秸秆、餐厨垃圾和粪便混合发酵高效堆肥与保氮方法及堆肥处理器

摘要

秸秆、餐厨垃圾和粪便混合发酵高效堆肥与保氮方法及堆肥处理器，本发明属于堆肥发酵领域，它为了解决传统堆肥方式NH3的释放量大，堆肥产物中氮含量减少的问题。本发明发酵堆肥方法：一、对餐厨垃圾、秸秆和粪便进行预处理；二、将粉碎后的秸秆、磷酸二氢盐和磷酸氢盐的水溶液混合；三、将餐厨垃圾、微生物菌剂、粪便、秸秆、有机缓冲剂、前一次堆肥的表面秸秆磷酸氢盐覆盖物和生物炭混合均匀，得到发酵原料；四、发酵处理。本发明利用表面覆盖秸秆磷酸盐混合物，在堆肥过程中吸收NH3，在堆肥完成后一部分添加到有机肥中提高氮含量而且提高P元素含量提高肥效，另一部分添加到下一次的堆肥混合物中提高初始pH促进微生物初始繁殖加速。

说明书

技术领域

本发明属于堆肥发酵领域，具体涉及一种秸秆、餐厨垃圾和粪便混合发酵高效堆肥与保氮方法及堆肥处理器。

背景技术

有机固体废物既是环境中的主要污染源，也是巨大的生物质资源库。高温堆肥(又称好氧发酵)是实现有机废物无害化处理与资源化利用的重要生物技术手段，其本质是利用自然界广泛存在的或经过人工改造的微生物(包括细菌、真菌、放线菌等)，在一定控制条件下使可被生物降解的有机质向稳定的腐殖质转化并生产出可供土地利用的有机肥或调理剂的过程。

条垛式堆肥占地面积大，腐熟周期长，需要大量的翻堆机械和人力，卫生条件差，受气候影响大；翻堆会加快热量消散，不利于温度的维持等。而在条垛式堆肥系统的基础上加上强制通风装置即为静态垛堆肥系统。该静态垛堆肥系统受气候影响大，产品质量不稳定，卫生条件差，可能存在局部厌氧等。对于现在的大部分反应器堆肥系统均有处理量小；投资运行费高等缺点；在实际应用中受到一定限制。

传统的禽畜粪便好氧堆肥存在腐熟周期较长和腐熟不完全等问题，这将影响禽畜粪便处理效果和腐熟产品的后续利用；其次，禽畜粪便堆肥过程中会释放出大量的N

传统的堆肥方式，当NH

发明内容

本发明的目的是为了解决传统堆肥方式NH

本发明秸秆、餐厨垃圾和粪便混合发酵高效堆肥与保氮方法按照以下步骤实现：

一、采用餐厨垃圾处理机在50～70℃温度下处理餐厨垃圾，得到初处理后的餐厨垃圾；对秸秆进行粉碎处理，得到粉碎后的秸秆；对粪便进行烘干，得到烘干后的粪便；

二、将(部分)粉碎后的秸秆、磷酸二氢盐和磷酸氢盐的水溶液混合，得到混合覆盖物；

三、将初处理后的餐厨垃圾、微生物菌剂、烘干后的粪便、(其余)粉碎后的秸秆、有机缓冲剂(柠檬酸和柠檬酸钠)、前一次堆肥的表面秸秆磷酸氢盐覆盖物(混合覆盖物)和生物炭混合均匀，得到发酵原料；

四、将发酵原料放入堆肥处理器中，步骤二中的混合覆盖物覆盖在发酵原料表面，向堆肥处理器的中部通入热气，堆肥处理器的水腔内通入温水，保持发酵温度在40～65℃之间，pH在6～7之间，发酵25～35天，然后将堆体温度控制在65～70℃之间进行无害化处理，得到有机肥。

本发明堆肥处理器包括两个结构相同的第一发酵单元和第二发酵单元，其中第一发酵单元包括第一圆筒、第二圆筒、第三圆筒和第四圆筒，从内到外依次同轴套设第一圆筒、第二圆筒、第三圆筒和第四圆筒，其中第一圆筒和第二圆筒的筒壁均为网状，在第一圆筒内设置有进风装置，第三圆筒和第四圆筒之间形成水腔，在第一圆筒和第二圆筒之间的容腔中设置有隔板，隔板由下至上螺旋设置；

第二发酵单元包括一号圆筒、二号圆筒、三号圆筒和四号圆筒，从内到外依次同轴套设一号圆筒二号圆筒、三号圆筒和四号圆筒，其中一号圆筒和二号圆筒的筒壁均为网状，在一号圆筒内设置有进风装置，三号圆筒和四号圆筒之间形成水腔，在一号圆筒和二号圆筒之间的容腔中设置有隔板，隔板由下至上螺旋设置；

第一圆筒和一号圆筒分别通过气管与气泵连接，第一发酵单元和第二发酵单元的水腔分别通过水管与水泵连接。

本发明对于高效堆肥，在废弃物中添加前一次堆肥完成时的表层秸秆磷酸混合物以提高初始阶段的pH、在堆肥前期进行升温及将有机缓冲剂作为外来碳源促进微生物快速繁殖以及通过气体和水对堆肥初期的废弃物进行升温。

本发明对于提高堆肥产物的氮含量主要通过添加生物炭、有机缓冲剂柠檬酸和柠檬酸钠控制pH在6～7之间且作为外来碳源减少N

与现有技术相比，本发明秸秆、餐厨垃圾和粪便混合发酵高效堆肥与保氮方法的有益效果是：

在这种新型高效的堆肥处理器中可以有效减少土地占用的问题。并且有机缓冲剂不但可以调节堆肥过程中的pH，也可作为外来碳源促进初期微生物繁殖和减少N

附图说明

图1为第一发酵单元的内部结构示意图；

图2为第一发酵单元的俯视示意图；

图3为第二发酵单元的内部结构示意图；

图4为本发明堆肥处理器的整体结构示意图；

图5为实施例中堆肥过程中氨态氮随时间变化测试图，其中1代表对比实施例，2代表实施例一；

图6为实施例中堆肥过程中硝态氮随时间变化测试图，其中1代表对比实施例，2代表实施例一。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式秸秆、餐厨垃圾和粪便混合发酵高效堆肥与保氮方法按照以下步骤实施：

一、采用餐厨垃圾处理机在50～70℃温度下处理餐厨垃圾，得到初处理后的餐厨垃圾；对秸秆进行粉碎处理，得到粉碎后的秸秆；对粪便进行烘干，得到烘干后的粪便；

二、将(部分)粉碎后的秸秆、磷酸二氢盐和磷酸氢盐的水溶液混合，得到混合覆盖物；

三、将初处理后的餐厨垃圾、微生物菌剂、烘干后的粪便、(其余)粉碎后的秸秆、有机缓冲剂(柠檬酸和柠檬酸钠)、前一次堆肥的表面秸秆磷酸氢盐覆盖物和生物炭混合均匀，得到发酵原料；

四、将发酵原料放入堆肥处理器中，步骤二中的混合覆盖物覆盖在发酵原料表面，向堆肥处理器的中部通入热气，堆肥处理器的水腔内通入温水，保持发酵温度在40～65℃之间，pH在6～7之间，发酵25～35天，然后将堆体温度控制在65～70℃之间进行无害化处理，得到有机肥。

本实施方式发酵原料颗粒大小略大于堆肥处理器的网格大小。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中烘干后的粪便的含水量为30％～60％。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中粉碎后的秸秆、磷酸二氢盐和磷酸氢盐的水溶液的质量比为(5～3)：(1～0.5)。

本实施方式磷酸二氢盐和磷酸氢盐的水溶液中磷酸氢盐浓度为0.3mol/L，磷酸二氢盐为0.6mol/L。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤三中所述的微生物菌剂为酵母菌、芽孢杆菌、亚硝化菌、丝状真菌、放线菌、乳酸杆菌中的一种或多种混合菌。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤三中所述的有机缓冲剂为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中按照质量百分含量由43％～56％的粉碎后的秸秆、22％～28％烘干后的粪便和22％～29％的初处理后的餐厨垃圾组成固体废弃混合物。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是步骤三中固体废弃混合物、微生物菌剂、前一次堆肥的表面秸秆磷酸氢盐覆盖物和生物炭的质量比为(30～25)：(1.5～1)：(1～1.2)：(1～1.2)。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中热气在通入24小时期间内，每小时通热气一次，每次通热气10min；通气24小时之后，每半小时通热气一次，每次通热气10min，直到堆肥发酵结束。

本实施方式热气的温度为60～65℃。间接性通气可以有效减少NH

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中发酵过程中控制发酵原料的含水量为55％～65％。

具体实施方式十：本实施方式堆肥处理器包括两个结构相同的第一发酵单元1和第二发酵单元2，其中第一发酵单元1包括第一圆筒1-1、第二圆筒1-2、第三圆筒1-3和第四圆筒1-4，从内到外依次同轴套设第一圆筒1-1、第二圆筒1-2、第三圆筒1-3和第四圆筒1-4，其中第一圆筒1-1和第二圆筒1-2的筒壁均为网状，在第一圆筒1-1内设置有进风装置3，第三圆筒1-3和第四圆筒1-4之间形成水腔，在第一圆筒1-1和第二圆筒1-2之间的容腔中设置有隔板4，隔板4由下至上螺旋设置；

第二发酵单元2包括一号圆筒2-1、二号圆筒2-2、三号圆筒2-3和四号圆筒2-4，从内到外依次同轴套设一号圆筒2-1、二号圆筒2-2、三号圆筒2-3和四号圆筒2-4，其中一号圆筒2-1和二号圆筒2-2的筒壁均为网状，在一号圆筒2-1内设置有进风装置3，三号圆筒2-3和四号圆筒2-4之间形成水腔，在一号圆筒2-1和二号圆筒2-2之间的容腔中设置有隔板4，隔板4由下至上螺旋设置；

第一圆筒1-1和一号圆筒2-1分别通过气管与气泵连接，第一发酵单元1和第二发酵单元2的水腔分别通过水管与水泵连接。

本实施方式中隔板4的作用是为了分层承托发酵原料。

本实施方式进风装置3是在转轴上设置有多个风扇叶片，转轴由电机驱动旋转。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是在第一圆筒1-1和第二圆筒1-2之间竖直设置有至少一个挡板5。

本实施方式挡板5沿堆肥处理器的径向设置，起到分层承托发酵原料的作用。

实施例一：本实施例基于堆肥处理器进行秸秆、餐厨垃圾和粪便混合发酵高效堆肥与保氮方法按照以下步骤实施：

一、采用餐厨垃圾处理机在60℃温度下处理餐厨垃圾，得到初处理后的餐厨垃圾(含水量在40％以下，有机质含量为75％以上)；对秸秆进行粉碎处理，得到粉碎后的秸秆；对粪便进行烘干，得到烘干后的粪便(含水量为50％)；

二、将30kg粉碎后的秸秆、10L磷酸二氢盐和磷酸氢盐的水溶液混合，得到混合覆盖物；

三、按照质量百分含量由50％的粉碎后的秸秆、25％烘干后的粪便和25％的初处理后的餐厨垃圾组成固体废弃混合物，将600kg固体废弃物、35kg微生物菌剂(包含酵母菌、芽孢杆菌、亚硝化菌、丝状真菌、放线菌和乳酸杆菌)、10L的饱和有机缓冲剂(柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液)、20kg前一次堆肥的表面秸秆磷酸氢盐覆盖物和20kg生物炭混合均匀，得到发酵原料；

四、将发酵原料放入堆肥处理器中第一圆筒1-1和第二圆筒1-2之间的腔体中，步骤二中的混合覆盖物覆盖在发酵原料表面，24小时内向堆肥处理器的中部通入热气，每小时通热气一次，每次通热气10min，堆肥处理器的水腔内通入温水，保持发酵温度在55℃～65℃之间，pH在6～7之间，发酵30天，然后将堆体温度控制在70℃之间进行无害化处理4h，以杀灭堆肥中的病原微生物和杂草种子，干燥后得到有机肥。

对比实施例：本实施例与实施例一不同的是在发酵原料表面未覆盖步骤二的混合覆盖物。

本实施例堆肥处理器中第一圆筒和一号圆筒用于通入空气，在第一圆筒1-1和第二圆筒1-2之间的腔体内填装发酵原料，在一号圆筒2-1和二号圆筒2-2之间的腔体内填装发酵原料，在第三圆筒1-3和第四圆筒1-4之间的水腔中充有温水，在三号圆筒2-3和四号圆筒2-4之间的水腔中充有温水。第一发酵单元1的第一圆筒和第二发酵单元2的一号圆筒相连通，在连通的管路上设置有气泵，用于交换气体。第一发酵单元1的水腔和第二发酵单元2的水腔相连通，在连通的管路上设置有水泵，用于交换水流。

本实施例控制堆肥处理器中的第一发酵单元和第二发酵单元不同时进行，用前一个发酵产生的热量通过水介质和空气介质进行传播，使初始时微生物快速繁殖，当第一发酵单元处于发酵散热期时，第二发酵单元处于发酵初期。在这种情况下可以使第一发酵单元中的通入空气和降温水通入第二发酵单元中，降低第一发酵单元温度，提高第二发酵单元温度(使菌剂快速繁殖)当水降温后再通入第一发酵单元，实现水的循环利用。

本实施例对固体废弃混合物进行处理后在堆肥处理器中进行发酵处理，控制发酵原料配比以及发酵工艺条件高效绿色堆肥，实现堆肥产物含氮量明显提高，氨态氮和硝态氮含量相对对比实施例分别提高了92％和26％。