畜禽糞便發(fā)酵生產(chǎn)生物有機(jī)肥工藝技術(shù)

畜禽糞便發(fā)酵生產(chǎn)生物有機(jī)肥工藝技術(shù)目前，好氧發(fā)酵是實(shí)現(xiàn)畜禽糞便無(wú)害化和資源化的最主要途徑，它不僅可以解決畜禽糞便的環(huán)境污染問(wèn)題，而且對(duì)于發(fā)展生物有機(jī)肥，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。畜禽糞便的資源化利用角度出發(fā)，以工業(yè)化生產(chǎn)生物有機(jī)肥為目的。一、好氧發(fā)酵原理"Ml一、好氧發(fā)酵原理"Ml有機(jī)物的好氧堆肥實(shí)際上就是基質(zhì)在土著微生物或外源微生物的作用下進(jìn)行好氧發(fā)酵的過(guò)程。在發(fā)酵過(guò)程中，糞便中的溶解性有機(jī)物透過(guò)微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜而為微生物吸收利用，非溶解性的大分子物質(zhì)由微生物所分泌的胞外酶分解為小分子溶解性物質(zhì)，再由細(xì)胞吸收利用。微生物通過(guò)自身的生命活動(dòng)一氧化、還原、合成等過(guò)程，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物并釋放出生物生長(zhǎng)活動(dòng)所需要的能量，把另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物體所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，合成新的細(xì)胞物質(zhì)，于是微生物逐漸生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生更多的生物體和胞外酶，繼續(xù)進(jìn)行一系列的生化作用。二、好氧發(fā)酵的微生物作用過(guò)程好氧發(fā)酵是在有氧氣參加的條件下，借助微生物的作用而實(shí)現(xiàn)的，所以微生物是好氧發(fā)酵成敗的關(guān)鍵因素。發(fā)酵過(guò)程中溫度不斷的發(fā)生變化，隨著溫度的變化，微生物類(lèi)群也處在一個(gè)不斷進(jìn)行的動(dòng)態(tài)變化之中。依據(jù)溫度的變化，可將堆肥發(fā)酵過(guò)程分為三個(gè)階段：升溫階段、高溫階段、降溫或腐熟保溫階段。1、 升溫階段升溫階段主要是中溫性微生物占優(yōu)勢(shì)（馮明謙和劉德明，1999）。在發(fā)酵之前，物料中就存在著各種有害的、無(wú)害的土著菌群，當(dāng)溫度和其他條件適宜時(shí)，各類(lèi)微生物菌群開(kāi)始繁殖。當(dāng)溫度達(dá)到25°C以上時(shí)，中溫性微生物菌群進(jìn)入旺盛的繁殖期，開(kāi)始活躍地對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解和代謝，以勢(shì)孢菌和霉菌等嗜溫好氧性微生物為主的菌群將單糖、淀粉、蛋白質(zhì)等易分解的有機(jī)物迅速分解，產(chǎn)生大量的熱。2、 高溫階段當(dāng)發(fā)酵溫度上升到40C以上時(shí)，即進(jìn)入高溫階段。除少部分殘留下來(lái)的和新形成的水溶性的有機(jī)物繼續(xù)分解外，復(fù)雜的有機(jī)物，如半纖維素、纖維素等開(kāi)始強(qiáng)烈的分解，同時(shí)腐殖質(zhì)開(kāi)始形成，出現(xiàn)了能溶于堿的黑色物質(zhì)。此時(shí)嗜熱真菌、好熱放線茵、好熱芽孢桿菌等微生物的活動(dòng)占了優(yōu)勢(shì)。當(dāng)溫度升到70C以上時(shí)，大量的嗜熱菌類(lèi)死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)，在各種酶的作用下，有機(jī)質(zhì)仍在繼續(xù)分解。隨著微生物的死亡、酶的作用消退，熱量會(huì)逐漸降低，此時(shí)，休眠的好熱微生物又重新活躍起來(lái)并產(chǎn)生新的熱量，經(jīng)過(guò)反復(fù)幾次保持的高溫水平，腐殖質(zhì)基本形成，堆肥物質(zhì)初步穩(wěn)定。3、降溫階段內(nèi)源呼吸后期，只剩下較難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)，發(fā)熱量減少，溫度舞始下降，當(dāng)下降到40°C以下，中溫微生物重新開(kāi)始繁殖。剩下的難分解的木質(zhì)素及纖維素在真菌作用下，少量被降解。此時(shí)進(jìn)入物料的腐熟階段。在該階段物料失重及產(chǎn)熱量很小，木質(zhì)素降解產(chǎn)物與死亡微生物中的蛋自質(zhì)結(jié)合形成對(duì)植物生長(zhǎng)及其重要的腐殖酸。三、畜禽糞便好氧發(fā)酵影響因素合適的物料配比及嚴(yán)格的過(guò)程參數(shù)控制是獲得理想生物有機(jī)肥產(chǎn)晶的必要條件。影響好氧發(fā)酵的因素很多，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面。1、 含水率水分為微生生長(zhǎng)所必需，含水率是堆肥生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要物理因素。水分的主要作用是：溶解有機(jī)物、為微生物提供養(yǎng)分、參與微生物的新陳代謝、蒸發(fā)時(shí)帶走部分熱量、調(diào)節(jié)堆體溫度。在堆肥過(guò)程中，按質(zhì)量計(jì)，50%—60%含水率最有利于微生物分解。水分超過(guò)70%，溫度難以上升，分解速度明顯降低，因?yàn)樗诌^(guò)多，取代空氣而占據(jù)了堆料孔隙，限制了好氧微生物與氧氣的接觸，將出現(xiàn)厭氧狀況，使好氧微生物活性降低，影響好氧堆肥效果。水分低于40%不能滿足微生物生長(zhǎng)需要，有機(jī)物也難以分解。許多研究者認(rèn)為在堆肥的后熟階段堆體的濕度也應(yīng)保持在一定的水平，以利于細(xì)菌和放線菌的生長(zhǎng)，后熟期的濕度不僅可以加快后熟也可以減少灰塵問(wèn)題。2、 C/N比研究表明，物料必須達(dá)到適宜C/N比，才能進(jìn)行理想的堆肥發(fā)酵。微生物生長(zhǎng)需要碳源，蛋白質(zhì)合成需要氮源，微生物合成一份蛋白質(zhì)大約需要30份碳，因此對(duì)于好氧發(fā)酵來(lái)講，C/N比為30是最理想的比例。C/N比過(guò)低，微生物對(duì)有機(jī)物的生物氧化過(guò)程造成了嚴(yán)重的氮素?fù)p失，特別是當(dāng)pH值和溫度高時(shí)，廢棄物中的氮以Nit3的形式揮發(fā)損失，散發(fā)出臭味。但是，當(dāng)C/N比高于35時(shí)，微生物必須經(jīng)過(guò)多次生命循環(huán)，氧化掉過(guò)量的碳，直至達(dá)到一個(gè)合適的C/N比供其進(jìn)行新陳代謝，因而C/N比高會(huì)降低降解速率。物料的C/N比可以通過(guò)添加含碳高或含氮高的材料來(lái)加以調(diào)整，秸稈、雜草、枯枝和樹(shù)葉等物質(zhì)含纖維、木質(zhì)素、果膠等較多，碳氮比值較高，可以作為高碳添加材料，而畜禽糞便中含氮量高，可作為高氮添加物質(zhì)。3、通氣好氧發(fā)酵是好氧微生物在有氧狀態(tài)下對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行的快速降解，因此，通氣是保證好氧發(fā)酵順利進(jìn)行的重要因素之一。通風(fēng)供氧起到三個(gè)作用，一是給微生物提供新陳代謝所需的氧氣，二是帶走部分水分，三是控制堆體溫度。如果通氣量不足將抑制好氧微生物的活動(dòng)，使發(fā)酵周期變長(zhǎng)，影響生物有機(jī)肥的質(zhì)量。如果通氣太旺，微生物活動(dòng)旺盛，有機(jī)質(zhì)分解加劇，腐殖質(zhì)積累減少，同時(shí)通氣過(guò)于旺盛還會(huì)帶走大量的熱量，影響發(fā)酵溫度。好氧發(fā)酵中主要采用強(qiáng)制避風(fēng)來(lái)散發(fā)熱量，改變物料的含水率，實(shí)現(xiàn)溫控。但對(duì)靜態(tài)條垛式堆肥發(fā)酵，由于堆垛內(nèi)不同部位溫度的分布有較大差異，因此不同部位的有機(jī)物的分解速率亦有很大差異，通常采用翻堆來(lái)達(dá)到均衡溫度和有機(jī)物分解速率的目的。4、溫度堆體溫度變化是發(fā)酵進(jìn)程的宏觀反映，也是影響微生物活動(dòng)和發(fā)酵工藝過(guò)程的重要因素。堆肥發(fā)酵的目的是為了使堆體溫度快速上升、并在適宜的溫度維持一段時(shí)間，使有機(jī)物降解并殺死其中的病原菌，溫度上升是微生物代謝產(chǎn)熱積累的結(jié)果，反映了微生物代謝強(qiáng)度和堆肥物質(zhì)轉(zhuǎn)化速度。不同種類(lèi)微生物對(duì)溫度有不同的要求，一般而言，嗜溫菌最適合的溫度為30°C—40°C，嗜熱菌發(fā)酵最適合溫度是45°C—60°C。過(guò)低的溫度大大延長(zhǎng)腐熟時(shí)間，而過(guò)高的溫度（大于70C），將對(duì)微生物產(chǎn)生有害的影響，理想溫度為50C—60C。在此溫度范圍中，既能保持較高數(shù)量的高溫分解菌，加快有機(jī)物的分解，又有利于去除病原菌微生物實(shí)現(xiàn)無(wú)害化。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局規(guī)定靜態(tài)好氧堆肥，堆體溫度達(dá)55C以上應(yīng)至少需5d，以殺死蟲(chóng)卵和致病菌，我國(guó)規(guī)定50C以上5—7d。此外，溫度是堆肥過(guò)程中微生物活動(dòng)是否旺盛的標(biāo)志，可以作為表觀上直接判斷堆肥腐熟度的指標(biāo)。5、有機(jī)物含量有機(jī)物是微生物賴(lài)以生存和繁殖的重要因素。大量的研究表明，在高溫好氧堆肥中，適合堆肥的有機(jī)物含量范圍為20%—80%。當(dāng)有機(jī)物含量低于20%時(shí)，堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的熱量太低，不利于堆體中高溫菌的繁殖，無(wú)法提高堆體中微生物的活性，最后導(dǎo)致堆肥工藝失敗。當(dāng)堆體有機(jī)物含量高于80%時(shí)，由于高含量的有機(jī)物在堆肥過(guò)程中對(duì)氧氣的需求很大，往往達(dá)不到好氧狀態(tài)而產(chǎn)生惡臭，影響好氧堆肥的順利進(jìn)行。6、pH值pH值是影響微生物生長(zhǎng)的重要因素之一，微生物的降解活動(dòng)，需要一個(gè)微酸性或中性的環(huán)境條件，pH值過(guò)高或過(guò)低都不利于微生物的繁殖和有機(jī)物的降解。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，pH值隨時(shí)間和溫度的變化而變化，但在一般情況下，堆肥的過(guò)程中有足夠的緩沖作用，能使pH值穩(wěn)定在可以保證好氧分解的酸堿度水平。四、堆肥腐熟指標(biāo)堆肥腐熟度是衡量堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。未腐熟的堆肥施入土壤后，能引起微生物的劇烈活動(dòng)導(dǎo)致氧的缺乏，從而導(dǎo)致厭氧環(huán)境，還會(huì)產(chǎn)生大量中間代謝產(chǎn)物（有機(jī)酸及還原條件下產(chǎn)生的nh3、H2S等），嚴(yán)重毒害植物的根系，影響作物的正常生長(zhǎng)。同時(shí)，未達(dá)到腐熟的堆肥散發(fā)的臭味易對(duì)環(huán)境造成二次污染。因此，檢測(cè)并保證堆肥的腐熟極為重要。所謂“腐熟度〃是國(guó)際上公認(rèn)的衡量堆肥反應(yīng)進(jìn)行程度的一個(gè)概念性參數(shù)。一般認(rèn)為，作為一項(xiàng)生產(chǎn)中用以指示反應(yīng)進(jìn)行程度的控制標(biāo)準(zhǔn)，必須具有操作方便、反應(yīng)直觀、適應(yīng)面廣、技術(shù)可靠等特點(diǎn)。目前，評(píng)價(jià)堆肥腐熟度的指標(biāo)主要有三類(lèi)：物理指標(biāo)，化學(xué)指標(biāo)，生物指標(biāo)。1、物理指標(biāo)物理學(xué)指標(biāo)通常指的是通過(guò)堆肥的表觀特征及一些物理學(xué)方法來(lái)確定堆肥的腐熟程度。主要包括堆肥的溫度、顏色、氣味等特征。物理學(xué)指標(biāo)具有直觀、迅速、易于測(cè)定的特點(diǎn)，用以定性描述堆肥過(guò)程所處的狀態(tài)，但是這種方法只能初步斷定堆肥的腐熟度，并不能進(jìn)行定量的分析，因此只能作為堆肥腐熟度的一項(xiàng)輔助指標(biāo)。2、 化學(xué)指標(biāo)化學(xué)指標(biāo)指通過(guò)分析堆肥過(guò)程中堆料的化學(xué)成分或性質(zhì)的變化以評(píng)價(jià)堆肥腐熟度。用于研究堆肥腐熟度的化學(xué)指標(biāo)主要有:碳氮比、有機(jī)質(zhì)變化指標(biāo)、氨氮指標(biāo)、腐殖化指標(biāo)和pH值等。核磁共振NMR、紅外光譜FT-IR和色譜技術(shù)的應(yīng)用揭示了堆肥微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，有助于評(píng)價(jià)化學(xué)指標(biāo)的合理性。3、 生物指標(biāo)生物學(xué)指標(biāo)能夠綜合反映堆肥的實(shí)用性，一般用于判斷堆肥的穩(wěn)定性，但其測(cè)定耗時(shí)長(zhǎng)，工作量較大，很少單獨(dú)用于判斷堆肥腐熟。綜上所述，單一的參數(shù)很難確定堆肥的化學(xué)及生物學(xué)的穩(wěn)定性，只有采用多種分析方法測(cè)定多個(gè)指標(biāo)，然后根據(jù)這些指標(biāo)綜合分析堆肥的腐熟狀況。將化學(xué)指標(biāo)與生物學(xué)指標(biāo)結(jié)合起來(lái)用以評(píng)價(jià)腐熟度是目前最為常用和可行的方法。將不同復(fù)合微生物菌劑以3%。的比例接入堆肥中，觀察不同比例的實(shí)驗(yàn)處理對(duì)堆肥升溫速度、堆肥最高溫度及高溫保持時(shí)間的影響，選擇最佳菌種比例。同時(shí)以不加復(fù)合菌劑的處理為對(duì)照。五、有機(jī)肥應(yīng)用有機(jī)肥料能明顯的改良土壤、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)量，減少作物病蟲(chóng)害等優(yōu)勢(shì)，不像化肥那樣容易傷根死苗。研究表明施用有機(jī)肥有明顯的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)作用。不施肥處理除土壤全鉀以外土壤其他各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)（C、N、P）均有所下降；施用有機(jī)肥能顯著提高速效P、K養(yǎng)分含量和有機(jī)碳及全磷含量。有機(jī)肥有以下好處：1、 改良土壤、培肥地力。有機(jī)肥料施入土壤后，有機(jī)質(zhì)能有效地改善土壤理化狀況和生物特性，熟化土壤，增強(qiáng)土壤的保肥供肥能力和緩沖能力，為作物的生長(zhǎng)制造良好的土壤條件。2、 增加產(chǎn)量、提高品質(zhì)。有機(jī)肥料含有豐富的有機(jī)物和各種營(yíng)養(yǎng)元素，為農(nóng)作物提供營(yíng)養(yǎng)。有機(jī)肥腐解后，為土壤微生物活動(dòng)提供能量和養(yǎng)料，促進(jìn)微生物活動(dòng)，加速有機(jī)質(zhì)分解，產(chǎn)生的活性物質(zhì)等能促進(jìn)作物的生長(zhǎng)和提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。3、 提高肥料的利用率。有機(jī)肥含有養(yǎng)分多但相對(duì)含量低，釋放緩慢，而化肥單位養(yǎng)分含量高，成份少，釋放快。兩者合理配合施用，相互補(bǔ)充，有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的有機(jī)酸還能促進(jìn)土壤和化肥中礦質(zhì)養(yǎng)分的溶解。有機(jī)肥與化肥相互促進(jìn)，有利于作物吸收，提高肥料的利用率。但過(guò)量施用有機(jī)肥也會(huì)同過(guò)量施用化肥一樣產(chǎn)生危害，其表現(xiàn)為作物根部吸水困難，易發(fā)生燒根黃葉、僵苗不長(zhǎng)、葉片畸形等病狀，嚴(yán)重后果是作物逐漸萎縮而枯死。六、施用有機(jī)肥注事項(xiàng)1、 充分腐熟發(fā)酵后再施用。自然界中的禽畜欄、人畜糞肥及餅粕類(lèi)等有機(jī)肥必須要充分腐熟發(fā)酵后再施用。經(jīng)過(guò)發(fā)酵后，一是均衡了有機(jī)肥中的酸性，減少了硝酸鹽含量，補(bǔ)充了水分，有利與自然界土壤中微生物菌的組合應(yīng)用；二是發(fā)酵后能殺滅原糞肥中寄生蟲(chóng)卵、有害生物病菌等直接給作物和土壤帶來(lái)的病菌與危害。發(fā)酵腐熟人蓄糞便，能夠在短時(shí)間做到充分徹底腐熟，腐熟的有機(jī)肥養(yǎng)分轉(zhuǎn)換率高，腐熟徹底，不會(huì)造成二次腐熟燒根燒苗。2、 根據(jù)土地土壤情況，適量施用并配合其他肥料。有機(jī)肥、化肥配合施用因作物而異，掌握好施肥量，有機(jī)肥與化肥各有所長(zhǎng)和不足，兩者要配合施用?？紤]到合理性和可能性，施肥量要因作物而異。對(duì)大田作物提倡施用有機(jī)肥，一般畝施有機(jī)肥1000~3000公斤；大棚等保護(hù)地蔬菜一般為4000~7000公斤。并配合礦物肥、化肥平衡施肥技術(shù)，按作物生長(zhǎng)期營(yíng)養(yǎng)需求指導(dǎo)施肥，一般以生物菌肥1-2%、有機(jī)質(zhì)肥50-60%、中微量元素肥10-20%、氮磷鉀大量元素肥30-40%的配合比例最佳。3、 盡量作底肥深耕后施用。改進(jìn)施肥方法，一是盡量將有機(jī)肥深施或蓋入土里，避免