禽畜糞便堆肥概述

張巍 包震宇

(1.沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院,遼寧沈陽(yáng) 110015;2.遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院,遼寧沈陽(yáng) 110161)

禽畜糞便堆肥概述

張巍1包震宇2

(1.沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院,遼寧沈陽(yáng) 110015;2.遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院,遼寧沈陽(yáng) 110161)

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,養(yǎng)殖業(yè)所產(chǎn)生的大量禽畜糞便給環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅,堆肥是處理禽畜糞便行之有效的方法。本文就堆肥的原理、條件及腐熟度指標(biāo)作簡(jiǎn)單介紹。

禽畜糞便 堆肥

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)得到快速的發(fā)展，促進(jìn)了養(yǎng)殖業(yè)的蓬勃發(fā)展，然而養(yǎng)殖業(yè)所產(chǎn)生的大量排泄物卻給環(huán)境衛(wèi)生帶來(lái)了很大的壓力，長(zhǎng)期堆棄的畜禽糞便所造成的環(huán)境污染給人類(lèi)生存帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。目前，堆肥是處理這些禽畜糞便行之有效的方法，本文就堆肥的原理、條件及腐熟指標(biāo)作簡(jiǎn)單介紹。

1 堆肥化定義及原理

堆肥化就是在人工控制下，在一定的濕度、溫度、C/N比和通風(fēng)條件下，利用自然界廣泛分布的細(xì)菌、放線(xiàn)菌、真菌等微生物的發(fā)酵作用，人為地促進(jìn)可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過(guò)程。根據(jù)堆肥化過(guò)程中氧氣的供應(yīng)情況，可以把其分為好氧堆肥和厭氧堆肥。厭氧堆肥是在通氣條件差，氧氣不足的條件下由厭氧微生物發(fā)酵堆肥；好氧堆肥是在通氣條件好，氧氣充足的條件下借助好氧微生物的生命活動(dòng)降解有機(jī)質(zhì)。通常好氧堆肥堆體溫度高，一般在50～70℃，故亦稱(chēng)為高溫堆肥，其可以最大限度地殺滅病原菌、蟲(chóng)卵及雜草種子，同時(shí)將有機(jī)質(zhì)快速地降解為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥。目前，多采用高溫好氧堆肥。

2 堆肥條件

堆肥過(guò)程中微生物的活動(dòng)程度直接影響堆肥周期與產(chǎn)品質(zhì)量。因此，堆肥過(guò)程的控制參數(shù)主要是與微生物生長(zhǎng)有關(guān)的因素。

2.1 水分

含水量是高溫堆肥的一個(gè)重要參數(shù)。水分是微生物生存繁殖的必需物質(zhì)，堆肥材料吸水后軟化易被分解，水分在堆肥中移動(dòng)，有利于腐熟均勻。水分含量過(guò)低，不利于微生物的生長(zhǎng)；水分含量過(guò)高，則易堵塞料堆中的空隙，影響通氣，導(dǎo)致厭氧發(fā)酵。堆肥堆料的含水量應(yīng)在50%～60%。

2.2 pH值

pH值是影響堆肥過(guò)程的重要參數(shù)之一。pH對(duì)微生物活動(dòng)和氮元素的保存有重要影響，過(guò)高或過(guò)低的pH值都會(huì)對(duì)堆肥的效率產(chǎn)生影響。

2.3 溫度

溫度是堆肥順利進(jìn)行的重要因素。溫度的作用主要是影響微生物的生長(zhǎng)，一般認(rèn)為高溫菌對(duì)有機(jī)物的降解效率高于中溫菌，現(xiàn)在的快速、高溫、好氧堆肥正是利用了這一點(diǎn)。初堆肥時(shí)，堆體溫度一般與環(huán)境溫度相一致，經(jīng)過(guò)中溫菌1～2天的作用，堆肥溫度便能達(dá)到高溫菌的理想溫度50～65℃，在這樣的高溫下，一般堆肥只要5～6天即可達(dá)到無(wú)害化。過(guò)低的溫度將大大延長(zhǎng)堆肥達(dá)到腐熟的時(shí)間，而過(guò)高的堆溫(≥70℃)將對(duì)堆肥微生物產(chǎn)生有害的影響。

2.4 碳氮比(C/N)

C/N是微生物活動(dòng)的重要營(yíng)養(yǎng)條件。過(guò)高的C/N會(huì)使微生物因?yàn)槿狈ψ銐虻牡鵁o(wú)法快速生長(zhǎng)，使堆肥進(jìn)展緩慢，并且堆肥施人土壤后，將會(huì)發(fā)生奪取土壤中氮素的現(xiàn)象，產(chǎn)生“氮饑餓”狀態(tài)，對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響；過(guò)低的C/N又會(huì)使微生物生長(zhǎng)過(guò)于旺盛，甚至出現(xiàn)局部厭氧，散發(fā)難聞氣味，同時(shí)大量的氮以氨氣形式放出，降低了堆肥質(zhì)量。堆料C/N值控制在25～35。

2.5 通風(fēng)供氧

通風(fēng)是好氧堆肥的關(guān)鍵性因素之一。其主要作用是提供氧氣，促進(jìn)微生物的發(fā)酵過(guò)程；通過(guò)供氣量的控制，去除堆料中多余的水分；調(diào)節(jié)堆體溫度，稀釋臭味。堆肥需氧的多少與堆肥材料中有機(jī)物含量息息相關(guān)，堆肥材料中有機(jī)碳愈多，其好氧率愈大。堆體中氧含量保持在5%～15%比較適宜；氧含量低于5%會(huì)導(dǎo)致厭氧發(fā)酵；高于15%則會(huì)使堆體冷卻，導(dǎo)致病原菌的大量存活。

2.6 菌種

堆肥化是微生物作用于有機(jī)廢物的生化降解過(guò)程，說(shuō)明微生物是堆肥過(guò)程的主體。堆肥微生物的來(lái)源主要有兩個(gè)方面。一是來(lái)自有機(jī)廢物內(nèi)部固有的大量微生物種群；二是人工加入的特殊菌種，這些菌種在一定條件下對(duì)某些有機(jī)物廢物具有較強(qiáng)的分解能力，具有活性強(qiáng)、繁殖快、分解有機(jī)物迅速等特點(diǎn)，能加速堆肥反應(yīng)的進(jìn)程，縮短堆肥反應(yīng)的時(shí)間。堆肥中發(fā)揮作用的微生物主要是細(xì)菌和放線(xiàn)菌，還有真菌和原生動(dòng)物等。隨著堆肥過(guò)程有機(jī)物的逐步降解，堆肥微生物的種群和數(shù)量也隨之發(fā)生變化。

3 堆肥腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)

堆肥腐熟度評(píng)價(jià)是保證有機(jī)廢物達(dá)到無(wú)害化處理的必要環(huán)節(jié)，目的是評(píng)價(jià)堆肥產(chǎn)品是否熟化，以確定其能否安全應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。用于腐熟度評(píng)價(jià)的指標(biāo)和方法有物理方法、化學(xué)方法、微生物活性、酶學(xué)分析以及植物毒性分析等。

3.1 物理學(xué)指標(biāo)

物理學(xué)指標(biāo)主要有顏色、氣味、溫度等參數(shù)揭示腐熟變化過(guò)程。對(duì)堆肥腐熟評(píng)價(jià)的最早的物理學(xué)指標(biāo)是指直觀(guān)的觀(guān)察指標(biāo)，一般用爛、黑等作為經(jīng)驗(yàn)定性總結(jié)，沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的用數(shù)量表達(dá)的量度。

(1)顏色：腐熟堆肥后的顏色一般呈黑褐色或黑色，成熟堆肥的顏色是褐色或黑色，并帶有濕潤(rùn)的泥土氣味；(2)溫度：溫度是表觀(guān)上直接可以判斷堆肥腐熟度的指標(biāo)。堆肥要經(jīng)過(guò)四個(gè)階段，堆肥達(dá)到腐熟后，已經(jīng)過(guò)了高溫階段，溫度則應(yīng)保持和外界環(huán)境溫度一致或接近；(3)氣味：堆肥腐熟過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些發(fā)臭物質(zhì)，氣味很難聞，但這種氣味隨堆肥后期逐漸減弱并消失。

3.2 化學(xué)指標(biāo)

(1)PH值：PH值是堆肥過(guò)程的重要指標(biāo)，該指標(biāo)可以宏觀(guān)說(shuō)明堆肥進(jìn)程。pH值調(diào)控要求6～8，由于堆肥過(guò)程中，常常伴隨有機(jī)酸的生成而使pH值小于6，妨礙堆肥腐熟；另一方面由于產(chǎn)生游離氨，也有可能使pH值大于8，造成氮素?fù)p失；(2)含水率：測(cè)定含水率的方法有多種，常規(guī)的方法是在規(guī)定溫度105℃左右，按規(guī)定的停留時(shí)間2～5h，測(cè)定物料的失重；也可以采用快速測(cè)試方法，即利用微波爐干燥物料15～20min，來(lái)測(cè)定物料含水量。還可根據(jù)堆肥物料的一些現(xiàn)象來(lái)判斷含水率是否適宜；(3)C/N比：一般認(rèn)為，穩(wěn)定或已經(jīng)腐熟的堆肥全C/N應(yīng)該≤20左右。人們將全C/N作為堆肥穩(wěn)定的一個(gè)指標(biāo)，但是，有研究發(fā)現(xiàn)一些已達(dá)穩(wěn)定或腐熟的堆肥其C/N范圍從8到29，相差很大。因此，全C/N并不能作為檢驗(yàn)堆肥腐熟的一個(gè)很好的指標(biāo)；(4)水溶性氮：堆肥過(guò)程中含氮物質(zhì)在微生物作用下要發(fā)生降解釋放出氨氣，或發(fā)生硝化作用，水溶性氮會(huì)產(chǎn)生變化。有研究表明，以畜禽糞便為原料堆肥，堆肥過(guò)程中NH4+-N含量初期較高，在堆肥的33～40d時(shí)直線(xiàn)下降，這時(shí)，NO3--N含量開(kāi)始上升，在40～59d時(shí)，NH4+-N繼續(xù)降低而NO3--N垂直上升。由于硝化細(xì)菌是中溫性化能自養(yǎng)菌，在氧氣供應(yīng)充足，異養(yǎng)生物競(jìng)爭(zhēng)不激烈的時(shí)候，硝化細(xì)菌在28℃活性最適。但是關(guān)于NH4+-N、NO3

--N沒(méi)有一個(gè)明確的指標(biāo)界限來(lái)確定，因此在應(yīng)用過(guò)程中只能作為一個(gè)參考。

3.3 發(fā)芽率指標(biāo)

未腐熟堆肥的植物毒性主要來(lái)自小分子有機(jī)酸和大量NH3、多酚等物質(zhì)，種子發(fā)芽試驗(yàn)是一個(gè)綜合性指標(biāo)，是最敏感且最有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

3.4 糞大腸菌群

該菌群是一群需氧及兼性厭氧在44.5℃、24小時(shí)內(nèi)能分解乳糖、產(chǎn)酸產(chǎn)氣的革蘭氏陰性無(wú)芽孢桿菌。菌值是結(jié)果的表示方法，其含義是含有一個(gè)糞大腸菌的備件樣品總數(shù)或毫升數(shù)。菌值越大，含菌量越少。

綜上所述，堆肥作為處理禽畜糞便較成熟的一種方法，還有很多需要改進(jìn)的地方。掌握堆肥的原理和條件，作好參數(shù)測(cè)定，達(dá)到徹底腐熟，無(wú)論是對(duì)禽畜糞便的處理，還是對(duì)資源的再利用，都有著決定的作用。

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張巍(1978—),女,工程師,現(xiàn)就職于沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院,從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)及環(huán)境科研工作。

包震宇(1981—)男,工程師,現(xiàn)就職于遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院,從事固體廢棄物處理及水處理研究。