一种减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法与流程

本发明属于生物环保技术领域。更具体地，涉及一种减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法。

背景技术：

近年来，随着我国畜禽养殖业的迅速发展，畜禽粪便产生量激增，据估测，全国每年产生的以牛粪、鸡粪和猪粪为主的畜禽粪便达38亿吨。大量的畜禽粪便得不到妥善的处理与处置，不仅占用大量土地，还会给环境带来巨大的潜在风险。因此，寻求安全可靠的畜禽粪便处理方法已成为亟待解决的问题。

堆肥是一种既能实现有机固体废弃物快速无害化、稳定化处理，还能够生产出高附加值有机肥料，变废为宝，实现资源化利用的畜禽粪便处理方法。我国作为农业大国，对有机肥料和土壤改良剂的需求迫切，畜禽粪便堆肥是实现这一需求的桥梁。但是，在实际生产中发现：畜禽粪便原料结构致密、孔隙不均匀，堆体会出现局部厌氧和好氧-厌氧交替的情况，导致大量温室气体甲烷的产生，温室效应的影响比二氧化碳更甚，不但降低了堆肥产品的品质，同时也对环境造成了二次污染。为了减少堆肥过程中甲烷的产生，中国专利申请cn111072409a公开了一种低排放静态控氧生物强化腐殖化堆肥的方法，该方法于有机废料中添加复合微生物菌剂作为堆肥原料，在堆肥升温、高温和降温三个阶段供气使有机物充分分解、发酵，可以减少甲烷、氧化亚氮、氨气和硫化氢的排放，但是其中的复合微生物菌剂、高压曝气管供气等操作均需要投入大量的成本，且操作复杂。

因此，为实现畜禽粪便的资源化利用，减少堆肥过程中污染气体的排放，探究出一种操作简单、低成本畜禽粪便堆肥过程甲烷气体的减排方法，势在必行。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有畜禽粪便堆肥方法甲烷排放量大、投入成本高、操作复杂的缺陷和不足，提供一种操作简单、低成本投入、减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法。

本发明的目的是提供一种减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法，将畜禽粪便、锯末作为堆肥原料，添加秸秆炭进行堆肥发酵。

本发明添加的秸秆炭具有发达的孔隙结构，巨大的比表面积和丰富的表面含氧官能团等特点，并且含有利于植物生长的养分。发明人经大量的创造性劳动发现，将秸秆炭应用于畜禽粪便堆肥中，一方面，可以显著减少堆肥过程中甲烷等有害气体的排放，另一方面，秸秆炭中的有效养分可以直接留在畜禽粪便中，作为有机肥施用，效果明显，具有减排和供肥的双重功效。

进一步地，所述秸秆炭的比表面积为350～560m²·g^-1，平均粒径为1.8～3.7mm，密度为0.45～0.50g·cm^-3。

更进一步地，所述秸秆炭分5～7次添加，每次添加量为堆肥原料湿重的1～5％。在实践中，将秸秆炭一次性加入进行堆肥时，可以一定程度地降低甲烷的排放，但减低程度有限，长期效果并不理想；发明人首创性发现，将秸秆炭低剂量分批投放，可以显著(p<0.05)减少甲烷的排放。

进一步地，所述锯末的添加量为畜禽粪便质量的20～35％。

更进一步地，所述堆肥原料的含水率为60～68％。

进一步地，所述堆肥原料的碳氮比为19～24。

更进一步地，所述堆肥原料的ph调节为7.2～8.5。

进一步地，所述堆肥发酵为条垛式好氧堆肥。

更进一步地，所述堆肥发酵过程中每3～4天人工间歇翻堆。

进一步地，所述发酵的时间为30～45天，其中温度大于55℃需持续7天以上。

更进一步地，所述畜禽粪便包括但不限于鸡粪、鸭粪、鹅粪、猪粪、牛粪、羊粪。

本发明具有以下有益效果：

本发明将畜禽粪便、锯末作为堆肥原料，添加秸秆炭进行堆肥发酵，一方面，可以减少堆肥过程中甲烷等有害气体的排放，另一方面，秸秆炭中的有效养分可以直接留在畜禽粪便中，作为有机肥施用，效果明显；进一步将秸秆炭低剂量分批投放，可以显著(p<0.05)减少甲烷气体的排放，达到了减排和供肥的双重效果。并且本发明方法简单、成本投入低、适用面广，适用于大规模堆肥生产，具有良好的环境效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例和对比例堆肥过程中的温度变化曲线图。

图2为本发明实施例和对比例堆肥过程中甲烷气体排放速率曲线图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1一种减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法

所述减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法具体包括以下步骤：

将10kg秸秆炭与800kg牛粪、200kg锯末充分混合作为堆肥原料，使含水率为61.3％，碳氮比为20.8，ph调节为7.5，置于堆肥槽中，采用条垛式好氧堆肥方式进行堆肥发酵，在堆肥发酵过程中的第7、14、21和28天时再分别添加10kg秸秆炭，并且每3天人工间歇翻堆。共堆肥发酵35天，其中大于55℃的发酵温度持续了9天。

其中，所述秸秆炭的比表面积为450m²·g^-1，平均粒径为2.0mm，密度为0.48g·cm^-3；每个堆体初始尺寸为：长4.2m，宽3.5m，高2.3m。

实施例2一种减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法

所述减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法具体包括以下步骤：

将50kg秸秆炭与800kg牛粪、200kg锯末充分混合作为堆肥原料，使含水率为65.3％，碳氮比为23.8，ph调节为7.3，置于堆肥槽中，采用条垛式好氧堆肥方式进行堆肥发酵，并且每3天人工间歇翻堆。共堆肥发酵35天，其中大于55℃的发酵温度持续了11天。

其中，所述秸秆炭的比表面积为450m²·g^-1，平均粒径为2.0mm，密度为0.48g·cm^-3；每个堆体初始尺寸为：长4.0m，宽3.6m，高2.3m。

实施例3一种减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法

所述减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法具体包括以下步骤：

将10kg秸秆炭与800kg牛粪、200kg锯末充分混合作为堆肥原料，使含水率为62.3％，碳氮比为21.2，ph调节为7.4，置于堆肥槽中，采用条垛式好氧堆肥方式进行堆肥发酵，在堆肥发酵过程中的第7、14、21和28天时再分别添加10kg秸秆炭，并且每3天人工间歇翻堆。共堆肥发酵35天，其中大于55℃的发酵温度持续了9天。

其中，所述秸秆炭的比表面积为430m²·g^-1，平均粒径为1.9mm，密度为0.45g·cm^-3；每个堆体初始尺寸为：长4.0m，宽3.5m，高2.4m。

实施例4一种减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法

所述减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷气体排放的方法具体包括以下步骤：

将10kg秸秆炭与800kg牛粪、200kg锯末充分混合作为堆肥原料，使含水率为62.8％，碳氮比为20.7，ph调节为7.7，置于堆肥槽中，采用条垛式好氧堆肥方式进行堆肥发酵，在堆肥发酵过程中的第7、14、21和28天时再分别添加10kg秸秆炭，并且每3天人工间歇翻堆。共堆肥发酵35天，其中大于55℃的发酵温度持续了9天。

其中，所述秸秆炭的比表面积为510m²·g^-1，平均粒径为2.8mm，密度为0.49g·cm^-3；每个堆体初始尺寸为：长4.3m，宽3.7m，高2.1m。

对比例1一种畜禽粪便堆肥方法

所述畜禽粪便堆肥方法具体包括以下步骤：

将800kg牛粪、250kg锯末充分混合作为堆肥原料，使含水率为60.5％，碳氮比为19.2，ph调节为8.0，置于堆肥槽中，采用条垛式好氧堆肥方式进行堆肥发酵，并且每3天人工间歇翻堆。共堆肥发酵35天，其中大于55℃的发酵温度持续了7天。

其中，每个堆体初始尺寸为：长4.0m，宽3.4m，高2.3m。

对比例2一种畜禽粪便堆肥方法

所述畜禽粪便堆肥方法具体包括以下步骤：

将50kg竹炭与800kg牛粪、200kg锯末充分混合作为堆肥原料，使含水率为64.8％，碳氮比为24.2，ph调节为7.4，置于堆肥槽中，采用条垛式好氧堆肥方式进行堆肥发酵，并且每3天人工间歇翻堆。共堆肥发酵35天，其中大于55℃的发酵温度持续了10天。

其中，所述竹炭的比表面积为430m²·g^-1，平均粒径为2.1mm，密度为0.42g·cm^-3；每个堆体初始尺寸为：长4.2m，宽3.6m，高2.2m。

对比例3一种畜禽粪便堆肥方法

所述畜禽粪便堆肥方法具体包括以下步骤：

将10kg竹炭与800kg牛粪、200kg锯末充分混合作为堆肥原料，使含水率为60.9％，碳氮比为212，ph调节为7.3，置于堆肥槽中，采用条垛式好氧堆肥方式进行堆肥发酵，在堆肥发酵过程中的第7、14、21和28天时再分别添加10kg秸秆炭，并且每3天人工间歇翻堆。共堆肥发酵35天，其中大于55℃的发酵温度持续了9天。

其中，所述竹炭的比表面积为430m²·g^-1，平均粒径为2.1mm，密度为0.42g·cm^-3；每个堆体初始尺寸为：长4.1m，宽3.5m，高2.3m。

实验例1甲烷排放量测定

1、实验方法：

采用静态箱法，分别于实施例1～2和对比例1～3堆肥过程的第0、7、14、21、28和35天在堆体表面采集气样，使用内径19cm，高20cm的pvc无底圆筒进行采样(圆筒底部插入堆肥物料4～5cm后密封，在密封后的0min、30min和60min采集气样)，每个堆体每次选取三个平行点进行采样；气样采集的同时记录圆筒内温度。采集的样品用气相色谱-质谱联用仪检测甲烷浓度，再使用积分求得堆肥过程甲烷的排放量。

2、实验结果

温度记录参见图1，由图可见，堆肥过程中都经历了升温期、高温期和降温腐熟期这三个典型的堆肥阶段，添加竹炭和秸秆炭的处理可以更快速地进入高温期，且在高温期持续的时间更长。

甲烷的排放量参见图2，由图可见，各堆肥处理组的甲烷排放速率在堆肥前期先急剧增加，随后逐渐降低。与对比例1组相比，实施例1～2组添加秸秆炭可使甲烷总排放量分别减少35.5％和18.5％，而对比例1～3组不添加秸秆炭或添加竹炭均不能减少牛粪堆肥过程甲烷总排放量。并且，方差分析结果表明，实施例1组低剂量分批投放秸秆炭处理组的甲烷总排放量显著低于实施例2一次性全部投放秸秆炭处理组和空白组(p<0.05)。

可见，选择秸秆炭作为添加剂，以低剂量多次添加的方式投放至牛粪堆肥原料中可以显著减少畜禽粪便堆肥过程中甲烷的排放。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

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