一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂及其应用
阅读说明：本技术 一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂及其应用 (Additive for realizing synergistic emission reduction of ammonia gas and greenhouse gas in composting process and application thereof ) 是由 王选 马林 柏兆海 于 2020-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂及其应用,涉及有机废弃物资源化利用技术领域。本发明所述添加剂包括质量比为(0.8～1.2)：(0.8～1.2)的硫酸亚铁和蛭石。将所述添加剂应用到好氧堆肥过程中,可延缓堆肥过程氨气排放峰值,显著降低堆肥过程中氨气的挥发,堆肥过程氮素损失减少24％；堆肥过程中甲烷排放量显著降低80％以上,堆肥过程中总温室气体排放减少55％；且所述添加剂采用的原料价格便宜,使用简便,且不会在环境中积累产生新的化学污染。(The invention provides an additive for realizing synergistic emission reduction of ammonia gas and greenhouse gas in a composting process and application thereof, and relates to the technical field of resource utilization of organic wastes. The additive comprises the following components in percentage by mass (0.8-1.2): (0.8-1.2) ferrous sulfate and vermiculite. When the additive is applied to an aerobic composting process, the emission peak value of ammonia gas in the composting process can be delayed, the volatilization of ammonia gas in the composting process is obviously reduced, and the nitrogen loss in the composting process is reduced by 24%; the methane emission in the composting process is obviously reduced by more than 80 percent, and the total greenhouse gas emission in the composting process is reduced by 55 percent; the raw materials adopted by the additive are low in price and simple and convenient to use, and new chemical pollution cannot be generated due to accumulation in the environment.)
技术领域
本发明属于有机废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂及其应用。
背景技术
近年来，我国集约化畜牧业快速发展，伴随着畜禽废弃物大量产生(年产生量约40亿吨)。堆肥是将畜禽粪便转化成有机肥料的最主要的处理方式，我国每年通过堆肥方式生产商品有机肥达3000万吨。然而，畜禽废弃物堆肥过程中大量氮素(16％～74％，平均为40％)以NH3、N2O等形态损失到环境中，成为雾霾频发和温室气排放的主要源头之一，同时也造成了氮素资源的浪费。
目前，主要通过添加外源物的方法来减少堆肥过程中温室气体的排放，例如：CN105523804A公开了通过添加过磷酸钙的方法；CN106220261A公开了通过添加生物碳的方法；而CN106083331A则公开了通过添加改性生物炭的方法，然而，在实际生产过程中，这些添加剂由于生产成本或工艺等原因，无法大规模应用于堆肥。因此，如何在堆肥过程中减少氨气和温室气体排放成为了堆肥技术发展面临的紧迫任务。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂及其应用，能够通过调控堆肥碳氮转化过程，实现堆肥过程中氨气及温室气体的协同减排。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂，所述添加剂包括硫酸亚铁和蛭石，所述硫酸亚铁和蛭石的质量比为(0.8～1.2)：(0.8～1.2)。
优选的，所述硫酸亚铁还包括硫酸亚铁水溶液。
本发明还提供了上述添加剂在降低堆肥过程中氨气和温室气体排放量中的应用。
本发明还提供了一种降低堆肥过程中氨气和温室气体排放量的方法，包括以下步骤：调节堆肥原料的含水量为55％～75％，与上述添加剂混合后，进行好氧堆肥处理。
优选的，所述堆肥原料包括畜禽粪便和粉碎的玉米秸秆，所述畜禽粪便和所述玉米秸秆的质量比为(1～2):1。
优选的，所述玉米秸秆的长度为1～3cm。
优选的，在堆肥处理开始前或温度升高至50℃以上时添加所述添加剂。
优选的，所述添加剂的添加量为所述堆肥原料干重的5％～10％。
优选的，所述好氧堆肥处理过程中进行连续式通气或间歇式通气，通气量为0.2～1.0L/min/kg堆肥原料，每周翻堆一次。
本发明提供了一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂，将硫酸亚铁和蛭石通过合理配比制成所述添加剂，经过合理添加，即可实现畜禽粪便堆肥过程中氨气和温室气体的协同减排。相比普通堆肥，所述添加剂的使用，延缓了堆肥过程氨气排放峰值，显著降低了堆肥过程中氨气的挥发，堆肥过程氮素损失减少24％。堆肥过程中甲烷排放量显著降低80％以上，堆肥过程中总温室气体排放减少55％；且所述添加剂采用的原料价格便宜，使用简便，且不会在环境中积累产生新的化学污染。
附图说明
图1为经好氧堆肥处理后氨气和温室气体的排放动态变化图，其中a表示氮排放速率，b表示氧化亚氮排放速率，c表示甲烷排放速率，d表示累积氮排放，e表示累积氧化亚氮排放，f表示累积甲烷排放，g表示总温室效应；
图2为不同处理堆肥过程中氨气排放动态对比图，图中C：对照；Composting-C：硫酸亚铁；Composting-P：蛭石；CA：混合添加剂，下同；
图3为为不同处理堆肥过程中氧化亚氮排放动态对比图；
图4为为不同处理堆肥过程中甲烷排放动态对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂，所述添加剂包括硫酸亚铁和蛭石，所述硫酸亚铁和蛭石的质量比为(0.8～1.2)：(0.8～1.2)。
本发明所述添加剂中所述硫酸亚铁和蛭石的质量比优选为1：1，且所述硫酸亚铁呈弱酸性，且可以与氨气反应，形成硫酸铵和氢氧化亚铁沉淀，可降低氨气挥发，同时二价铁易被氧化，与甲烷氧化过程形成竞争，导致甲烷排放增加，所述蛭石为层状结构的硅酸盐，具有较高的阳离子交换能力及电子传递能力，可促进好氧甲烷氧化菌的活性，降低甲烷产生；将两者混合后，可促进堆肥过程中氨气和温室气体的协同减排。在本发明中，所述硫酸亚铁既可以固体形式存在，也可以水溶液形式存在，只需满足上述质量比即可。
本发明为提高添加剂的作用效果，优选将硫酸亚铁溶于水中，制备成硫酸亚铁水溶液，将硫酸亚铁水溶液与蛭石混合均匀，作为添加剂进行应用。本发明对所述硫酸亚铁水溶液的浓度并没有特殊限定，可充分溶解硫酸亚铁即可。本发明对所述硫酸亚铁和蛭石的来源并没有特殊限定，采用本领域的常规市售产品即可。
本发明还提供了上述添加剂在降低堆肥过程中氨气和温室气体排放量中的应用。
本发明还提供了一种降低堆肥过程中氨气和温室气体排放量的方法，包括以下步骤：调节堆肥原料的含水量至55％～75％，与上述添加剂混合后，进行好氧堆肥处理。
本发明所述堆肥原料优选包括畜禽粪便和粉碎的玉米秸秆，且所述畜禽粪便和所述玉米秸秆的质量比优选为(1～2):1。本发明所述玉米秸秆的长度优选为1～3cm。本发明将所述畜禽粪便和所述玉米秸秆混合均匀后形成堆肥原料，调节堆肥原料的含水量至55％～75％，优选调节至58％～62％。本发明对所述含水量的调节方法并没有特殊限定，利用本领域的常规方法调节含水量即可。
本发明所述添加剂可以在堆肥处理开始前添加，也可以在堆肥处理后温度升至50℃以上时添加；且所述添加剂的添加量优选为所述堆肥原料干重的5％～10％。本发明优选根据GB/T8576的标准，利用真空烘箱105℃烘至恒重后，即为干料，此时的重量即为堆肥原料干重。
本发明优选采用强制通风方式进行所述好氧堆肥处理，通风方式优选包括连续式通气或间歇式通气，通气量优选为0.2～1.0L/min/kg堆肥原料，每周翻堆一次。本发明所述好氧堆肥处理的时间优选为28d。利用本发明所述方法，虽然可将氧化亚氮(N2O)的排放量由10.5mg N kg-1(干物质)提升至15.8mg N kg-1(干物质)，但是氨气(NH3)排放量由2614.9mg N kg-1(干物质)降低至1994.0mg N kg-1(干物质)，甲烷(CH4)排放量由862.9mg Ckg-1(干物质)降低至129.6mg C kg-1(干物质)，总温室气体排放量由45.9g CO2-eq kg-1降至21.1g CO2-eq kg-1，因此本发明所述方法延缓了堆肥过程氨气排放峰值，显著降低了堆肥过程中氨气的挥发，减少氮损失。
下面结合实施例对本发明提供的一种使堆肥过程中氨气和温室气体协同减排的添加剂及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
堆肥主要原料为鲜牛粪，取自石家庄市栾城区鼎源牧业奶牛场。以玉米秸秆为辅料，将固体粪便(20kg)与粉碎后的玉米秸秆(长度1～3cm，10kg)按照2：1比例混合，调节混合物料的含水率约为68％，按照混合物料干重(9.6kg)的5％加入添加剂(480g)。
添加剂：将240g硫酸亚铁溶于500ml水中，与240g蛭石混合。
将添加剂与堆肥物料充分混合均匀(CA表示)，以无添加剂的堆肥处理作为对照(C表示)，同时再设置只添加相同量硫酸亚铁(240g/500ml，Composting-C)以及只添加蛭石(240g，Composting-P)的对比实验，采用连续式强制通风方式进行好氧堆肥处理，通气量为0.2L/min/kg干物质，每周翻堆一次，堆肥周期28天。初始物料理化性质如表1所示，经好氧堆肥处理后，氨气和温室气体排放动态变化如表2和图1～4所示，所述添加剂可有效降低堆肥过程的氨排放。相比普通堆肥(C)，添加剂堆肥(CA)可延迟并降低NH3排放峰，累积排放可降低24％。但CA处理会加剧堆肥过程的氧化亚氮(N2O)排放，表明NH3和N2O的排放互相影响。CA处理的N2O排放峰出现在堆肥后的15天，但C处理无明显的N2O排放峰，两者的累积N2O排放量分别为15.8和10.5mg N kg-1(干物质)。不同堆肥处理甲烷(CH4)排放的规律与NH3相似，添加剂可降低堆肥过程中CH4排放，CA处理的累积CH4排放量为129.6mg C kg-1，不足C处理的1/5。CA处理总温室气体排放为21.1g CO2-eq kg-1，不足C处理排放量的1/2(45.9g CO2-eq kg-1)。综合而言，所述添加剂可协同降低畜禽粪便堆肥过程NH3和温室气体排放。
表1堆肥原料(奶牛粪+玉米秸秆)物理化学特性
表2各处理氨气和温室气体累积排放量(物料干重)
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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