利用有效微生物菌劑進行牛糞處理的研究

寧志剛，曲淑巖，王麗麗

（長春工業(yè)大學 化學與生命科學學院，吉林 長春 130012）

我國是畜禽養(yǎng)殖大國，近年來禽畜養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展,養(yǎng)殖規(guī)模越來越大，逐步發(fā)展成為一個獨立的行業(yè)。隨著禽畜養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，產(chǎn)生了大量的禽畜糞便，畜禽糞便帶來的環(huán)境污染已成為目前與工業(yè)廢水、生活污水相并列的三大污染源之一。但如果對其進行科學處理，不但不會影響環(huán)境，反而可將其轉(zhuǎn)變成可利用的肥料資源。目前，應用微生物菌劑的生物發(fā)酵技術(shù)，是較先進、科學且經(jīng)濟實用的方法。同時，通過微生物菌劑的發(fā)酵處理，可將糞便中的病菌、蟲卵等污染消除，使環(huán)境污染問題得到很好的解決[2，5]。

生物有機肥是指在普通堆肥的基礎上，通過一定的工藝條件，向堆體中添加功能性復合微生物菌劑，而制成的含有大量功能性微生物且肥效明顯高于普通堆置肥料的有機肥[3]。本文研究的重點是通過向牛糞中添加自制的復合微生物菌劑，有效地降解牛糞中的有機質(zhì)，除去其中有害物質(zhì)，促進物料的腐熟，使這些牛糞由污染物到有機肥的轉(zhuǎn)化，在消除對環(huán)境污染的同時，使其資源化利用。有許多關(guān)于有效微生物菌劑能有效的去處禽畜糞便惡臭且能加快糞便的發(fā)酵[4]的研究報道。為了確認其效果與處理技術(shù)，我們對其進行了研究，現(xiàn)將結(jié)果報告如下。

1 材料與方法

1.1 材料

堆肥原料為牛糞；牛糞（長春皓月清真肉業(yè)股份有限公司）；有效微生物菌劑（長春浩宇生物有限公司實驗室）；木屑（長春華地木材場）。

表1 堆肥原料的基本性質(zhì)Tab.1 The Properties of composting materials

1.2 指標測定方法

溫度測定：從堆肥開始，每天用溫度計測定兩次，早晚各一次，測堆體四角及中央共5處溫度，取平均值。并記錄到達高溫期的時間和高溫持續(xù)的時間。

含水率的測定：稱取試樣20g，在105℃下干燥4～6h，恒重至 0.01g測定水分。

顏色和臭味測定:采用人工法，每天觀察牛糞樣品的顏色變化和氣味變化。

C/N比測定：C/N是樣品有機物中C的總含量與N的總含量的比。總碳（TOC）測定：發(fā)酵過程中每天采集試樣，對試樣進行干燥、粉碎后測定，采用重鉻酸鉀容量法。總N測定：采用凱氏定氮法。

VS測定：堆肥過程中每日采集試樣，將試樣干燥、粉碎后測定，采用高溫灼燒法。

1.3 實驗參數(shù)優(yōu)化

本實驗選取微生物菌劑接種量、含水率、C/N比、翻堆次數(shù)4個方面進行研究，確定最佳工藝條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛糞發(fā)酵過程中，有效微生物菌劑接種量對發(fā)酵效果的影響

由表2、圖1所示微生物菌劑不同的接種量對牛糞發(fā)酵效果有很大的影響。

表2 有效微生物菌劑接種量對牛糞發(fā)酵效果的影響Tab.2 Effect of amounts of added effective microorganism in dairy manure on fermentation efficienty

圖1 有效微生物菌劑接種量的變化對堆肥溫度的影響Fig.1 Effect of amounts of added effective microorganism on compost fermenting temperature

堆肥過程中，接種菌劑可以使發(fā)酵溫度提高，堆肥高溫期提前，高溫持續(xù)時間延長，從而加速有機物的分解。接種量為1%、1.5%的效果都比較好，臭味基本被除去。

圖2 有效微生物菌劑接種量的變化對VS降解的影響Fig.2 Effect of amounts of added effective microorganism on compost VS degration

從圖2可以看出，VS隨接種量的增加降解速度加快，降解率也就越大，雖然接種量為1%與1.5%降解速度無明顯差異，且臭味與顏色也基本相同，結(jié)果與圖1的趨勢相符。所以本著經(jīng)濟節(jié)約成本的原則，將1%的接種量作為最適宜接種量。

2.2 牛糞發(fā)酵過程中，含水率對發(fā)酵效果的影響

原料含水率也是影響堆肥溫度的重要因素之一。含水率對牛糞發(fā)酵的影響見表3。

表3 含水率對牛糞發(fā)酵效果的影響Tab.3 Effect of moisture content in dairy manure on fermentation efficienty

圖3 含水率的變化對堆肥溫度的影響Fig.3 Effect of moisture content on compost Fermenting temperature

從表3，圖3可以看出，含水率過高，溫度上升的慢，水分子充滿整個堆體間隙，不利于空氣的傳輸，造成堆體里局部厭氧產(chǎn)生O3。但含水率過低，隨著堆體溫度的升高，水分蒸發(fā)過快，不能供給微生物足夠的水分，不利于微生物的生長代謝活動，對發(fā)酵產(chǎn)生不利影響。

圖4 含水率變化對VS降解速度的影響Fig.4 Effect of moisture content on compost VS degration

圖4可以看出，含水率為50%和60%的VS降解速度都較快而且無明顯差異。所以含水率應控制在50%～60%之間均適宜。

2.3 牛糞發(fā)酵過程中，C/N比對發(fā)酵效果的影響

表4 C/N比的變化對牛糞發(fā)酵效果的影響Tab.4 Effect of C/N in dairy manure on fermentation efficienty

圖5 C/N比的變化對堆肥溫度的影響Fig.5 Effect of C/N on compost f ermenting temperature

表4與圖5是不同C/N比的堆體發(fā)酵過程中溫度的變化趨勢。C/N比為27∶1和30∶1時，堆體最高溫分別為50.6℃和51℃，升溫速度也較快，到達高溫時間較短，且除臭效果最好；其他C/N比的各項指標均不如C/N比為27∶1和30∶1的。

圖6為C/N比變化對VS降解速度的影響。

圖6表明，C/N比為27∶1和30∶1時，VS降解速度最快。這是由于C/N比過低時，微生物對有機物的氧化過程損失了大量的N，導致分解緩慢，產(chǎn)生臭味。C/N比過高時，N不足，影響微生物的增長，降低有機物分解的速度。綜合比較，將堆體的C/N比調(diào)整為27∶1或30∶1時，都能達到最佳的發(fā)酵效果，由于C/N比為27∶1和30∶1的兩個處理組的堆肥效果都很好，所以C/N比的適當降低并不會影響堆肥質(zhì)量，而且由于C/N比的下降（從30∶1下降到27∶1），可使牛糞的處理量大大增多，有利于養(yǎng)殖場大規(guī)模處理禽畜糞便。所以C/N在27∶1時較為適宜。

圖6 C/N比變化對VS降解速度的影響Fig.6 Effect of C/N on compost TOC degration

2.4 牛糞發(fā)酵過程中，翻堆次數(shù)對發(fā)酵效果的影響

由于通風是翻堆的主要目的，通風的好壞直接關(guān)系好氧發(fā)酵能否順利進行，因此，堆體微生物的耗氧量決定了翻堆次數(shù)。

表5 翻堆次數(shù)對牛糞發(fā)酵效果的影響Tab.5 Effect of turning frequency in dairy manure on fermentation efficienty

圖7 翻堆次數(shù)的變化對堆肥溫度的影響Fig.7 Effect of turning frequency on compost fermenting temperature

由表5、圖7可以看出，堆體在不同的翻堆次數(shù)條件下，整個發(fā)酵過程中溫度的變化趨勢大致相同，都經(jīng)歷了升溫期，高溫持續(xù)期和降溫期3個階段。但2d翻堆一次的堆體升溫96h達到50.7℃，高溫持續(xù)5d，效果優(yōu)于其它兩個處理。

圖8 翻堆次數(shù)的變化對VS降解速度的影響Fig.8 Effect of turning frequency on compost VS degration

從圖8可以看出，2d翻堆一次的堆體VS的降解速度最快，且降解率最高。因為在堆肥前期（升溫期與高溫期）微生物作用最明顯，所以綜合比較，選擇堆肥過程中2d翻堆一次的處理手段。實驗采用的是人工翻堆，在實際生產(chǎn)中采用的機械翻堆效果要明顯好于人工翻堆，能使有效微生物菌劑處理糞便的時間縮短，達到較好的處理效果。因此，有效微生物菌劑處理禽畜糞便的最佳條件是2d翻堆一次。

3 討論

由于堆肥原料的成分復雜，含有多種化合物，要使它們較完全的降解，需要多種微生物的相互交替和協(xié)同作用，因此，這里采用EM有效微生物菌劑。自然堆肥由于所含微生物的種類有限，因此，發(fā)酵周期長，效果差。與自然發(fā)酵相比，加入EM有效微生物的，由于含有多種菌，能夠加快糞便堆肥的過程，在有氧條件下，微生物能夠迅速生長繁殖，能夠很快的將牛糞中的有機質(zhì)分解，有機質(zhì)氧化分解產(chǎn)生生物熱，形成能量交換。在發(fā)酵高溫期最大限度的殺死病菌，蟲卵，使堆肥無害化。其中的芽孢桿菌可抑制有害微生物的活性和腐敗菌的分解。菌劑中的絲狀菌，光合細菌可以吸收分解惡臭等有害物質(zhì)。

4 結(jié)論

（1）應用有效微生物菌劑處理牛糞比普通方法直接處理牛糞時間更短，效果更好，是一種有效手段，操作簡單、快速、高效、且無臭，很有發(fā)展?jié)摿Γ梢杂糜诖笠?guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

（2）應用EM有效微生物適宜的發(fā)酵條件為：有效微生物菌劑菌接種量為1%，牛糞初始含水率應控制在50%～60%之間，初始的C/N比為27∶1，堆肥可以2d堆翻一次。

［1］Bari,Q.H.，Koenig，A.Effect of air recirculation and reuse on composting of organic solid waste［J］.Resources Conservation and Recycling，2001，（33）:93-111.

［2］楊竹青,何迅,徐東波，等.應用無害化菌劑處理畜禽糞便生產(chǎn)生物有機肥探討［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2008，（6）:167-168.

［3］薛祖源.國外若干城市垃圾的處理現(xiàn)狀和動向［J］.現(xiàn)代化工，2003，23（5）:57-59.