柑橘渣混合秸稈好氧發酵工藝

蘭子平++劉敏++張育維++雷光東

摘要：采用豬糞、牛糞或豬牛混合糞為微生物來源，利用柑橘皮渣提供養分，使微生物快速繁殖，以農作物秸稈調節水分進行好氧發酵生產有機肥料。結果表明，柑橘皮渣和農作物秸稈質量比約為（4～5） ∶[KG-*3]1，控制初始含水量為65%～73%，堆體高度為0.6 m，高溫發酵期都在10 d以上，30 d可達到腐熟。由結果可知，適量添加天然磷礦石粉提高堆體初始pH值，腐熟快，肥效高。

關鍵詞：柑橘皮渣；好氧發酵；腐熟；有機肥

中圖分類號： S188+.4文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）12-0491-03

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收稿日期：2015-11-10

基金項目：四川省內江市應用技術研究與開發資金（編號：內市科知發函[2012]號）；內江師范學院科研項目（編號：12njz12）。

作者簡介：蘭子平（1964—），男，四川內江人，副教授，主要從事無機及分析化學研究。

通信作者：雷光東，教授，主要從事有機合成研究。E-mail：leiguangd@163.com。

柑橘是世界范圍內廣泛種植的水果之一，其營養豐富，深受廣大民眾喜愛。近年來，我國柑橘種植業迅猛發展，2014年柑橘產量已達3 378萬t[1]。由于保鮮原因，柑橘除少部分用于直接食用外，大部分用于加工，其中壓汁是最為重要的加工方式，占總加工量的96%，然而伴隨柑橘汁加工而產生大量的柑橘皮渣，其特點是含水量高、體積龐大、易腐敗變質[2]，給處理帶來了相當的難度。

多年來國內外對柑橘皮渣綜合利用的探索較多，如提取柑橘香精油、果膠及膳食纖維等[3-8]，但都受到皮渣有效減量少、二次殘渣污染問題而限制了應用。為了提高有效減量，將柑橘皮渣直接烘干作為飼料添加劑，但其保鮮難，含水量大于80%，烘干過程中能量消耗太多，運行成本高，企業難以承受[9-10]。為此，一些企業采用直接填埋處理，但因其水分含量高、體積大，占地量過大，并且填埋后產生的臭氣和滲漏液，對地下水、空氣造成嚴重的污染，有的企業因廢渣處理不當帶來環境污染被新聞曝光也時有發生，所以資源化利用柑橘皮渣是該產業可持續發展必需的。[JP2]

與此同時，農作物秸稈處置也是當今一大難題。隨著農業生產的發展，玉米、小麥等秸稈十分豐富，這些秸稈含水量低，含微生物營養物質少，微生物生長慢，堆肥處理腐熟周期長，腐熟不完全。其他加工難度大，許多農民直接燃燒處理，浪費和污染并存，各級政府都明確禁止燃燒秸稈。為此，筆者根據柑橘皮渣含水量高，含有豐富的糖分和有機營養物質且是微生物生長所需，秸稈正好吸收部分水分的特點，設計了柑橘渣混合秸稈好氧發酵工藝。本工藝以新鮮豬糞、牛糞為雜菌源，以農作物秸稈為水分調節劑，采用好氧堆肥法，無害化處理柑橘皮渣，生產出有機肥料，既可解決環境污染問題，又實現了農業廢棄物的資源化。好氧堆肥過程中豬牛糞便中微生物不斷消耗柑橘皮渣中的營養成分，并進行自身繁殖，產生有機物質，不停地發生物理、化學、生物等方面的變化，最終達到穩定，并且腐熟形成良好的有機復合肥[11]。經過多次試驗證實，加入適量的天然磷礦石，有利于堆肥過程中酸堿度的相對平穩，加快了微生物的活動，縮短了發酵周期，增強了最終肥效。

1材料與方法

1.1材料

柑橘皮渣：山東佳美食品工業有限公司內江分公司生產果汁的廢棄物；鮮豬糞、鮮牛糞：用時現取于內江市郊區農場；玉米秸稈和小麥秸稈：取自內江周圍農村，自然風干備用。

1.2儀器

主要儀器：METTLER-AE240電子分析天平、DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱、DFT-100手提式高速萬能粉碎機、通用型農用切草機。

1.3試驗設計

試驗設計為2個處理，其中混合秸稈比例以初堆物料含水量確定，初堆含水量約控制在70%。

（1）第1處理組。

堆肥1：豬糞+柑橘皮渣+混合秸稈，其質量比為 1 ∶[KG-*3]5 ∶[KG-*3]1；堆肥2：牛糞+柑橘皮渣+混合秸稈，其質量比為 1 ∶[KG-*3]5 ∶[KG-*3]1；堆肥3：豬糞+牛糞+柑橘皮渣+混合秸稈，其質量比為0.5 ∶[KG-*3]0.5 ∶[KG-*3]5 ∶[KG-*3]1。

（2）第2處理組。

堆肥4：豬糞+柑橘皮渣+混合秸稈+磷礦，其質量比為4 ∶[KG-*3]16 ∶[KG-*3]4 ∶[KG-*3]1；堆肥5：牛糞+柑橘皮渣+混合秸稈+磷礦，其質量比為4 ∶[KG-*3]16 ∶[KG-*3]4 ∶[KG-*3]1；堆肥6：豬糞+牛糞+柑橘皮渣+混合秸稈+磷礦，其質量比為2 ∶[KG-*3]2 ∶[KG-*3]16 ∶[KG-*3]1。

1.4堆肥處理

將新壓汁后的柑橘皮渣用粉碎機打成糊狀，磷礦石打成碎粉，過60目篩，把玉米秸稈和小麥秸稈用切草機切成4～5 cm 的碎段，兩者質量比約為1 ∶[KG-*3]1，混合均勻。按相應比例把鮮豬糞或鮮牛糞、磷礦石粉與柑橘皮渣糊一起攪拌，混合均勻，再與相應比例的秸稈混合均勻。疏松堆放于半徑 0.75 m、高1 m的圓柱形水泥池中，物料堆放高度為0.6 m，池底放1個可隔離滲出液的網罩。表面蓋適量秸草類保溫材料。每7 d翻堆1次，保證池內氧氣充足。堆肥時間為40 d。

1.5數據測定

含水量測定：每4 d取1次樣品；每次于堆體多點取樣200 g于小瓷盤中，并放于電熱烘箱中，在85 ℃下烘8 h至恒質量，計算含水量；再利用粉碎機打碎并過篩，封于塑料袋中，供分析用。

溫度測定：每天15：00測定堆體的溫度，測量時溫度計須插入堆體表層約30 cm，同時記錄周圍的環境溫度。

pH值測定：取翻堆時堆底滲出液或堆肥物適度擠壓液，用pH試紙測定其pH值。

全碳的測定：馬弗爐灼燒法[12]。

總氮的測定：凱式蒸餾法[13]。

有機質的測定：重鉻酸鉀容量法[13]。

磷的測定：分光光度法[13]。

2結果與分析

2.1堆料物理性狀的變化

堆肥開始時，各處理組的堆體物料都呈黃色，并且具有一定的臭味，主要由果渣和糞便引起。堆至第6天時，牛糞處理組已經無臭味，豬糞和豬牛糞混合處理組仍有一定臭味，堆體表面至約50 cm深層都出現灰白色菌絲，堆底有少量滲出液。至12 d時，各堆均有大量灰白色菌絲，堆肥顏色變為灰黑色，約50 cm處有明顯顏色界線，堆體50 cm以下物料顏色偏黃、菌絲少，各堆底滲出液量均有增加，豬糞和豬牛糞混合處理組堆肥仍有輕微臭味。第27天時，各堆肥仍有大量灰白色菌絲、各堆肥顏色均呈現黑褐色或黑色，均有潮濕泥土的氣味與少量滲出液，堆肥基本達到腐熟。與此同時，隨著堆肥的進行，物料腐熟度的增加，物料的體積也逐漸縮減，各堆體體積隨時間變化情況如表1所示。

2.2堆肥過程中堆體溫度的變化

[JP3]堆肥過程中，堆體溫度變化由升溫期、相對穩定的高溫期和降溫期3個階段構成，而各堆體的溫度變化趨勢相同（表2）。

由圖1、圖2可知，2個批次處理過程中環境溫度相差較大。堆肥初期，由于微生物還處于適應期，分解有機質的能力較弱，[JP2]并且環境溫度較低，故發熱階段時間稍長。通過第1次翻堆，為其中好氧微生物分解有機物提供了充足的氧氣，堆肥溫度逐漸升高，進入高溫階段，此時嗜熱微生物快速繁殖，柑橘渣中的纖維素和果膠類物質被分解，釋放出大量的熱量。隨著堆肥進程的繼續，易分解的有機物已大部分被微生物分解，微生物活動減弱，產熱量減少導致溫度降低。在第4次翻堆后，溫度快速下降，表明堆肥物質已呈穩定狀態，堆肥進入腐熟階段。從2批處理溫度變化情況可見，豬牛糞混合堆肥，微生物種類豐富，適應環境能力強，能快速進入高溫階段，其中含有較多的嗜熱菌，引發升溫快，高溫持續時間長，堆肥腐熟周期相對較短，降溫速度相對較快。從翻堆后溫度變化看，第1次翻堆時，微生物活動已較快，翻堆后堆溫略有下降，但堆體溫度較快恢復升溫；第2次翻堆時微生物活動很快，堆溫變化不大；而第3次翻堆時微生物活動高峰已過，溫度開始下降，但下降較慢；第4次翻堆后溫度較快下降，說明堆肥已進入熟化階段。從2批處理溫度變化情況看，豬牛糞混合導致升溫快，高溫持續時間長，堆肥腐熟周期相對較短，降溫速度相對較快。

2.3堆肥中pH值的變化

[JP2]堆肥過程中酸堿度變化可以堆體滲出液作參考，由表3可見，pH值在堆肥發酵過程中總體表現為先升高，達到一定數值后呈基本穩定的趨勢；未加磷礦石的pH值變化略大，添加磷礦石的堆體pH值相對變化較小，其初始pH值相對高些，可見磷礦石具有明顯的緩沖作用。同時，磷也是微生物所需元素，適當添加磷礦石更有利于微生物生長，加入磷礦石的堆體微生物生長旺盛，快速分解有機質，對促進堆肥腐熟是有利的。

2.4水分含量的變化情況

在堆肥過程中水是微生物生長繁殖不可缺少的，菌體和養分都因水分而得以向堆體各處移動，水還使堆肥原料軟化，更加容易被分解，所以須保持堆體內有適當水分。試驗證實，控制料物的初始水分含量約為70%，既有利于對含水量較高的柑橘渣減量，也使物料容易拌勻，同時能較好滿足堆肥發酵的水分要求。從表4堆體水分含量變化看，20 d內堆體水分變化不大，水分蒸發、滲出量和物料分解產生水分量相當；20 d 后水分散失明顯增快，表明堆肥進入腐熟階段。最終經過風干的水分含量均低于30%。

2.5堆肥過程中堆料碳氮比的變化

一般認為堆肥碳氮比為（25～30） ∶[KG-*3]1時，堆肥效果最好[14]，本試驗中加入了糞肥，因此具有較好的堆肥效果。由圖3可知，從試驗3 d起記錄碳氮比，隨著堆肥的進行，堆肥的碳氮比均呈下降的趨勢，初期下降較快，后期趨緩。堆肥30 d后各堆碳氮比均下降至初始碳氮比的60%以下，基本達到腐熟[15-16]。

[TPLZP3.tif]

2.6堆肥產品肥效

由表5可知，幾種處理過程所得有機肥的肥效指標均達到了國家標準要求，其中堆肥4～6因添加磷礦石，其有機質含量更低一些，腐熟更趨完全，同時借肋于堆肥過程中產生的有機酸對磷礦石進行了轉化，因而磷和氮的含量相對高一些，所以綜合肥效更好。

3結論

本工藝原料為純天然物，無任何化學添加，采用豬糞、牛糞或豬牛糞混合糞為微生物來源，利用柑橘皮渣提供養分，以農作物秸稈調節水分進行好氧發酵生產有機肥料，柑橘皮渣中[CM（25]豐富的養分能有效促進微生物的生長繁殖，提高了農作物秸稈的腐熟速度，且適量添加天然磷礦石粉提高了堆體初始pH值，為微生物生長提供了適合的環境和營養，明顯加快了腐熟進程。綜合整個發酵過程，堆肥6的處理工藝，物料腐熟快，綜合肥效指標好，是工藝過程簡單、操作技術要求低、適應性和推廣性較強的新工藝。

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