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美国研究证明:沸石浓缩畜禽粪便养分制成优质肥料,价值涨百倍!

 文豪学者 2023-02-24 发布于山东

近年来,世界各国畜禽养殖规模不断扩大,集约化程度不断提高。作为全球畜禽生产大国,如今中国畜禽养殖业在我国农业总产值中的比重已占到了36%以上,所产生畜禽粪污年产量达30.5亿吨,是工业固体废物产生量的0.86倍。这些畜禽粪便中所含氮、磷、钾养分丰富,具有巨大的肥料化利用潜力。但是畜禽粪便堆肥生产过程中,氮素损失会造成肥料养分含量降低。爱荷华州立大学环境研究科学家Chumki Banik、Santanu Bakshi 等人,通过试验证明,在畜禽粪便中掺加沸石,能够有效浓缩回收畜禽粪便中的养分,这种混合肥料有助于改善土壤健康,同时掺加沸石后,粪便储存环境的空气质量显著提高

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畜禽粪便有机质含量高、分解速率快、养分丰富。堆肥是在人工控制条件下,通过微生物作用,对畜禽粪便中的有机物进行降解,使之无害化和腐殖化的过程。根据堆肥过程中需要不需要氧气,又可以分为厌氧堆肥和好氧堆肥。厌氧堆肥过程中不通风,没有氧气供应,堆肥时间较长,完全腐熟往往需要几个月的时间。好氧堆肥是在通风通气的条件下,有氧气存在时进行的堆肥过程,堆肥过程中温度较高,一般在55-65℃,甚至达70℃,也称高温堆肥。


基于沸石特性,爱荷华州立大学在爱荷华学习农场中开展了以沸石试验对象的畜禽粪便改良肥料试验,其研究重点是利用沸石浓缩回收猪粪中的养分,以便有效地回收到农田,同时减少养分流失并改善养猪生产系统内的空气质量。并且,这种沸石混合肥料能够有效改善土壤健康,同时限制养分流失到水道。在试验研讨会上,Banik和 Bakshi表示可利用沸石帮助从猪粪中回收氮、磷,并且强调了沸石混合肥料的环境、经济效益,以及对农业生态系统的积极影响。

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沸石骨架结构由硅氧四面体和铝氧四面体组成,在沸石结构中形成很多空隙和孔道,其比表面积达到400~800m2/g,这种特殊的晶体结构使沸石具有较好的离子交换性、吸附分离性、热稳定性以及耐酸性等性能。Ho等人和Montalvo等人通过研究表明,利用养猪场废水厌氧发酵实验,添加的沸石对氨氮具有良好的吸附能力,并且可有效提高产气率。

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唐登勇等采用天然沸石对低浓度的氨氮废水进行吸附实验,结果表明随着沸石添加量的增加,吸附速率常数逐渐增大。罗一鸣等在室外试验条件下研究得出,一定比例的沸石添加剂可减少鸡粪高温堆肥氨挥发损失达26.9%,特别是在堆肥高温期降低氨挥发速率效果明显,起到良好的除臭保氮效果。

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目前国内外常用于减少堆肥氨挥发的添加剂中,化学添加剂占主导地位,其优点是添加用量少、保氮除臭效果快等,但其缺点也不容忽视,如成本较高、副作用较大、易引入其他金属元素及有害物质等,若不进行合理筛选并控制用量则不仅导致堆肥成本升高,还易对农田土壤环境造成不良影响。

除了化学添加剂外,近些年受到较多关注的还有添加外源微生物等生物学方法,其突出优点是添加的微生物培养物可在一定条件下参与和促进有机物料堆肥发酵过程,但该方法需要专门培养微生物,添加过程中又还需控制适当的温度、碳氮比等外界条件,稳定性较差,操作程序也比较复杂,其应用存在较大的局限性,目前也尚未形成效果优良、成本低廉和适于推广的产品。

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