猪粪和锯末联合堆肥的中试研究_张相锋
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2 结果与讨论
2. 1 温度变化 3 种工况混合物料堆肥的温度变化见图 1。
Fig. 1
图 1 堆制 45 d 堆体温度的变化 Change in temperature of the composting pile
in the 45 days
由图1 可见, 3 种配比堆肥物料的堆体温 度在第 3 天至第 4 天升高到 60 e 以上, 堆温持 续在 55 e 以上高温段的时间为 7~ 10 d。根据 美国国家环境保护局( USEPA) 的有关报告, 静 态好氧堆肥, 堆体温度持续 3 d 达 55 e 以上, 可以有效杀灭致病菌[ 5] 。本中试 131# 工况 55 e 以上温度的持续时间为 10 d, 113# 和 125# 为 7 d, 均可满足这一条件。堆体升温速度和高 温段持续时间与物料中可降解有机物的含量和
的含水率保持在 650 g#kg- 1左右, 混合物料性 质及配比见表 2。 1. 2 方法 11211 堆制方法
本研究采用 2 阶段发酵, 发酵周期为 45 d, 其中, 第 1 次发酵采用强制通风静态好氧堆肥 技术。好氧床体深 1 m, 面积 2 m @ 1 m, 容量 2 m3。采用 离心风 机正压 间歇式 鼓风 方式供 风, 采用温度反馈人工控制发酵过程[ 1] 。首先 将堆肥物料含水率调整到 700 g#kg- 1 左右, 发 酵 过程中, 当物料含水率低于500g#kg- 1时适
基金项目: 国家重大科技攻关专项( K99- 05- 35- 02) 收稿日期: 2002- 04- 17
20
农村生态环境
第 18 卷
当添加水分。物料入床后, 待温度升至 65 e 左 右, 通过调节风门将堆体温度控制在第 1 温度 段( 60~ 70 e ) , 保持此段 温度 3 d, 杀灭病 原 菌; 然后, 调节进风量, 使堆体温度保持在第 2 温度段( 50~ 60 e ) , 使堆体物料在较多的微生
农村生态环境 2002, 18( 4) : 19- 22
Rural Eco- Environment
猪粪和锯末联合堆肥的中试研究
张相锋, 王洪涛, 聂永丰, 殷 勇 ( 清华大学 环境科学与工程系, 北京 100084)
摘要: 以 3 种配比的猪粪和锯末为原料, 进行了联合堆肥中试研究。 一次发酵采 用温度反 馈通气量控 制 的静态好氧堆肥系统, 周期 15 d; 二次发酵采 用定期翻堆自然腐熟, 周期 30 d。试 验分析了 堆制过程中 温 度、含水率、有机质、pH 值的变化。对堆肥产物的腐熟度 和养分 分析表 明, 3 种 配比的堆 肥产物 均可达 到 腐熟度要求。猪粪养分含量越高, 产物养 分越高。通 过堆肥 工艺的 优化控 制和加 水措施, 猪粪 和锯末 联 合堆制可以在 45 d 内获得高质量的有机肥, 具有良好的 应用前景。 关键词: 猪粪; 锯末; 联合堆肥; 温度 中图分类号: X71; S141 文献标识码: A 文章编号: 1001- 5906( 2002) 04- 0019- 04
图 3 45 d 内堆肥 pH 值的变化 Fig. 3 Change in pH of the composting pile
in the 45 days
2. 4 有机质含量变化 3 种工况堆肥完成后, 堆肥有 机质含量较
猪粪中含有大量作物生长所必需的有机质 和养分, 然而, 猪粪还田必须是无病害、环境无 害和经济易行的方式。本研究从中试的水平上 对猪粪和锯末进行联合堆制, 以期得到无病害、 少污染的高品质有机肥料。
1 材料与方法
1. 1 材料 试验材料为猪粪和锯末。猪粪取自云南省
呈贡县大渔乡示范区粪便交易市场, 锯末取自 邻近的晋宁县木材市场, 试验物料的基本性质 见表 1。本中试对 3 种不同配比的猪粪和锯末 混合物料( 工况 113# 、125# 和 131# ) 进行了 2 阶段好氧堆肥研究。通过添加水分使初始物料
有机质/ %
灰分/ %
含水率/ g#kg- 1
C/ N
猪粪
73
27
750
16
锯末
99
1
450
300
TN / g#kg- 1
12
11 5
T P/ g#kg- 1
7
TK/ g#kg- 1
7
铵态氮/ mg#kg- 1
1 030
硝态氮/ mg#kg- 1
620
表 2 混合物料性质及配比( 质量比) Table 2 Properties and ratio of the mixture( mass ratio)
Composting Pig Manure with Sawdust on a Pilot Scale. Zhang Xiangf eng et al( Department of Environmental Sc-i ence and Eng ineering, Tsinghua University, BEIJING 100084) : Rural Eco-Envir onment , 2002, 18( 4) : 19- 22 Abstract: Preparation of compost of pig manure and sawdust mixture was studied. The mixture was designed to have three ratios. For the primary fermentation, a static aerobic composting system with temperature-based feedback controlling aeration rate was used and lasted for 15 days. And for the secondary fermentation, windrow composting was adopted, with the pile turned up periodically. This stage lasted for 30 days. Changes in temperature, moisture, organic matter and pH were monitored during the entire process. Analysis of decomposability and nutrient contents of the composts of three different ratios showed that end- products of the composting were bio-stable and abundant in nutrients and that the higher the nutrient content of pig manure, the higher the nutrient content in compost. This shows that composting of mixture of pig manure and sawdust can produce high quality compost by optimizing the composting process for 45 days. Key words: pig manure; sawdust; composting; temperature- based feedback
率降为约 550 g#kg- 1。试验 结果显示, 猪粪和 锯末 联合 堆肥 的适 宜含 水率 是 550~ 650 g # kg- 1。第 1 次发酵阶段, 水分减少最为显著, 可 能会限制降解速率。一旦监测到温度和水分同 时持续下降, 应考虑加水。 2. 3 pH 值变化
试验的 pH 值变化如图 3 所示。堆肥过程 依赖于微生物的作用, 而微生物生长的适宜 pH 一般为 610~ 815[ 6] 。由于锯末呈酸性, 堆肥混 合物料的初始 pH 值为 6~ 7。在第 1 次发酵的 初期, 微生物大量繁殖分解蛋白质类有机物, 产 生氨氮, 促使 pH 值回升。在第 1 次发酵期间, 堆肥物料 pH 值从初始的 6~ 618 迅速升高到 7 以上, 在 8 左右窄幅波动; 在第 2 次发酵期间, 随着蛋白质有机物得到彻底降解, 氨态氮在硝 化细菌的作 用下转化为硝 态氮, pH 值逐步回 落, 最后稳定在 7 左右。3 种配比物料堆肥的 pH 值随时间和堆肥条件变化的基本趋势相同。
物作用 下快速降解[ 2] , 15 d 结束第 1 次发酵。 第 2 次发酵采用条垛式自然通风翻堆堆肥工 艺。将物料从反应床内取出, 置于第 2 次发酵 场成条垛, 堆高约 50 cm, 每周翻堆 1 次, 发酵时 间 30 d。
表 1 供试材料性质 Table 1 Properties of materials in test
测温采用热电偶式温度传感器。堆肥样品 分析指标主要包括有机质、pH 值、含水率。有 机质测定采用灼烧减重法, 样品在 Muffle 炉 550 e 下灼烧 10 h 至恒重; pH 用 pH 计测试; 含水 率采用在 105 e 下烘 24 h 至恒重[ 3] 测定。采用 NO3- - N 、NH4+ - N 、NH4+ / NO3- 作为腐熟度的 指标[ 4] 。NH4+ - N、NO3- - N 采用 1 mol#L- 1 KCl 振荡 1 h 后, 用滤纸过滤, 再用 0145 Lm 滤 膜过滤, 比色法测试[ 3] 。
性质有关。猪粪中含有较多的可降解有机物, 但快速可降解部分含量不高; 而锯末主要为木 质素, 降解能力较差。这就决定了混合物料在 堆肥初期降解速度较慢, 堆体升温不快。同时, 由于猪粪和锯末的颗粒较细, 采用人工搅拌不
第 4期
张相锋等: 猪粪和锯末联合堆肥的 中试研究
21
易拌匀, 堆体内存在猪粪团, 可形成局部厌氧。 相比而言, 锯末含量较高的 113# 和 125# , 由 于通气性稍好而升温比 131# 略快。随着空气 的不断鼓入, 好氧微生物开始占据优势, 堆体温 度开始进入高温段。131# 工况的猪粪含量较 高, 高温持续时间也更长。第 1 次发酵结束时, 3 种工况的堆体温度均在 45 e 左右。由于第 2 次发酵时翻堆, 堆体温度有短暂的小幅升高, 然 后逐步回落。第 2 次发酵结束时, 堆体温度接 近室温, 说明生物自产热作用不明显, 堆肥产物 趋于稳定。这与腐熟度的测试结果一致。 2. 2 水分变化
图 2 45 d 内堆肥含水率的变化 Fig. 2 Change in moisture content of the
composting pile in the 45 days
影响堆体含水率的主要因素包括物料初始 含水 率、堆 体 温 度、孔 隙 度 和 通风 量 等 。113 # 和 125# 工况的锯末含量较高, 堆体孔隙度大, 通风效果好, 因此在相同初始含水率和通风量 的情况下, 与 131# 相比温度上升快、水分散失 多, 在 5 d 内水分降到约 500 g#kg- 1( 见图 2) 。 由于含水率偏低, 微生物生长可能受到抑制, 堆 体温度有所下降, 这时水分成为发酵的限制因 素。加 水将堆体 含水率调 整到 650 g#kg- 1 左 右, 堆体温度再次回升 ( 图 1) 。至第 1 次发酵 结束, 堆体含水率为 550 g#kg- 1左右。第 2 次 发酵 开 始 时 向 物 料 中 加 水, 调 整 含 水 率 到 650 g#kg- 1 。经3 0d 的 第 2 次 发 酵 , 物 料 含 水
编号
猪粪B锯末
有机质/ %
灰分/ %
含水率/ g#kg- 1
113#
70B30
80. 8
19. 2
676
125#
60B40
83. 4
16. 6
661
131#
80B20
78. 2
21. 8
Fra Baidu bibliotek650
堆制过程中主要检测堆体不同 平面位置 ( 左、中、右) 的堆体温度变化, 并根据不同温度 段的要求人工调节供风量, 使堆制过程在理想 状态下运行。 11212 测定项目及方法
2. 1 温度变化 3 种工况混合物料堆肥的温度变化见图 1。
Fig. 1
图 1 堆制 45 d 堆体温度的变化 Change in temperature of the composting pile
in the 45 days
由图1 可见, 3 种配比堆肥物料的堆体温 度在第 3 天至第 4 天升高到 60 e 以上, 堆温持 续在 55 e 以上高温段的时间为 7~ 10 d。根据 美国国家环境保护局( USEPA) 的有关报告, 静 态好氧堆肥, 堆体温度持续 3 d 达 55 e 以上, 可以有效杀灭致病菌[ 5] 。本中试 131# 工况 55 e 以上温度的持续时间为 10 d, 113# 和 125# 为 7 d, 均可满足这一条件。堆体升温速度和高 温段持续时间与物料中可降解有机物的含量和
的含水率保持在 650 g#kg- 1左右, 混合物料性 质及配比见表 2。 1. 2 方法 11211 堆制方法
本研究采用 2 阶段发酵, 发酵周期为 45 d, 其中, 第 1 次发酵采用强制通风静态好氧堆肥 技术。好氧床体深 1 m, 面积 2 m @ 1 m, 容量 2 m3。采用 离心风 机正压 间歇式 鼓风 方式供 风, 采用温度反馈人工控制发酵过程[ 1] 。首先 将堆肥物料含水率调整到 700 g#kg- 1 左右, 发 酵 过程中, 当物料含水率低于500g#kg- 1时适
基金项目: 国家重大科技攻关专项( K99- 05- 35- 02) 收稿日期: 2002- 04- 17
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农村生态环境
第 18 卷
当添加水分。物料入床后, 待温度升至 65 e 左 右, 通过调节风门将堆体温度控制在第 1 温度 段( 60~ 70 e ) , 保持此段 温度 3 d, 杀灭病 原 菌; 然后, 调节进风量, 使堆体温度保持在第 2 温度段( 50~ 60 e ) , 使堆体物料在较多的微生
农村生态环境 2002, 18( 4) : 19- 22
Rural Eco- Environment
猪粪和锯末联合堆肥的中试研究
张相锋, 王洪涛, 聂永丰, 殷 勇 ( 清华大学 环境科学与工程系, 北京 100084)
摘要: 以 3 种配比的猪粪和锯末为原料, 进行了联合堆肥中试研究。 一次发酵采 用温度反 馈通气量控 制 的静态好氧堆肥系统, 周期 15 d; 二次发酵采 用定期翻堆自然腐熟, 周期 30 d。试 验分析了 堆制过程中 温 度、含水率、有机质、pH 值的变化。对堆肥产物的腐熟度 和养分 分析表 明, 3 种 配比的堆 肥产物 均可达 到 腐熟度要求。猪粪养分含量越高, 产物养 分越高。通 过堆肥 工艺的 优化控 制和加 水措施, 猪粪 和锯末 联 合堆制可以在 45 d 内获得高质量的有机肥, 具有良好的 应用前景。 关键词: 猪粪; 锯末; 联合堆肥; 温度 中图分类号: X71; S141 文献标识码: A 文章编号: 1001- 5906( 2002) 04- 0019- 04
图 3 45 d 内堆肥 pH 值的变化 Fig. 3 Change in pH of the composting pile
in the 45 days
2. 4 有机质含量变化 3 种工况堆肥完成后, 堆肥有 机质含量较
猪粪中含有大量作物生长所必需的有机质 和养分, 然而, 猪粪还田必须是无病害、环境无 害和经济易行的方式。本研究从中试的水平上 对猪粪和锯末进行联合堆制, 以期得到无病害、 少污染的高品质有机肥料。
1 材料与方法
1. 1 材料 试验材料为猪粪和锯末。猪粪取自云南省
呈贡县大渔乡示范区粪便交易市场, 锯末取自 邻近的晋宁县木材市场, 试验物料的基本性质 见表 1。本中试对 3 种不同配比的猪粪和锯末 混合物料( 工况 113# 、125# 和 131# ) 进行了 2 阶段好氧堆肥研究。通过添加水分使初始物料
有机质/ %
灰分/ %
含水率/ g#kg- 1
C/ N
猪粪
73
27
750
16
锯末
99
1
450
300
TN / g#kg- 1
12
11 5
T P/ g#kg- 1
7
TK/ g#kg- 1
7
铵态氮/ mg#kg- 1
1 030
硝态氮/ mg#kg- 1
620
表 2 混合物料性质及配比( 质量比) Table 2 Properties and ratio of the mixture( mass ratio)
Composting Pig Manure with Sawdust on a Pilot Scale. Zhang Xiangf eng et al( Department of Environmental Sc-i ence and Eng ineering, Tsinghua University, BEIJING 100084) : Rural Eco-Envir onment , 2002, 18( 4) : 19- 22 Abstract: Preparation of compost of pig manure and sawdust mixture was studied. The mixture was designed to have three ratios. For the primary fermentation, a static aerobic composting system with temperature-based feedback controlling aeration rate was used and lasted for 15 days. And for the secondary fermentation, windrow composting was adopted, with the pile turned up periodically. This stage lasted for 30 days. Changes in temperature, moisture, organic matter and pH were monitored during the entire process. Analysis of decomposability and nutrient contents of the composts of three different ratios showed that end- products of the composting were bio-stable and abundant in nutrients and that the higher the nutrient content of pig manure, the higher the nutrient content in compost. This shows that composting of mixture of pig manure and sawdust can produce high quality compost by optimizing the composting process for 45 days. Key words: pig manure; sawdust; composting; temperature- based feedback
率降为约 550 g#kg- 1。试验 结果显示, 猪粪和 锯末 联合 堆肥 的适 宜含 水率 是 550~ 650 g # kg- 1。第 1 次发酵阶段, 水分减少最为显著, 可 能会限制降解速率。一旦监测到温度和水分同 时持续下降, 应考虑加水。 2. 3 pH 值变化
试验的 pH 值变化如图 3 所示。堆肥过程 依赖于微生物的作用, 而微生物生长的适宜 pH 一般为 610~ 815[ 6] 。由于锯末呈酸性, 堆肥混 合物料的初始 pH 值为 6~ 7。在第 1 次发酵的 初期, 微生物大量繁殖分解蛋白质类有机物, 产 生氨氮, 促使 pH 值回升。在第 1 次发酵期间, 堆肥物料 pH 值从初始的 6~ 618 迅速升高到 7 以上, 在 8 左右窄幅波动; 在第 2 次发酵期间, 随着蛋白质有机物得到彻底降解, 氨态氮在硝 化细菌的作 用下转化为硝 态氮, pH 值逐步回 落, 最后稳定在 7 左右。3 种配比物料堆肥的 pH 值随时间和堆肥条件变化的基本趋势相同。
物作用 下快速降解[ 2] , 15 d 结束第 1 次发酵。 第 2 次发酵采用条垛式自然通风翻堆堆肥工 艺。将物料从反应床内取出, 置于第 2 次发酵 场成条垛, 堆高约 50 cm, 每周翻堆 1 次, 发酵时 间 30 d。
表 1 供试材料性质 Table 1 Properties of materials in test
测温采用热电偶式温度传感器。堆肥样品 分析指标主要包括有机质、pH 值、含水率。有 机质测定采用灼烧减重法, 样品在 Muffle 炉 550 e 下灼烧 10 h 至恒重; pH 用 pH 计测试; 含水 率采用在 105 e 下烘 24 h 至恒重[ 3] 测定。采用 NO3- - N 、NH4+ - N 、NH4+ / NO3- 作为腐熟度的 指标[ 4] 。NH4+ - N、NO3- - N 采用 1 mol#L- 1 KCl 振荡 1 h 后, 用滤纸过滤, 再用 0145 Lm 滤 膜过滤, 比色法测试[ 3] 。
性质有关。猪粪中含有较多的可降解有机物, 但快速可降解部分含量不高; 而锯末主要为木 质素, 降解能力较差。这就决定了混合物料在 堆肥初期降解速度较慢, 堆体升温不快。同时, 由于猪粪和锯末的颗粒较细, 采用人工搅拌不
第 4期
张相锋等: 猪粪和锯末联合堆肥的 中试研究
21
易拌匀, 堆体内存在猪粪团, 可形成局部厌氧。 相比而言, 锯末含量较高的 113# 和 125# , 由 于通气性稍好而升温比 131# 略快。随着空气 的不断鼓入, 好氧微生物开始占据优势, 堆体温 度开始进入高温段。131# 工况的猪粪含量较 高, 高温持续时间也更长。第 1 次发酵结束时, 3 种工况的堆体温度均在 45 e 左右。由于第 2 次发酵时翻堆, 堆体温度有短暂的小幅升高, 然 后逐步回落。第 2 次发酵结束时, 堆体温度接 近室温, 说明生物自产热作用不明显, 堆肥产物 趋于稳定。这与腐熟度的测试结果一致。 2. 2 水分变化
图 2 45 d 内堆肥含水率的变化 Fig. 2 Change in moisture content of the
composting pile in the 45 days
影响堆体含水率的主要因素包括物料初始 含水 率、堆 体 温 度、孔 隙 度 和 通风 量 等 。113 # 和 125# 工况的锯末含量较高, 堆体孔隙度大, 通风效果好, 因此在相同初始含水率和通风量 的情况下, 与 131# 相比温度上升快、水分散失 多, 在 5 d 内水分降到约 500 g#kg- 1( 见图 2) 。 由于含水率偏低, 微生物生长可能受到抑制, 堆 体温度有所下降, 这时水分成为发酵的限制因 素。加 水将堆体 含水率调 整到 650 g#kg- 1 左 右, 堆体温度再次回升 ( 图 1) 。至第 1 次发酵 结束, 堆体含水率为 550 g#kg- 1左右。第 2 次 发酵 开 始 时 向 物 料 中 加 水, 调 整 含 水 率 到 650 g#kg- 1 。经3 0d 的 第 2 次 发 酵 , 物 料 含 水
编号
猪粪B锯末
有机质/ %
灰分/ %
含水率/ g#kg- 1
113#
70B30
80. 8
19. 2
676
125#
60B40
83. 4
16. 6
661
131#
80B20
78. 2
21. 8
Fra Baidu bibliotek650
堆制过程中主要检测堆体不同 平面位置 ( 左、中、右) 的堆体温度变化, 并根据不同温度 段的要求人工调节供风量, 使堆制过程在理想 状态下运行。 11212 测定项目及方法