一种基于磁铁微粒强化堆肥过程中碳氮转化的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁铁微粒强化堆肥过程中碳氮转化的方法，属于好氧发酵堆肥技术领域，该方法包括在好氧发酵堆肥的初始阶段，向发酵原料中加入磁铁微粒。本发明专利技术升温发酵时间短，无设备投入，无能耗，一次性投入磁铁微粒成本低，充分利用了磁铁微粒粒径小、比表面积大以及还原性强的特点，从而延长堆肥高温时间，并缩短堆肥达到腐熟的时间，提高堆肥效率，同时增加温室气体排放。同时增加温室气体排放。同时增加温室气体排放。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁铁微粒强化堆肥过程中碳氮转化的方法


[0001]本专利技术涉及好氧发酵堆肥
，特别是涉及一种基于磁铁微粒强化堆肥过程中碳氮转化的方法。

技术介绍

[0002]随着养殖业的迅猛发展，每年都会产生大量猪粪，猪粪内含有大量的有机物、营养物质和微量元素，但同时含有各种病原微生物。猪粪直接还田会导致土壤污染和水体富营养化等一系列环境问题。如今有填埋、厌氧消化和好氧堆肥等方式用来处理猪粪，其中好氧堆肥被认为是处理废弃物的有效的方法之一。好氧堆肥通过将复杂的有机物转化为稳定的有机物，并能杀灭其中的病原微生物和杂草种子，同时堆肥产品作为有机肥能够对土壤起到很好的改良作用。然而传统堆肥过程中会造成温室气体的排放，不仅会造成氮损失从而影响堆肥品质，同时也会造成二次污染。因此，堆肥过程中温室气体排放问题受到广泛关注。
[0003]目前已有很多方法被应用于减少温室气体的排放，且取得一定的效果。近年来许多专家学者通过添加一定比例的矿物添加剂来提高堆肥效率并减少温室气体排放已取得一定成效，其中广泛使用的矿物添加剂有生物炭、坡缕石、麦饭石和钙基膨润土等。Pan发现添加2％坡缕石可以减少污泥堆肥过程中51.24％CH4的排放；Chan研究发现通过添加一定量沸石和餐厨垃圾堆肥能够减少7.06％NH3的排放，同时还能提升堆肥品质，Wang等发现10％麦饭石和猪粪联合堆肥可显著减少氮素损失和N2O的排放；Chowdhury等发现通过添加生物炭能减少鸡粪好氧堆肥过程中27％～32％的温室气体排放。前人研究人员证明了在猪粪中添加膨润土(Li等，2012)和在食物垃圾中添加沸石(Chan等，2016)具有明显的优势。然而，如今的堆肥技术需要开发利用更多的矿物添加剂。
[0004]磁铁微粒是一种广泛存在于自然界中，具有强磁性的原生矿物，能有效去除重金属离子。传统观点认为，磁铁微粒有助于厌氧消化的转化过程，但是在好氧堆肥中因氧气的存在，导致直接种间电子传递效果不佳。因而，磁铁微粒在好氧堆肥领域的应用尚未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于磁铁微粒强化堆肥过程中碳氮转化的方法，以解决上述现有技术存在的问题，专利技术人研究发现，因好氧堆肥中厌氧区的存在，磁铁微粒可通过铁还原型微生物促进好氧堆肥的直接种间电子传递过程，强化堆肥过程中的碳氮转化过程进而加速好氧堆肥中的碳氮转化，磁铁微粒在加速好氧堆肥碳氮转化过程具有广泛前景。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种基于磁铁微粒强化堆肥过程中碳氮转化的方法，在好氧发酵堆肥的初始阶段，向发酵原料中加入磁铁微粒。
[0008]进一步地，基于发酵原料干基重量计，所述磁铁微粒的加入量为2.5
‑
7.5％，粒径
为微米或纳米级。
[0009]进一步地，所述发酵原料包括猪粪和小麦秸秆。
[0010]进一步地，所述小麦秸秆切碎至直径小于1cm。
[0011]进一步地，所述猪粪和小麦秸秆的质量比为1:10。
[0012]进一步地，所述好氧发酵堆肥的初始含水率为65wt％。
[0013]进一步地，所述好氧发酵堆肥的物料初始C/N比为25。
[0014]本专利技术公开了以下技术效果：
[0015]本专利技术通过在堆肥过程中加入磁铁微粒，提高堆肥进程和提高其农艺价值，并揭示了其对堆肥过程碳氮元素转化和温室气体排放的影响和机制。
[0016]本专利技术升温发酵时间短，无设备投入，无能耗，一次性投入磁铁微粒成本低，充分利用了磁铁微粒粒径小、比表面积大以及还原性强的特点，从而延长堆肥高温时间，并缩短堆肥达到腐熟的时间，提高堆肥效率，同时增加温室气体排放。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为堆肥过程中温度变化；
[0019]图2为堆肥过程中pH变化；
[0020]图3为堆肥过程中EC变化；
[0021]图4为堆肥过程中GI变化；
[0022]图5为堆肥过程中有机物变化；
[0023]图6为堆肥过程中DOC变化；
[0024]图7为堆肥过程中NH
4+
‑
N变化；
[0025]图8为堆肥过程中NO3‑
‑
N变化；
[0026]图9为堆肥过程中NO2‑
‑
N变化；
[0027]图10为堆肥过程中CO2日排放量；
[0028]图11为堆肥过程中CO2累积排放量；
[0029]图12为堆肥过程中CH4日排放量；
[0030]图13为堆肥过程中CH4累积排放量；
[0031]图14为堆肥过程中NH3日排放量；
[0032]图15为堆肥过程中NH3累积排放量；
[0033]图16为堆肥过程中N2O日排放量；
[0034]图17为堆肥过程中N2O累积排放量。
具体实施方式
[0035]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0036]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
[0037]除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
[0038]在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可对本专利技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本专利技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本专利技术说明书和实施例仅是示例性的。
[0039]关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0040]实施例
[0041]1、实验与方法
[0042]堆肥所用材料为猪粪和小麦秸秆，其中猪粪选自杨凌当地规模化养殖场，小麦秸秆采购于杨凌周边农户。所选磁铁微粒由实验室内制备，具体的制备方式为：从北京育丰农林科技有限公司购置磁铁矿，实验本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁铁微粒强化堆肥过程中碳氮转化的方法，其特征在于，在好氧发酵堆肥的初始阶段，向发酵原料中加入磁铁微粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于发酵原料干基重量计，所述磁铁微粒的加入量为2.5
‑
7.5％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵原料包括猪粪和小麦秸秆。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘君廷，刘宏斌，魏丹，李荣华，张增强，杨亚东，罗涛，习斌，闫成，邱凌，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：