豬糞好氧堆肥實驗研究

文/譚天星 張 勇 萬 睿 江 娟

由于禽畜糞便處理過程中起作用微生物對氧氣要求的不同，可將堆肥分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。通風(fēng)條件下使用好氧性微生物的叫做“好氧堆肥”。

溫度是好氧堆肥基本而又重要的性質(zhì)，整個堆肥過程會經(jīng)歷升溫、高溫、降溫、腐熟四個階段。堆肥初期，隨著微生物降解堆料中的有機(jī)物并釋放出大量的熱量，會使堆體溫度上升;高溫階段，微生物不斷消耗堆肥中的營養(yǎng)物質(zhì)和其它水溶性組分，不斷生長和繁殖，持續(xù)放出大量的熱量，因而高溫階段會持續(xù)一段較長的時間，隨著堆肥的進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)成分被逐漸分解，溫度逐漸下降，進(jìn)入“降溫期”；當(dāng)有機(jī)質(zhì)幾乎被完全分解后，進(jìn)入“穩(wěn)定腐熟期”。

材料與方法

材料來源

實驗所需新鮮豬糞取自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的養(yǎng)豬場。

實驗設(shè)計

實驗做三個平行樣。堆肥容器選擇100L圓桶，外包棉被保溫。實驗所用堆肥材料為豬糞和木屑的混合物質(zhì)，根據(jù)需要用木屑和蒸餾水調(diào)節(jié)C/N比為20-35、含水率60%。通風(fēng)采用手動翻堆的方式進(jìn)行，每三天翻攪一次。鮮明耀等認(rèn)為，堆后6天宜翻一次，隔5天后再翻一次。本實驗為每2天監(jiān)測數(shù)據(jù)一次，采集容器中的樣品，混合均勻后用四分法進(jìn)行測量。實驗時間為2014年4月份、5月份共兩個月的時間。地點為文華學(xué)院城建學(xué)部環(huán)境實驗樓。

測定項目與方法

（1）溫度。每天9點采用電子溫度計溫度探頭檢測堆體中部的溫度，并從數(shù)字控制顯示器讀取數(shù)據(jù)。

（2）PH。取新鮮堆肥樣品10g用去離子水按肥水比1∶10（w(g)∶V(mL)），在室溫條件下，于2000r/min下水平振蕩提取1h后，用pH計直接測定pH值。

圖1

（3）含水率。稱量培養(yǎng)皿的重量記錄,取少量濕豬糞于培養(yǎng)皿中，稱重后，放入105°烘箱中烘4h后取出，冷卻后稱重，計算含水率。

（4）種子發(fā)芽率。堆肥水浸提液按鮮樣：蒸餾水為1∶10的體積比例振蕩30min，離心（4000r/min）過濾后上清液貯藏于塑料瓶中備用；把兩張直徑為9cm的濾紙放入干凈無菌的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿均勻灑入15顆浸泡后的種子，注入10mL的漚肥產(chǎn)物稀釋物，同時以無菌去離子水的實驗作為對照，每個樣品重復(fù)三次，將所有培養(yǎng)皿在28℃下培養(yǎng)1周，統(tǒng)計根長和發(fā)芽率，計算種子發(fā)芽指數(shù)。

（5）熱值。取少量濕豬糞于培養(yǎng)皿中，稱重后，放入105°烘箱中烘4h后取出，冷卻后進(jìn)行熱值測定。使用全自動熱量計（WZR-1TCⅡ）進(jìn)行熱值測定。取冷卻后的樣品進(jìn)行壓片，壓片質(zhì)量為1.00g，然后進(jìn)行燃燒絲安裝，安裝后放入氧彈內(nèi)充氧，充氧達(dá)到3個大氣壓時充氧15秒即可。然后上機(jī)全自動完成。

結(jié)果與分析

堆肥過程中溫度變化

堆料堆制成后，由于物料具有一定的隔熱性，微生物生長代謝的熱量被保留，導(dǎo)致物料溫度升高，所以溫度是堆肥過程中微生物活動是否旺盛的標(biāo)志，是表觀上可以直接判別堆肥腐熟與否的指標(biāo)。從溫度變化圖（圖1）可以看出堆肥4天后溫度迅速上升，之后維持高溫階段，隨之溫度下降，進(jìn)入降溫期。到第45天，基本與環(huán)境溫度相同。堆料溫度接近環(huán)境溫度，表明堆肥已基本腐熟，可以認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)定。

堆體PH變化

從ph變化表中我們可以看出，PH開始基本穩(wěn)定在7.5-8.5之間。36天以后，堆肥進(jìn)入了腐熟期，腐植酸的含量上升，PH有所下降，使PH達(dá)到8.0左右，呈弱堿性。屬于正常現(xiàn)象。

堆體含水率變化

堆體的溫度與含水率密切相關(guān)，含水率過高，通氣效果不佳會影響微生物活動，使微生物活動減弱。

圖2

表1

圖3

圖4

含水率是堆肥過程的一個非常重要的參數(shù)，本實驗認(rèn)為的最佳水分含量為60%～70%，含水率在配料前較低，配料后使含水率增至65%以上，堆肥中含水率增加，到堆肥末期含水率達(dá)到60%左右。

種子發(fā)芽率

實驗結(jié)果見表1所示。

從表1可以看出實驗組A和組B發(fā)芽指數(shù)53、58%和61%超過了50%，所以認(rèn)為堆體已腐熟。

實驗堆體熱值測定

堆體熱值也反映了豬糞配合物的燃燒性能，其大小也反映了其燃燒性能的好壞。實驗測定熱值溫度圖如圖4。

結(jié)語

（1）堆體溫度先上升到最高溫度后下降到環(huán)境溫度，這是表征堆體成功與否的重要標(biāo)志，本實驗結(jié)果顯示堆肥4天后溫度迅速上升，之后維持高溫階段，隨之溫度下降，進(jìn)入降溫期。到第45天，基本與環(huán)境溫度相同。腐熟期時堆體溫度基本趨同外部環(huán)境溫度，偶有微小波動。所以本實驗結(jié)果認(rèn)為堆體已腐熟。

圖5

（2）堆體PH在短暫下降后上升，最后保持在8.0左右，表現(xiàn)為弱堿性。

（3）本實驗結(jié)果認(rèn)為含水率一般在60%～70%效果比較好。水分是直接影響發(fā)酵速度和腐熟程度的關(guān)鍵因素之一，所以本實驗的成功對含水率的大小調(diào)節(jié)具有實驗教學(xué)及工程指導(dǎo)意義。

（4）該堆體經(jīng)種子發(fā)芽率法測定可認(rèn)為已腐熟，腐熟時間為45天左右。從發(fā)芽率實驗結(jié)果可以看出堆體在經(jīng)實驗后可以作為肥料使用。這也間接反映了本實驗對農(nóng)業(yè)技術(shù)方面具有一定的推動作用。使廢棄禽畜糞便變成肥料，有一定的經(jīng)濟(jì)價值。

（5）堆體熱值也反映了豬糞配合物的燃燒性能，其數(shù)值大小也反映了其燃燒性能的好壞。一些大的糞便可以用來燃燒或者用來生產(chǎn)沼氣，這也可以反映出本實驗充分利用原料清潔化實驗的目的。

未來展望

堆體經(jīng)最終處理后可作為肥料使用，這是本實驗的實際意義。好氧堆肥已經(jīng)成為一種處理禽畜糞便的優(yōu)良方法，它具有使禽畜糞無害化、穩(wěn)定化、資源的優(yōu)勢。相對厭氧發(fā)酵，好氧堆肥時間更短，成本更低更經(jīng)濟(jì)。相信在不久的將來該方法會更加成熟。該方法也可作進(jìn)一步研究，例如可以向堆體中加入其它藥劑使禽畜糞得到更高效的利用，如在糞便中添加福爾馬林、醋酸、氫氧化鈉等藥劑能夠起到消滅病原菌，保存糞便養(yǎng)分和有效的營養(yǎng)價值。與家蠅幼蟲、蚯蚓等的有機(jī)結(jié)合也將是一個新的研究內(nèi)容，沼渣用于飼養(yǎng)蚯蚓，蚓體作為飼料添加劑，喂養(yǎng)禽畜，蚓糞可制造有機(jī)肥應(yīng)用于生態(tài)農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)循環(huán)利用，變廢為寶。