一种离子液体添加剂强化秸秆联合堆肥的方法
阅读说明：本技术 一种离子液体添加剂强化秸秆联合堆肥的方法 (Method for strengthening straw combined composting by ionic liquid additive ) 是由 邓芸 马欢欢 王星星 季蒙蒙 阮文权 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种离子液体添加剂强化秸秆联合堆肥的方法,属于固废处理技术领域。本发明方法以秸秆为主体,联合餐厨废弃物和牛粪进行联合堆肥,并通过添加少量离子液体作为外源添加剂提高腐殖质含量和稳定性,提升堆肥品质,主要体现在刺激微生物活性,提高与木质纤维素降解相关的酶活性、木质纤维素降解相关的微生物群落的特异性和丰度,从而促进木质纤维素降解,并加速腐殖化进程,提升了堆肥产品中腐殖质含量和稳定性。此外,外源添加剂降低了堆体的pH和脲酶活性,从而减少了氮损失,提高了堆肥产品的营养元素氮的含量,减少了堆肥的臭气产生和二次环境污染,产品的总养分含量达到《有机肥料》农业行业标准(NY525-2012),无需额外添加其它无机肥。(The invention discloses a method for strengthening straw combined composting by using an ionic liquid additive, and belongs to the technical field of solid waste treatment. The method provided by the invention has the advantages that the straw is taken as a main body, the kitchen waste and the cow dung are combined for combined composting, a small amount of ionic liquid is added as an exogenous additive to improve the content and stability of humus and improve the quality of the compost, and the method is mainly embodied in that the activity of microorganisms is stimulated, the activity of enzymes related to lignocellulose degradation and the specificity and abundance of microbial communities related to the lignocellulose degradation are improved, so that the lignocellulose degradation is promoted, the humification process is accelerated, and the content and stability of humus in compost products are improved. In addition, the exogenous additive reduces the pH value and urease activity of the compost, thereby reducing nitrogen loss, improving the content of nutrient element nitrogen of compost products, reducing odor generation and secondary environmental pollution of the compost, enabling the total nutrient content of the products to reach the agricultural industry standard of organic fertilizer (NY525-2012), and not needing to additionally add other inorganic fertilizers.)
技术领域
本发明涉及一种离子液体添加剂强化秸秆联合堆肥的方法，属于固废处理技术领域。
背景技术
在我国耕地质量普遍下降的严峻形势下，发展和推广有机肥已经成为我国农业生产的一项基本国策，但我国有机肥的生产能力还远远不能满足国内外需求。全世界每年生产7亿吨以上的木质纤维素，提供了丰富的生物质原料来源，并对环境造成巨大压力。
秸秆的主要成分是木质纤维素，是纤维素、半纤维素和木质素组成的三维立体结构。由于木质素包裹在纤维素和半纤维素外面，复杂的交联结构使微生物及其分泌的酶很难进入秸秆内部，导致降解难，其次是纤维素高结晶度的结构不利于降解，这最终会导致腐殖化程度低，因此很难以秸秆为主要原料进行堆肥，而只能在堆肥中添加少量作为添加剂。目前很多有机肥的养分含量难以达到《有机肥料》农业行业标准(NY525-2012)，因此，许多有机肥产品需要额外添加磷酸二氢铵等无机肥以增加N、P含量，才能满足标准从而出售,在添加过程中会有氨气释放造成环境污染。此外，减少堆肥过程中的氮损失是减少堆肥的二次环境污染、减少臭气产生和提高堆肥质量的一个重要研究内容。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提高一种强化高效使用秸秆堆肥的方法，以秸秆为主要原料，联合餐厨废弃物和牛粪进行联合堆肥，并在此基础上，通过添加少量离子液体作为外源添加剂，可以刺激微生物活性，提高与木质纤维素降解相关的酶活性，并提高木质纤维素降解相关的微生物群落的特异性和丰度，从而促进木质纤维素降解，并加速腐殖化进程，提升了堆肥产品中腐殖质含量和稳定性。此外，外源添加剂降低了堆体的pH和脲酶活性，从而减少了氮损失，提高了堆肥产品的营养元素氮的含量，减少了堆肥的臭气产生和二次环境污染。产品的总养分含量达到《有机肥料》农业行业标准(NY525-2012)，无需额外添加其它无机肥。
本发明的第一个目的是提供一种强化秸秆联合堆肥的方法，包括如下步骤：
(1)将秸秆粉碎，然后与餐厨废弃物、牛粪混合，获得堆体；
(2)然后向堆体中加入离子液体作为外源添加剂，并加水调节含水率为60％-70％；
(3)室温环境开始发酵，发酵结束后获得有机肥。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，秸秆、餐厨废弃物和牛粪的质量比为8：(1-4)：(1-8)。具体可选8：1：1或4：2：1或4：1：4。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，堆体的碳氮比控制在20-25；优选为25。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，秸秆粉碎至5cm以下；优选2cm。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，离子液体为氯化羧甲基铵[Gly][Cl]，结构如下所示：
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，离子液体相对堆体的质量分数为0.5％-1％。优选1％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，加水调节含水率优选为60％左右。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中，发酵的时间为30天。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括如下步骤：
(1)将秸秆粉碎至5cm以下；然后按秸秆、餐厨废弃物和牛粪的质量比为8：1：1或4：2：1或4：1：4等比例混合均匀，调节初始碳氮比为20-25；
(2)加入堆体质量0.5％-1％的[Gly][Cl]，并加水调节含水率在60％-70％；
(3)好氧发酵30天，获得有机肥。
在本发明的一种实施方式中，离子液体作为添加剂是通过刺激微生物活性，提高与木质纤维素降解相关的酶活性，并提高木质纤维素降解相关的微生物群落的特异性和丰度，从而促进木质纤维素降解，并加速腐殖化进程，提升了堆肥产品中腐殖质含量和稳定性。此外，外源添加剂降低了堆体的pH和脲酶活性，从而减少了氮损失，提高了堆肥产品的营养元素氮的含量，减少了堆肥的臭气产生和二次环境污染。
本发明还基于上述方法制备提供了一种有机肥。
本发明还提供了上述方法在固废处理方面的应用。
本发明的有益效果：
1、提高了堆肥产品总养分(即氮磷钾)和腐殖质含量，以及堆肥的稳定性。
2、选用的外源添加剂[Gly][Cl]添加量少，不超过1wt％，成本低。
3、减少了堆肥过程中的氮损失，减少了堆肥的臭气产生和二次环境污染。
4、产品的总养分含量达到《有机肥料》农业行业标准(NY525-2012)，无需额外添加其它无机肥。
具体实施方式
下述涉及的术语含义说明：
最高温度：30天堆肥过程中，堆体温度最高时的温度
木质纤维素降解率(wt.％)：其中木质纤维素使用范氏纤维洗涤法测定。
总养分(wt.％)：指堆肥的氮磷钾含量之和，测定方法参考《有机肥料》农业行业标准(NY525-2012)。
腐殖质(g/kg)：是有机质通过微生物作用形成的复杂、较稳定的大分子有机化合物，测定方法参考《沼渣与餐厨废弃物、牛粪联合堆肥的腐殖化进程研究》。
TN(wt.％)：指堆肥的总氮含量，测定方法参考《有机肥料》农业行业标准(NY525-2012)。
下述实施例涉及的原料的理化性质如下所示：
实施例1
(1)将秸秆粉碎至2cm以下，挑拣出餐厨废弃物中的餐巾纸、塑料等杂物，牛粪捏碎混匀；按秸秆、餐厨废弃物和牛粪的质量比为8:1:1混合均匀，调节初始碳氮比为25，获得堆体；
(2)分别取5kg堆体装入3个4.1×2.75×1.9L的泡沫箱中，相应加入堆体质量1％的[Gly][Cl]，然后加水调节含水率在60％，混合均匀；
(3)室温下开始发酵，发酵30天，获得有机肥。
测定得到最高温度、木质纤维素降解率、总养分和腐殖质的实验数据，均取平均值。结果见表1。
表1强化水稻秸秆联合堆肥所得有机肥的结果(σ＝0.28-2.24)
此实施例为最佳效果，此时条件为秸秆粉碎至2cm以下，初始C/N为25，含水率为60％，1％[Gly][Cl]添加剂。
实施例2
(1)将秸秆粉碎至2cm以下，挑拣出餐厨废弃物中的餐巾纸、塑料等杂物，牛粪捏碎混匀；按秸秆、餐厨废弃物和牛粪的质量比为8:1:1混合均匀，调节初始碳氮比为25，获得堆体；
(2)分别取5kg堆体装入3个4.1×2.75×1.9L的泡沫箱中，加入堆体质量0.5％的[Gly][Cl]，然后加水调节含水率在60％，混合均匀；
(3)室温下开始发酵，发酵30天，获得有机肥。
测得最高温度、木质纤维素降解率、总养分和腐殖质的实验数据，均取平均值。结果见表2。
表2强化水稻秸秆联合堆肥所得有机肥的结果(σ＝0.24-2.29)
对比例1
(1)将秸秆粉碎至2cm以下，挑拣出餐厨废弃物中的餐巾纸、塑料等杂物，牛粪捏碎混匀；按秸秆、餐厨废弃物和牛粪的质量比为8:1:1混合均匀，调节初始碳氮比为25，获得堆体；
(2)分别取5kg堆体装入3个4.1×2.75×1.9L的泡沫箱中，加水调节含水率在60％；
(3)室温下开始发酵，发酵30天，获得有机肥。
测定得到最高温度、木质纤维素降解率、总养分和腐殖质的实验数据，均取平均值。结果见表3。
表3强化水稻秸秆联合堆肥所得有机肥的结果(σ＝0.31-2.26)
对比例2
(1)将秸秆粉碎至2cm以下，挑拣出餐厨废弃物中的餐巾纸、塑料等杂物，牛粪捏碎混匀；按秸秆、餐厨废弃物和牛粪的质量比为4:2:1混合均匀，调节初始碳氮比为23，获得堆体；
(2)分别取5kg堆体装入3个4.1×2.75×1.9L的泡沫箱中，加水调节含水率在60％；
(3)室温下开始发酵，发酵30天，获得有机肥。
测得最高温度、木质纤维素降解率、总养分和腐殖质的实验数据，均取平均值。结果见表4。
表4强化水稻秸秆联合堆肥所得有机肥的结果(σ＝0.35-2.23)
对比例3
(1)将秸秆粉碎至2cm以下，挑拣出餐厨废弃物中的餐巾纸、塑料等杂物，牛粪捏碎混匀；按秸秆、餐厨废弃物和牛粪的质量比为8:1:1混合均匀，调节初始碳氮比为25，获得堆体；
(2)分别取5kg堆体装入3个4.1×2.75×1.9L的泡沫箱中，加水调节含水率在70％；
(3)室温下开始发酵，发酵30天。
测得最高温度、木质纤维素降解率、总养分和腐殖质的实验数据，均取平均值。结果见表5。
表5强化水稻秸秆联合堆肥所得有机肥的结果(σ＝0.35-2.22)
对比例4
参照实施例1，将步骤(3)中的离子液体由[Gly][Cl]替换为表6中所示的其他离子液体，其他不变：
(1)将秸秆粉碎至2cm以下，挑拣出餐厨废弃物中的餐巾纸、塑料等杂物，牛粪捏碎混匀；按秸秆、餐厨废弃物和牛粪的质量比为8:1:1混合均匀，调节初始碳氮比为25，获得堆体；
(2)分别取5kg堆体装入3个4.1×2.75×1.9L的泡沫箱中，相应加入堆质量1％的离子液体，然后加水调节含水率在60％，混合均匀；
(3)室温下开始发酵，发酵30天，获得有机肥。
测定得到最高温度、木质纤维素降解率、总养分和腐殖质的实验数据，均取平均值。结果见表6。
表6强化水稻秸秆联合堆肥所得有机肥的结果(σ＝0.28-2.24)
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种酿酒柠檬专用肥及其使用方法