有機(jī)肥條垛式和槽式發(fā)酵在生產(chǎn)上的應(yīng)用比較

吳明明 韓鵬 李平樂(lè)

[摘 要] 上海農(nóng)場(chǎng)有機(jī)肥料廠的商品有機(jī)肥好氧發(fā)酵生產(chǎn)工藝主要有2種，一是條垛式堆積發(fā)酵，二是槽式堆積發(fā)酵。在保證原料、環(huán)境及試驗(yàn)操作一致的條件下，將雞糞、豬糞、菌渣作為有機(jī)肥生產(chǎn)原料分別進(jìn)行條垛式和槽式好氧發(fā)酵，結(jié)果表明，條垛式發(fā)酵方式需要29 d完成一次發(fā)酵形成合格堆肥產(chǎn)品，槽式發(fā)酵需要45 d完成一次發(fā)酵形成合格堆肥產(chǎn)品。從發(fā)酵周期角度比較，條垛式堆積發(fā)酵優(yōu)于槽式堆積發(fā)酵。

[關(guān)鍵詞] 有機(jī)肥;條垛式;槽式;好氧發(fā)酵

[中圖分類(lèi)號(hào)] S141 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-7909（2020）24-108-2

隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的大力發(fā)展，集約化和規(guī)?；B(yǎng)殖程度越來(lái)越高，我國(guó)每年產(chǎn)生約38億t畜禽糞污，這些糞污成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來(lái)源。推廣畜禽糞污處理技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)畜禽糞污資源化和無(wú)害化利用，提高畜禽養(yǎng)殖者經(jīng)濟(jì)收入，促進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、貫徹綠色發(fā)展理念具有十分重要的意義。畜禽糞便是我國(guó)傳統(tǒng)的有機(jī)肥料，養(yǎng)分齊全，有機(jī)質(zhì)含量高，適量施用可以改良土壤、培養(yǎng)地力，防止土質(zhì)下降，還可提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)。由于當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)期過(guò)量使用化學(xué)肥料，土壤內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量日益減少，腐殖質(zhì)得不到及時(shí)補(bǔ)充，微生物活性降低，造成土壤板結(jié)、養(yǎng)分流失、保水保肥性能下降，對(duì)土壤的污染也日趨嚴(yán)重。

上海農(nóng)場(chǎng)有機(jī)肥料廠商品有機(jī)肥生產(chǎn)方式有槽式發(fā)酵和條垛式發(fā)酵2種。槽式發(fā)酵將物料置于發(fā)酵槽內(nèi)，利用生物學(xué)特性結(jié)合先進(jìn)的機(jī)械化技術(shù)作用，通過(guò)槽式翻拋機(jī)械進(jìn)行翻拋、攪拌及破碎，使物料發(fā)酵、腐熟、降解的一種堆肥工藝。條垛式發(fā)酵是將原料混合物堆成長(zhǎng)條形的條垛，是一種常見(jiàn)的好氧發(fā)酵方法。

1 材料與方法

1.1 堆肥材料

試驗(yàn)在上海農(nóng)場(chǎng)有機(jī)肥料廠進(jìn)行，有機(jī)肥生產(chǎn)原料為上海農(nóng)場(chǎng)境內(nèi)生豬集團(tuán)的豬糞、禽業(yè)公司的雞糞以及當(dāng)?shù)鼐綇S的菌菇渣，其理化參數(shù)如表1所示。

表1 主要原料養(yǎng)分參數(shù)

[項(xiàng)目 水分/% 氮（N）/% 磷（P2O5）/% 鉀（K）/% C/N 豬糞 60 0.50 0.55 0.40 21∶1 雞糞 65 1.63 1.54 0.85 14∶1 菌渣 48 1.72 0.86 1.95 33∶1 ]

1.2 堆肥工藝

將豬糞、雞糞、菌渣按照1∶1∶1混合成發(fā)酵原料，條垛式堆積發(fā)酵為把原料堆為長(zhǎng)30.0 m、寬2.8 m、高1.2 m的三角形堆提;槽式堆積發(fā)酵為把所需的固體糞便與輔料混合好放置在長(zhǎng)35.0 m、寬3.0 m、高1.2 m的水泥發(fā)酵槽內(nèi)，兩種堆肥均為隔1 d翻堆一次。

1.3 堆肥不同處理中取樣方法及測(cè)定

自有機(jī)肥建堆之日起，每隔1 d對(duì)堆體進(jìn)行取樣，選取條垛式堆體和槽式堆體的兩側(cè)和頂部分別混合粉碎作為樣品，定時(shí)檢測(cè)堆體的溫度、含水率。

對(duì)于溫度測(cè)量，每天在2種堆體不同位置50 cm深度處測(cè)量溫度值，并將平均值作為當(dāng)天堆體溫度。采用鹵素水分測(cè)定儀測(cè)定樣品含水量。

2 有機(jī)肥發(fā)酵原理

2.1 堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化

通過(guò)堆肥中的微生物把有機(jī)質(zhì)進(jìn)行復(fù)雜的轉(zhuǎn)化，該轉(zhuǎn)化可以概括為2個(gè)過(guò)程：一是有機(jī)質(zhì)的礦化過(guò)程，即把復(fù)雜的有機(jī)物分解成為單質(zhì)，最后生成二氧化碳、水和礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)素等;二是有機(jī)質(zhì)的腐殖化過(guò)程，也就是有機(jī)質(zhì)被分解并重新合成以產(chǎn)生更復(fù)雜的特殊有機(jī)質(zhì)——腐殖質(zhì)。

2.2 有機(jī)肥厭氧發(fā)酵

厭氧發(fā)酵則是在無(wú)氧條件下的有機(jī)物分解，產(chǎn)生甲烷、二氧化碳、有機(jī)酸等，并易產(chǎn)生臭味，而且發(fā)酵溫度相對(duì)低、時(shí)間長(zhǎng)。傳統(tǒng)肥料發(fā)酵都采用厭氧發(fā)酵，發(fā)酵周期比較長(zhǎng)，發(fā)酵不徹底，一些病原菌和寄生蟲(chóng)不能被有效殺死，一般不采用。而且發(fā)酵產(chǎn)生熱量不均勻，肥料內(nèi)水分不易散失，在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)被壓實(shí)板結(jié)的肥料，不利于農(nóng)業(yè)施用。

3 有機(jī)堆肥好氧發(fā)酵過(guò)程

3.1 升溫階段

在堆肥生產(chǎn)的初始階段，堆肥中的微生物主要是嗜溫和好氧的菌種。微生物先利用易分解的有機(jī)物進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)和繁殖，產(chǎn)生二氧化碳和水，同時(shí)產(chǎn)生熱量使堆肥迅速升溫，依靠中溫型微生物堆肥的溫度連續(xù)升高至30～40 ℃，被稱(chēng)為升溫階段。

3.2 高溫階段

當(dāng)堆肥溫度上升到45 ℃左右，嗜熱性的微生物取代中溫型微生物開(kāi)始工作，溫度持續(xù)上升至55～60 ℃及以上，進(jìn)入高溫階段。在高溫階段，嗜熱微生物把堆肥中復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)烈分解并產(chǎn)生大量熱量，溫度可以上升至60～70 ℃，在這個(gè)溫度下，病原菌、蟲(chóng)卵、草籽等均可被殺死。高溫也可以帶走堆體的水分，在高溫階段，堆體的高度可以明顯降低。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 不同堆肥處理方式溫度變化

堆肥溫度在無(wú)害化處理中起著非常重要的作用。其可以通過(guò)高溫有效殺死有機(jī)肥中的病原體。根據(jù)中國(guó)高溫發(fā)酵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 7959—87），最高發(fā)酵溫度要求在50～55 ℃以上持續(xù)5～7 d。如圖1所示，堆疊的溫度逐漸升高，第2天超過(guò)55.0 ℃，第5天達(dá)到最高值67.5 ℃，然后開(kāi)始下降。槽式堆肥發(fā)酵的溫度逐漸升高，到第7天溫度升至最高58.9 ℃，然后開(kāi)始下降。兩種不同堆肥處理最高溫存在差距，可能好氧發(fā)酵程度不同。就條垛式發(fā)酵而言，其移動(dòng)翻拋機(jī)功率較大，可以把物料粉碎拋出5～10 m，物料在空氣中停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，氧氣相對(duì)充足，其好氧微生物繁殖速度快。槽式電動(dòng)翻拋機(jī)功率小于條垛式移動(dòng)翻拋機(jī)，翻拋時(shí)主要是把槽內(nèi)底層物料翻拋到上層，與氧氣接觸不充分，好氧發(fā)酵程度不及條垛式堆肥處理。

4.2 不同堆肥處理方式含水率變化

水的適宜性直接影響有機(jī)肥發(fā)酵的速度和成熟度。研究表明，以牲畜秸稈為原料的有機(jī)肥料堆肥的適宜含水量應(yīng)為55%～65%。堆肥中的水可以參與微生物的代謝和調(diào)節(jié)堆肥溫度。如圖2所示，條垛式堆肥和槽式堆肥的初始含水量均為61%，并且條垛式堆肥和槽式堆肥的含水量均隨發(fā)酵時(shí)間逐漸降低。其中，條垛式堆肥處理的有機(jī)肥料含水量降低至40%，并在第29天左右保持相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)酵溫度相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，槽式堆肥的含水量仍為45%，失水率遠(yuǎn)低于條垛式堆肥。

5 小結(jié)與討論

5.1 小結(jié)

在相同有機(jī)肥生產(chǎn)原料情況下，條垛式堆肥處理升溫速度和含水率降低速度均快于槽式堆肥處理，有機(jī)肥堆肥的溫度和含水率都是有機(jī)肥發(fā)酵進(jìn)展的宏觀反映。條垛式發(fā)酵采用翻拋方式，發(fā)酵周期29 d左右。槽式發(fā)酵采用翻堆方式，發(fā)酵周期45 d左右。條垛式移動(dòng)翻拋機(jī)可以把物料充分拋到空中，而且因?yàn)楣β瘦^大兼?zhèn)淞艘欢ǖ姆鬯楣δ?，大大增加了物料與空氣接觸面積，所以條垛式翻拋物料相對(duì)全面充分沒(méi)有死角。槽式翻拋只是把發(fā)酵槽底部的物料翻到上面，槽式翻拋由于發(fā)酵槽結(jié)構(gòu)原因，槽壁和底部不能翻拋到而存在厭氧區(qū)域，易產(chǎn)生結(jié)塊。

5.2 討論

條垛式堆肥發(fā)酵技術(shù)難度小，對(duì)發(fā)酵場(chǎng)地要求低，處理量大，借助移動(dòng)翻拋機(jī)翻拋方便靈活，可提高有機(jī)肥生產(chǎn)效率。槽式堆肥發(fā)酵對(duì)場(chǎng)地投入要求較大，發(fā)酵周期較長(zhǎng)，處理效率低。所以，一般有機(jī)肥好氧發(fā)酵多采用條垛式移動(dòng)翻拋發(fā)酵方式。