重金屬含量超標糞便肥料化技術(shù)研究

夏玉秀 高明芳 陳軍霞 鞠鑫鑫 宋麗芬*

1.中國農(nóng)業(yè)大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670；2.山東中農(nóng)三月環(huán)保科技股份有限公司，山東 煙臺 264006

畜禽飼料中添加微量元素（砷、銅、鋅、鉻等）可有效預防疾病和提高飼料效率。大量研究表明，豬糞中重金屬元素超標現(xiàn)象明顯，且與飼料中重金屬含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系[1]。潘尋等對山東省21家養(yǎng)豬場的126個豬糞樣品進行取樣分析，檢測數(shù)據(jù)表明豬糞中含有鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb），其中As、Cu、Zn存在超標[2]。

肥料化是目前糞便肥料化利用的主要方式。《有機肥料》（NY 525—2012）、《 有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）等肥料標準對產(chǎn)品中的重金屬限量進行了規(guī)定。重金屬超標的糞便肥料化利用是目前糞便處理的難點。《有機肥料》（NY 525—2012）、《有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009 ）兩者間比較，《有機-無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）的重金屬限量值高于《有機肥料》（NY 525—2012）。

本研究以豬糞為原料，通過添加輔料后進行好氧堆肥，降低堆肥產(chǎn)物中的重金屬含量，并且探討生產(chǎn)有機肥料和有機—無機復混肥料的可行性，為重金屬含量超標的糞便肥料化提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

材料為取自煙臺市某規(guī)模化養(yǎng)殖場的豬糞，以及市面上銷售的花生殼料。其養(yǎng)分含量和重金屬含量如表1和表2所列。

表1 豬糞和花生殼粉基本理化性質(zhì)

表2 豬糞和花生殼粉重金屬含量 mg/kg

由表2 可知，豬糞中As和Hg含量超過《有機肥料》（NY 525—2012）限定值，Hg的含量超過《有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）限定值。

1.2 方法

將花生殼粉、豬糞過篩按碳氮比25:1混合（花生殼粉與豬糞的干重比例為1:1.14），調(diào)節(jié)含水量約55%，裝入底面半徑為0.4m、高為1.0m的有蓋塑料桶內(nèi)。發(fā)酵原料75kg堆制36d，采用空壓機通氣。在堆體升溫期每2天翻堆1次高溫期每天翻堆1次降溫階段每3天翻堆一次。發(fā)酵結(jié)束后測定堆肥物料的基本理化性質(zhì)。

烘干的堆肥物料中添加尿素、磷酸二氫銨和硫酸鉀生產(chǎn)有機—無機復混肥料（9-4-4）。有機—無機復混肥料的各項指標測定參考《有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵過程中溫度的變化

堆肥過程的完成，即堆肥達到穩(wěn)定化的指標一般以腐熟度表示，目前衡量腐熟度的指標可分為物理指標、化學指標、生物學指標以及毒理學指標。《糞便無害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）規(guī)定好氧發(fā)酵的衛(wèi)生要求：人工翻堆是堆溫≥50℃至少持續(xù)10 d或者堆溫≥60℃至少持續(xù)5d，機械翻堆是堆溫≥50℃至少持續(xù)2d。由圖1可以看出，本試驗中發(fā)酵的最高溫度為78℃，堆溫≥50℃持續(xù)10d，堆溫≥60℃持續(xù)5d，符合《糞便無害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）規(guī)定。

2.2 堆肥前后物料的基本理化性質(zhì)與重金屬含量分析

原料堆肥后，有機質(zhì)、碳氮比和全氮含量下降，全磷、全鉀和總養(yǎng)分含量上升（表3）。堆肥產(chǎn)物的有機質(zhì)含量和總養(yǎng)分含量符合《有機肥料》（NY 525—2012）標準，但是含水量超過限定值。

由于堆肥過程中物料總質(zhì)量的下降，造成物料中重金屬含量的相對累積，因此堆肥后產(chǎn)物中重金屬含量上升，As和Hg含量超過《有機肥料》（NY 525—2012）標準中的限定值。堆肥后產(chǎn)物中Hg含量超過《有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）標準中的限定值。

表3 堆肥后產(chǎn)物基本理化性質(zhì)

圖1 發(fā)酵溫度變化

2.3 有機—無機復混肥料的配制與理化性質(zhì)分析

堆肥后產(chǎn)物中As和Hg含量超過《有機肥料》（NY 525—2012）標準中的限定值，即使通過烘干降低堆肥后產(chǎn)物的含水量≤30%，仍達不到商品有機肥料的標準。因此本研究通過向堆肥后產(chǎn)物中添加化學肥料生產(chǎn)有機—無機復混肥料，從而進一步降低產(chǎn)品中的重金屬含量；《有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）中重金屬的限定值高于《有機肥料》（NY 525—2012）， 增加了重金屬含量高的有機原料肥料化的可行性。

因此本項目以堆肥產(chǎn)物為主要原料，添加尿素、磷酸一銨和硫酸鉀為輔料，配制有機—無機復混肥料（9-4-4）。4種物料質(zhì)量比例（干重）為：堆肥產(chǎn)物:尿素:磷酸二氫銨:硫酸鉀=73.02:45.83:6:5.12。

配制有機—無機復混肥料時需要添加化學肥料，因此進一步稀釋了發(fā)酵物料中的重金屬含量，產(chǎn)品中重金屬含量符合《有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）限定值。產(chǎn)品中的Cu、Zn含量分別為252.11mg/kg、565.29mg/kg，高于其他重金屬的含量，但是《有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）對Cu、Zn含量無限定。

3 結(jié)論

本試驗所用的豬糞中As和Hg含量超過了《有機肥料》（NY 525—2012）限定值。即使添加花生殼粉進行好氧堆肥，堆肥后產(chǎn)物中As和Hg含量仍超過了《有機肥料》（NY 525—2012）標準中的限定值；本試驗中發(fā)酵的最高溫度為68℃，堆溫≥50℃持續(xù)10d，堆溫≥60℃持續(xù)5d，符合《糞便無害化衛(wèi)生要求》（GB 7959—2012）規(guī)定；堆肥產(chǎn)物中Hg含量超過《有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）限定值。配制有機—無機復混肥料時添加化學肥料，稀釋了發(fā)酵物料中的重金屬含量，產(chǎn)品中重金屬含量符合《 有機—無機復混肥料》（GB/T 18877—2009）限定值。