畜禽糞便發(fā)酵生產生物有機肥工藝技術

畜禽糞便發(fā)酵生產生物有機肥工藝技術現(xiàn)在，好氧發(fā)酵是實現(xiàn)畜禽糞便無害化和資源化的最重要途徑，它不僅能夠解決畜禽糞便的環(huán)境污染問題，并且對于發(fā)展生物有機肥，增進農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。畜禽糞便的資源化運用角度出發(fā)，以工業(yè)化生產生物有機肥為目的。一、好氧發(fā)酵原理有機物的好氧堆肥事實上就是基質在土著微生物或外源微生物的作用下進行好氧發(fā)酵的過程。在發(fā)酵過程中，糞便中的溶解性有機物透過微生物的細胞壁和細胞膜而為微生物吸取運用，非溶解性的大分子物質由微生物所分泌的胞外酶分解為小分子溶解性物質，再由細胞吸取運用。微生物通過本身的生命活動—氧化、還原、合成等過程，把一部分被吸取的有機物氧化成簡樸的無機物并釋放出生物生長活動所需要的能量，把另一部分有機物轉化為生物體所必需的營養(yǎng)物質，合成新的細胞物質，于是微生物逐步生長繁殖，產生更多的生物體和胞外酶，繼續(xù)進行一系列的生化作用。二、好氧發(fā)酵的微生物作用過程好氧發(fā)酵是在有氧氣參加的條件下，借助微生物的作用而實現(xiàn)的，因此微生物是好氧發(fā)酵成敗的核心因素。發(fā)酵過程中溫度不停的發(fā)生變化，隨著溫度的變化，微生物類群也處在一種不停進行的動態(tài)變化之中。根據溫度的變化，可將堆肥發(fā)酵過程分為三個階段：升溫階段、高溫階段、降溫或腐熟保溫階段。1、升溫階段升溫階段重要是中溫性微生物占優(yōu)勢(馮明謙和劉德明，1999)。在發(fā)酵之前，物料中就存在著多個有害的、無害的土著菌群，當溫度和其它條件適宜時，各類微生物菌群開始繁殖。當溫度達成25℃以上時，中溫性微生物菌群進入旺盛的繁殖期，開始活躍地對有機物進行分解和代謝，以勢孢菌和霉菌等嗜溫好氧性微生物為主的菌群將單糖、淀粉、蛋白質等易分解的有機物快速分解，產生大量的熱。2、高溫階段當發(fā)酵溫度上升到40℃以上時，即進入高溫階段。除少部分殘留下來的和新形成的水溶性的有機物繼續(xù)分解外，復雜的有機物，如半纖維素、纖維素等開始強烈的分解，同時腐殖質開始形成，出現(xiàn)了能溶于堿的黑色物質。此時嗜熱真菌、好熱放線茵、好熱芽孢桿菌等微生物的活動占了優(yōu)勢。當溫度升到70℃以上時，大量的嗜熱菌類死亡或進入休眠狀態(tài)，在多個酶的作用下，有機質仍在繼續(xù)分解。隨著微生物的死亡、酶的作用消退，熱量會逐步減少，此時，休眠的好熱微生物又重新活躍起來并產生新的熱量，通過重復幾次保持的高溫水平，腐殖質基本形成，堆肥物質初步穩(wěn)定。3、降溫階段內源呼吸后期，只剩余較難分解的有機物和新形成的腐殖質，發(fā)熱量減少，溫度舞始下降，當下降到40℃下列，中溫微生物重新開始繁殖。剩余的難分解的木質素及纖維素在真菌作用下，少量被降解。此時進入物料的腐熟階段。在該階段物料失重及產熱量很小，木質素降解產物與死亡微生物中的蛋自質結合形成對植物生長及其重要的腐殖酸。三、畜禽糞便好氧發(fā)酵影響因素適宜的物料配比及嚴格的過程參數控制是獲得抱負生物有機肥產晶的必要條件。影響好氧發(fā)酵的因素諸多，歸納起來重要有下列幾個方面。1、含水率水分為微生生長所必需，含水率是堆肥生態(tài)系統(tǒng)的一種重要物理因素。水分的重要作用是：溶解有機物、為微生物提供養(yǎng)分、參加微生物的新陳代謝、蒸發(fā)時帶走部分熱量、調節(jié)堆體溫度。在堆肥過程中，按質量計，50％一60％含水率最有助于微生物分解。水分超出70％，溫度難以上升，分解速度明顯減少，由于水分過多，取代空氣而占據了堆料孔隙，限制了好氧微生物與氧氣的接觸，將出現(xiàn)厭氧狀況，使好氧微生物活性減少，影響好氧堆肥效果。水分低于40％不能滿足微生物生長需要，有機物也難以分解。許多研究者認為在堆肥的后熟階段堆體的濕度也應保持在一定的水平，以利于細菌和放線菌的生長，后熟期的濕度不僅能夠加緊后熟也能夠減少灰塵問題。2、C／N比研究表明，物料必須達成適宜C／N比，才干進行抱負的堆肥發(fā)酵。微生物生長需要碳源，蛋白質合成需要氮源，微生物合成一份蛋白質大概需要30份碳，因此對于好氧發(fā)酵來講，C／N比為30是最抱負的比例。C／N比過低，微生物對有機物的生物氧化過程造成了嚴重的氮素損失，特別是當pH值和溫度高時，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C／N比高于35時，微生物必須通過多次生命循環(huán)，氧化掉過量的碳，直至達成一種適宜的C／N比供其進行新陳代謝，因而C／N比高會減少降解速率。物料的C／N比能夠通過添加含碳高或含氮高的材料來加以調節(jié)，秸稈、雜草、枯枝和樹葉等物質含纖維、木質素、果膠等較多，碳氮比值較高，能夠作為高碳添加材料，而畜禽糞便中含氮量高，可作為高氮添加物質。3、通氣好氧發(fā)酵是好氧微生物在有氧狀態(tài)下對有機質進行的快速降解，因此，通氣是確保好氧發(fā)酵順利進行的重要因素之一。通風供氧起到三個作用，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。如果通氣量局限性將克制好氧微生物的活動，使發(fā)酵周期變長，影響生物有機肥的質量。如果通氣太旺，微生物活動旺盛，有機質分解加劇，腐殖質積累減少，同時通氣過于旺盛還會帶走大量的熱量，影響發(fā)酵溫度。好氧發(fā)酵中重要采用強制避風來散發(fā)熱量，變化物料的含水率，實現(xiàn)溫控。但對靜態(tài)條垛式堆肥發(fā)酵，由于堆垛內不同部位溫度的分布有較大差別，因此不同部位的有機物的分解速率亦有很大差別，普通采用翻堆來達成均衡溫度和有機物分解速率的目的。4、溫度堆體溫度變化是發(fā)酵進程的宏觀反映，也是影響微生物活動和發(fā)酵工藝過程的重要因素。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間，使有機物降解并殺死其中的病原菌，溫度上升是微生物代謝產熱積累的成果，反映了微生物代謝強度和堆肥物質轉化速度。不同種類微生物對溫度有不同的規(guī)定，普通而言，嗜溫菌最適合的溫度為30℃—40℃，嗜熱菌發(fā)酵最適合溫度是45℃—60℃。過低的溫度大大延長腐熟時間，而過高的溫度(不不大于70℃)，將對微生物產生有害的影響，抱負溫度為50℃—60℃。在此溫度范疇中，既能保持較高數量的高溫分解菌，加緊有機物的分解，又有助于去除病原菌微生物實現(xiàn)無害化。美國國家環(huán)保局規(guī)定靜態(tài)好氧堆肥，堆體溫度達55℃以上應最少需5d，以殺死蟲卵和致病菌，我國規(guī)定50℃以上5—7d。另外，溫度是堆肥過程中微生物活動與否旺盛的標志，能夠作為表觀上直接判斷堆肥腐熟度的指標。5、有機物含量有機物是微生物賴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，適合堆肥的有機物含量范疇為20％—80％。當有機物含量低于20％時，堆肥過程中產生的熱量太低，不利于堆體中高溫菌的繁殖，無法提高堆體中微生物的活性，最后造成堆肥工藝失敗。當堆體有機物含量高于80％時，由于高含量的有機物在堆肥過程中對氧氣的需求很大，往往達不到好氧狀態(tài)而產生惡臭，影響好氧堆肥的順利進行。6、pH值pH值是影響微生物生長的重要因素之一，微生物的降解活動，需要一種微酸性或中性的環(huán)境條件，pH值過高或過低都不利于微生物的繁殖和有機物的降解。在整個反映過程中，pH值隨時間和溫度的變化而變化，但在普通狀況下，堆肥的過程中有足夠的緩沖作用，能使pH值穩(wěn)定在能夠確保好氧分解的酸堿度水平。四、堆肥腐熟指標堆肥腐熟度是衡量堆肥產品質量的重要指標。未腐熟的堆肥施入土壤后，能引發(fā)微生物的激烈活動造成氧的缺少，從而造成厭氧環(huán)境，還會產生大量中間代謝產物(有機酸及還原條件下產生的NH3、H2S等)，嚴重毒害植物的根系，影響作物的正常生長。同時，未達成腐熟的堆肥散發(fā)的臭味易對環(huán)境造成二次污染。因此，檢測并確保堆肥的腐熟極為重要。所謂“腐熟度"是國際上公認的衡量堆肥反映進行程度的一種概念性參數。普通認為，作為一項生產中用以批示反映進行程度的控制原則，必須含有操作方便、反映直觀、適應面廣、技術可靠等特點?，F(xiàn)在，評價堆肥腐熟度的指標重要有三類：物理指標，化學指標，生物指標。1、物理指標物理學指標普通指的是通過堆肥的表觀特性及某些物理學辦法來擬定堆肥的腐熟程度。重要涉及堆肥的溫度、顏色、氣味等特性。物理學指標含有直觀、快速、易于測定的特點，用以定性描述堆肥過程所處的狀態(tài)，但是這種辦法只能初步斷定堆肥的腐熟度，并不能進行定量的分析，因此只能作為堆肥腐熟度的一項輔助指標。2、化學指標化學指標指通過分析堆肥過程中堆料的化學成分或性質的變化以評價堆肥腐熟度。用于研究堆肥腐熟度的化學指標重要有：碳氮比、有機質變化指標、氨氮指標、腐殖化指標和pH值等。核磁共振NMR、紅外光譜FT-IR和色譜技術的應用揭示了堆肥微觀物質構造的變化，有助于評價化學指標的合理性。3、生物指標生物學指標能夠綜合反映堆肥的實用性，普通用于判斷堆肥的穩(wěn)定性，但其測定耗時長，工作量較大，極少單獨用于判斷堆肥腐熟?？偠灾?，單一的參數很難擬定堆肥的化學及生物學的穩(wěn)定性，只有采用多個分析辦法測定多個指標，然后根據這些指標綜合分析堆肥的腐熟狀況。將化學指標與生物學指標結合起來用以評價腐熟度是現(xiàn)在最為慣用和可行的辦法。將不同復合微生物菌劑以3‰的比例接入堆肥中，觀察不同比例的實驗解決對堆肥升溫速度、堆肥最高溫度及高溫保持時間的影響，選擇最佳菌種比例。同時以不加復合菌劑的解決為對照。五、有機肥應用有機肥料能明顯的改良土壤、提高農產品質量、提高產量，減少作物病蟲害等優(yōu)勢，不像化肥那樣容易傷根死苗。研究表明施用有機肥有明顯的增產和穩(wěn)產作用。不施肥解決除土壤全鉀以外土壤其它各項養(yǎng)分指標(C、N、P)都有所下降；施用有機肥能顯著提高速效P、K養(yǎng)分含量和有機碳及全磷含量。有機肥有下列好處：1、改良土壤、培肥地力。有機肥料施入土壤后，有機質能有效地改善土壤理化狀況和生物特性，熟化土壤，增強土壤的保肥供肥能力和緩沖能力，為作物的生長制造良好的土壤條件。2、增加產量、提高品質。有機肥料含有豐富的有機物和多個營養(yǎng)元素，為農作物提供營養(yǎng)。有機肥腐解后，為土壤微生物活動提供能量和養(yǎng)料，增進微生物活動，加速有機質分解，產生的活性物質等能增進作物的生長和提高農產品的品質。3、提高肥料的運用率。有機肥含有養(yǎng)分多但相對含量低，釋放緩慢，而化肥單位養(yǎng)分含量高，成分少，釋放快。兩者合理配合施用，互相補充，有機質分解產生的有機酸還能增進土壤和化肥中礦質養(yǎng)分的溶解。有機肥與化肥互相增進，有助于作物吸取，提高肥料的運用率。但過量施用有機肥也會同過量施用化肥同樣產生危害，其體現(xiàn)為作物根部吸水困難，易發(fā)生燒根黃葉、僵苗不長、葉片畸形等病狀，嚴重后果是作物逐步萎縮而枯死。六、施用有機肥注事項1、充足腐熟發(fā)酵后再施用。自然界中的禽畜欄、人畜糞肥及餅粕類等有機肥必須要充足腐熟發(fā)酵后再施用。通過發(fā)酵后，一是均衡了有機肥中的酸性，減少了硝酸鹽含量，補充了水分，有利與自然界土壤中微生物菌的組合應用；二是發(fā)酵后能殺滅原糞肥中寄生蟲卵、有害生物病菌等直接給作物和土壤帶來的病菌與危害。發(fā)酵腐熟人蓄糞便，能夠在短時間做到充足徹底腐熟，腐熟的有機肥養(yǎng)分轉換率高，腐熟徹底，不會造成二次腐熟燒根燒苗。2、根據土地土壤狀況，適量施用并配合其它肥料。有機肥、化肥配合施用因作物而異，掌握好施肥量，有機肥與化肥各有所長和局限性，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。對大田作物倡導施用有機肥，普通畝施有機肥1000~3000公斤；大棚等保護地蔬菜普通為4000~7000公斤。并配合礦物肥、化肥平衡施肥技術，按作物生長久營養(yǎng)需求指導施肥，普通以生物菌肥1-2%、有機質肥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。改善施肥辦法，一是盡量將有機肥深施或蓋入土里，避免地