納米膜覆蓋在雞糞好氧堆肥上的試驗研究

摘要：納米膜覆蓋法好氧堆肥是針對傳統好氧堆肥過程中氨氣等惡臭氣體排放污染環境以及造成氮損失的問題，以強制曝氣靜態堆肥為基礎的優化型好氧堆肥模式。為研究覆蓋納米膜對畜禽糞便好氧堆肥的過程及理化指標的影響，以雞糞、玉米秸稈為堆肥材料，采用 e-PTFE納米復合膜為覆蓋材料，在有機肥發酵現場進行了靜態好氧槽式堆肥試驗，試驗中對堆體溫度、pH 值、氧濃度、C/N 及 GI 進行監測。結果表明：納米膜覆蓋能有效促進有機物質的降解和堆肥物料的腐熟，升溫迅速，高溫持續時間長。與對照相比，膜覆蓋堆體≥55 ℃時間延長了 4 d；GI 數據顯示，膜覆蓋處理的堆料達到無害化要求時間提前了 5 d。

關鍵詞：納米膜；好氧堆肥；雞糞；理化性質

中圖分類號：S831.6"文獻標識碼：A"文章編號：0488-5368（2025）02-0063-04

Experimental Research on Nano Film Coverage for Aerobic Composting of "Chicken Manure

MA Jiyun+1， WANG Haizhong+2

（1.Qinghai State-Owned Science and Technology Assets Management Co.， Ltd， Xining，Qinghai 810007， China ;

2.Qinghai Youken Biotechnology Co.，Ltd， Haidong，Qinghai "810700， China ）

Abstract：The nano-film-covered aerobic composting method is an optimized composting model based on forced aeration and static aerobic composting， designed to mitigate environmental pollution and nitrogen loss caused by the emission of odorous gases such as ammonia during conventional aerobic composting. To evaluate the effects of nano-film coverage on the composting process and the physicochemical properties of livestock and poultry manure， a static aerobic tank composting experiment was conducted at an organic fertilizer fermentation site. Chicken manure and corn stover served as composting materials， and e-PTFE nano-composite film was used as the covering material. The temperature， pH， oxygen concentration， C/N ratio， and germination index （GI） of the compost were monitored throughout the experiment. The results showed that nano-film coverage significantly enhanced the degradation of organic matter and the maturity of compost materials. It caused a rapid temperature increase and prolonged the high-temperature phase. Compared to the control group， the membrane-covered treatment maintained a temperature of ≥ 55 ℃for an additional four days;Furthermore，GI data indicated that the membrane-covered treatment reached the harmlessness threshold five days earlier than the control group.

Key words：Nano-membrance；Aerobic composting；Chicken manure；Physicochemical property

近年來，隨著我國畜禽養殖業的迅猛發展和集約化程度的提高，畜禽糞污的污染問題日益突出，國家為此不斷加強了重點流域農業面污染源綜合治理和畜禽糞污資源化利用標準體系的建設。我國每年畜禽糞便約為38億t，其中雞糞占很大比重，雞糞中的尿酸和未消化的動物脂肪、蛋白質等有機物含量較高，經生物降解可產生大量的氨、硫化氫和揮發性脂肪酸等氣味物質污染環境[1]。作為畜禽糞便無害化處理和資源化利用的有效方式之一，好氧堆肥技術在目前已得到普遍的應用[2]。好氧堆肥大多仍依靠機械翻拋來實現供氧，由此常伴隨氨氣和硫化氫等惡臭氣體產生和釋放，不僅對周圍的環境和人畜健康帶來影響，而且造成巨大的氮素損失[3]。選用半滲透納米膜覆蓋好氧堆肥發酵技術，可有效解決發酵過程中臭氣產排、環境污染和養分損失的問題+［4］，同時可簡化作業環節、降低消耗，提高堆腐效率。本試驗采用納米膜覆蓋技術，在雞糞好氧靜態堆肥中對一些相關的理化性質做了監測與分析，研究納米膜對雞糞靜態好氧堆肥的影響，為今后的應用提供基本依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

雞糞來源于青海省海東市平安富硒產業開發有限公司蛋雞養殖基地，玉米秸稈來源于海東市平安區鑫科種養殖專業合作社，原料成分指標見表1。腐熟劑由陜西邦之本生物菌制造有限公司提供，為雞糞專用型復合菌劑，有效活菌數≥50×10+8 cfu/mL。

1.2試驗設備系統

試驗采用青島田瑞科技集團有限公司所提供的納米膜好氧堆肥發酵系統，主要由納米膜、高壓送風系統、堆肥監控系統組成。

納米膜為經多道工序制成孔徑200 nm 的復合膜：核心層為具有特殊選擇透過性的e-PTFE半透膜材料，內外均為高抗紫外線、耐腐蝕的聚酯纖維材料。發酵過程中允許水蒸氣、二氧化碳等物質透過，將硫化氫、氨氣、甲硫醚等惡臭氣體及病原菌、灰塵有害物質截留在膜內，阻控其排放。

高壓送風系統由供風機所輸出氣體經堆體下方鋪設的布有網孔的送風管道送出，經間歇式曝氣，使堆體內部處于微正壓狀態，以確保氧氣均勻分布，空氣與堆料充分接觸［5］。在堆體底部產生的滲濾液可由網孔滲入送風管道，匯入滲濾液收集池內，進入液體肥發酵工藝。

在雞糞堆體內間隔性插入溫度和氧氣傳感器與電腦端連接組成堆肥監控系統［5］，通過傳感器反饋至控制器調控送風機組的加熱器狀態和通風強度，對糞堆溫度、氧濃度進行實時監控。

發酵場地設計為寬4 m×長 20 m的U型發酵槽，水泥地坪，三側為150 cm高的墻體。沿長邊方向在水泥地面等距開三個風管槽，鋪設送風管（帶網孔）。送風管前端連接風機和控制柜，后端連接總管道通入滲濾液收集池，見圖 1。根據試驗需要，同時設計了兩個獨立發酵槽，并排建造。

1.3試驗方法

試驗于2023年7～8月在海東市平安區平安鎮白家村青海優墾生物科技開發有限公司糞肥發酵車間進行，采用靜態好氧槽式堆肥模式。將玉米秸稈粉碎成5～10 cm小段，按照秸稈24%、雞糞48%、水28%的比例（重量比）充分混合，混合后物料含水量約60%左右。在發酵槽內堆制時將腐熟菌劑按0.5%的用量混入物料中，堆料緊實均勻一致，高度控制在1.5 m左右，蓋上納米膜并保持密封。沿發酵槽縱向等距選3處作為監測點，將溫度和氧濃度探測桿插入堆體，沿垂直方向分別將距堆頂部60 cm和120 cm處作為檢測和取樣點。啟動自動化控制系統，供風設備控制通風量在20 m+3/min左右。以不覆蓋納米膜作為對照，試驗歷時24 d。

1.4測試方法

溫度和氧濃度的測量：將堆內上、下兩層的平均數作為該點的值，3個監測點的平均數作為該次的值，9∶00和17∶00點兩次測量的平均數作為當天的值。

在堆肥當天及第3天、6天、9天、12天、15天、18天、21天和24天時對發酵物料進行采樣，按照多點混合的方法，即在堆體的上下兩層各取等量的樣品混合成一個點的樣，按此辦法將3個監測點再混合均勻作為總混合樣用于項目分析。

每次取樣后檢測堆料的pH值、OM、總N、C/N、GI等指標。酸堿度測定采用pH計法，全碳及有機質采用重鉻酸鉀容量法，全氮采用H-2SO-4-H-2O-2消煮-開氏定氮法[6]。

pH值測定：稱取堆肥鮮樣10 g加入100 "mL蒸餾水，在室溫下充分振蕩提取1 h，靜置30 min，過濾后取濾液作為測試液，用PHS-3CPH計測定。

種子發芽試驗：稱取堆肥樣品10 g加入100 "mL蒸餾水，在室溫下充分振蕩提取1 h，靜置30 min，過濾。在9 "cm培養皿中鋪上2張濾紙，吸取5 mL濾液加入，在濾紙上均勻點播50粒均勻飽滿的“津研4號”黃瓜種子，在30 ℃下避光培養48 h，統計發芽率和測量根長。GI=堆肥浸提液的種子發芽率（%）×種子平均長度（mm）×100/去離子水的種子發芽率（%）×種子平均長度（mm），每個樣品做3個重復，以蒸餾水作對照[7，8]。

2試驗結果與分析

2.1堆肥過程中溫度的變化

在堆肥的表觀特征中，溫度是最為常用的指標。在圖2中，覆膜處理與對照表現相同的溫度變化趨勢，在第2天堆體溫度均已超過50 ℃進入升溫期。與對照相比，覆膜處理升溫速度更快，在第3天已達到75.5 ℃，比第4天達到最高值（71.7 ℃）的對照高3.8 ℃。在高溫持續時間上，覆膜處理高于55 ℃時間為13 "d，比對照組（9 "d）有所延長，更有利于將堆肥中寄生蟲（卵）和病原菌殺滅，這與馬雙雙等[3]（2017）的試驗結果是一致的。堆體溫度是微生物活動狀況的重要標志，堆肥初期堆溫能夠快速上升，是由于堆料初始水分、C/N適合以及曝氣供氧充分，使有機物質被微生物快速分解，釋放二氧化碳和水及有機酸類，所產生大量的熱使堆溫迅速上升達到了50 ℃以上。曲線顯示，覆膜處理的堆溫均高于對照，可能在于納米復合膜所具有的保溫性能減少了熱量散失，而通過曝氣又會形成一個微正壓的膜內封閉空間，保證了氧在堆體內均勻和充分的供應[9]，提高了微生物活性及有機質降解速率，釋放出大量的熱量，增加堆體的溫度。

2.2堆肥過程中氧體積分數的變化

微生物將有機質分解，釋放出二氧化碳和水，氧為其提供了必要條件，故氧的濃度也反映了微生物的活動狀況。從圖3中兩個堆體氧體積分數動態變化曲線可以看出，在堆肥的前4 d，氧濃度均呈現迅速降低，這與此階段微生物的集中分解有機物、大量消耗氧有關，同時伴隨著大量的熱產生。從兩條曲線相比較看出，對照中氧的濃度始終高于覆膜處理，可能是覆膜狀態下堆體內氧的利用效率提高，以及納米膜的半透性使堆體內發酵產生的溫室氣體和環境惡臭氣體滯留的原因[10]。

2.3堆肥過程中 pH值的變化

作為微生物發酵的一個重要條件，適宜的pH值更有利于微生物的分解作用，而微生物的代謝活動又會影響著堆體pH值的變化。堆肥初期由于微生物劇烈作用，有機質被降解產生大量的小分子有機酸，使堆肥體系pH值急劇降低，隨著熱量的聚集和溫度上升微生物的代謝更加活躍，又加速了蛋白質分解產NH++-4的速率，銨態氮積累使pH值持續上升。圖4中的兩條pH值曲線均表現出先降后升的變化規律，其中覆膜處理在堆肥初期的pH降到5.89，對照降到6.48；而在中后期pH值均高于對照，最大高出0.41。說明覆蓋納米膜后，前期在密閉和曝氣形成的微正壓狀態及其它適宜條件下微生物相對更活躍，產生的有機酸更多，中后期有機氮礦化產生的NH++-4等被滯留在膜內，沒有釋放到環境中，故pH值高于對照。

2.4堆肥過程對C/N的影響

從圖5中的變化曲線可以看出，覆膜處理和對照的C/N始終都在下降，而且均表現出在堆肥前期快速下降、后期下降平緩的趨勢。卜貴軍等[15]研究表明，有機物的降解主要在堆肥初期和高溫期，由于微生物代謝活躍，有機質被迅速分解產生有機酸和無機酸（以CO-2形式散失），而N素損失少，致使C/N快速下降。圖中顯示出堆肥的前3 d，C/N從初始的25.5分別降到18.3和19.8，在腐熟期可能由于微生物活性降低導致C/N下降緩慢，最后維持在13～15之間。從兩條曲線數值比較來看，說明覆蓋納米膜更能促進堆肥過程中有機質的分解。

2.5堆肥過程中種子發芽指數的變化

發芽指數（GI）是1981年由Zucconi首次提出，鑒于其實用意義，發芽指數（GI）被認為是判斷堆肥無害化和腐熟程度的最好參數而廣泛應用，一般認為，當GI≥50%時，堆肥對植物已經沒有毒性；當GI≥80%時，被認為堆肥已經腐熟[11，16]。圖6顯示，覆膜組處理和對照GI值隨著堆肥時間的推移均呈上升趨勢，從曲線變化看，覆膜處理在第11天時GI已達到80%，而對照在16 d才達到，說明覆蓋納米膜能夠加快雞糞的腐熟及無害化進程，縮短了從堆制初期對種子發芽的抑制到堆料完全腐熟無害的時間。

3結論

（1）在雞糞靜態好氧槽式堆肥中，采用納米膜覆蓋技術，能有效促進有機物質的降解，加速堆體內部的物質轉化和物料的腐熟，堆體升溫迅速并延長了高溫時間。試驗中，覆膜處理第2天便進入50 ℃以上的高溫期，≥55 ℃時間為13 d，比對照組延長了4 d，更有利于對堆肥中寄生蟲（卵）和病原菌的殺滅，提升了堆肥效能和質量。

（2）通過試驗數據分析表明，堆體溫度、pH值、氧體積分數、C/N及GI等項目，能夠反映出雞糞物料靜態好氧堆肥發酵的過程規律與理化特征，可以在常規條件下作為堆肥發酵的評價指標來使用。

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收稿日期：2024-08-02修回日期：2024-09-03

基金項目：成果轉化項目禽類養殖場廢棄物利用技術研究與集成示范（2021-NK-28）。第一作者簡介：馬吉云（1981-），男，碩士研究生，副研究員，主要從事科研管理、企業管理等工作。通信作者：王海忠。