一种高碳源生物质材料和功能膜双层覆盖堆肥方法

本发明涉及环保，尤其涉及一种高碳源生物质材料和功能膜双层覆盖堆肥方法。

背景技术：

1、畜禽粪便的高效资源化利用和处理过程中的环境污染控制是当今世界面临的重大挑战。随着经济的繁荣，畜牧业在过去十年中急剧扩大，以满足对肉类产品的需求，并导致围绕动物粪便的废物管理问题的扩大。2020年畜禽粪便产量达44.3亿吨，其中氮、磷、钾养分约5323万吨，占中国化肥施用量的89％。好氧堆肥是一种实现畜粪无害化、减量化和资源化利用的绿色方法，可以有效地将畜禽粪便转化为有机肥。然而，堆肥过程中会产生大量的氨气(nh3)、甲烷(ch4)和氧化亚氮(n2o)，不仅会造成养分的损失，还会造成空气污染。粪便管理产生的nh3、ch4和n2o排放量分别占农业排放量的49％、40％和14％。

2、目前，堆肥中的减排方法主要集中在堆肥原料性质调整(c/n、含水率、容重)、供气策略优化(翻料频率、通风量和方法)和添加剂(生物、化学、生物)的使用。覆盖物是好氧堆肥或氧化池中减少气体排放的常用方法，覆盖有机(玉米秸秆、锯末、土壤、腐熟堆肥、功能膜、泥炭等)和无机(沸石等)材料，通过多孔结构吸附减少气体排放。但是大量研究表明，通过覆盖较难达到同时减排污染气体，并且减轻单个污染物有可能会导致其他污染物的增加。秸秆、锯末等有机质材料覆盖对氮减排有较好效果，但是容易吸附饱和和性质变化，无法实现重复利用。近几年功能膜覆盖堆肥成为一种减排效果较好、应用广泛的堆肥方式，功能膜主要包括三层：外两层为保护膜，中层为选择透过性层。膜覆盖堆肥相较于反应器堆肥、槽式堆肥等方式成本较低、应用场景较多，因其选择透过性对污染气体有较好的减排效果。但是大量的水蒸汽和盐分离子会在膜表面冷凝，导致膜孔堵塞降低膜的透气性，并且氨气等腐蚀性气体溶解于膜表面的水层中会对功能膜产生腐蚀作用，减少功能膜的使用寿命。

3、膜覆盖作为堆肥过程中污染气体减排的有效手段，在堆肥过程中应用广泛。中国发明专利(专利号：cn115368175a，公开公布日2022-11-22)公开了一种分子膜覆盖的好氧堆肥方法；中国发明专利(专利号：cn113896586a，公开公告日2022-01-07)公开了一种有机废弃物膜覆盖好氧堆肥微正压气压监测装置。近几年关于分子膜覆盖的专利数量日益剧增，主要集中在膜的制备、膜覆盖堆肥系统构建等，其中以单层膜覆盖为主。单层膜覆盖污染气体减排主要依靠于分子膜的选择透过性和内层的水膜，但是因为物料的差异和膜的损耗，单层膜覆盖污染气体减排效果不稳。针对双层组合覆盖的专利较少，仅有一篇：一种利用纺织用防水透气膜覆盖和沸石吸附联合减少污泥好氧堆肥过程中氨气逸散的方法(专利号：cn110746211a，申请公布日：2020-02-04)，该专利仅利用沸石与透气膜进行双层覆盖，沸石的性质与生物质材料差异较大，且沸石成本较高，回收难。

技术实现思路

1、本发明提供一种高碳源生物质材料和功能膜双层覆盖堆肥方法，用以减少好氧堆肥过程产生的温室气体和臭气排放。本技术中采用的生物质材料作为覆盖物，既可以达到以废治废的目标，又可以作为堆肥物料，无需单独回收和处理，可降低材料和后续处理过程成本。

2、本发明提供一种覆盖堆肥的方法，包括利用生物质层与功能膜两类覆盖物。本发明结合生物质材料和功能膜的优势，利用生物质材料吸收水分，形成污染气体初级减排层，功能膜作为次级阻控层，组合覆盖可达到更好的减排效果，延长膜的使用寿命。

3、所述生物质层主要原料是纤维素含量为35％～50％的生物质材料(优选为高碳源材料)；

4、所述功能膜为具有选择透过性的功能膜。

5、所述功能膜通常为三层，中层为含有选择透过性的聚四氟乙烯或膨体聚四氟乙烯层(优选的，其孔径范围为0.02μm～5μm)，功能膜又称为分子膜、纳米膜、堆肥膜或气流膜。

6、优选的，所述功能膜的两个外层为具有支撑保护作用的材料，进一步优选为聚酯纤维或牛津布。

7、所述生物质层为有机生物质层，生物质材料为秸秆、锯末、园林剪枝、菌糠中的至少一种。

8、优选的，所述高碳源生物质材料，在覆盖前进行应粉碎，使其粒径分布为0.5～2cm。

9、优选的，所述高碳源生物质材料，粉碎后进行含水率的调整，使其初始覆盖含水率应在15％～35％。

10、本发明提供一种覆盖堆肥的方法，所述生物质层与发酵堆体接触。

11、优选的，所述生物质层与发酵堆体接触，后在生物质层上进行功能膜覆盖；

12、优选的，所述发酵堆体为有机固体废弃物发酵堆体。

13、优选的，利用高碳源有机废弃物，进行堆体表面铺设时的铺设厚度为5～15cm。

14、在高碳源生物质层铺设的基础上进行功能膜的铺设，构建层膜双覆盖堆肥系统。

15、根据所述覆盖堆肥的方法，所述堆体的含水率为60％～65％，碳氮比为15～25:1，容重为400～500kg/m3。

16、根据所述覆盖堆肥的方法，在覆盖堆肥时通风。

17、优选的，堆肥发酵的通风量为0.1～0.2l·kg-1dm·min-1，通风方式为连续通风，且通风量应低于或等于功能膜最大可透过风量。

18、根据所述覆盖堆肥的方法，堆体的主要有机原料为畜禽粪便、厨余垃圾和脱水污泥中的一种或多种。

19、根据所述覆盖堆肥的方法，堆体的原料还包括辅料，所述辅料包括农作物秸秆、园林剪枝、稻壳、锯末中的一种或多种。

20、本发明提供所述堆肥覆盖的方法在同步减少堆肥过程挥发性污染气体排放中的应用。

21、优选的，在减少温室气体(比如，n2o、ch4)和臭气(比如nh3)排放中的应用。

22、在本发明的一些实施例中，本发明提供一种高碳源生物质材料和功能膜双覆盖堆肥方法，主要包括堆肥物料调配、高碳源生物质覆盖和功能膜覆盖，具体步骤为：

23、(1)堆肥物料调配：将有机物料(畜禽粪便、厨余垃圾等)和辅料(农作物秸秆、园林剪枝、稻壳、锯末等)按照适当的比例混合后，调节含水率为60％～65％，碳氮比为15～25，在0.1～0.2l·kg-1dm·min-1(低于分子膜的最大通风量)的强制通风下发酵。

24、(2)高碳源生物质材料覆盖：将高碳源生物质材料(秸秆、锯末、园林剪枝、菌糠等)通过粉碎机粉碎至0.5～2cm，通过喷洒水分调节含水率为15％～35％，后均匀铺放在堆体表面，铺设厚度为5～15cm。

25、(3)功能膜覆盖：在覆盖高碳源有机质的基础上进行功能膜的覆盖，形成层膜双覆盖堆肥系统。

26、本发明的有益效果：

27、(1)高碳源生物质和功能膜双覆盖堆肥可实现多种污染气体的协同减排，nh3、n2o、ch4的减排率分别为70％～85％、72％～83％和20％～46％；

28、(2)高碳源生物质和功能膜双覆盖堆肥可提高氮的保留，氮损失降低58％～65％；

29、(3)高碳源生物质和功能膜双覆盖堆肥可减少污染物对膜的污染和腐蚀作用，提高其使用寿命。