[发明专利]一种基于磁铁微粒强化堆肥过程中碳氮转化的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及好氧发酵堆肥技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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，发明人研究发现，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。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明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。

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。

进一步地，所述发酵原料包括猪粪和小麦秸秆。

进一步地，所述小麦秸秆切碎至直径小于1cm。

进一步地，所述猪粪和小麦秸秆的质量比为1:10。

进一步地，所述好氧发酵堆肥的初始含水率为65wt％。

进一步地，所述好氧发酵堆肥的物料初始C/N比为25。

本发明公开了以下技术效果：

本发明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。