粉煤灰對牛糞好氧堆肥進程的影響

2021-01-22 08:22:02黃宏林何廣聰覃俠龍

養殖與飼料 2021年1期

黃宏林何廣聰覃俠龍凌丁

廣西農業職業技術學院動物科學技術系，南寧530007

近年來，隨著人們生活水平的提高和環境意識的增強，牛肉的需求越來越大，進而促進了養牛產業的迅速發展，養牛已成為不少地方的支柱產業，但養牛業的發展帶來了大量的糞污資源。據測定，1頭450 kg 的牛平均每天可產生25 kg 左右的糞便，那么1年就有9 000 kg[1]。由此可見，養牛帶動當地經濟發展的同時，也帶來了環境污染風險，不少地方由于資金及技術的短缺，牛糞沒有處理而隨地堆放，導致臭氣彌漫，蒼蠅滋生。目前，牛糞處理較為廣泛采用好氧堆肥發酵技術進行，在牛糞中人為添加微生物菌劑及其他物料，通過一定時間發酵，使有機物質轉化為無臭無害的無機物質，即腐熟肥料的過程，從而實現牛糞的無害化和資源化。其中，研究比較多的是在牛糞便中添加不同比例的秸稈類、鋸末、甘蔗渣、稻草、煙梗等農作物，而在牛糞堆肥中添加粉煤灰的研究鮮有報道。

粉煤灰是煤燃燒后從煙氣中收捕下來的細灰，是燃煤電廠排出的含二氧化硅、氧化鋁等多種成分的主要固體廢棄物。粉煤灰含有多種植物可利用的富含礦質元素營養成分，具有容重低、孔隙度大及比表面積大因而具有很好的透水、透氣性能和很高的吸附活性的理化特性。我國是燃煤大國，煤炭消耗量占全世界的1/2，所產生的粉煤灰長期累積占用大量的土地。基于工業廢棄物粉煤灰資源豐富的現狀及粉煤灰獨特的理化特性，本文通過添加粉煤灰、鋸末和微生物菌劑，調節堆肥牛糞水分、溫度等措施，研究牛糞添加煤灰發酵堆肥的工藝和條件，以期利用小型堆肥試驗能為大型堆肥提供一些理論依據，同時也能夠將我國堆積的粉煤灰進行合理的資源化利用，不但能夠有效地解決占地問題，還能夠為農村農業創造更多的經濟價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1）牛糞。鮮牛糞取自廣西農業職業技術學院養殖實訓場。

2）菌劑。發酵床專用菌，購自滄州旺發生物技術研究所有限公司，批準文號：（2018）063045。

3）粉煤灰。購自南寧市糖業公司明陽糖廠。4）鋸末。購于南寧市躍發家私廠。

1.2 試驗設計

本試驗旨在對比選取的粉煤灰效果，不設空白對照；由于試驗結果側重農村實際應用，故對堆肥效果的分析主要在一次發酵階段內（15 d）進行對比，最終實現快速發酵達到無害化處理的目的。試驗分處理組和對照組進行，處理組（牛糞50∶粉煤灰4.5∶鋸末4.5），對照組（牛糞50∶鋸末9.0），堆肥各種物料用量如表1所示。微生物菌劑添加量均按說明書要求添加。

表1 不同處理組物料配比及用量

堆肥采用翻堆方式通風供氧，溫度升到50 ℃堆翻1 次，當堆肥溫度穩定在室溫不再變化時視為堆肥發酵終止。

1.3 牛糞堆肥方法及分析測定

稱取新鮮牛糞各50 kg（調含水率至56%左右），根據設計需要加入不同的輔料及菌劑，翻堆混勻，制成堆高約80 cm、截頂錐體的發酵堆；每堆取4 個點進行采樣。

1）溫度測定。每天定時測定堆溫4 次，分別是10:00、14:00、19:00 及00:00；連續測溫15 d，以平均數作為當天的發酵溫度，同時測定堆體環境溫度。

2）樣品采樣。溫度達到50 ℃時進行翻堆，翻后堆制成原來的形狀；第0 天、第7 天及第15 天各采樣1 次，堆肥樣品采樣方法選用多點采樣法[2]，樣品混勻，選取1 袋待測樣品保存于4 ℃冰箱，用于測定不同堆肥時間樣品的含水率和碳氮比。

3）含水率測定。含水率測定采用烘干稱重法測量牛糞堆肥樣品含水率：首先用自來水洗凈，然后用超純水沖洗干凈的鋁盒放于50 ℃電熱鼓風恒溫干燥箱中烘干至恒質量。用電子天平稱冷卻后的空鋁盒質量記為W1。接著稱取5 g 保存于4 ℃冰箱的新鮮牛糞堆肥樣品，并將待測樣品均勻平鋪于空鋁盒的底部，每個待檢樣品分別稱取3 次，設3 個重復，做好編號后將其放入已經加熱至65 ℃的電熱鼓風恒溫干燥箱中，烘至恒質量后關閉電源，讓鋁盒在干燥箱內冷卻30 min，取出即稱質量（W2），含水率計算公式為：含水率=［5－（W2－W1）］/5×100%。

4）pH 值測定。稱取5 g 堆肥樣品于150 mL 錐形瓶中，加入50 mL 超純水，用力攪拌2～3 min，靜置30 min，用酸度計測定樣品的pH 值，每個處理樣品設置3 個重復。

5）碳氮比（C/N）測定。堆肥總有機碳和全氮含量測定均參照王秀紅等[3]和錢寶等[4]的方法進行，計算好各處理組樣品的碳氮比，每個樣品做好編號并設置3 個重復。

2 結果與分析

2.1 不同處理堆肥溫度的動態變化

在堆肥過程中，溫度是影響微生物活動和堆肥工藝進程的重要因素，是堆肥狀態的最直接體現，堆肥溫度的高低決定堆肥腐熟速度的快慢[5]。堆肥溫度的變化一般都要經過升溫期、高溫期、降溫期、穩定期等4 個階段，這是由于在合適的條件下微生物大量繁殖分解環境有機物質和合成自身特質的過程，因而堆體迅速升溫，又由于有機物質的消耗和由于高溫致使微生物數量的減少、熱量的散失，最后溫度下降而最終趨于環境溫度[6]。一般認為堆肥的理想溫度為50～60 ℃[7]，本試驗不同處理堆肥溫度的動態變化見表2。

從堆肥溫度測量結果看，處理組很快達到理想堆肥的溫度要求。本試驗顯示，添加粉煤灰處理組升溫最快。處理組初堆肥時，堆體溫度與環境溫度一致（35 ℃），經24 h 后溫度升到40 ℃以上，第3天堆肥溫度比最初升高了10 ℃，迅速上升，5 d 時即達到51 ℃，翻堆后連續3 d 是48 ℃以上，然后逐步下降，11 d 時降到了44 ℃。對照組溫度升溫較慢，11 d 才達到50 ℃。由此可見，處理組比對照組可加速堆體升溫，其原因可能是堆肥中加入粉煤灰后C/N 比例合適，粉煤灰又具有很好的透水、透氣性能和很高的吸附活性[8]，這些特點有利于好氧微生物的生長，從而促進溫度快速上升及促進腐熟的進程。

2.2 不同處理組對牛糞堆肥含水率的影響

水分為微生物生長所必需條件之一，適宜的含水率是保證微生物正常的新陳代謝的最基本條件，太多太少都不適合微生物的生長繁殖，含水率為50%～65%的堆肥最適合微生物生長繁殖，從而更快地促進堆肥腐熟作用[9-10]。本試驗不同處理組含水率的影響見表3。

由表3可知，不同處理組的初始含水率分別為55.50%和56.90%，符合堆肥初始含水率范圍。發酵7 d 含水率分別為50.55%和53.50%，發酵15 d 分別為50.45%和53.25%。這與前人得出的含水率隨堆肥進行逐漸下降的結論相同[11]，但從結果可明顯看出處理組含水率下降速度比對照組快，處理組下降了5.05%，而對照組下降了3.65%，一定程度說明了堆肥物料不同致使含水率下降的速度也不同，其原因是處理組添加了孔隙大、吸水量好的粉煤灰，讓堆肥發酵更快，從而促進溫度的快速上升，帶走更多的水分。

表2 不同處理組溫度的變化情況 ℃

表3 不同處理組含水率指標的變化%

2.3 不同處理組對堆肥pH 值的影響

絕大多數微生物的生長環境最適宜的pH 值是中性或弱堿性，本試驗不同處理組pH 值的變化見表4。由表4可知，處理組和對照組初始pH 分別為7.15、7.10，發酵7 d pH 值分別是6.00、6.50，發酵15 d pH 值分別為6.50、6.95。

不同處理堆肥的pH 值的變化趨勢是由高向低，最后呈現穩定的趨勢。處理組堆肥pH 值在堆肥初始的7 d 內由7.15 降至6.00，而對照的pH 值在前7 d 變化不大。2 組整個發酵過程物料pH 一直保持在6.0～7.35，這對于微生物的生長是非常有利的。引起這一變化的原因是堆肥中的微生物繁殖產生有機酸而引起pH 值下降，后來又由于有機酸的分解以及有機質分解過程中產生銨態氮，會引起pH 值的再次升高[9]。處理組pH 值變化與理論pH 值先降低后升高是吻合的[10]。對照組pH 值變化與處理組不一致，分析其原因可能是堆體的通透性差，發酵不均勻所致，或者采樣點的誤差而造成pH 值的變化不一致。

表4 不同處理組pH 值指標的變化

2.4 不同處理組C/N 變化

影響堆肥效果的因素很多，堆料碳氮比是其中之一。碳素為微生物生長繁殖提供能量和碳源，氮素是構成微生物本身的蛋白質、核酸、氨基酸、酶、輔酶的重要成分，為微生物氮源。如果初始C/N 低于20 時，由于氮不足，微生物的生長繁殖及活動減少；C/N 高于35 時，微生物需經過長時間的多次生命循環，氧化掉過量的碳直至達到合適的新陳代謝的碳氮比，至使堆肥腐熟時間延長，可見堆肥中合適的C/N 是非常重要的[11]。因此，C/N 常被作為堆肥腐熟度的參數[12]，堆肥時要通過增減物料得到合適的C/N，而T 值=（終點C/N）/（初始C/N）則作為腐熟參考指標。本試驗不同處理組的C/N 變化見表5。

由表5可知，本試驗的處理組和對照組初始C/N 分別是26.5 和25.95，不低于20 也不高于35的范圍符合物料堆肥初始要求。堆肥15 d 時處理組和對照組的C/N 比初始時下降分別是81.6%和33.4%，2 個處理的T值分別為0.55 和0.75，如以T值小于0.6 為腐熟標準，則對照組未達到腐熟標準，以處理組腐熟度最好。處理組C/N 比比對照組下降快，可能是加入粉煤灰后，含水量合適，堆肥物料間隙大，氧容量大，有利于微生物生長，大量消耗碳源使全碳含量下降快，也表明處理組微生物代謝較旺盛，堆肥物料腐解較快。

表5 不同處理組C/N 變化

2.5 不同處理組堆肥的感官變化

堆肥顏色、氣味也是判斷腐熟的一個重要指標之一。由表5可知，處理組比對照組腐熟程度好。本試驗不同處理組堆肥15 d 時，堆肥的感官變化見表6。

3 討論

以鋸末或粉煤灰和牛糞為主要原料堆肥發酵，能最大限度地減少農村地區牛糞排放的污染，促進牛糞可循環利用及養殖業的可持續性發展。本試驗結果顯示，通過2 種方法進行牛糞堆肥，并對其溫度、含水率、pH 值及C/N 變化等指標的分析，結果顯示，處理組牛糞堆肥發酵升溫快，快速降低含水率，C/N 下降穩定，能實現快速發酵。同時，通過試驗也發現以下值得注意的問題。

1）堆肥中好氧微生物的活動與氧含量密切相關。供氧量的多少直接影響堆肥腐熟速度和質量[13]。本次試驗處理組與對照組比，腐熟時間短，這可能是處理組比對照組堆肥時物料結構更加膨松，在翻堆過程中有利于增加容氧量，有利于好氧菌的生長繁殖，從而加快腐熟的過程。因此，在堆肥發酵中應注意翻堆或通氧氣，才能加快堆肥的腐熟。

2）堆肥體積的大小會影響堆體內溫度升高的最高值。如果堆體較小，不易升溫，不僅大大延長了堆肥的腐熟時間，也不利于消除發酵物料中的病原菌、寄生蟲卵。

3）堆肥環境溫度會影響堆肥的腐熟進程。環境溫度高，能促進堆體內溫度的快速升溫。因此，不同的氣候、不同的地區，堆肥腐熟時間不一樣。