豬糞秸稈高溫堆肥過程中滲濾液初步研究

于海嬌　牛明芬　馬建等

摘要：將豬糞與秸稈通過調節水分以配比3 ∶1（以鮮質量計）的比例，采用機械強制通風、人工翻堆的靜態高溫堆肥方式，研究堆肥過程中各項指標的變化。結果表明，溫度、pH值、氨氮含量、種子發芽指數已趨于穩定，初步認為堆肥24 d腐熟基本完全，堆肥過程中，2次堆肥溫度均可超過55 ℃。堆肥初期滲濾液排放量較大，之后逐漸降低。2組試驗中堆肥滲濾液排放總量在75 mL左右，初步得出堆肥滲濾液產生量與堆肥投料質量線性關系為y=0843×x×A+67485（式中：y為滲濾液產生量，mL；x為堆肥投料質量，kg；A為投料含水率，%）。

關鍵詞：豬糞；秸稈；堆肥；腐熟；滲濾液

中圖分類號： S141.4 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0314-02

目前，我國畜禽糞便處理基本以干燥法、焚燒法、堆肥法為主，堆肥處理能力較高，同時可提高土壤養分、改善土壤理化特性、提高農產品產量及品質、改善土壤微生物特性。畜禽糞便高溫好氧堆肥初期產生大量高濃度的有機滲濾液，堆肥滲濾液滲到地下，水中的硝態氮濃度、亞硝態氮濃度增加，危害人類健康。HJ 497—2009《畜禽養殖業污染治理工程技術規范》規定，堆肥場內應建立收集堆肥滲濾液的貯存池，考慮防滲漏措施，不得對地下水造成污染。但是現階段國內畜禽堆肥場沒有對貯存池的滲濾液進行專門處理，有堆肥場將滲濾液用于二次堆肥，堆肥產品中有機物、重金屬等含量偏高，限制了堆肥的使用。本研究模擬堆肥并收集滲濾液，通過分析滲濾液的排放量與性質，選擇合適的后續處理方法，旨在為滲濾液達標排放提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置為有機玻璃制成的密閉容器，長300 mm，寬240 mm，高360 mm，堆肥外套電熱毯進行保溫，裝置底部安裝曝氣盤進行強制通風，空氣泵連接曝氣盤進行間歇式通風，人工翻堆，裝置底部留有排液管收集濾液（圖1）。

1.2 試驗初始條件及配比

本試驗所用新鮮豬糞取自中國科學院沈陽應用生態研究所生態站，秸稈經粉碎后處理成1～3 cm的小段粒徑，試驗分為2組，在基本性質相同的情況下，第1組堆肥質量為 15.13 kg，第2組堆肥質量為16.92 kg，堆肥基本性質見表1。

1.3 方法

1.3.1 采樣及方法 本試驗以豬糞、玉米秸稈為材料，堆肥原料混合均勻，混合后物料含水率55%左右，裝置外面包裹電熱毯以保證堆體內部溫度，每3 d人工翻堆1次，機械間歇式通風，前4 d每3 h通風30 min，之后每6 h通風30 min。堆體中心插入數字溫度計，每天10：00、16：00各記錄1次堆體溫度，取平均值。分別在0、2、4、8、12、16、20、24 d采集3個平行樣，用密封袋封存并冷藏在冰箱中，部分樣品經自然風干后過100目篩，備用。

1.3.2 檢測項目

將3個平行新鮮樣品混勻后取1 g放在錐形瓶中，按水肥比10 ∶1用去離子水浸提1 h，用Orion 868型pH計測定pH值，取風干后過100目篩的堆肥樣品1 g放入離心管中，加入50 mL去離子水，3 000 r/min離心15 min，過0.45 μm纖維樹脂濾膜。用凱氏定氮儀法測定水溶性 NH+4-N、NO-3-N含量，用multi N/C 3100型TOC分析儀測定水溶性碳化二亞胺（WSC）、總氮（TN）含量，用消解儀、分光光度計測定化學需氧量（COD）含量。測定種子發芽指數。

2 結果與分析

2.1 溫度變化

堆肥內部溫度變化既能反映微生物所具有的活性，又是堆肥穩定無害的重要標志。由圖2可以看出，2次堆肥迅速升溫至50 ℃以上，從堆肥初始的升溫階段迅速進入高溫階段，溫度變化比較敏感，高溫階段反映堆肥前原料配比以及預處理好壞，是有機物在堆肥過程中氧化分解的關鍵階段，溫度過高或過低都不利于堆肥的進行。2次堆體溫度達到50 ℃后，均持續了5～7 d，之后溫度迅速下降，隨后溫度有所回升，最后與環境溫度保持一致。從圖2可以看出，堆肥分為升溫期、高溫期、降溫期、穩定期，可以從溫度變化曲線判斷堆肥的進行情況，高溫堆肥符合衛生指標《糞便無害化衛生標準》的要求。

2.2 pH值變化

由圖3可知，2次堆肥原料的初始pH值呈中性，堆肥結束時pH值為7.0～8.0。堆肥初期微生物分解有機氮，增加了酸性物質，導致pH值下降，之后隨著有機物的分解，堆肥中NH+4含量增加，堿性增強。高溫階段嗜熱微生物代替中溫微生物進行降解活動，此時銨態氮也迅速積累，pH值達到最高，較高的pH值使得氨氣逸出堆體，物料有機物分解產生的有機酸含量增加，導致堆體pH值下降。pH值變化呈先降后升趨勢，堆肥完成前pH值為8.5～9.0，成品pH值為7.0～8.0。

2.3 水溶性氨態氮（NH+4-N）含量的變化

初期堆肥1次發酵時，有機物在微生物作用下迅速降解，由于初期堆肥含水率比較高，因此生成的氨通過溶解作用以NH+4-N離子的形式存在，氨氮含量不斷增加。由圖4可知，處理1氨氮含量由初期的2.13 g/kg 迅速增加到3.52 g/kg，高溫期開始下降，第12天降到1.15 g/kg，這可能是由于在高溫環境下，物料中水分蒸發，引起NH3大量揮發。堆肥第12天左右開始的2次發酵中，NH+4-N的變化規律類似于1次發酵，但作用機理不同。初期是在微生物作用下，2次發酵氨氮在硝化細菌作用下進一步被氧化成NO-3-N，因此NH+4-N含量回升，出現1個小峰值后開始下降。2次堆肥均符合堆肥腐熟標準[1]。氨氮損失比較多，這可能是由于強制機械通風不利于氨氮累積[2]，加快了氨氣逸出。

3 結論與討論

本研究表明，2次堆肥啟動后24 d已基本腐熟。堆肥過程中，2次堆肥溫度均可超過55 ℃。其中堆肥高溫在 50 ℃以上持續了5～7 d，pH值最終穩定在7.0～8.0，滿足了堆肥高溫無害化衛生標準。堆肥過程中滲濾液排放表現為：初期排放量較大，之后逐漸降低。2組試驗中堆肥滲濾液排放總量在75 mL左右，初步得出堆肥滲濾液產生量與堆肥投料質量線性方程為y=0.843×x×A+67.485。

參考文獻：

[1]Bernal M P，Paredes C，Sanchez-Monedero M A，et al. Maturity and stability parameters of composts p repared with a wide range of organic wastes[J]. Bioresource Technology，1998，63：91-99.

[2]Sartaj M，Fernandes L，Patni N K. Performance of forced，passive and natural aeration methods for composting manure slurries[J]. Transactions of the ASAE，1997，40（2）：457-463.

[3]Zucconi F，Forte M，Monac A，et al. Biological evaluration of compost maturity[J]. Biocycle，1981，22：27-29.endprint