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。
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。
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。
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%。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。