CN104692848A - 有机固体废弃物的发酵方法 - Google Patents

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郭晓博
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Abstract

有机固体废弃物的发酵方法，包含以下操作步骤：(1)取有机固体废弃物为原料，调节C/N比为20～35：1，含水率为55～70％；(2)按照步骤(1)中有机固体废弃物原料的湿重计添加质量分数为5～15％脱硫石膏与步骤(1)中所得有机固体废弃物混合形成堆体，发酵。本发明为解决现有技术中对有机固体废弃物发酵处理过程中导致氨氮排放较多污染空气、发酵后肥效不佳等问题，发明一种有机固体废弃物的发酵方法，旨在减少有机固体废弃物发酵过程中氨氮的排放量的同时提高发酵后肥料肥效。

Description

有机固体废弃物的发酵方法
技术领域
本发明属于有机固体废弃物资源化利用技术领域，特别涉及一种有机固体废弃物的发酵方法。
背景技术
随着人口的***式增长，人们对畜牧产品的需求也日益增加，畜牧业因此经历了持续快速发展，并日趋规模化、集中化和产业化程度显著提高，但畜牧业的高密度化，使畜禽粪便量大大超过了其周围环境的处理和使用能力，从而对环境造成污染并形成公害。
堆肥化被认为是一种有机固体废弃物资源化、无害化、减量化的有效手段。堆肥是利用自然界广泛存在的微生物，通过人为调节和控制，促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。通常所说的堆肥一般是高温好氧堆肥，它是利用高温杀死堆体中的病菌及杂草种子，获得高效的有机肥料。然而堆肥也是有害气体释放的源头，特别是NH3、N2O和CH4，NH3排放不仅引起恶臭和酸雨，而且是堆肥过程中氮素损失的重要原因，生活垃圾堆肥和禽畜粪便堆肥中NH3排放引起的氮损失分别占初始氮含量的24-33％和46.8-77.4％。研究人员在猪粪与不同调理剂共同堆肥中发现，最大的NH3排放量已超过总氮损失的92％。因此减少堆肥过程中NH3排放，促进NH3通过硝化作用转化为稳定的硝酸盐氮，是堆肥过程中重要的保氮机制。
目前有机固体废弃物处理及资源化利用技术王岩等研究了锯末、稻壳、稻草作为物理调理剂对牛粪堆肥NH3挥发的影响，结果表明，这几种调理剂均能减少氨气排放，其中锯末效果最好，其次是稻壳，稻草减少氨气排放效果最差。Kithome等在鸡粪好氧堆肥过程中评估了不同吸附剂对氨气的吸附能力，发现沸石可有效降低氨气损失49％，但黄懿梅等在鸡粪锯末高温堆肥过程中发现，沸石对NH3的吸收基本无效，其原因是堆体中水分含量太高，削弱了沸石对NH3的吸附。由于有机固体废弃物发酵过程复杂，上述类似方法不够稳定可靠。工业上也有利法用稀硫酸吸收中和氨气，其主要工艺有喷雾和填料式。国外有报道采用折叠式膜、悬浮式生物垫等产品，用于覆盖堆体，减少堆肥过程中氨气排放。这些工艺需要特殊的除臭装置，增加了运行成本而且操作复杂。
脱硫石膏又称烟气脱硫石膏，是工业上对燃烧含硫燃料(煤、油等)后产生的烟气脱硫净化过程中产生的工业废弃物，脱硫石膏的主要成分是含两个结晶水的二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)。根据我国电煤的含硫量，2010年之后，每年将要排放近亿吨副产物——脱硫石膏，其大量搁置，不仅占用大量的土地资源，也对生态环境存在潜在危险。
发明内容
本发明为解决上述技术对有机固体废弃物发酵处理过程中导致氨氮排放较多污染空气、发酵后肥效不佳等问题，发明一种有机固体废弃物的发酵方法，旨在减少有机固体废弃物发酵过程中氨氮的排放量的同时提高发酵后肥料肥效。
为实现上述技术目的，本发明技术方案如下：
有机固体废弃物的发酵方法，包含以下操作步骤：
(1)取有机固体废弃物为原料，调节C/N比为20～35：1，含水率为55～70％；
(2)按照步骤(1)中有机固体废弃物原料的湿重计添加质量分数为5～15％脱硫石膏与步骤(1)中所得有机固体废弃物混合形成堆体，发酵。
优选的是，步骤(1)中通过具有不同C/N比的有机物固体废弃物互相调节原料的C/N比为20～35:1。
优选的是，所述的有机物固体废弃物为鸡粪、人粪、下水污泥、猪粪、牛粪、糖厂滤泥、菌棒渣、垃圾、秸秆、草本泥炭中的至少一种。
优选的是，所述的垃圾为有机固体废弃物垃圾。
优选的是，步骤(2)中发酵时间为6～50d。
优选的是，步骤(2)中发酵时间为27～50d。
优选的是，发酵过程中每隔3～10d对堆体翻堆或通风。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明发酵方法，通过在发酵过程中添加了脱硫膏，能有效的将发酵堆体中的NH4 +与SO4 2-生成硫酸铵盐，以及NH4 +可以交换Ca2+等阳离子，最终将N素固定在肥料中，明显提高有机固体废弃物发酵过程中氨氮含量，提高了59.78％，使得有机固体废弃物发酵后所得肥料肥效更佳；
2、在有机固体废弃物发酵过程中添加脱硫石膏，可以实现对脱硫石膏的再利用，减少了对脱硫石膏的处理成本，实现以废治废的目的，降低了生产成本；
3、因为脱硫石膏能显著降低碱化土壤的简化度(ESP)、钠吸附比(SAR)和pH值，因此，利用脱硫石膏对有机固体废弃物进行发酵处理所得肥料，能改善使用堆肥产品的土壤性能；
4、本发明发酵方法操作简单易行，产品中氨氮较为稳定，而且发酵过程中无需添加菌种即得较好肥效的肥料，更进一步的降低了生产成本低。
附图说明
图1为本发明实施例与对比实施例发酵过程中堆体温度随时间的变化图，其中CK曲线代表对比实施例发酵过程中堆体温度随时间的变化，T曲线代表本发明实施例6发酵过程中堆体温度随时间的变化，Room曲线代表发酵环境下室温的温度随时间的变化。
图2为本发明实施例6与对比实施例发酵过程中堆体中氨氮含量随时间的变化图，其中CK曲线代表对比实施例发酵过程中堆体中氨氮含量随时间的变化，T曲线代表本发明实施例6发酵过程中堆体中氨氮含量随时间的变化，。
具体实施方式
以下参照具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受制于本发明的实施方式。实施例中所用的有机固体废弃物C/N比由下列所示：
其中，秸秆有甘蔗叶、稻杆、玉米杆等。
实施例1
取20kg菌棒渣作为原料，然后加入8kg新鲜猪粪粪、3kg新鲜鸡粪放入体积为60L的敞口发酵罐中调节原料中C/N比为20～35:1，控制原料中含水率为55％，然后加入1.6kg的脱硫石膏(即占5％)充分混合均匀，形成堆体，在室温下进行发酵，发酵过程中每隔3d进行一次翻堆或者通风，发酵6d即可。
实施例2
取15kg糖厂滤泥作为原料，然后加入10kg新鲜牛粪、1kg甘蔗叶(粉碎至＜2cm)放入体积为60L的敞口发酵罐中调节原料中C/N比为20～35:1，控制原料中含水率为60％，然后加入2.6kg的脱硫石膏(即占10％)充分混合均匀，形成堆体，在室温下进行发酵，发酵过程中每隔5天进行一次翻堆或者通风，发酵21d即可。
实施例3
取15kg草木泥炭作为原料，然后加入10kg新鲜猪粪粪、10kg新鲜鸡粪、10g人粪、10g下水污泥放入体积为60L的敞口发酵罐中调节原料中C/N比为20～35:1，控制原料中含水率为70％，然后加入8.25kg的脱硫石膏(即占15％)充分混合均匀，形成堆体，在室温下进行发酵，发酵过程中每隔10d进行一次翻堆或者通风，发酵27d即可。
实施例4
取15kg有机固体废弃物垃圾作为原料，然后加入10kg新鲜猪粪粪、10kg新鲜鸡粪、10g人粪、10g下水污泥放入体积为60L的敞口发酵罐中调节原料中C/N比为20～35:1，控制原料中含水率为70％，然后加入3.9kg的脱硫石膏(即占13％)充分混合均匀，形成堆体，在室温下进行发酵，发酵过程中每隔10d进行一次翻堆或者通风，发酵40d即可。
实施例5
取15kg玉米杆(粉碎至＜2cm)作为原料，然后加入20kg新鲜鸡粪放入体积为60L的敞口发酵罐中调节原料中C/N比为20～35:1，控制原料中含水率为60％，然后加入3.5kg的脱硫石膏(即占10％)充分混合均匀，形成堆体，在室温下进行发酵，发酵过程中每隔3d进行一次翻堆或者通风，发酵50d即可。
实施例6
取15kg糖厂滤泥作为原料，然后加入10kg新鲜牛粪、1kg甘蔗叶(粉碎至＜2cm)放入体积为60L的敞口发酵罐中调节原料中C/N比为20～35:1，控制原料中含水率为60％，然后加入2.6kg的脱硫石膏(即占10％)充分混合均匀，形成堆体，在室温下进行发酵50d，发酵过程中进行取样，取样时间为0、3、6、9、12、15、21、27、33、40、50d，每次取样前进行充分翻堆，保证堆体好氧发酵和取样的均一性。样品4℃保藏，用于后续的氨氮含量分析。
对比实施例：
取15kg糖厂滤泥作为原料，然后加入10kg新鲜牛粪、1kg甘蔗叶(粉碎至＜2cm)放入体积为60L的敞口发酵罐中调节原料中C/N比为20～35:1，控制原料中含水率为60％，形成堆体，在室温下进行发酵50d，发酵过程中进行取样，取样时间为0、3、6、9、12、15、21、27、33、40、50d，每次取样前进行充分翻堆，保证堆体好氧发酵和取样的均一性。样品4℃保藏，用于后续的氨氮含量分析。
以实施例6与对比实施例采集数据，实施例6为(T)，对比实施例为(CK)，堆置期间每天上午10点定时用精密式数显温度计于堆体三个不同位置测温度，取平均值作为当天的堆温，得出附图1；氨氮含量用氯化钾溶液提取-分光光度法测定(中华人民共和国国家环境保护标准HJ 634—2012)，得出附图2。
由附图1可以看出，堆肥开始发酵后温度迅速上升，第1d即可达到53℃，高温期(50℃以上)持续8天，达到了高温堆肥的卫生指标(中华人民共和国标准《粪便无害化卫生标准》，GB7959-87)。
由附图2可以看出，氨氮含量呈先增加后减少最后稳定的趋势，高温期实施例6和对比实施例中氨氮含量最高分别为2866.029mg●kg-1DM和1948.527mg●kg-1DM，实施例6中氨氮含量提高了59.78％。因此添加脱硫石膏可以明显提高堆体中氨氮含量，减少NH3挥发引起的N素损失，这是由于堆体中NH4 +与SO4 2-生成硫酸铵，以及NH4 +可以交换Ca2+等阳离子，将N素固定下来。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (7)

1.一种有机固体废弃物的发酵方法，其特征在于，包含以下操作步骤：
(1)取有机固体废弃物为原料，调节C/N比为20～35：1，含水率为55～70％；
(2)按照步骤(1)中有机固体废弃物原料的湿重计添加质量分数为5～15％脱硫石膏与步骤(1)中所得有机固体废弃物混合形成堆体，发酵。
2.根据权利要求1所述有机固体废弃物的发酵方法，其特征在于：步骤(1)中通过具有不同C/N比的有机物固体废弃物互相调节原料的C/N比为20～35:1。
3.根据权利要求1或2所述有机固体废弃物的发酵方法，其特征在于：所述的有机物固体废弃物为鸡粪、人粪、下水污泥、猪粪、牛粪、糖厂滤泥、菌棒渣、垃圾、秸秆、草本泥炭中的至少一种。
4.根据权利要求3所述有机固体废弃物的发酵方法，其特征在于：所述的垃圾为有机固体废弃物垃圾。
5.根据权利要求1所述有机固体废弃物的发酵方法，其特征在于：步骤(2)中发酵时间为6～50d。
6.根据权利要求1所述有机固体废弃物的发酵方法，其特征在于：步骤(2)中发酵时间为27～50d。
7.根据权利要求1所述有机固体废弃物的发酵方法，其特征在于：发酵过程中每隔3～10d对堆体翻堆或通风。
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