柑橘渣混合秸稈好氧發(fā)酵工藝

蘭子平++劉敏++張育維++雷光東

摘要：采用豬糞、牛糞或豬牛混合糞為微生物來源，利用柑橘皮渣提供養(yǎng)分，使微生物快速繁殖，以農(nóng)作物秸稈調(diào)節(jié)水分進(jìn)行好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥料。結(jié)果表明，柑橘皮渣和農(nóng)作物秸稈質(zhì)量比約為（4～5） ∶[KG-*3]1，控制初始含水量為65%～73%，堆體高度為0.6 m，高溫發(fā)酵期都在10 d以上，30 d可達(dá)到腐熟。由結(jié)果可知，適量添加天然磷礦石粉提高堆體初始pH值，腐熟快，肥效高。

關(guān)鍵詞：柑橘皮渣；好氧發(fā)酵；腐熟；有機(jī)肥

中圖分類號： S188+.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）12-0491-03

[HJ1.5mm]

收稿日期：2015-11-10

基金項(xiàng)目：四川省內(nèi)江市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)資金（編號：內(nèi)市科知發(fā)函[2012]號）；內(nèi)江師范學(xué)院科研項(xiàng)目（編號：12njz12）。

作者簡介：蘭子平（1964—），男，四川內(nèi)江人，副教授，主要從事無機(jī)及分析化學(xué)研究。

通信作者：雷光東，教授，主要從事有機(jī)合成研究。E-mail：leiguangd@163.com。

柑橘是世界范圍內(nèi)廣泛種植的水果之一，其營養(yǎng)豐富，深受廣大民眾喜愛。近年來，我國柑橘種植業(yè)迅猛發(fā)展，2014年柑橘產(chǎn)量已達(dá)3 378萬t[1]。由于保鮮原因，柑橘除少部分用于直接食用外，大部分用于加工，其中壓汁是最為重要的加工方式，占總加工量的96%，然而伴隨柑橘汁加工而產(chǎn)生大量的柑橘皮渣，其特點(diǎn)是含水量高、體積龐大、易腐敗變質(zhì)[2]，給處理帶來了相當(dāng)?shù)碾y度。

多年來國內(nèi)外對柑橘皮渣綜合利用的探索較多，如提取柑橘香精油、果膠及膳食纖維等[3-8]，但都受到皮渣有效減量少、二次殘渣污染問題而限制了應(yīng)用。為了提高有效減量，將柑橘皮渣直接烘干作為飼料添加劑，但其保鮮難，含水量大于80%，烘干過程中能量消耗太多，運(yùn)行成本高，企業(yè)難以承受[9-10]。為此，一些企業(yè)采用直接填埋處理，但因其水分含量高、體積大，占地量過大，并且填埋后產(chǎn)生的臭氣和滲漏液，對地下水、空氣造成嚴(yán)重的污染，有的企業(yè)因廢渣處理不當(dāng)帶來環(huán)境污染被新聞曝光也時有發(fā)生，所以資源化利用柑橘皮渣是該產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展必需的。[JP2]

與此同時，農(nóng)作物秸稈處置也是當(dāng)今一大難題。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，玉米、小麥等秸稈十分豐富，這些秸稈含水量低，含微生物營養(yǎng)物質(zhì)少，微生物生長慢，堆肥處理腐熟周期長，腐熟不完全。其他加工難度大，許多農(nóng)民直接燃燒處理，浪費(fèi)和污染并存，各級政府都明確禁止燃燒秸稈。為此，筆者根據(jù)柑橘皮渣含水量高，含有豐富的糖分和有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)且是微生物生長所需，秸稈正好吸收部分水分的特點(diǎn)，設(shè)計了柑橘渣混合秸稈好氧發(fā)酵工藝。本工藝以新鮮豬糞、牛糞為雜菌源，以農(nóng)作物秸稈為水分調(diào)節(jié)劑，采用好氧堆肥法，無害化處理柑橘皮渣，生產(chǎn)出有機(jī)肥料，既可解決環(huán)境污染問題，又實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化。好氧堆肥過程中豬牛糞便中微生物不斷消耗柑橘皮渣中的營養(yǎng)成分，并進(jìn)行自身繁殖，產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)，不停地發(fā)生物理、化學(xué)、生物等方面的變化，最終達(dá)到穩(wěn)定，并且腐熟形成良好的有機(jī)復(fù)合肥[11]。經(jīng)過多次試驗(yàn)證實(shí)，加入適量的天然磷礦石，有利于堆肥過程中酸堿度的相對平穩(wěn)，加快了微生物的活動，縮短了發(fā)酵周期，增強(qiáng)了最終肥效。

1材料與方法

1.1材料

柑橘皮渣：山東佳美食品工業(yè)有限公司內(nèi)江分公司生產(chǎn)果汁的廢棄物；鮮豬糞、鮮牛糞：用時現(xiàn)取于內(nèi)江市郊區(qū)農(nóng)場；玉米秸稈和小麥秸稈：取自內(nèi)江周圍農(nóng)村，自然風(fēng)干備用。

1.2儀器

主要儀器：METTLER-AE240電子分析天平、DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、DFT-100手提式高速萬能粉碎機(jī)、通用型農(nóng)用切草機(jī)。

1.3試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)計為2個處理，其中混合秸稈比例以初堆物料含水量確定，初堆含水量約控制在70%。

（1）第1處理組。

堆肥1：豬糞+柑橘皮渣+混合秸稈，其質(zhì)量比為 1 ∶[KG-*3]5 ∶[KG-*3]1；堆肥2：牛糞+柑橘皮渣+混合秸稈，其質(zhì)量比為 1 ∶[KG-*3]5 ∶[KG-*3]1；堆肥3：豬糞+牛糞+柑橘皮渣+混合秸稈，其質(zhì)量比為0.5 ∶[KG-*3]0.5 ∶[KG-*3]5 ∶[KG-*3]1。

（2）第2處理組。

堆肥4：豬糞+柑橘皮渣+混合秸稈+磷礦，其質(zhì)量比為4 ∶[KG-*3]16 ∶[KG-*3]4 ∶[KG-*3]1；堆肥5：牛糞+柑橘皮渣+混合秸稈+磷礦，其質(zhì)量比為4 ∶[KG-*3]16 ∶[KG-*3]4 ∶[KG-*3]1；堆肥6：豬糞+牛糞+柑橘皮渣+混合秸稈+磷礦，其質(zhì)量比為2 ∶[KG-*3]2 ∶[KG-*3]16 ∶[KG-*3]1。

1.4堆肥處理

將新壓汁后的柑橘皮渣用粉碎機(jī)打成糊狀，磷礦石打成碎粉，過60目篩，把玉米秸稈和小麥秸稈用切草機(jī)切成4～5 cm 的碎段，兩者質(zhì)量比約為1 ∶[KG-*3]1，混合均勻。按相應(yīng)比例把鮮豬糞或鮮牛糞、磷礦石粉與柑橘皮渣糊一起攪拌，混合均勻，再與相應(yīng)比例的秸稈混合均勻。疏松堆放于半徑 0.75 m、高1 m的圓柱形水泥池中，物料堆放高度為0.6 m，池底放1個可隔離滲出液的網(wǎng)罩。表面蓋適量秸草類保溫材料。每7 d翻堆1次，保證池內(nèi)氧氣充足。堆肥時間為40 d。

1.5數(shù)據(jù)測定

含水量測定：每4 d取1次樣品；每次于堆體多點(diǎn)取樣200 g于小瓷盤中，并放于電熱烘箱中，在85 ℃下烘8 h至恒質(zhì)量，計算含水量；再利用粉碎機(jī)打碎并過篩，封于塑料袋中，供分析用。

溫度測定：每天15：00測定堆體的溫度，測量時溫度計須插入堆體表層約30 cm，同時記錄周圍的環(huán)境溫度。

pH值測定：取翻堆時堆底滲出液或堆肥物適度擠壓液，用pH試紙測定其pH值。

全碳的測定：馬弗爐灼燒法[12]。

總氮的測定：凱式蒸餾法[13]。

有機(jī)質(zhì)的測定：重鉻酸鉀容量法[13]。

磷的測定：分光光度法[13]。

2結(jié)果與分析

2.1堆料物理性狀的變化

堆肥開始時，各處理組的堆體物料都呈黃色，并且具有一定的臭味，主要由果渣和糞便引起。堆至第6天時，牛糞處理組已經(jīng)無臭味，豬糞和豬牛糞混合處理組仍有一定臭味，堆體表面至約50 cm深層都出現(xiàn)灰白色菌絲，堆底有少量滲出液。至12 d時，各堆均有大量灰白色菌絲，堆肥顏色變?yōu)榛液谏?，約50 cm處有明顯顏色界線，堆體50 cm以下物料顏色偏黃、菌絲少，各堆底滲出液量均有增加，豬糞和豬牛糞混合處理組堆肥仍有輕微臭味。第27天時，各堆肥仍有大量灰白色菌絲、各堆肥顏色均呈現(xiàn)黑褐色或黑色，均有潮濕泥土的氣味與少量滲出液，堆肥基本達(dá)到腐熟。與此同時，隨著堆肥的進(jìn)行，物料腐熟度的增加，物料的體積也逐漸縮減，各堆體體積隨時間變化情況如表1所示。

2.2堆肥過程中堆體溫度的變化

[JP3]堆肥過程中，堆體溫度變化由升溫期、相對穩(wěn)定的高溫期和降溫期3個階段構(gòu)成，而各堆體的溫度變化趨勢相同（表2）。

由圖1、圖2可知，2個批次處理過程中環(huán)境溫度相差較大。堆肥初期，由于微生物還處于適應(yīng)期，分解有機(jī)質(zhì)的能力較弱，[JP2]并且環(huán)境溫度較低，故發(fā)熱階段時間稍長。通過第1次翻堆，為其中好氧微生物分解有機(jī)物提供了充足的氧氣，堆肥溫度逐漸升高，進(jìn)入高溫階段，此時嗜熱微生物快速繁殖，柑橘渣中的纖維素和果膠類物質(zhì)被分解，釋放出大量的熱量。隨著堆肥進(jìn)程的繼續(xù)，易分解的有機(jī)物已大部分被微生物分解，微生物活動減弱，產(chǎn)熱量減少導(dǎo)致溫度降低。在第4次翻堆后，溫度快速下降，表明堆肥物質(zhì)已呈穩(wěn)定狀態(tài)，堆肥進(jìn)入腐熟階段。從2批處理溫度變化情況可見，豬牛糞混合堆肥，微生物種類豐富，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，能快速進(jìn)入高溫階段，其中含有較多的嗜熱菌，引發(fā)升溫快，高溫持續(xù)時間長，堆肥腐熟周期相對較短，降溫速度相對較快。從翻堆后溫度變化看，第1次翻堆時，微生物活動已較快，翻堆后堆溫略有下降，但堆體溫度較快恢復(fù)升溫；第2次翻堆時微生物活動很快，堆溫變化不大；而第3次翻堆時微生物活動高峰已過，溫度開始下降，但下降較慢；第4次翻堆后溫度較快下降，說明堆肥已進(jìn)入熟化階段。從2批處理溫度變化情況看，豬牛糞混合導(dǎo)致升溫快，高溫持續(xù)時間長，堆肥腐熟周期相對較短，降溫速度相對較快。

2.3堆肥中pH值的變化

[JP2]堆肥過程中酸堿度變化可以堆體滲出液作參考，由表3可見，pH值在堆肥發(fā)酵過程中總體表現(xiàn)為先升高，達(dá)到一定數(shù)值后呈基本穩(wěn)定的趨勢；未加磷礦石的pH值變化略大，添加磷礦石的堆體pH值相對變化較小，其初始pH值相對高些，可見磷礦石具有明顯的緩沖作用。同時，磷也是微生物所需元素，適當(dāng)添加磷礦石更有利于微生物生長，加入磷礦石的堆體微生物生長旺盛，快速分解有機(jī)質(zhì)，對促進(jìn)堆肥腐熟是有利的。

2.4水分含量的變化情況

在堆肥過程中水是微生物生長繁殖不可缺少的，菌體和養(yǎng)分都因水分而得以向堆體各處移動，水還使堆肥原料軟化，更加容易被分解，所以須保持堆體內(nèi)有適當(dāng)水分。試驗(yàn)證實(shí)，控制料物的初始水分含量約為70%，既有利于對含水量較高的柑橘渣減量，也使物料容易拌勻，同時能較好滿足堆肥發(fā)酵的水分要求。從表4堆體水分含量變化看，20 d內(nèi)堆體水分變化不大，水分蒸發(fā)、滲出量和物料分解產(chǎn)生水分量相當(dāng)；20 d 后水分散失明顯增快，表明堆肥進(jìn)入腐熟階段。最終經(jīng)過風(fēng)干的水分含量均低于30%。

2.5堆肥過程中堆料碳氮比的變化

一般認(rèn)為堆肥碳氮比為（25～30） ∶[KG-*3]1時，堆肥效果最好[14]，本試驗(yàn)中加入了糞肥，因此具有較好的堆肥效果。由圖3可知，從試驗(yàn)3 d起記錄碳氮比，隨著堆肥的進(jìn)行，堆肥的碳氮比均呈下降的趨勢，初期下降較快，后期趨緩。堆肥30 d后各堆碳氮比均下降至初始碳氮比的60%以下，基本達(dá)到腐熟[15-16]。

[TPLZP3.tif]

2.6堆肥產(chǎn)品肥效

由表5可知，幾種處理過程所得有機(jī)肥的肥效指標(biāo)均達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)要求，其中堆肥4～6因添加磷礦石，其有機(jī)質(zhì)含量更低一些，腐熟更趨完全，同時借肋于堆肥過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸對磷礦石進(jìn)行了轉(zhuǎn)化，因而磷和氮的含量相對高一些，所以綜合肥效更好。

3結(jié)論

本工藝原料為純天然物，無任何化學(xué)添加，采用豬糞、牛糞或豬牛糞混合糞為微生物來源，利用柑橘皮渣提供養(yǎng)分，以農(nóng)作物秸稈調(diào)節(jié)水分進(jìn)行好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥料，柑橘皮渣中[CM（25]豐富的養(yǎng)分能有效促進(jìn)微生物的生長繁殖，提高了農(nóng)作物秸稈的腐熟速度，且適量添加天然磷礦石粉提高了堆體初始pH值，為微生物生長提供了適合的環(huán)境和營養(yǎng)，明顯加快了腐熟進(jìn)程。綜合整個發(fā)酵過程，堆肥6的處理工藝，物料腐熟快，綜合肥效指標(biāo)好，是工藝過程簡單、操作技術(shù)要求低、適應(yīng)性和推廣性較強(qiáng)的新工藝。

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