豬糞好氧堆肥實(shí)驗(yàn)研究

文/譚天星 張 勇 萬(wàn) 睿 江 娟

由于禽畜糞便處理過(guò)程中起作用微生物對(duì)氧氣要求的不同，可將堆肥分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。通風(fēng)條件下使用好氧性微生物的叫做“好氧堆肥”。

溫度是好氧堆肥基本而又重要的性質(zhì)，整個(gè)堆肥過(guò)程會(huì)經(jīng)歷升溫、高溫、降溫、腐熟四個(gè)階段。堆肥初期，隨著微生物降解堆料中的有機(jī)物并釋放出大量的熱量，會(huì)使堆體溫度上升;高溫階段，微生物不斷消耗堆肥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其它水溶性組分，不斷生長(zhǎng)和繁殖，持續(xù)放出大量的熱量，因而高溫階段會(huì)持續(xù)一段較長(zhǎng)的時(shí)間，隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)成分被逐漸分解，溫度逐漸下降，進(jìn)入“降溫期”；當(dāng)有機(jī)質(zhì)幾乎被完全分解后，進(jìn)入“穩(wěn)定腐熟期”。

材料與方法

材料來(lái)源

實(shí)驗(yàn)所需新鮮豬糞取自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的養(yǎng)豬場(chǎng)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)做三個(gè)平行樣。堆肥容器選擇100L圓桶，外包棉被保溫。實(shí)驗(yàn)所用堆肥材料為豬糞和木屑的混合物質(zhì)，根據(jù)需要用木屑和蒸餾水調(diào)節(jié)C/N比為20-35、含水率60%。通風(fēng)采用手動(dòng)翻堆的方式進(jìn)行，每三天翻攪一次。鮮明耀等認(rèn)為，堆后6天宜翻一次，隔5天后再翻一次。本實(shí)驗(yàn)為每2天監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一次，采集容器中的樣品，混合均勻后用四分法進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2014年4月份、5月份共兩個(gè)月的時(shí)間。地點(diǎn)為文華學(xué)院城建學(xué)部環(huán)境實(shí)驗(yàn)樓。

測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）溫度。每天9點(diǎn)采用電子溫度計(jì)溫度探頭檢測(cè)堆體中部的溫度，并從數(shù)字控制顯示器讀取數(shù)據(jù)。

（2）PH。取新鮮堆肥樣品10g用去離子水按肥水比1∶10（w(g)∶V(mL)），在室溫條件下，于2000r/min下水平振蕩提取1h后，用pH計(jì)直接測(cè)定pH值。

圖1

（3）含水率。稱(chēng)量培養(yǎng)皿的重量記錄,取少量濕豬糞于培養(yǎng)皿中，稱(chēng)重后，放入105°烘箱中烘4h后取出，冷卻后稱(chēng)重，計(jì)算含水率。

（4）種子發(fā)芽率。堆肥水浸提液按鮮樣：蒸餾水為1∶10的體積比例振蕩30min，離心（4000r/min）過(guò)濾后上清液貯藏于塑料瓶中備用；把兩張直徑為9cm的濾紙放入干凈無(wú)菌的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿均勻?yàn)⑷?5顆浸泡后的種子，注入10mL的漚肥產(chǎn)物稀釋物，同時(shí)以無(wú)菌去離子水的實(shí)驗(yàn)作為對(duì)照，每個(gè)樣品重復(fù)三次，將所有培養(yǎng)皿在28℃下培養(yǎng)1周，統(tǒng)計(jì)根長(zhǎng)和發(fā)芽率，計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)。

（5）熱值。取少量濕豬糞于培養(yǎng)皿中，稱(chēng)重后，放入105°烘箱中烘4h后取出，冷卻后進(jìn)行熱值測(cè)定。使用全自動(dòng)熱量計(jì)（WZR-1TCⅡ）進(jìn)行熱值測(cè)定。取冷卻后的樣品進(jìn)行壓片，壓片質(zhì)量為1.00g，然后進(jìn)行燃燒絲安裝，安裝后放入氧彈內(nèi)充氧，充氧達(dá)到3個(gè)大氣壓時(shí)充氧15秒即可。然后上機(jī)全自動(dòng)完成。

結(jié)果與分析

堆肥過(guò)程中溫度變化

堆料堆制成后，由于物料具有一定的隔熱性，微生物生長(zhǎng)代謝的熱量被保留，導(dǎo)致物料溫度升高，所以溫度是堆肥過(guò)程中微生物活動(dòng)是否旺盛的標(biāo)志，是表觀上可以直接判別堆肥腐熟與否的指標(biāo)。從溫度變化圖（圖1）可以看出堆肥4天后溫度迅速上升，之后維持高溫階段，隨之溫度下降，進(jìn)入降溫期。到第45天，基本與環(huán)境溫度相同。堆料溫度接近環(huán)境溫度，表明堆肥已基本腐熟，可以認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定。

堆體PH變化

從ph變化表中我們可以看出，PH開(kāi)始基本穩(wěn)定在7.5-8.5之間。36天以后，堆肥進(jìn)入了腐熟期，腐植酸的含量上升，PH有所下降，使PH達(dá)到8.0左右，呈弱堿性。屬于正?，F(xiàn)象。

堆體含水率變化

堆體的溫度與含水率密切相關(guān)，含水率過(guò)高，通氣效果不佳會(huì)影響微生物活動(dòng)，使微生物活動(dòng)減弱。

圖2

表1

圖3

圖4

含水率是堆肥過(guò)程的一個(gè)非常重要的參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為的最佳水分含量為60%～70%，含水率在配料前較低，配料后使含水率增至65%以上，堆肥中含水率增加，到堆肥末期含水率達(dá)到60%左右。

種子發(fā)芽率

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1所示。

從表1可以看出實(shí)驗(yàn)組A和組B發(fā)芽指數(shù)53、58%和61%超過(guò)了50%，所以認(rèn)為堆體已腐熟。

實(shí)驗(yàn)堆體熱值測(cè)定

堆體熱值也反映了豬糞配合物的燃燒性能，其大小也反映了其燃燒性能的好壞。實(shí)驗(yàn)測(cè)定熱值溫度圖如圖4。

結(jié)語(yǔ)

（1）堆體溫度先上升到最高溫度后下降到環(huán)境溫度，這是表征堆體成功與否的重要標(biāo)志，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示堆肥4天后溫度迅速上升，之后維持高溫階段，隨之溫度下降，進(jìn)入降溫期。到第45天，基本與環(huán)境溫度相同。腐熟期時(shí)堆體溫度基本趨同外部環(huán)境溫度，偶有微小波動(dòng)。所以本實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為堆體已腐熟。

圖5

（2）堆體PH在短暫下降后上升，最后保持在8.0左右，表現(xiàn)為弱堿性。

（3）本實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為含水率一般在60%～70%效果比較好。水分是直接影響發(fā)酵速度和腐熟程度的關(guān)鍵因素之一，所以本實(shí)驗(yàn)的成功對(duì)含水率的大小調(diào)節(jié)具有實(shí)驗(yàn)教學(xué)及工程指導(dǎo)意義。

（4）該堆體經(jīng)種子發(fā)芽率法測(cè)定可認(rèn)為已腐熟，腐熟時(shí)間為45天左右。從發(fā)芽率實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出堆體在經(jīng)實(shí)驗(yàn)后可以作為肥料使用。這也間接反映了本實(shí)驗(yàn)對(duì)農(nóng)業(yè)技術(shù)方面具有一定的推動(dòng)作用。使廢棄禽畜糞便變成肥料，有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（5）堆體熱值也反映了豬糞配合物的燃燒性能，其數(shù)值大小也反映了其燃燒性能的好壞。一些大的糞便可以用來(lái)燃燒或者用來(lái)生產(chǎn)沼氣，這也可以反映出本實(shí)驗(yàn)充分利用原料清潔化實(shí)驗(yàn)的目的。

未來(lái)展望

堆體經(jīng)最終處理后可作為肥料使用，這是本實(shí)驗(yàn)的實(shí)際意義。好氧堆肥已經(jīng)成為一種處理禽畜糞便的優(yōu)良方法，它具有使禽畜糞無(wú)害化、穩(wěn)定化、資源的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)厭氧發(fā)酵，好氧堆肥時(shí)間更短，成本更低更經(jīng)濟(jì)。相信在不久的將來(lái)該方法會(huì)更加成熟。該方法也可作進(jìn)一步研究，例如可以向堆體中加入其它藥劑使禽畜糞得到更高效的利用，如在糞便中添加福爾馬林、醋酸、氫氧化鈉等藥劑能夠起到消滅病原菌，保存糞便養(yǎng)分和有效的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。與家蠅幼蟲(chóng)、蚯蚓等的有機(jī)結(jié)合也將是一個(gè)新的研究?jī)?nèi)容，沼渣用于飼養(yǎng)蚯蚓，蚓體作為飼料添加劑，喂養(yǎng)禽畜，蚓糞可制造有機(jī)肥應(yīng)用于生態(tài)農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，變廢為寶。