不同初始含水率對(duì)沼渣和秸稈混合堆肥過(guò)程的影響

摘要：為了實(shí)現(xiàn)沼渣的無(wú)害化處理和資源化利用，試驗(yàn)在沼渣污泥混合物中按一定比例加入切碎的稻草進(jìn)行混合堆肥發(fā)酵，該混合物初始含水率分別設(shè)置為５５％、６０％、７０％ ３個(gè)水平，對(duì)３堆堆肥在堆肥過(guò)程中進(jìn)行溫度、含水率、有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)的測(cè)定和分析，以期找到適合高效處理堆肥過(guò)程的最佳控制因素及水平。對(duì)堆肥過(guò)程研究分析發(fā)現(xiàn)：３堆堆肥發(fā)酵到一定階段時(shí)，將其含水率調(diào)節(jié)至７０％后，相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)發(fā)生了一系列明顯變化，表明堆肥過(guò)程中適當(dāng)補(bǔ)充水分能夠加速堆肥的進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：畜禽糞便；堆肥；沼渣；秸稈

中圖分類(lèi)號(hào)：S141.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０11）21－4357-04

Effects of Different Initial Moisture Content on the Composting Process of Biogas Residue and Straw

ＺHAI Ｈｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎ－ｌｉｎ，ＡＩ Ｐｉｎｇ，ＬI Ｓｈａｎ－ｊｕｎ，ＹＡＮ Ｓｈｕｉ－ｐｉｎｇ，Ｗａｎｇ Ｙｕａｎ－ｙｕａｎ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｈａｒｍｌｅｓｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｆｕｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｇａｓ ｒｅｓｉｄｕｅ， ｍｉｎｃｅｄ ｓｔｒａｗ ｗａｓ ｍｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ｂｉｏｇａｓ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｔ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｗａｓ ｓｅｔ ａｓ ５０％， ６０％ ａｎｄ ７０％； ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｐｉｌｅ ｏｆ ｍｉｘｔｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｏ ｆｉｎｄ ａ ｐｒｏｐｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｉｌｅｄ ｃｏｍｐｏｓｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｆ ａｄｊｕｓｔ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｔ ｔｏ ７０％ ｄｕｒｉｎｇ ｃｅｒｔａｉｎ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ， ｓｏｍｅ ｉｎｄｉｃｅｓ ｗｏｕｌｄ ｃｈａｎｇｅ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ ｗｏｕｌｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｎｉｍａｌ ｍａｎｕｒｅ； ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ； ｂｉｏｇａｓ ｒｅｓｉｄｕｅ； ｓｔｒａｗ

隨著大型集約化養(yǎng)殖場(chǎng)的產(chǎn)生，禽畜糞便的排放量過(guò)于集中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了環(huán)境的承受能力［1，2］。目前的技術(shù)手段對(duì)沼渣沼液等廢棄物利用率不高［3，4］，要實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須對(duì)畜禽糞便采取無(wú)害化處理和資源化利用，從而實(shí)現(xiàn)畜牧生產(chǎn)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。將沼渣與秸稈混合進(jìn)行好氧發(fā)酵處理［5，6］，用堆肥化技術(shù)制成有機(jī)肥，這樣不僅處理了畜禽廢棄物，也解決了農(nóng)戶(hù)大量稻谷秸稈資源浪費(fèi)的問(wèn)題，還能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益［2-4］。本試驗(yàn)通過(guò)研究沼渣與稻草混合好氧堆肥的過(guò)程，擬找出適合好氧堆肥的最佳因素水平，尋求一種便捷、迅速、有效的處理工藝，從而為大中型農(nóng)場(chǎng)的廢棄物處理提供一定的理論依據(jù)，旨在通過(guò)對(duì)比分析各參數(shù)找出初始含水率對(duì)沼渣和秸稈好氧堆肥過(guò)程的影響［7-10］。

１材料與方法

１．１材料

采用從武漢市周邊豬場(chǎng)拖運(yùn)的沼渣（在空氣中已靜置一周左右）和附近農(nóng)戶(hù)處購(gòu)買(mǎi)的稻草。試驗(yàn)于２０１０年８月初在試驗(yàn)基地大棚高溫環(huán)境下進(jìn)行。

１．２試驗(yàn)設(shè)計(jì)

堆肥試驗(yàn)的設(shè)計(jì)：試驗(yàn)將稻草用鍘刀手工切碎至１ ｃｍ左右的長(zhǎng)度，先測(cè)量出沼渣的含水率為９３．２１％，稻草的含水率為１１．０７％，在沼渣中加入一定比例量的切碎稻草混勻，根據(jù)該含水率分別調(diào)制成初始含水率為５５％、６０％、７０％堆肥各１堆，堆體規(guī)模為基部長(zhǎng)２．０ ｍ、寬１．０ ｍ、堆高０．８ ｍ，在堆制過(guò)程中檢測(cè)和記錄堆肥中各物料特性值，以便對(duì)比分析得出含水率對(duì)堆肥的影響。

溫度的測(cè)定：每天９∶００和１８∶００定時(shí)采用便攜式熱電偶溫度傳感器測(cè)定堆體上、中、下３個(gè)部位的溫度，并測(cè)試環(huán)境溫度。

水分的測(cè)定：將風(fēng)干樣品在１０５ ℃下干燥２４ ｈ，恒重精確至０．１ ｇ，測(cè)定水分含量。

ｐＨ值的測(cè)定：新鮮樣品與去離子水按體積比１∶１０混合，在室溫下用振蕩器連續(xù)振蕩３0 ｍｉｎ，靜置３0 ｍｉｎ后，上清液經(jīng)濾紙過(guò)濾后用ｐＨ計(jì)（奧立龍４１０Ａ＋型ｐＨ計(jì)）測(cè)定上清液的ｐＨ值。

有機(jī)質(zhì)的測(cè)定［3，7］：稱(chēng)取２．０００ ｇ試樣，置于已恒重的瓷坩堝中（坩堝先空燒２ ｈ）。將坩堝放入馬弗爐中升溫至６００ ℃，恒溫６～８ ｈ后取出坩堝移入干燥器中，冷卻３０ ｍｉｎ后稱(chēng)重，再將坩堝重新放入馬弗爐中同樣溫度下灼燒１０ ｍｉｎ，同樣冷卻稱(chēng)重，直到恒重。樣品灼燒前后的質(zhì)量差即為有機(jī)質(zhì)的質(zhì)量。

全碳的測(cè)定［7，8］：取２．０００ ｇ試樣放入已恒重的坩堝中；在馬弗爐內(nèi)６００ ℃溫度灰化１５ ｍｉｎ；移坩堝到干燥器中冷卻并稱(chēng)重；兩次稱(chēng)重的重量差即為揮發(fā)性固體（ＶＳ）的重量。全碳（Ｍ）的估算公式為：Ｍ（ｇ／ｇ）＝０．４７ＶＳ；ＶＳ（ｇ／ｇ）＝（ａ－ｂ）／（ａ－ｃ）。式中，ａ為試樣加上坩堝的重量；ｂ為灰化后的試樣與坩堝的重量；ｃ為坩堝的重量。

總磷（ＴＰ）的測(cè)定采用Ｈ２ＳＯ４－ＨＮＯ３消煮－釩鉬黃比色法（中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)－有機(jī)肥料ＮＹ５２５－２００２）；

總鉀（ＴＫ）的測(cè)定采用Ｈ２ＳＯ４－ＨＮＯ３消煮－火焰光度法（中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)－有機(jī)肥料ＮＹ５２５－２００２）；

總氮（ＴＮ）的測(cè)定采用Ｈ２ＳＯ４－水楊酸－混合鹽消煮法（李酉開(kāi)主編《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法》）。

種子發(fā)芽指數(shù)（ＧＩ）的測(cè)定［3，8，9，11］：試驗(yàn)用早熟５號(hào)大白菜種子。在ｐＨ值測(cè)完后，吸取該濾液５ ｍＬ，加到鋪有２張濾紙的直徑９ ｃｍ培養(yǎng)皿內(nèi)，每個(gè)培養(yǎng)皿點(diǎn)播２０粒飽滿(mǎn)的白菜種子，２５ ℃下培養(yǎng)４８ ｈ后測(cè)發(fā)芽率和根長(zhǎng)，每個(gè)處理重復(fù)３次，以去離子水作對(duì)照按以下公式計(jì)算種子的發(fā)芽指數(shù)：ＧＩ＝（處理的發(fā)芽率×處理的根長(zhǎng)）/（空白的發(fā)芽率×空白的根長(zhǎng)）×１００％

２結(jié)果與分析

２．１不同初始含水率堆體溫度和含水率變化規(guī)律

溫度、含水率是反映堆肥過(guò)程非常重要的兩項(xiàng)指標(biāo)［4，6，11］。３個(gè)堆肥最初含水率分別為５５％、６０％、７０％，由圖１和圖２可知，在平均３０ ℃左右的環(huán)境溫度下，其含水率、堆體溫度呈“鋸齒狀”波動(dòng)下降，在第７天時(shí)含水率分別降至３１.0％、４７．８％、４０．６％，溫度分別由最初的５６．２ ℃、６１．２ ℃、６８．４ ℃降至第７天的３９．５ ℃、５０．４ ℃、５５．８ ℃。堆體體積迅速變小，到了堆肥后期的第３５天含水率已經(jīng)降至９．９％、１１．７％、１５．５％，原本縮小的稻草秸稈變得蓬松干燥，堆體最高溫度停留在３０ ℃上下波動(dòng)，不再升高。在第３９天再次向堆體加入去離子水使其含水率調(diào)節(jié)至７０％，隨后堆體溫度迅速上升，堆體最高溫度再次上升至５０ ℃以上，并分別保持了１２、６、６ ｄ。其間堆體含水率一直保持在５０％以上。

２．２不同初始含水率堆體ｐＨ值、ＥＣ值變化規(guī)律

電導(dǎo)率（ＥＣ）反映了堆肥浸提液中的離子總濃度［3，9，11］，即可溶性鹽的含量。堆肥中的可溶性鹽是對(duì)作物產(chǎn)生毒害作用的重要因素之一，主要是由有機(jī)酸鹽和無(wú)機(jī)鹽組成。有研究表明，當(dāng)堆肥ＥＣ值小于９．０ ｍＳ/ｃｍ時(shí)，對(duì)種子發(fā)芽沒(méi)有抑制作用，并認(rèn)為ＥＣ也是堆肥腐熟的一個(gè)必要條件［3，4，8，9］。在堆肥過(guò)程中，持續(xù)測(cè)定３個(gè)堆體的ｐＨ值、ＥＣ值，由圖３和圖４可知３個(gè)堆體的ｐＨ值、ＥＣ值變化軌跡基本一致，僅表現(xiàn)在數(shù)值上的差異，由于堆肥的原料沼渣原本就是放置一段時(shí)間，故從最初測(cè)得的ｐＨ值已分別達(dá)到８．１９、７．４７、８．２３，堆制過(guò)程中ｐＨ值持續(xù)上升，差異不明顯。在第３９天調(diào)節(jié)水分后，ｐＨ值明顯上升至９．３０。ＥＣ值反應(yīng)之初無(wú)明顯差異，處于波動(dòng)并呈上升狀態(tài)，在調(diào)節(jié)水分之后呈明顯下降后再次上升的趨勢(shì)。

２．３不同初始含水率堆體氮含量及Ｃ／Ｎ變化規(guī)律

通過(guò)圖５和圖６比較發(fā)現(xiàn)，在堆制過(guò)程中，該3堆堆肥氮含量及Ｃ／Ｎ變化趨勢(shì)基本一致，前１５ ｄ波動(dòng)持續(xù)上升，后遲緩上升至第３０天，第３９天加去離子水后上升明顯，氮含量由第1天的１．２２％、１．６２％、１．７４％分別波動(dòng)上升至反應(yīng)第４５天的２．０５％、２．３１％、２．２３％。隨著時(shí)間推移，３堆堆肥的Ｃ／Ｎ初期均呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，在第１５天后下降趨勢(shì)平緩，在第３９天加去離子水后下降顯著，直至后期平緩，由第1天的３０．２２、２１．３８、２０．８４，分別下降到第４５天的１５．７４、１３．４５、１３．９１。

２．４不同初始含水率堆體有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律

通過(guò)對(duì)３堆試樣有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)量分析，由圖７可知，３、５、７號(hào)堆肥有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢(shì)，在第３９天加入去離子水后下降趨勢(shì)明顯，干樣有機(jī)質(zhì)含量分別由第１天的７８．９７％、７４．１０％、７７．１５％下降至第４５天的６８．６８％、６６．１２％、６５．８５％。

２．５不同初始含水率堆體種子發(fā)芽指數(shù)均值比較

因試驗(yàn)原料沼渣是從周邊農(nóng)場(chǎng)獲取，在試驗(yàn)開(kāi)始前至少已放置一周左右，故沼渣基本呈腐熟狀態(tài)，將其與稻草混合堆肥的過(guò)程有別于一般的堆肥過(guò)程，該試樣在試驗(yàn)初種子發(fā)芽指數(shù)已達(dá)到０．８０，對(duì)種子發(fā)芽基本起促進(jìn)作用。由圖8可知，７號(hào)堆前期對(duì)種子發(fā)芽促進(jìn)作用明顯，２５ ｄ后３堆堆肥種子發(fā)芽指數(shù)的差異不明顯。分別對(duì)３堆堆肥過(guò)程中種子發(fā)芽指數(shù)進(jìn)行綜合，種子發(fā)芽指數(shù)分別為０．８５，１．０６，１．１８。表明３堆堆肥對(duì)種子發(fā)芽促進(jìn)作用從高到低依次為７、５、３號(hào)堆。

３結(jié)論

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，含水率對(duì)堆肥的堆制過(guò)程的影響非常顯著。從有機(jī)質(zhì)的表現(xiàn)來(lái)看，初始含水率為６０％的５號(hào)堆纖維素降解率較高，意味著稻草腐熟較好，初始含水率為７０％、５５％次之。就種子發(fā)芽指數(shù)而言，初始含水率為７０％的堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)最高，初始含水率為６０％的堆肥效果次之，初始含水率為５５％的堆肥效果最差。氮含水率及Ｃ／Ｎ分析肥效及腐熟效果來(lái)看，３堆肥初始含水率為７０％的最好、６０％、５５％的次之。此外，在堆肥過(guò)程中，第３９天對(duì)含水率進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，ｐＨ值、ＥＣ值、溫度、Ｃ／Ｎ均表現(xiàn)出良好的腐熟特質(zhì)。試驗(yàn)表明，在沼渣與稻草混合堆肥過(guò)程中，建議采取初始含水率為７０％，并每３～６ ｄ翻堆一次最佳。在含水率持續(xù)在２０％以下，最高溫度持續(xù)在３０ ℃左右不再上升的情況下，將堆體含水率調(diào)節(jié)至７０％，堆體溫度及含水率呈現(xiàn)出明顯的變化，加速了堆肥的腐熟進(jìn)程，有利于保持良好的肥效。

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