CN107698286A - 一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的方法包括如下步骤：1、将待调节含水率的有机固体废弃物和干燥的磁性吸水复合材料按比例混合，调节堆体含水率至60%‑70%；2、进行强制通风与不翻堆高温好氧堆肥发酵；3、堆肥结束后，利用磁性吸水复合材料的磁性特性或尺寸特性进行与堆肥产品的分离，4、通过加热或晾晒方式去除磁性吸水复合材料吸附的水分，循环使用。本发明所使用的磁性吸水复合材料具有自身结构强而稳定，具有很强的吸水性能，调节含水率效果明显；具有的铁磁性使其易于分离，可循环使用；外壳的多孔材料对堆体产生支撑作用，增加堆体空隙、空气流通，去除翻堆工序，降低生产能耗。该磁性吸水复合材料对于有机固体废弃物的堆肥资源化利用具有较高的实用价值。

Description

一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的方法

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的方法。

背景技术

畜禽粪便、餐厨垃圾、城市污泥、城镇生活垃圾、农业废弃物、园林垃圾及其他有机固体废弃物在高温好氧堆肥中由于含水率高、通气性差的特点，易造成堆料空隙的堵塞，影响通风效果并导致厌氧发酵情况的发生，产生硫化氢、氨及其他中间产物，散发难闻气味。同时堆体水分下渗，导致堆体下层结构致密，空气不能达到堆体中央以满足高温好氧微生物生长需求，活性下降，不能产生足够的代谢热能，直接影响堆肥腐熟进程。

目前大量研究结果表明，堆肥第一阶段的含水率控制在50%～70%时，堆体中微生物的生长速率和氧摄入量达到最大，堆肥温度可以维持在一个较高水平。所以调控堆体含水率是堆肥成功的关键，也是最困难的一步。

调控堆体含水率的方法很多，可分为堆肥前调节和堆肥中调节两大类。堆肥前调节就是在堆肥前把堆肥原料的含水率降低至堆肥需要的水平，对污泥、沼渣和生活垃圾中的瓜果蔬菜之类含水率较高的有机固体废弃物需要投入额外能量和设备才能做到，因此较少使用。使用较普遍的堆肥中调节堆体含水率的方法是向高含水率的堆肥原料中加入一定量的较干燥的填充材料，平衡多余的水分，并利用填充材料调节堆体内空间结构，便于堆肥快速高效进行，方法简便实用。填充材料要求结构稳定，吸水能力较强，在堆体中能够起到支撑作用，并且价格低廉。

目前广泛使用的传统有机调理剂（有机填充材料）有木屑、秸秆、稻壳、花生壳、蘑菇渣或几种材料混合使用，如中国发明专利：一种木炭作为外源调理剂在污泥堆肥中的应用（申请号：201310077278.4），按质量比1:0.2:（0.1-0.3）将污泥、稻草与干燥的木炭混合，调节含水率在60%-70%，在堆肥设备内利用静态强制通风及人工翻堆相结合的方式对污泥进行堆肥发酵处理；中国发明专利：以介孔氧化硅为重金属钝化剂和微生物载体的堆肥方法（申请号：201510921421.2），以脱水污泥为原料，添加羊粪和锯末的混合物，添加表面负载堆肥菌剂的介孔氧化硅为调理剂，添加介孔氧化硅为重金属钝化剂，调节含水率为65%，采用动态鼓风的方式进行堆肥；中国发明专利：一种以菌糠作为调理剂的餐厨垃圾堆肥方法（申请号：200810116333.5），将餐厨垃圾进行粉碎，将菌糠均匀拌入餐厨垃圾中，调节含水量在55%-65%进行堆肥处理；中国发明专利：一种添加腐殖土的禽畜粪便好氧堆肥方法（申请号：CN201410608912.7），将秸秆粉碎后和禽畜粪便、腐殖土粉末混合均匀调节含水率，采用间歇强制通风方式进行好氧堆肥。以上专利情况表明，传统的有机调理剂在堆肥过程中参与堆肥反应，自身发生降解，失去了在堆体中的支撑作用，并且因为吸水能力较弱，导致有机调理剂使用量大，且不能循环利用。

为达到更好的对堆体的水分调节和结构调节效果，沸石、木炭、陶粒、陶瓷碎片等无机调理剂（无机填充材料）也用于堆肥中，如中国发明专利：一种污泥堆肥用无机-有机复合调理剂（申请号：201110329543.4）与中国发明专利：一种污泥堆肥用无机-有机复合调理剂（申请号：201410571908.8），其中的无机-有机复合调理剂由多孔陶瓷和木屑按一定比例混合而成，进行污泥堆肥条件改善；中国发明专利：一种调理剂及其在污泥堆肥中的应用（申请号：200810137214.8），利用0.2-10cm的浮石作为调理剂用于污泥堆肥；中国发明专利：一种城市污水处理厂剩余污泥堆肥化处理方法（申请号：201510643491.6），将吸附有纳米零价铁的Fe₃O₄-壳聚糖磁性微球、城市污水处理厂剩余污泥、菜籽饼按1-5:100:20-50混合，再于堆肥反应器中好氧发酵。以上专利中使用的无机调理剂或“复合”调理剂中的无机调理剂，虽然具有较好的机械强度，对堆体结构调节有一定作用，但是吸水性能有限，不能起到良好的水分调节作用，且添加剂粒径小，不易分离并被再次循环使用，致使堆肥产品的无机成分增加，降低产品质量。

以上传统的调理剂（填充材料），无论是有机的还是无机的，如果要调节堆体水分至适宜堆肥的工艺情况（含水率60-70%），其使用量都较大。以1吨污泥的好氧堆肥为例，污水厂污泥脱水车间出来的污泥含水率一般在75％－85％，取中间值80%计算，其中干物质200kg，水分800kg；如需调节污泥含水率至66.7%，则需去除400kg的水分。如果使用有机调理剂，需要添加理论上绝对干燥的有机调理剂200kg；如果使用目前市场最大吸水率为20%的无机调理剂，则需要至少添加2吨。由此可见，在上述典型情况下，传统的无机调理剂基本无法用于堆体水分的调节，而干燥的有机调理剂的使用量与堆肥原料的干重相当，不符合有机固体废弃物处理减量化的原则，增加了生产成本，失去了有机固体废弃物堆肥的最初意义。随着生活有机固体废弃物的日益增多，调理剂的来源和利用成本已成为行业内的一大难题。

发明内容

基于上述现有技术所存在的填充材料（调理剂）调节含水率效果不佳，使用量大，使用成本高等问题，本发明目的提供一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的方法，使用的可循环使用磁性吸水复合材料，避免了其它材料的不足，既能实现对堆体中含水率的调控、改善堆体结构和堆肥化工艺条件，提高堆体通气性和堆肥化速度，降低生产能耗，又能不进入堆肥产品，提高产品品质，易于与堆肥产品分离并循环使用，同时具有一定的微生物载体作用。

本发明的技术方案可通过以下方式实现：

为达到堆肥中水分控制、结构调节、保障品质，降低成本的目的，首先必须在堆肥过程中添加高吸水性材料。高吸水性材料是指可吸收数十倍至数百倍于自身质量的水的物质，其中的高吸水树脂是一种新型功能高分子材料，是具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000倍以上。其次，填充材料必须具有结构支承作用，保障空气流通，但高吸水性材料在吸水后基本没有机械强度，因此需要与具有较高机械强度的金属或非金属（如陶瓷）材料形成一体化的复合材料，水分调节作用由高吸水性材料承担，结构调节作用由具有较高机械强度材料承担。最后，为达到保障堆肥产品品质、降低生产成本的效果，该填充材料（复合材料）必须不直接参与堆肥反应、易分离、易干燥、能循环利用，而使用带微孔防腐蚀的铁磁性材料即可较好地满足这些要求，从而形成可循环使用磁性吸水复合材料。

这种可循环使用磁性吸水复合材料由两部分组成：外壳及内部吸水材料。作为优选，外壳为具有较高强度的铁磁性防腐蚀多孔球形材料，粒径1-5cm；作为优选，内部吸水材料包括但不限于高吸水性材料、高吸水树脂、硅胶、海绵、聚丙烯酸钠及其组合，内部吸水材料吸水率大于100倍。

利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的具体实现方式为：将一定量的干燥磁性吸水复合材料加入高含水率的有机固体废弃物中混合堆肥发酵，吸收堆肥发酵进程中的游离水分，调节堆肥含水率至60%-70%；堆肥采用强制通风与不翻堆方式进行；堆肥结束后将磁性吸水复合材料利用其铁磁特性或尺寸特性与堆肥产品分离；通过加温或晾晒方式脱除复合材料吸附的水分后，循环使用于有机固体废弃物好氧堆肥中。

本发明所公开的这种可循环使用磁性吸水复合材料从发明的技术思路，到新型材料的选择、组合与制作，都说明是一种创新型的高含水率有机原料堆肥专用复合材料，并以此为基础建立起了一种从未被使用的堆肥新方法。

与现有堆肥填充材料及技术方法相比，本发明的有益效果为：与现有堆肥填充材料相比，本发明所使用的磁性吸水复合材料易制造，自身结构及性质稳定，具有比传统填充材料高得多的吸水性能，调节堆体含水率使用量小、效果明显。

本发明所使用的堆肥方法不使用额外的有机调理剂，不参与堆肥腐熟进程，堆肥过程操作简单，有利于有机固体废弃物的减量化，降低堆肥材料成本。

本发明使用的磁性吸水复合材料的具有多孔结构和较高机械强度的外壳可对堆体产生支撑作用，增加堆体空隙、空气流通，不需要翻堆，降低生产能耗和人力。

本发明所使用的磁性吸水复合材料具有的铁磁性及尺寸特性使其易于与堆肥产品分离，易于干燥，能够循环使用，提高堆肥生产效率，降低生产成本。

本发明所使用的磁性吸水复合材料可以完善现有填充材料的不足，同时调节堆肥含水率、空气流通性能，促进堆肥腐殖化进程，在循环使用过程中还具有一定的发酵微生物载体作用，对于有机固体废弃物的堆肥资源化利用具有较高的实用价值。

附图说明：

图1一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥工艺示意图。

具体实施例

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1:

用具有磁性的马氏体不锈钢制作半径为2cm的半球形薄外壳，其上密布小孔，另制作半径2cm海绵中空球体，内装高吸水树脂粉体0.3g；将海绵球以两个半球体外壳扣合形成一体化的磁性吸水复合材料。将此磁性吸水复合材料与含水率85%的新鲜牛粪，按体积比1:3混合均匀，送入堆肥反应器，采用强制通风（通风量：8.5m³/（h·m³））与不翻堆的方式进行高温好氧堆肥，堆肥在开始后9小时进入高温阶段，最高温度达到67.8℃。堆体可维持高温阶段(＞45℃)的时间均超过6d，23天后堆肥腐熟，磁性吸水复合材料与堆肥产品一起过3cm x3cm筛子，并通过磁选机将磁性吸水复合材料与堆肥产品分离回收。将分离出的磁性吸水复合材料加热至60°C去除吸附水分，干燥后备用。

实施例2：

将实施例1分离出的磁性吸水复合材料加热或晾晒去除吸附水分后，与含水率89%的新鲜牛粪，按体积比1:3混合均匀，后送入堆肥反应器，采用强制通风（通风量：8.5m³/（h·m³））与不翻堆的方式进行高温好氧堆肥，堆肥在开始后8-9小时进入高温阶段，最高温度达到66.4℃。堆体可维持高温阶段(＞45℃)的时间均超过5d，24天后堆肥腐熟，磁性吸水复合材料在堆肥产品通过磁选机时与堆肥产品分离，经加热或晾晒去除吸附水分后，可继续循环使用。

基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的方法，其特征在于包含以下步骤：

将一定量干燥的磁性吸水复合材料加入到高含水率的有机固体废弃物中混合堆肥发酵，吸收堆肥发酵进程中产生的游离水分，调节堆体含水率至60%-70%；堆肥采用强制通风与不翻堆方式进行；堆肥结束后将磁性吸水复合材料利用铁磁特性与堆肥产品分离；通过加热或晾晒方式去除磁性吸水复合材料吸附的水分后，循环使用于有机固体废弃物好氧堆肥中。

2.权利要求1所述的一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的方法，其特征在于，所述的磁性吸水复合材料外壳及内部吸水材料组成。

3.权利要求2所述的一种利用可循环使用磁性吸水复合材料堆肥的方法，其特征在于，外壳为具有较高强度的铁磁性防腐蚀多孔球形材料，粒径1-5cm；内部吸水材料由高吸水树脂、硅胶、海绵、聚丙烯酸钠及其组合组成，内部吸水材料吸水率大于100倍。