过重新回流到堆肥堆体中的方式解决氮和磷的流失问题，但是通风过程产生的含氮气体的流失问题无法避免。氮是堆肥产品有机肥中的重要营养元素，氮的流失会显著降低有机肥的肥效。因此，开发减少氮流失的畜禽粪便和秸秆混合堆肥方法具有重要意义。目前与堆肥有关的主要授权或公开的专利在减少氮流失的方法主要为工艺设备改进的方法，这种方法尽管取得一定的效果，但是仍然有大量的nh3和n2o气体排放，减少肥效的同时污染空气。另外，这些方法存在方法操作复杂、成本高、效率低等一种或多种缺陷，推广应用难度大。
[0004]
因此，开发一种操作简单、成本低和效率高，且能有效的减少氮流失的秸秆和畜禽粪便的堆肥方法，对推进堆肥技术水平的提高以及固废的资源化利用技术的进步和减少大气污染都将具有重要意义。
技术实现要素：
[0005]
本发明的目的是提供一种减少氮流失的畜禽粪便和秸秆混合堆肥方法，实现减少氮的流失，提高肥效的目的，进而推动堆肥技术的进步。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0007]
本发明提供了一种减少氮流失的畜禽粪便和秸秆混合堆肥方法，包括材料加工、材料配置和堆肥控制三部分；
[0008]
所述材料加工包括植物秸秆粉碎、生物炭粉碎和沸石研磨；
[0009]
所述材料配置包括混合原料的制备，调配混合原料的初始含水量；
[0010]
所述堆肥控制包括堆肥过程温度控制、含水量控制和供氧控制；
[0011]
所述材料配置中采用的辅料包括生物炭和沸石。
[0012]
作为本发明的进一步改进，所述的植物秸秆粉碎为将植物秸秆粉碎至长度低于3.5cm，生物炭粉碎为将生物炭粉碎至粒径3～5mm，沸石磨碎为将沸石磨碎至1～5mm。
[0013]
作为本发明的进一步改进，所述混合原料的制备过程为：先将粉碎的植物秸秆和畜禽粪便混合，再将粉碎的生物炭混合到秸秆和畜禽粪便混合物中，最后将研磨后的沸石添加到秸秆、畜禽粪便和生物炭的混合物中。
[0014]
作为本发明的进一步改进，植物秸秆和禽畜粪便干物质混合质量比为(0.6:1)～(0.4:1)，沸石的添加量为植物秸秆和禽畜粪便混合物干重的12wt％～15wt％，生物炭的添加量为植物秸秆和禽畜粪便混合物干重的3.5wt％～7.5wt％。
[0015]
作为本发明的进一步改进，所述材料配置中混合原料的初始含水量调配为60wt％～70wt％。
[0016]
作为本发明的进一步改进，所述堆肥过程控制起始温度为30～40℃，堆肥采用保温材料，保证每日热损失不超过5％。
[0017]
作为本发明的进一步改进，所述堆肥过程控制含水量不低于55wt％。
[0018]
作为本发明的进一步改进，所述堆肥过程供氧控制采用通风速率为0.15-0.35m3·
m-3
·
min-1
，频率间隔40～50min通风10～20min。
[0019]
作为本发明的进一步改进，添加的生物炭固定碳含量不低于18wt％，碳元素含量不低于40wt％。
[0020]
作为本发明的进一步改进，沸石采用ar级斜发沸石。
[0021]
作为本发明的进一步改进，所述禽畜粪便包括鹿粪、牛粪、猪粪、鸡粪、羊粪等。
[0022]
本发明公开了以下技术效果：
[0023]
(1)实现堆肥高比例利用秸秆：本发明将植物秸秆和畜禽粪便混合，秸秆的添加量高达畜禽粪便的60wt％，实现秸秆高利用比例，同时补充单独畜禽粪便含碳元素量偏低的问题，调节原料的碳氮比达到适宜的堆肥条件。
[0024]
(2)减少堆肥过程氮损失：添加沸石和生物炭作为辅料添加剂，利用沸石和生物炭能够促进提高好氧微生物活性的作用，提高微生物对原材料的分解作用，减少nh3和n2o气体的产生；利用沸石和生物炭的吸附性，吸附产生的少量nh3和n2o，从而减少排放；利用沸石和生物炭对空气中氧的吸附性，有效的避免厌氧状态，减少通风供氧的次数，进而减少氮流失。该方法有效的实现减少堆肥过程产生的nh3和n2o气体，较其他方法总氮含量提高90.0％以上。
[0025]
(3)减少污染气体的排放：该方法好氧充分，甲烷、氨气和二氧化碳产生量少，有效的避免堆肥过程中有害的气体的排放，同时减少这些有害气体处理的费用。
[0026]
(4)高温期时间长：本发明能够有效的提高堆肥的高温期，实现55℃及以上高温不低于7天，有效的保证堆肥的无害化效果。
[0027]
(5)减少堆肥时间：该方法较传统方法节约堆肥时间30％以上，基本实现15天内完成堆肥。
[0028]
另外，本发明方法简单，成本低，推广价值高，可操作性强。
具体实施方式
[0029]
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0030]
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0031]
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0032]
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
[0033]
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0034]
实施例1
[0035]
本实施例是针对玉米秸秆和鹿粪混合制备室内花卉用有机肥。
[0036]
该方法首先对堆肥原材料进行加工，将玉米秸秆粉碎至长度低于3.5cm，将生物炭粉碎至粒径3～5mm，将沸石磨碎至1～5mm。
[0037]
玉米秸秆和鹿粪干物质混合质量比为0.6:1，沸石的添加量为玉米秸秆和鹿粪混合物干重的15wt％，生物炭的添加量为玉米秸秆和鹿粪混合物干重的7.5wt％。
[0038]
堆肥原料的配置过程为：先将粉碎的玉米秸秆和鹿粪混合，再将粉碎的生物炭混合到玉米秸秆和鹿粪混合物里，最后将研磨后的沸石添加到玉米秸秆、鹿粪和生物炭的混合物里，以搅拌方式混合均匀。
[0039]
材料配置中混合原料的初始含水量调配为70wt％，堆肥过程控制起始温度为40℃，堆肥采用泡沫棉包裹，厚度为50mm，保证每日热损失低于5％。
[0040]
堆肥过程控制含水量不低于55wt％，堆肥过程供氧控制采用通风速率为0.35m3·
m-3
·
min-1
，频率间隔45min通风15min。
[0041]
添加的生物炭固定碳含量不低于18wt％，碳元素含量不低于40wt％，沸石采用ar级斜发沸石。
[0042]
采用上述方法制备的有机肥各项指标均满足《有机肥料》(ny 525-2012)的要求。堆肥时间为14天，实现55℃及以上高温持续8.5天，有效的保证堆肥的无害化效果。特别是有机质含量高，高出标准限值(45％)的35％以上，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)含量(质量分数)超出标准限值(5％)的16.6％，氮含量为3.85％，五氧化二磷含量为1.53％，氧化钾含量为0.45％，减少氮、磷流失的效果非常明显。完全实现不添加其他肥料条件下满足国家标准要求。
[0043]
实施例2
[0044]
本实施例是针对玉米秸秆和牛粪混合制备蔬菜用有机肥。
[0045]
该方法首先对堆肥原材料进行加工，将玉米秸秆粉碎至长度低于3.5cm，将生物炭粉碎至粒径3～5mm，将沸石磨碎至1～5mm。
[0046]
堆肥原料的配置过程为：先将粉碎的玉米秸秆和牛粪混合，再将粉碎的生物炭混合到玉米秸秆和牛粪混合物里，最后将研磨后的沸石添加到玉米秸秆、牛粪和生物炭的混合物里。
[0047]
植物秸秆和牛粪干物质混合质量比为0.4:1，沸石的添加量为玉米秸秆和鹿粪混合物干重的12wt％，生物炭的添加量为玉米秸秆和牛粪混合物干重的3.5wt％。
[0048]
材料配置中混合原料的初始含水量调配为60wt％，堆肥过程控制起始温度为30℃，堆肥采用泡沫棉保温材料包裹，厚度为40mm，每日热损失不超过5％。
[0049]
堆肥过程控制含水量不低于55wt％，堆肥过程供氧控制采用通风速率为0.15m3·
m-3
·
min-1
，频率间隔45min通风15min。添加的生物炭固定碳含量不低于18wt％，碳元素含量不低于40wt％。沸石采用ar级斜发沸石。
[0050]
采用上述方法制备的有机肥各项指标均满足现行标准《有机肥料》(ny525-2012)的要求。堆肥时间为13天，实现55℃及以上高温9天，有效的保证堆肥的无害化效果。特别是有机质含量高，高出标准限值(45％)的15％以上，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)含量(质量分数)超出标准限值(5％)的29.8％，氮含量为4.03％，五氧化二磷含量为2.04％，氧化钾含量为0.42％，该堆肥方法减少氮流失的效果非常明显。
[0051]
实施例3
[0052]
本实施例是针对玉米秸秆和猪粪混合制备农作物用有机肥。
[0053]
该方法首先对堆肥原材料进行加工，将玉米秸秆粉碎至长度低于3.5cm，将生物炭粉碎至粒径3～5mm，将沸石磨碎至1～5mm。
[0054]
堆肥原料的配置过程为：先将粉碎的玉米秸秆和猪粪混合，再将粉碎的生物炭混合到玉米秸秆和猪粪混合物里，最后将研磨后的沸石添加到玉米秸秆、猪粪和生物炭的混合物里。
[0055]
玉米秸秆和猪粪干物质混合质量为0.5:1，沸石的添加量为玉米秸秆和猪粪混合物干重的13.5wt％，生物炭的添加量为玉米秸秆和猪粪混合物干重的5.5wt％。
[0056]
材料配置中混合原料的初始含水量调配为65wt％。堆肥过程控制起始温度为35℃，堆肥采用泡沫棉保温材料，厚度为6cm，每日热损失不超过5％。堆肥过程控制含水量不低于55wt％。堆肥过程供氧控制采用通风速率为0.25m3·
m-3
·
min-1
，频率间隔45min通风15min。添加的生物炭固定碳含量不低于18wt％，碳元素含量不低于40wt％，沸石采用ar级斜发沸石。
[0057]
采用上述方法制备的有机肥各项指标均满足《有机肥料》(ny 525-2012)的要求。堆肥时间为13天，实现55℃及以上高温持续8天，有效的保证堆肥的无害化效果。特别是有机质含量高，高出标准限制(45％)的23.0％以上，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)含量(质量分数)超出标准限值(5％)的37.0％，氮含量为3.96％，五氧化二磷含量为2.44％，氧化钾含量为0.45％，减少氮、磷流失的效果非常明显。
[0058]
实施例4
[0059]
本实施例是针对小麦秸秆和羊粪混合制备农作物用有机肥。
[0060]
该方法首先对堆肥原材料进行加工，将小麦秸秆粉碎至长度低于3.5cm，将生物炭粉碎至粒径3～5mm，将沸石磨碎至1～5mm。
[0061]
堆肥原料的配置过程为：先将粉碎的玉米秸秆和羊粪混合，再将粉碎的生物炭混合到小麦秸秆和羊粪混合物里，最后将研磨后的沸石添加到小麦秸秆、羊粪和生物炭的混合物里。
[0062]
小麦秸秆和羊粪干物质混合质量为0.6:1，沸石的添加量为小麦秸秆和羊粪混合物干重的14.5wt％，生物炭的添加量为小麦秸秆和羊粪混合物干重的6.5wt％。
[0063]
材料配置中混合原料的初始含水量调配为65wt％。堆肥过程控制起始温度为35℃，堆肥采用泡沫棉保温材料，厚度为6cm，每日热损失不超过5％。堆肥过程控制含水量不低于55wt％。堆肥过程供氧控制采用通风速率为0.25m3·
m-3
·
min-1
，频率间隔40min通风10min。添加的生物炭固定碳含量不低于18wt％，碳元素含量不低于40wt％，沸石采用ar级斜发沸石。
[0064]
采用上述方法制备的有机肥各项指标均满足《有机肥料》(ny 525-2012)的要求。堆肥发酵时间为13天，实现55℃及以上高温持续7.5天，有效的保证堆肥的无害化效果。特别是有机质含量高，高出标准限制(45％)的22.3％以上，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)含量(质量分数)超出标准限值(5％)的35.2％，氮含量为3.86％，五氧化二磷含量为2.39％，氧化钾含量为0.51％，减少氮、磷流失的效果非常明显。
[0065]
对比例1
[0066]
鹿粪为原料的常规堆肥，添加秸秆调整到最佳初始碳氮比27.5和最优含水量55％后开始堆肥，堆肥过程正常通风供氧0.25m3·
m-3
·
min-1
，堆肥过程采用保温措施，控制每日热损失低于5％。堆肥发酵时间为32天，55℃以上高温期为4.5天，堆肥完成后制备的有机肥有机质含量46.5％(明显低于本技术)，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)含量为3.17％(低于标准限值5％)，其中氮含量为1.76％，五氧化二磷含量为0.92％，氧化钾含量为0.49％，氮、磷含量显著低于本发明的混合堆肥方法得到的肥料的氮、磷含量，说明氮和磷流失明显。
[0067]
对比例2
[0068]
牛粪常规堆肥，添加秸秆调整到最佳初始碳氮比29.0％和最优含水量57.0％后开始堆肥，堆肥过程正常通风供氧0.25m3·
m-3
·
min-1
，堆肥过程采用保温，控制每日热损失低于5％。堆肥发酵时间为29天，55℃以上高温期为5天，堆肥完成后，制备的有机肥有机质含量48.7％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)含量为3.45％(低于标准限值5％)，其中氮含量为2.17％，五氧化二磷含量为0.87％，氧化钾含量为0.41％，氮、磷含量显著低于本发明的混合堆肥方法得到的肥料的氮、磷含量，说明氮和磷流失明显。
[0069]
对比例3
[0070]
猪粪常规堆肥，添加秸秆调整到最佳初始碳氮比28.2％和最优含水量60.0％后开始堆肥，堆肥过程正常通风供氧0.30m3·
m-3
·
min-1
，堆肥过程采用保温，控制每日热损失低于5％。堆肥发酵时间为27天，55℃以上高温期为5天，堆肥完成后，制备的有机肥有机质含量50.1％，总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)含量为3.57％(低于标准限值5％)，其中氮含量为2.06％，五氧化二磷含量为1.06％，氧化钾含量为0.45％，氮、磷含量显著低于本发明的
混合堆肥方法得到的肥料的氮、磷含量，说明氮和磷流失明显。
[0071]
从以上3个对比示例可以看出，如果要满足有机肥总养分的要求，必须外加化肥，否则肥效不足。常规堆肥方法堆肥周期长，高温期短，有基质含量低，总养分含量明显不足，氮、磷流失严重。
[0072]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。