添加微晶化磷礦粉對白酒糟、糠醛渣發(fā)酵過程中養(yǎng)分動態(tài)變化的影響

李美清+劉春生+付偉國

摘要：通過對白酒糟和糠醛渣廢棄有機物添加微晶化磷礦粉，利用恒溫發(fā)酵的方式發(fā)酵30 d，并且每5 d從堆體中均勻取樣，研究發(fā)酵過程中有機廢棄物的動態(tài)變化。試驗結(jié)果表明，在30 ℃的恒溫條件下，白酒糟及糠醛渣在發(fā)酵30 d內(nèi)，隨發(fā)酵時間的延長可以改變發(fā)酵物的pH值，腐殖酸、枸溶性磷的含量也發(fā)生了變化。在發(fā)酵的20、25 d，糠醛渣和白酒糟分別可以實現(xiàn)pH值達(dá)到中性范圍，腐殖酸、枸溶性磷含量增加效果較佳。

關(guān)鍵詞：有機廢棄物；發(fā)酵；養(yǎng)分變化；效應(yīng)

中圖分類號： X712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0310-03

白酒糟和糠醛渣是工業(yè)生產(chǎn)中的有機廢棄物料。白酒糟是高粱、玉米及大麥發(fā)酵生產(chǎn)白酒的產(chǎn)物，常可用作飼料[1-4]，由于其酸性比較大，作為飼料具有局限性且夏季酒糟產(chǎn)量大，在高溫潮濕條件下極易造成霉變現(xiàn)象；而糠醛渣是在玉米芯中加入硫酸生產(chǎn)糠醛產(chǎn)生的廢棄物，該廢棄物中因為含有過量的硫酸，酸性較強，雖可用來改良堿性土壤和適于北方土壤施用[5-6]，但不適于南方酸性土壤。這2種廢棄物如果不及時處理，酸性物質(zhì)極易隨水流失而造成環(huán)境污染。另外，白酒糟和糠醛渣由于未經(jīng)腐熟和生產(chǎn)過程中的特殊工藝造成某些養(yǎng)分相對欠缺，直接作為有機肥或無土基質(zhì)施用有一定的缺陷性。鑒于以上情況，有必要對這2種有機廢棄物進(jìn)行改良研究。

本研究通過添加粒徑更細(xì)的微晶化磷礦粉[7]于白酒糟和糠醛渣中發(fā)酵，該磷礦粉表面活性大大加強，在改良廢棄物酸堿性的同時，通過發(fā)酵來進(jìn)行廢棄物養(yǎng)分均衡調(diào)節(jié)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對白酒糟和糠醛渣的高效利用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

有機物料：（1）糠醛渣（K）：其中有機質(zhì)65.65%、腐殖酸23.15%、pH值2.00、枸溶性磷0.26%、全磷0.33%，產(chǎn)地山東菏澤。（2）白酒糟（J）：其中有機質(zhì)56.97%、腐殖酸4.02%、pH值3.60、枸溶性磷0.63%，產(chǎn)地山東泰安。

微晶磷礦粉：選取38 μm和18 μm 2種粒徑的微晶磷礦粉，分別記為B和C，由浙江清華長三角研究院提供。

1.2 發(fā)酵試驗及測定項目

1.2.1 發(fā)酵試驗 試驗時間為2012年3月15日至4月15日，試驗地點為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院光照培養(yǎng)室。取相同質(zhì)量的白酒糟、糠醛渣，通過分別添加不同質(zhì)量的微晶磷礦粉，試驗設(shè)置10個處理，每處理4次重復(fù)。具體試驗方案為見表1。各個處理的質(zhì)量含水量為60%，進(jìn)行30 ℃ 恒溫培養(yǎng)發(fā)酵30 d，發(fā)酵管理為每5 d翻動1次，并且均勻地從堆體內(nèi)部取樣，置于陰涼處自然風(fēng)干，待測。

1.2.2 測定項目及軟件分析 發(fā)酵材料中pH值的變化利用pH計測定；枸溶性磷變化的測定采用2%檸檬酸浸提-釩鉬黃比色法；腐殖酸含量的測定采用戴麗明的方法[8]。

各數(shù)據(jù)采用Excel作圖和SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑微晶化磷礦粉的添加對發(fā)酵物料中pH值的調(diào)節(jié)作用

由圖1可見，白酒糟和糠醛渣與不同比例的微晶化磷礦粉混合后，在恒溫發(fā)酵的30 d 內(nèi)，在整個發(fā)酵過程中磷礦粉的添加能改善有機廢料的酸性，而且糠醛渣有機廢料pH值的提高效果在發(fā)酵25 d內(nèi)更快，在發(fā)酵25 d后pH值基本保持不變，而白酒糟的pH值在發(fā)酵25 d前就基本保持穩(wěn)定，但在25 d后又有急劇增加趨勢。各個處理總的pH值變化表現(xiàn)為先快速上升后緩慢上升或基本保持穩(wěn)定的總體趨勢。但各個處理中所添加的磷礦粉數(shù)量不同，pH值的變化也不完全相同。圖1-a、圖1-c當(dāng)無機物料與磷礦粉質(zhì)量配比為2 ∶1時，相比較于無機物料與磷礦粉質(zhì)量配比為1 ∶1（圖1-b、圖1-d），對pH值的提高相對效果低，主要原因就是磷礦粉數(shù)量添加越多需要消耗的酸越多，pH值提高越快。但2個處理組中當(dāng)微晶磷礦粉粒徑更細(xì)時，在發(fā)酵的前5 d更利于快速提高pH值。究其原因可能是磷礦粉顆粒越細(xì)，與有機廢棄物的接觸面積越大，有利于快速與廢棄物中的酸在前期發(fā)生反應(yīng)而消耗酸，提高了pH值，但糠醛渣的強化學(xué)酸性能在前期發(fā)酵階段更好地溶解微晶磷礦粉，而后期由于發(fā)酵產(chǎn)生的有機酸較少且穩(wěn)定造成pH值穩(wěn)定上升后保持不變；對于白酒糟來說，其中的酸為有機酸，在發(fā)酵的前5 d內(nèi)也能利用其含有的大量有機酸溶解磷礦粉，但效果不及硫酸，在后期由于白酒糟本身就是發(fā)酵的初始產(chǎn)物，產(chǎn)物中含有大量的菌類，在2次發(fā)酵25 d后這些菌類大量繁殖產(chǎn)生有機酸有效地促進(jìn)磷的溶解而快速降低了其酸性。總之通過發(fā)酵，各個處理的pH值能得到提高，白酒糟、糠醛渣在20 d和25 d 發(fā)酵物的pH值范圍分別為6.50～7.38和7.53～7.63，處于中性范圍，達(dá)到了調(diào)節(jié)的目的。

2.2 發(fā)酵物料中腐殖酸含量的動態(tài)變化

發(fā)酵物料中pH值的變化僅僅是一方面的要求，在發(fā)酵過程中，同時要對發(fā)酵物中腐殖酸含量的高低進(jìn)行調(diào)查。如圖2所示，在發(fā)酵的過程中，有機廢棄物料中的腐殖酸隨處理時間的變化發(fā)生了變化。圖2-a說明在發(fā)酵的30 d內(nèi)，白酒糟添加磷礦粉發(fā)酵時，有機物料與磷礦粉配比為2 ∶1時的處理J1腐殖酸含量隨發(fā)酵時間呈現(xiàn)先略有下降后增加再繼續(xù)增加的趨勢，而處理J3則在發(fā)酵的前10 d呈增加趨勢，但在發(fā)酵的10～20 d則減小后繼續(xù)增加；有機物料與磷礦粉配比為1 ∶1時的處理J2、J4，J2在發(fā)酵的前10 d腐殖酸基本維持不變，而后在15 d有所增加后在20 d又下降，在發(fā)酵的后10 d又呈現(xiàn)急劇增高后又有所下降；J4在發(fā)酵的20 d有所下降，在發(fā)酵的25 d達(dá)到最高，而在發(fā)酵30 d快速下降。

圖2-b說明，糠醛渣與不同磷礦粉配比后發(fā)酵物中的腐殖酸變化也不同，各個處理在20～25 d發(fā)酵時間腐殖酸含量相比較于前15 d有所下降后又增加。但各個處理隨添加磷礦粉數(shù)量的不同腐殖酸含量不同，以糠醛渣和磷礦粉質(zhì)量比為2 ∶1的處理K1、K3在前5 d的發(fā)酵物中腐殖酸含量高于質(zhì)量比為1 ∶1的處理K2、K4；除發(fā)酵的10 d，腐殖酸不具有規(guī)律性外，隨發(fā)酵時間延長總體趨勢表現(xiàn)為處理K1和K3、處理K2和K4的腐殖酸含量的變化趨于相同。說明在發(fā)酵過程中，腐殖酸既有生成同時也有消耗，但總的趨勢表現(xiàn)為在發(fā)酵25 d時，腐殖酸含量也提高。這說明廢棄的有機物料向腐熟階段發(fā)展。

2.3 不同發(fā)酵時間對發(fā)酵物料枸溶性磷含量的影響

發(fā)酵前，有機物料中整體表現(xiàn)出枸溶性磷含量相對比較低，通過微晶化磷礦粉一方面來調(diào)節(jié)肥料的pH值，另一方面提高廢料中枸溶性磷的含量。由圖3可見，各個處理在不同發(fā)酵時間枸溶性磷的增長量不同。發(fā)酵的不同時間段內(nèi)，枸溶性磷含量的提高與有機廢料和磷礦粉的比例存在很大的關(guān)系，除了發(fā)酵5 d的處理K1和K2不具有規(guī)律性外，總體表現(xiàn)出廢料與磷礦粉的質(zhì)量比為2 ∶1的處理提高枸溶性磷的效果優(yōu)于質(zhì)量比為1 ∶1的處理。此外，當(dāng)發(fā)酵20 d時，糠醛渣的各個處理枸溶性磷增長量達(dá)到比較理想的值，當(dāng)發(fā)酵25 d時，白酒糟的各個處理枸溶性磷增長量達(dá)到最佳效果。

2.4 pH值與枸溶性磷增長量的相關(guān)性研究

有機廢料在發(fā)酵過程中，添加的磷礦粉可以消耗酸，從而使得酸度降低，也利于枸溶性磷的釋放，以圖4的pH值和枸溶性磷增長量關(guān)系說明，當(dāng)pH值的增長量低于2.8時，枸溶性磷的增長量范圍局限于0.2%～0.8%；當(dāng)pH值增長量大于6.5時，也可提高枸溶性磷增長量，且增長量大于0.8%；在pH值的增長幅度為3.5～5.5時，枸溶性磷的增長量除個別處理外，達(dá)到了0.6%以上，這意味著發(fā)酵過程中pH值消耗量的多少與枸溶性磷的增長量密切相關(guān)。但總體來說適宜枸溶性磷釋放的pH值范圍，加入白酒糟和糠醛渣的處理分別為6.50～7.38和7.53～7.63，實現(xiàn)了廢物重新利用和節(jié)約能源。

3 結(jié)論

通過添加微晶化磷礦粉使白酒糟、糠醛渣發(fā)酵，可以快速調(diào)節(jié)發(fā)酵物的pH值，且添加磷礦粉越多，pH值的調(diào)節(jié)越快，在發(fā)酵的20～25 d達(dá)到中性范圍。

發(fā)酵過程中，腐殖酸含量發(fā)生明顯改變，白酒糟處理中腐殖酸在發(fā)酵的25 d上升，而糠醛渣在發(fā)酵20～25 d腐殖酸含量增長幅度不大。

枸溶性磷含量增加比較明顯的發(fā)酵時間，糠醛渣為發(fā)酵的20 d，而白酒糟在發(fā)酵的25 d。

通過添加磷礦粉發(fā)酵并結(jié)合考慮實際應(yīng)用問題，建議糠醛渣發(fā)酵20 d即可，而白酒糟發(fā)酵25 d效果更好。

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