一种畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化并保氮方法技术

本发明专利技术主要是一种畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化并保氮方法。所述方法包括，将畜禽粪便、重金属钝化材料、生化抑制剂和调理剂按照一定比例和先后顺序混合后进行好氧堆肥。按重量份数计，畜禽粪便、重金属钝化材料、生化抑制剂、调理剂添加比例为1:0.005‑0.2:0.001‑0.01:0.3‑0.5，重金属钝化材料包括改性生物炭、改性磷矿粉、改性沸石、改性海泡石和石灰中的一种或几种。采用自然条件下通风翻堆，堆制30‑45天。本发明专利技术利用畜禽粪便、秸秆等畜禽养殖业和农业有机废弃物为原料进行好氧堆肥，为降低畜禽粪便中重金属生物有效性和减少氮素养分损失提供技术指导，同时得到一种优质有机肥料，为农业健康可持续发展提供方案。

A Method of Heavy Metal Passivation and Nitrogen Preservation in Aerobic Composting of Livestock and Poultry Feces

The invention mainly relates to a method for passivating heavy metals and preserving nitrogen in the aerobic composting process of livestock and poultry manure. The method comprises mixing livestock and poultry manure, heavy metal passivating material, biochemical inhibitors and conditioners in a certain proportion and sequence before aerobic composting. According to weight, the proportion of livestock manure, heavy metal passivating materials, biochemical inhibitors and conditioners is 1:0.005 0.2 0.001 0.01 0.3 0.5. Heavy metal passivating materials include modified biochar, modified phosphate rock powder, modified zeolite, modified sepiolite and lime. The stack was turned over by ventilation under natural conditions for 30 to 45 days. The invention utilizes livestock and poultry manure, straw and other livestock and poultry farming and agricultural organic wastes as raw materials for aerobic composting, which provides technical guidance for reducing the bioavailability of heavy metals in livestock and poultry manure and reducing the loss of nitrogen nutrients, and obtains a high-quality organic fertilizer, which provides a scheme for the healthy and sustainable development of agriculture.

【技术实现步骤摘要】
一种畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化并保氮方法
本专利技术涉及畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化技术，属于畜禽粪便资源化利用

技术介绍
近年来，我国畜禽养殖业不断发展，同时畜禽粪便产生总量大，统计结果表明我国当前畜禽粪便达38亿t(鲜)[参考文献1：牛新胜,巨晓棠.我国有机肥料资源及利用[J].植物营养与肥料学报,2017,23(06):1462-1479.]，然而，我国有机肥料资源利用率较低，资源化利用水平不足，堆肥和产沼处置比例低于30％，直接还田的占50％以上，未经处理的占20％以上，高效处理率仅约三分之一，处理效率低[参考文献2：金继运.我国肥料资源利用中存在的问题及对策建议[J].中国农技推广,2005(11):4-6.]。与此同时，畜禽粪便中含有大量的氮磷元素，如果不合理处置，会引起一系列的环境问题，例如恶臭气体和温室气体排放、水体富营养化和地下水污染等，影响畜禽生长和人体健康。畜禽粪便作为有机肥农用既可实现大量处置畜禽粪便，解决环境污染问题，又能够利用其中的养分促进作物生长和提高耕地肥力水平。然而，畜禽养殖业因饲料添加剂和兽药等使用，畜禽粪便中常含有重金属(铜、锌、镉、砷等)微量元素，由于过量添加和畜禽对重金属元素吸收率低，导致大量重金属通过粪便排出体外进入环境中[参考文献3：王飞,赵立欣,沈玉君,孟海波,向欣,程红胜,罗煜.华北地区畜禽粪便有机肥中重金属含量及溯源分析[J].农业工程学报,2013,29(19):202-208.]，尤其是土壤环境，含有大量重金属的畜禽粪便作为农用有机肥料，长期施用可导致农田土壤重金属累积，这使得畜禽粪便后续利用过程存在造成土壤—作物系统中重金属积累甚至污染的潜在风险。如何降低畜禽粪便中重金属的生物有效性，是畜禽粪便资源化、无害化利用的关键。好氧堆肥能在一定程度上钝化重金属，降低重金属的生物有效性，但是其对重金属的钝化效率低，并且堆肥过程中存在氮素损失，如NH3挥发和NxO排放，此外，普通堆肥存在腐熟程度低，品质差等问题。本专利技术通过在好氧堆肥过程中加入重金属钝化材料、生化抑制剂、调理剂进行有效调控，为降低畜禽粪便中重金属的有效性，以及减少氮素损失提供一种方法，既能够有效缓解畜禽养殖带来的环境污染问题，又能够提供一种无害化、资源化的有机肥料，为有机肥料的生产和安全利用提供科学支持。
技术实现思路
为解决降低畜禽粪便重金属生物有效性和减少好氧堆肥过程中氮素损失等问题，本专利技术提供一种畜禽粪便好氧堆肥过程中实现重金属钝化并保氮(减少氮素养分损失)方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化并保氮方法，按重量级计将畜禽粪便、重金属钝化材料、生化抑制剂和调理剂添加比例为1:0.005-0.2:0.001-0.01:0.3-0.5；优选比例：1:0.05-0.2:0.005-0.01:0.3-0.5。所述生化抑制剂由硝化抑制剂和脲酶抑制剂组成。其中硝化抑制剂为：双氰胺、3,4-二甲基吡唑磷酸盐、2-氯-6三氯甲基吡啶中的一种或两种以上；脲酶抑制剂包括N-丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、氢醌、硫代磷酰三胺中的一种或两种以上；硝化抑制剂与脲酶抑制剂按重量份数计为2-5:0.5-2。所述重金属钝化材料包括盐酸改性生物炭、盐酸改性磷矿粉、盐酸改性沸石、盐酸改性海泡石、石灰中的一种或两种以上。所述生物炭来源于有机废弃物在厌氧条件下热解，具体来说，在厌氧条件下将有机废物放在马弗炉内，温度控制在400-800℃，升温速率为10-20℃/min，热解时间为2-6h，得到的生物炭粉碎成颗粒小于1mm的粉末，所述有机废物为畜禽粪便或秸秆。所述金属钝化材料中改性生物炭、改性磷矿粉、改性沸石、改性海泡石中的一种或两种以上的改性过程为，采用盐酸对作为钝化材料前体的生物炭、磷矿粉、沸石、海泡石灰中的一种或两种以上进行改性，其具体过程为：将钝化材料前体置于盐酸溶液进行改性处理，钝化材料前体与盐酸溶液的添加体积比为1:1.5-3.5，盐酸浓度为0.5-2mol/L，使其完全浸泡，浸泡时间为0.5-1天，取出改性处理后钝化材料前体再置于有机溶剂丙酮中，加入重金属钝化材料：有机溶剂丙酮体积比为1:2-4，浸泡时间为2-3h，经过过滤、干燥后得获得改性后的重金属钝化材料，所述钝化前体中磷矿粉、沸石、海泡石和石灰来源于市场销售。所述调理剂包括粉碎的农作物秸秆、木屑、稻壳等农业有机废弃物中的一种或两种以上，所述调理剂的重量含水率小于等于15％，目的在于吸收畜禽粪尿中的水分，调节堆肥过程中的重量含水率为50-70％，有利于微生物生长繁殖，作物秸秆的长短为2-5cm。所述畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化并保氮的方法按照下述步骤，具体过程如下：1)制备调理剂：将作物秸秆烘干或晒干，使其重量含水率低于15％，将作物秸秆原料粉碎后得到调理剂，秸秆长短为2-5cm；2)制备生物炭：在厌氧条件下将有机废物放在马弗炉内，温度控制在400-800℃，升温速率为10-20℃/min，热解时间为2h，得到的生物炭粉碎成颗粒小于1mm的粉末。所述有机废物为畜禽粪便或秸秆。3)重金属材料改性：将重金属钝化材料置于盐酸溶液进行改性处理，钝化材料前体与盐酸溶液的添加体积比为1:1.5-3.5，盐酸浓度为0.5-2mol/L，使其完全浸泡，180-300rpm振荡0.5-1h，然后静置浸泡0.5-1天，取出改性处理后钝化材料过滤后再置于有机溶剂丙酮中，加入重金属钝化材料：有机溶剂丙酮体积比为1:2-4，浸泡时间为2-3h，经过过滤、干燥后得获得改性后的重金属钝化材料；4)先向畜禽粪便中添加调理剂和硝化抑制型生化抑制剂混合物，并进行充分混拌备用，再将重金属钝化剂与脲酶抑制剂型生化抑制剂进行充分混拌备用，得到两种备用产物；5)先将畜禽粪便与调理剂和硝化抑制型生化抑制剂混合物进行充分混拌，调节堆肥过程中的重量含水率为50-70％，碳氮比为25-35，3-6天后将步骤4)中畜禽粪便与重金属钝化材料和脲酶抑制型生化抑制剂混合物再进行充分混拌，继续堆腐、升温、发酵。6)从堆肥化开始到腐熟完成过程中，自然条件下进行通风翻堆，每隔3-5天翻堆一次，共翻堆6-15次，并添加水分保持粪堆水分含量为60-65％，当温度逐渐降低至略高于环境温度3-10℃时，压实粪堆，造成粪堆内部厌氧环境，堆肥30-45天即可完成腐熟过程。上述步骤4)中明确了不同功能混合物料添加时间与顺序，分别为：先向畜禽粪便中添加调理剂和硝化抑制型生化抑制剂混合物，并进行充分混拌。其目的是充分发挥碳源添加促进微生物固持氮素能力，使畜禽粪便中矿质氮和易分解的小分子有机氮被微生物固持并稳定存在于有机肥中，减少NH3挥发及淋溶损失[参考文献4：Yu,W.,Pan,F.,Ma,Q.,Wang,J.,Zhou,H.,Jiang,C.,&Xu,Y.AlterationsofpathwaysinfertilizerNconservationandsupplyinsoilstreatedwithdicyandiamide,hydroquinoneandglucose.Appliedsoilecology,2016,108:108-117.]；同时，添加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化并保氮方法，其特征在于：将畜禽粪便、重金属钝化材料、生化抑制剂和调理剂混合后作为发酵原料进行好氧堆肥；发酵原料中按重量份数计，畜禽粪便、重金属钝化材料、生化抑制剂和调理剂添加比例为1:0.005‑0.2:0.001‑0.01:0.3‑0.5；优选比例：1:0.05‑0.2:0.005‑0.01:0.3‑0.5。

【技术特征摘要】
1.一种畜禽粪便好氧堆肥过程中重金属钝化并保氮方法，其特征在于：将畜禽粪便、重金属钝化材料、生化抑制剂和调理剂混合后作为发酵原料进行好氧堆肥；发酵原料中按重量份数计，畜禽粪便、重金属钝化材料、生化抑制剂和调理剂添加比例为1:0.005-0.2:0.001-0.01:0.3-0.5；优选比例：1:0.05-0.2:0.005-0.01:0.3-0.5。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：畜禽粪便为猪粪、鸡粪、牛粪、鸭粪等畜禽粪便中的一种或两种以上。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：生化抑制剂由硝化抑制剂和脲酶抑制剂组成，其中硝化抑制剂为：双氰胺、3,4-二甲基吡唑磷酸盐、2-氯-6三氯甲基吡啶中的一种或两种以上；脲酶抑制剂包括N-丁基硫代磷酰三胺、苯基磷酰二胺、氢醌、硫代磷酰三胺中的一种或两种以上；硝化抑制剂与脲酶抑制剂按重量份数计为2-5:0.5-2。4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：重金属钝化材料包括盐酸改性生物炭、盐酸改性磷矿粉、盐酸改性沸石、盐酸改性海泡石、石灰中的一种或两种以上。5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：生物炭来源于有机废弃物在厌氧条件下热解，具体来说，在厌氧条件下将有机废物放在马弗炉内，温度控制在400-800℃，从室温至热解温度的升温速率为10-20℃/min，热解时间为2-6h，得到的生物炭粉碎成颗粒小于1mm的粉末。所述有机废物为畜禽粪便或秸秆中的一种或两种以上。6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：重金属钝化材料中改性生物炭、改性磷矿粉、改性沸石、改性海泡石中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：周长瑞，宇万太，马强，宁川川，袁海燕，夏竹青，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳应用生态研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21