一种炭基辅料及其制备方法和在禽畜粪便堆肥中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于固体废弃物资源化领域，涉及一种对畜禽粪便进行好氧堆肥处理的工艺，尤其是涉及一种促腐控氨回用型炭基辅料及其制备方法和在禽畜粪便堆肥中的应用。
【背景技术】
[0002]中国畜禽养殖业迅猛发展，极大丰富了市场供给，增加了农民收入，但随之产生的畜禽粪便也给生态环境造成了巨大的压力，据统计，2015年我国畜禽粪便产生总量约60亿吨。由于我国80%以上的集约化畜禽养殖场在前期厂址规划时大多没有综合考虑区域内“农牧结合、种养平衡”，养殖场没有足够数量配套耕地来消纳其产生的粪便，昔日分散的畜禽粪便废弃物，如今已成为巨大的集中污染物来源，量大而集中的畜禽粪便因未能得到及时有效处理，在非用肥季节大量随意露天堆放道路两旁、沟渠水塘，导致农业面源污染加剧，一些城市畜禽养殖场臭气四溢、粪水横流、空气污浊、地下水有害菌群超标，严重影响周围居民的身心健康与生活质量，同时也影响着畜禽养殖业自身的发展。
[0003]堆肥是具有工艺简单、投资少、运行费用低、能有效杀灭病原微生物、解决集约化畜禽养殖场环境污染问题的重要技术途径之一。但是，由于畜禽粪便含水量高、透气性差、含氮量高、碳氮比偏低，一方面导致畜禽粪便堆肥过程不能满足堆肥工艺所需的理化条件，另一方面导致了堆肥升温效果不佳、周期偏长、氮素损失严重等。因此，需要向畜禽粪便堆肥物料中添加辅料，通过调节堆肥物料碳氮比、含水率、堆料空间结构、堆肥养分等，使堆料满足好氧微生物生长对氧气和营养元素的需求。传统的堆肥辅料主要采用秸杆、木肩、菌渣等，但存在投加量大、自身易发生分解、传质效能低、难循环利用和易发生厌氧酸化等不足之处，另外，在一些有机肥料生产基地常因堆肥辅料的供应不足而影响堆肥生产的进度与规模;新型的堆肥辅料，比如:中国发明专利(申请号201210126194.0 )选择1?30mm的调理剂，经酸化液浸泡并干燥后，用于控制堆肥过程的氨挥发；中国发明专利(申请号
201310586928.8)选用厚2?10mm、直径I?5cm的树枝切片改善污泥堆肥过程；中国发明专利(申请号200810137214.8)采用0.2?1cm的浮石改善污泥堆肥过程；中国发明专利(申请号
201110435912.8)投加粒径为0.5?1cm经酸化干燥过的木质均匀体缩短堆肥周期；中国发明专利(申请号201410144229.2)将卜3cm的木质原料经爆破处理后，应用于污泥堆肥中；中国发明专利(申请号201410144368.5)采用物理或化学的方法将堆肥木质调理剂表面炭化后，提高了堆肥产物的含氮率;中国发明专利(申请号201310077278.4)将2?5mm的木炭作为外源调理剂在污泥堆肥中进行应用。
[0004]综合上述已经报道过的新型堆肥辅料，首先，其研发目的大部分主要应用于污泥堆肥生产，而畜禽粪便与污泥在物理结构、化学性状方面均存在显著的差异性，因此，已有新型辅料所述的规格、前处理方式、堆肥应用效果等各方面的工艺参数无法直接应用于畜禽粪便的堆肥生产实践;其次，堆肥过程中氮素损失剧烈、堆肥产品质量低等关键问题依然存在，这主要是畜禽粪便含氮量高、含碳量低，有机氮合物分解过程中氮素以氨气等含氮气体的形式大量向环境中释放，在降低堆肥质量的同时，也严重影响着空气质量;第三，辅料若前处理复杂，或者技术要求较高，或前处理成本太大时，会影响生产经营者的使用积极性;第四，辅料的供给，目前已经成为有机肥料生产规模与进度的关键瓶颈，虽然部分新型辅料可以循环再利用，但是如何让辅料在发挥功能相当的基础上，实现辅料的循环再利用，这方面的技术参数均不明确。因此，研发一种即适用于畜禽粪便堆肥过程，又能促腐提质的材料与方法，十分迫切。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种炭基辅料及其制备方法和在禽畜粪便堆肥中的应用，其目的在于解决传统的堆肥辅料如秸杆、木肩、菌渣等在堆肥时的投加量大、自身易发生分解、传质效能低、难以循环利用和易发生厌氧酸化等问题。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的第一技术方案是:一种炭基辅料，该炭基辅料是经无氧状态下650?750°C高温不完全裂解制得的粒径为5?13cm的非完全炭化的颗粒状生物质均匀体。
[0007]为达到上述目的，本发明采用的第二技术方案是:一种炭基辅料的制备方法，将废弃木材切割加工成5?13cm的颗粒状生物质材料，然后将颗粒状生物质材料置于裂解炉中在无氧条件下进行650?750°C高温不完全裂解处理，裂解时间为75?105分钟，然后冷却、备用，得到所述炭基辅料。
[0008]为达到上述目的，本发明采用的第三技术方案是:一种炭基辅料在禽畜粪便堆肥中的应用，该应用包括以下步骤:
第一步，将畜禽粪便、常规辅料、炭基辅料三者按照体积比为1: 0.33-0.5:0.67?0.5进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之间；
第二步，将所述第一混合物料在发酵设施环境中采用高温好氧发酵方式进行堆肥处理，定期翻堆，经历28?35天发酵周期后出料；
第三步，将炭基辅料从堆肥中筛分出来，炭基辅料的筛分率为70%以上，之后将筛分出的炭基辅料进行风干处理，使其含水率控制在20?30%之间，风干后的炭基辅料作为再利用的炭基辅料；
第四步，再进入下批次堆肥处理时，将畜禽粪便、常规辅料、再次利用的炭基辅料、首次使用的炭基辅料这四者按体积比为I: 0.33-0.5:0.34-0.25:0.33-0.25进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%;再将第二混合物料按照所述第二步的方法进行堆肥处理；
第五步，之后再按照所述第三步的方法将第二混合物物料中的炭基辅料进行筛分、风干处理，处理后的炭基辅料能够按照所述第四步的方法再次循环利用。
[0009]上述第一、第二以及第三技术方案中的有关内容解释如下:
1、上述方案中，所述废弃木材可以为废弃的树枝、树杆。
[0010]2、上述方案中，所述常规辅料选自秸杆、木肩、菌菇渣中的至少一种。
[0011]3、上述方案中，较佳的方案是所述第二步的定期翻堆的方式为当堆肥温度高于75°C时翻堆，或每隔7?10天翻堆一次。
[0012]4、上述方案中，较佳的方案是所述第二步的高温好氧发酵方式过程依次包括升温阶段、高温阶段、降温阶段，所述升温阶段的温度控制为环境温度至50°C，高温阶段的温度控制为50?75°C，降温阶段的温度控制为75°C至环境温度。
[0013]5、上述方案中，较佳的方案是所述第二步的堆肥处理过程中的通风速率为0.01?Im3.min—1.m—3。
[0014]6、上述方案中，炭基辅料的筛分、风干处理是指用孔径2cm的筛子，将炭基辅料从堆肥混合体中筛分出来，筛分率为70%以上，然后将炭基辅料进行风干I?2天后再次作为堆肥辅料使用。
[0015]7、上述方案中，不完全裂解是指将一定规格的粒块状木质材料进行整体均匀炭化，但炭化程度仅为完全炭化的一半，木质材料变成炭基辅料，炭基辅料表面与内部已经形成大量微孔结构，但炭基辅料内部强度仍然保留，炭基辅料的粒径为5?13cm的颗粒状。
[0016]本发明技术机理:本发明的炭基辅料是经高温不完全裂解得到的，制备炭基辅料的原料易得，制作成本低，仅用废弃的树枝树杆甚至废弃的木制品都可制成本发明的炭基辅料。本发明的炭基辅料作为外源调理剂应用在畜禽粪便堆肥中，具有促腐控氨的作用，同时能循环回用。一方面，本发明的炭基辅料具有生物质炭的一些功能，例如具有大量的微孔结构，比表面积大，这样就为微生物的快速生长提供了良好环境，同时其自身还能为微生物提供无机碳养分，进而促进了堆体腐殖化;另一方面，由于畜禽粪便的含水率很高，含水率一般在80?90%之间，为了降低堆体含水率，常规的畜禽粪便的堆肥方法中会投加大量的常规辅料，而本发明的炭基辅料具大量的微孔结构，另外粒块状辅料之间易形成气孔结构，在堆肥体水分偏高的条件下，只需投入较少量的常规辅料和炭基辅料即可使堆肥体的氧气含量得到提升，降低堆肥体容重比，使畜禽粪便堆肥有利于进行高温好氧发酵。
[0017]本发明的有益效果:
(I)与现在技术中的常规辅料相比，本发明炭基辅料在畜禽粪便中的应用减少了常规辅料的投加量、降低了炭基辅料的分解率、改善了堆肥体的理化性状、提高了堆肥的保氮效率、实现了辅料的循环利用；
与现有的新型堆肥辅料相比，无需添加外源的化学投入品、前处理过程主要利用生物质自身裂解所产生的热量、前处理过程节省了前处理过程的能量投入、操作工艺简便、除臭效果明显、投入成本较小、生产速率快，另外，本发明的炭基辅料具备一定的生物质炭的功能，如比表面积大、吸附能力大、微孔结构丰富等特点，由于这些特点能够促进微生物生长，进而有利于促进堆肥材料腐殖化。
[0018](2)与畜禽粪便的常规堆肥措施相比，堆肥的最高温度提高了 10?15°C，氮素的氨挥发损失率减少了 15?20%，提高了堆肥产品的有效养分含量;在相同时间内的堆肥积温提高了14?18%，较常规方法的堆肥周期缩短了2?4 d;堆肥辅料投入量减少了45?55%，另外，由于部分生物质炭在堆肥后残留于有机肥中，提高了堆肥产品的质量。
[0019]总之，与传统的畜禽粪便堆肥相比，本发明具有减少常规辅料使用量、促进增温、减短周期、保氮除臭、炭基辅料可循环利用等功效，对促进以畜禽粪便为原料的有机肥料生产具有重要的现实意义。
【附图说明】
[0020]附图1为促腐控氨回用型炭基辅料制备及其在畜禽粪便堆肥中的应用流程图； 附图2为炭基辅料不同制取温度处理下堆肥积温的变化动态图；
附图3为炭基辅料不同制取温度处理下