有機肥生產過程中氮素的損失與控制

2017-04-19  來自: 鶴壁市百惠生物科技有限公司 瀏覽次數:615

堆肥過程中,會發生大量氮素損失。如何在堆肥中保持盡可能多的氮素是獲得堆肥產品很重要的一個目標。因為高含氮量就意味著堆肥價值的增加,同時也可減少氨的揮發。
    在堆肥過程中幾乎所有氮的損失都是由于有機氮化合物分解導致氨釋放所致。微生物分解含氮的有機源,使之轉化為簡單的化合物來為新細胞物質獲取氮素。一些氮被轉化為氨(NH3)。如果氮素的可得到量比其使用量要快,氨就積累起來。由于它是比空氣輕的氣體,就會從條垛/堆體中逸出。
    高溫堆肥過程中普遍存在氮素損失的現象,不僅污染環境,而且降低肥料中的養分含量。據研究表明,城市垃圾堆肥化處理過程中N損失量為50%-60%,污泥約為68%,糞便最高達77%。因此在堆肥中進行氮素損失控制成為關鍵問題,而高溫堆肥中的氮素運動規律研究是進行氮素損失控制的基礎。
 
一、影響堆肥氮素損失的因素
    堆肥過程中的氮素損失受堆肥物料組成、物料C/N比、pH值、通風/溫度、濕度和堆肥添加劑等的共同影響。
1)堆肥物料的組成:堆肥的氮損失與初始物料的組成和含氮量密切相關,原料含氮量高損失的比例相應就高。
    研究表明,廚余垃圾與樹葉等混合堆肥的凈氮損失是43%~62%,雞舍廢物(雞糞、鋸末混合物)在強制通風堆制過程中的氮損失為初始氮的59%,單獨的牛糞堆制比牛糞與生活垃圾堆肥以1∶1體積聯合堆制的氮損失高4~10倍。
2)堆肥物料C/N比:堆肥物料C/N比越低,氮素損失越嚴重。對雞糞和鋸末高溫堆肥研究:C/N比越低,氮素損失越嚴重,堆肥合適的C/N比范圍為25~35。楊毓峰等以畜禽飼養場排放的雞糞、牛糞為底物,以玉米糠和玉米秸稈作調理劑和膨脹劑進行堆制,堆肥化過程中的氮素損失隨起始堆料的C/N比升高而降低。
3)不同通風方式和pH值:翻堆、強制通風以及鼓風能加快氨從條垛/堆體中逸出的速度。但適當通風是堆肥的關鍵,因此,不能由于保氮而減少翻堆或通風,只有當保存氮素很重要的時候,才可減少對原料的不必要的翻動。
    高pH值增加了氨的損失,特別是像家禽糞便等含氮量高的原材料。在堆肥原料中有兩種氨的存在形態:氣態氨(NH3)和溶解在堆肥中的氨離子(NH4+)。這兩種形態都會出現并能從一種形態轉化為另一種,轉化比例由堆體條件所決定。較高的pH值能幫助氣態氨從堆體中逸出。
二、氮素轉變規律及影響因素
    堆肥過程中氮素轉化很復雜,主要包括氮素固定和氮素釋放。其中氮素的釋放主要指有機氮的礦化、氨的揮發以及硝態氮的反硝化。
    堆肥原料中氮以有機形態為主,通常主要以蛋白質和肽的形式存在,分布在不同的微生物群落和腐殖質庫中。有機氮作為堆肥的全氮的主要組成部分與全氮一樣,在堆肥過程中,始終呈降低趨勢。一次發酵初期,氮損失速率較快,主要由于NH3高溫揮發所致,另外易揮發含氮有機物的直接揮發也是造成氮素大量損失的另一個主要原因;二次發酵階段基本無氮損失。
堆肥過程氮的轉化是一個復雜的微生物活動過程。
    一次發酵初期(前10d),在微生物作用下,易降解有機物迅速分解,由于物料的含水率較高,生成的氨主要以NH+4的形式存在于物料中,NH+4-N的含量不斷增加,至第10d左右增至最高點。隨后,由于高溫作用,水汽蒸發加強,引起大量NH3揮發,NH+4-N含量不斷降低。
    二次發酵(20~50d)過程中,NH+4-N含量的變化規律與一次發酵類似,但其作用機制與一次發酵完全不同。發酵初期,因微生物作用,NH+4-N含量呈不斷增加的趨勢,但隨著硝化作用的加強,NH+4-N在硝化細菌的作用下,被進一步氧化為NO3--N。這一過程一直持續至堆肥結束。
    硝態氮(NO3-—N)含量主要取決于硝化和反硝化速率之差,物料所處環境為好氧狀態時,硝化作用占絕對優勢。另外硝化過程還受溫度及基質等參數影響。硝化細菌屬于嗜溫菌,對高溫尤其敏感,一般認為,溫度高于40℃時,硝化作用將受到嚴重抑制。一次發酵中,因堆料溫度高,硝化作用受到嚴重抑制,NO3--N含量一直很低。故一次發酵的硝化反應表現為溫度控制。二次發酵中,由于條件合適,硝化作用強烈,NO3--N含量迅速上升。
三、堆肥氮損失控制的方法
    目前,國內外堆肥過程中的氮損失控制方法主要有2大類:1)改變工藝條件:如保障適量的通風/控溫、適當的濕度等。2)在堆肥過程中加入添加劑:加入的物質主要有4大類:①富含碳的物質,如秸桿、泥炭等,目的是使物料C/N比升高,減少氮損失;②金屬鹽類及硫元素,如過磷酸鈣,CaCl2,CaSO4,MgCl2,MgSO4,MnSO4,CuSO4,Al2(SO4)3和S0;③吸附劑,如沸石、黏土、椰殼纖維等;④添加微生物,通過固氮、鎖氨減少氮損失。
    適宜的堆肥工藝條件:研究表明在條垛堆肥過程中,在腐熟期足夠長的前提下,加水和翻堆有利于確保氮素價值。張相峰等提出,通過控制物料初始水分和采用溫度反饋的通氣量控制工藝可以快速去除水分,使堆體內的氧含量始終保持在較高水平,可以減少堆體內的局部厭氧,抑制反硝化的進行,減少硝態氮的損失。
    不同通風方式對豬糞高溫堆肥氮素和碳素變化的也有影響。單一強制通風由于缺乏對混合物料的翻動,物料之間互相粘結成塊,造成堆體較為堅實且分布不均勻,另外,由于堆體孔隙度較小,氣體交換受阻,不利于好氧堆肥的進行。多次翻動可以破碎結塊的物料,并通過多次混合使物料分布均勻,從而減少或消除物料結塊及不均勻的現象,增加堆體孔隙度,有利于氣體交換及好氧堆肥化的進行。強制通風與機械翻堆相結合能促進堆肥溫度的升高和腐熟,加快有機碳的降解和硝態氮的升高,是相對最好的一種通風方式。
    堆肥添加劑的使用:添加劑是指為了加快堆肥進程或提高堆肥產品質量,在堆肥物料中加入的微生物、有機或無機物質。在控制堆肥氮損失時,加入的物質主要有四大類:
1)富碳物質:保氮的最好方法是使利用氮的速率和氮被微生物吸收速度相配合。微生物利用氮素的量和可利用的碳素總量是有一定比例的。因此,高碳氮比可明顯減少氨的損失。
在堆肥過程中添加高C/N比的混合物可降低氮損失。在禽糞堆制時,通過加入富C物質(秸桿和泥炭)可使NH3損失分別降低33.5%和25.8%;通過添加C/N大且吸附性能好的原料(如泥炭、鋸末等)提高混合物料的C/N比與吸附特性,可以減少NH+4-N在堆體內的累積及吸附較多的NH+4-N,從而減少NH3的揮發。
2)金屬鹽類及硫元素:金屬鹽類的添加可降低堆肥過程中的NH3損失。考慮到金屬銅、錳的作物安全性和各種抑制劑價格,選擇沸石、過磷酸鈣和少量MnSO4作為氮素損失抑制劑是切實可行的。
在堆肥中加入過磷酸鈣,可形成磷酸—銨的配合物從而減少氨揮發的損失,同時NH4+與交換復合體上的Ca2+,減少NH4+的損失。添加過磷酸鈣的推薦用量是糞便干重的2~5%。
3)吸附劑和調理劑:吸附劑和調理劑的添加也可使氨損失降低。研究表明,泥炭、沸石和玄武巖可在糞便好氧堆制過程中降低氨損失。
4)外源微生物:外源微生物的添加可調控堆肥過程中氮、碳的代謝,調控氮素物質分解為NH+4-N后的氣態揮發損失,保留更多的氮養分。
    實驗證明:在固氮菌的作用下,堆肥的含氮量有一定提高,纖維素分解菌對固氮菌的生長有一定協同效應。
    利用雞糞和鋸末在自動化高溫堆肥裝置中進行堆肥試驗,并引入2種外源微生物FM菌和EM菌。結果表明:2種外源菌對水溶性氨態氮的轉化和水溶性有機氮的形成都有明顯的促進作用,對氮素保存有較好的效果。其中FM菌對促進有機碳的分解、有機氮的形成和縮短堆肥時間更為有利。
其他保氮措施:在靜態的和被動的堆體外面鋪一層堆肥或泥炭,能幫助減少氮素的損失。外層的顆粒在當氨氣通過堆體的時候將其截留。更冷、更穩定的外層環境能減輕氨轉化為流動態的氮素。
    近年來,國內篩選出10種有機無機脲酶抑制劑如:醌氫醌、1,4-對苯二酚、鄰苯二酚、對苯醌、硫酸銅等。無機脲酶抑制劑對堆肥脲酶活性具有很強的抑制能力,從而抑制尿素在脲酶的作用下分解為NH4+,后又揮發損失掉,從而抑制尿素的轉化率。
(河南省鶴壁市百惠生物科技有限公司供應有機肥發酵菌種、有機肥發酵劑和有機肥生產技術。本技術適宜于處理的廢棄物包括:(1)糞便類 雞糞、豬糞、牛糞、羊糞、馬糞等動物糞便;(2)秸稈類 玉米秸稈、稻草、麥秸、豆秸等農作物秸稈;(3)殼糠類 稻殼、稻殼粉、花生殼粉、花生秧粉、谷糠、菌糠等;(4)糟渣類 酒糟、醬油糟、醋糟、糠醛渣、木糖渣、酶渣、大蒜渣、糖渣等;(5)餅粕類 豆餅、豆粕、油枯、菜籽餅等;(6)其他 生活污泥、濾泥等。通過生物發酵腐熟,制作成達到NY525-2002標準的有機肥料。http://www.dzdazz.live/。咨詢熱線:0392-5611505  5611506  5611507  13303927596 13303920423)

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