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RTK浅谈塑料生物降解过程堆肥中的碳氮比CN

时间:2022-05-10 发布:洛克泰克仪器 来源:洛克泰克仪器

摘要: 塑料崩解,塑料可降解仪器,塑料生物降解测试,塑料生物降解,塑料生物降解设备

RTK浅谈塑料生物降解过程堆肥中的碳氮比CN(图1)

 

    当我们在阅读EN 13432GB/T 19277.1GB/T 19811等可降解材料生物降解测试标准以及依照标准进行降解试验时,会经常遇到碳氮比(C/N的概念。它是塑料生物堆肥降解测试中的一个重要参数,直接决定了堆肥降解的效率。因此在这篇文章中,我们将探讨为什么这个比例很重要。

 

为什么C/N很重要?

    在堆肥中,微生物通常需要四种基本元素作为营养物质:碳C、氮N、磷P、钾K。这其中,CN便是最重要的两种营养元素。

微生物如细菌本身由CN组成,通常比例为8:1。为了生长和繁殖,它们需要碳来维持自身结构和获得能量,而需要氮来合成原生质如蛋白质。

    如果C/N和其他条件合适,中温微生物会在中等温度下生长,开始分解堆肥中的有机物质,比如可降解塑料材料,并在过程中产生热量。这些微生物在2045℃的温度下活性最好。

    中温微生物随后被高温微生物所取代,高温微生物在高温下茁壮成长。高温可杀死堆肥中的病原体和杂草种子,可降解材料迅速分解,加速了堆肥过程的这一阶段。

    C/N直接影响微生物分解有机物的速度,进而决定发酵速度和堆腐产品的质量。若添加过多的碳,氮元素供应不足,堆肥过程就会减慢,延长发酵过程,产生二氧化碳多,高温持续时间长。如果氮太多,微生物繁殖会因为能量不足而受到抑制,导致分解缓慢且不彻底,氮会以氨的形式流失,同时会导致难闻的气味排放污染环境。

富含碳的材料可以为堆肥堆提供其他功能。比如,木屑有助于构建结构,而纸张和纸板等材料有助于吸收分解过程中产生的渗滤液。

获得一个良好的C/N不仅仅是高效堆肥,它还可以帮助环境。根据《Practical Compost Engineering》(Haug1993),从高氮源释放的氨可以被贫氮材料中的微生物捕获合成,而不是释放到大气中。

 

堆肥的最佳C/N是多少?

    1953年,McGaugheyGotass进行了一项关键实验。研究人员测试了20178:1C/N。他们发现最佳速度范围是30:135:1。低于这个范围,过量的氮流失,而高于这个范围,堆肥速度减慢。然而,即使C/N78:1,堆肥仍能在21天内产生。

    Oguwande的另一项研究(https://doi.org/10.1016/j.biortech.2008.02.020发现,C/N25:1时,过程中的氮损失最小。然而,所有试验比例(从20:130:1)都可让堆肥在2~3个月内熟化。

    《On-farm Composting Handbook》一书建议,C/N20:140:1都是不错的选择,有时甚至高达50:1。与此同时,《The Practical Handbook of Compost Engineering》一书认为,保持C/N高于15:1将有助于确保氮不会流失,不会以氨的形式流失到大气中。

简而言之,研究表明理想的比例是25:135:1左右,但你也可以用具有更大范围C/N的堆肥。

 

堆肥材料分解率

    C/N并不是影响堆肥过程的唯一因素。另一个因素是高碳材料分解的速度。

    木质材料含有高浓度的木质素,这种物质分解得更慢,而水果废料含有更高含量的纤维素,分解得更快。一个以木质碳源为主的堆肥最终会失去理想的C/N,这会减慢堆肥过程,并导致其变得有臭味。

    同时,木质材料可以为堆肥提供结构,帮助形成气穴,为微生物提供氧气。在理想情况下,最好同时使用木质和非木质材料进行堆肥。

 

我们真的需要担心C/N吗?

一般来说,不必过于担心堆肥的C/N

除非你每次向堆肥中添加材料时都能拿出计算器和天平,否则你不会得到完美的结果。每种材料都有不同的C/N,甚至一些学术文献在C/N上也会有不同的认知。

即使你能计算出确切的C/N,你仍然需要考虑材料的体积,它包含多少空气和水分,以及它分解的速度。也许这就是为什么许多有经验的堆肥工程师并不会太担心比例的原因。

 

高碳高氮堆肥材料

    对于初次进行堆肥实验的人员来说,很难精确地计算C/N,除非使用高级的分析仪器进行测定,比如元素分析仪。但我们确实需要大致正确地计算,此外,通过添加高碳或高氮材料可以解决许多问题。例如,如果堆肥没有升温,添加高氮材料可以很快使其升温。如果堆肥堆开始发臭,可以添加一些高碳材料。

 

                                      常见材料的C/N

材料

C/N

氮含量

碳含量

材料

C/N

氮含量

碳含量

碎纸板

350

1

350

苹果渣(榨汁)

13

1

13

硬木树皮

223

1

223

香蕉/芭蕉叶

25

1

25

硬木片

560

1

560

椰子壳

180

1

180

干叶

60

1

60

玉米棒子

80

1

80

绿叶

45

1

45

玉米秸秆

75

1

75

报纸

450

1

450

水果残渣

35

1

35

松针

80

1

80

葡萄渣(酒渣)

65

1

65

锯末

325

1

325

葡萄藤(修剪)

80

1

80

软木树皮

496

1

496

干草(特指青草/牧草)

40

1

40

软木片

641

1

641

干草(特指豆科类)

20

1

20

燕麦秆

60

1

60

豆荚(例如:豌豆,菜豆)

30

1

30

稻草

120

1

120

橄榄壳

30

1

30

细木片

400

1

400

稻壳

121

1

121

苜蓿

12

1

12

花生壳

35

1

35

黑麦草

26

1

26

蔬菜垃圾-多叶

10

1

10

荞麦

34

1

34

蔬菜垃圾-富含淀粉类

15

1

15

三叶草

23

1

23

鸡粪

6

1

6

豇豆

21

1

21

鸡砂

16

1

16

小米/谷子/

44

1

44

牛粪

15

1

15

紫云英

11

1

11

鸭砂

16

1

16

芥菜

26

1

26

山羊粪

11

1

11

狼尾草

50

1

50

马粪

30

1

30

黄豆

20

1

20

人粪

7

1

7

苏丹草

44

1

44

猪粪

14

1

14

冬小麦

14

1

14

兔粪

12

1

12

草木灰

25

1

25

羊粪

15

1

15

咖啡渣

20

1

20

尿液

0.8

1

0.8

园艺垃圾(枯枝类)

30

1

30

螃蟹/龙虾弃物(排泄)

5

1

5

修剪下来的剪草

20

1

20

鱼粪

5

1

5

厨房垃圾

20

1

20

木材厂废弃物

170

1

170

新鲜菜叶

37

1

37

海藻

10

1

10

纸巾

110

1

110

粮食渣(大型啤酒酿造废弃)

12

1

12

修建下来的灌木状

53

1

53

谷物残渣(小型酿酒厂废弃)

15

1

15

卫生用纸

70

1

70

水葫芦

25

1

25

番茄罐头(废弃)

11

1

11

血粉

14

1

14

修剪下来的树木枝

16

1

16

骨粉

7

1

7

杂草(干)

20

1

20

棉粕/豆粕

7

1

7

杂草(鲜)

10

1

10





 

通过上述材料的不同搭配,我们可以优化调节堆肥的C/N,从而用于生物堆肥降解测试。

 

    湖北洛克泰克仪器股份仪器有限公司是科学仪器的研究型制造商,也是中国生物降解测试仪器领域的开拓者和领先者,国家高新技术企业。

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