_牛粪好氧生物处理条件分析 (1)

牛粪好氧生物处理条件分析

收稿日期：２００５－１０－１０

基金项目：哈尔滨市科技攻关项目（２００５ＡＡ４ＣＳ１１４）

作者简介：单德臣（１９７９－），男，黑龙江人，硕士研究生，研究方向为废弃物处理与资源化。

＊通讯作者Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｕｑｉｎｌｉ００７＠１２６．ｃｏｍ

单德臣，单德鑫，许景钢，李淑芹＊

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨

１５００３０）

摘要：文章对牛粪好氧生物处理的原理及条件控制进行了论述，重点讨论了温度、水分、ｐＨ、碳氮比（Ｃ／

Ｎ）、含氧率及辅料等条件控制对牛粪好氧生物处理的影响，为集约化养牛场排放的牛粪的无害化、资源化处理提

供理论依据。

关键词：牛粪；好氧生物处理；条件控制中图分类号：Ｓ１４１．２

文献标识码：Ａ

我国是个养牛大国，近年来，随着养牛业向规模化、集约化方向发展，牛粪对环境的污染问题变得越来越严重。１９９９年中国农业统计年鉴表明，牛的饲养量为３５０６．９４万头／年，每头牛产粪量１０．６吨／年、产尿量４．９吨／年；总产粪量

１３６８９．５２万吨／年，总产尿量４５００．６６万吨／年［１］。

随后，牛的饲养量急剧增加，粪尿排量毋庸赘言。

牛粪含有丰富的氮磷钾和微量元素，是良好的有机肥料资源。牛粪的组成为：粗有机物６６．２１９％、全氮１．６６９％，全磷０．４２９％，全钾０．９８４％，

钙

１．８４４％，镁０．４６６％，铜２６．８７ｍｇ·ｋｇ－１，锌１００．２８６ｍｇ·ｋｇ－１，铁４０５２．１９５ｍｇ·ｋｇ－１，锰６４８．１１７ｍｇ·ｋｇ－１，硼１３．１６１ｍｇ·ｋｇ－１，钼１．２１９ｍｇ·ｋｇ－１，硫０．３１３ｍｇ·ｋｇ－１；牛尿的成分是尿酸、尿素、马尿酸及无机盐［１］。

牛粪不是垃圾，而是放错了地方的资源。对牛粪进行无害化处理、资源化利用，防止和消除牛粪的污染，对于保护生态环境，推动农业可持续发展和增强我国农产品市场竞争力具有十分重要的意义。对于牛粪这种严重污染环境的宝贵资源，必须把现有的资源化技术在一定程度上进行科学组合，综合运用，使其得到多层次的循环利用，才能有效地解决养殖业的环境污染问题，同时又取得了良好的环境效益、经济效益和社会效益。

目前研究最多、应用较广泛且最具前景的方法是好氧生物处理法。

好氧生物处理法

（Ａｅｒｏｂｉｃｂｉｏ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）是一种集牛粪处理和资源化循环再生利用于一体的生物化学方法，是牛粪无害化、稳定化、资源化较为普遍采用有效方法。处理后的产物称之为堆肥（Ｃｏｍｐｏｓｔ）。其基本过程是将牛粪、高效发酵微生物如有效微生物群（ＥＭ）和调理剂（如秸秆、木屑等）按一定质量比例混合，控制适当的水分、温度、

ｐＨ值、Ｃ／Ｎ和氧气进行好氧生物处理，使微生物

适量繁殖，分解有机物而产生高温，杀死其中的病原菌和杂草种子，并使有机物达到稳定化，所产生的堆肥可以安全使用。好氧生物处理集有机和无机物质、微生物及微量元素于一体，处理时间短，营养全面，肥效持久，并且处理设备占地面积小，管理方便，生产成本低，生产过程不会对环境造成二次污染，有利于改良土壤等优点，预期效益好，在国内外都受到了广泛的关注。

牛粪用作肥料是我国的传统习惯。农村曾有“庄稼一枝花，全靠粪当家”的谚语。新鲜的牛粪直接用作肥料的主要缺点是：体积庞大、运输不便、使用成本高、传染病虫害、发酵烧苗、与作物争氮、土壤缺氧、毒气危害、有效成分低、肥效缓慢等；另外，牛粪中还混有杂草种子，直接施用会造成农田尤其是水田杂草发生。过去采用填土、垫圈的堆肥方式将牛粪制成农家肥，但这种传统的自然堆肥法对于性冷牛粪需要三四个月甚至半年，历时长，处理效率低下，难以适应现代规模养殖业发展

第３８卷第４期东北农业大学学报３８（４）：５５４￣５５８２００７年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ａｕｇｕｓｔ２００７

文章编号

１００５－９３６９

（２００７）０４－０５５４－０５

的需要；无害化程度低，由于氨的挥发，往往产生难闻的恶臭，不仅造成环境污染，同时造成堆肥养分的损失，降低堆肥产品的农用价值；肥力低而且发酵温度也不高，难以杀灭牛粪中所含的大量杂草中子和虫卵病菌等缺点限制了其使用价值［３］。如何迅速而有效地处理牛粪是科技工作者面临的新挑战。

为了使牛粪好氧生物处理达到最佳效果，本文对温度、水分、ｐＨ、Ｃ／Ｎ、通风供氧、堆肥辅料以及处理过程中应注意的问题等方面条件控制进行了论述，旨在加速腐熟，控制恶臭散发，使得易分解有机物大部分分解，提高堆肥有效养分，消灭病原菌、害虫卵和杂草籽，为科研工作者和科研机构提供参考，为集约化养牛场排放的粪的无害化、资源化处理提供理论依据和实践指导。

１温度

在诸多因素中，温度是影响牛粪好氧生物处理过程的重要因素，也是判定堆肥能否达到无害化要求的重要指标之一。温度的变化反映了处理过程中微生物活性的变化，这种变化与牛粪好氧生物处理中可被氧化分解有机质的含量呈正相关，是判定好氧生物处理能否达到无害化要求的最重要指标之一，同时温度的高低决定好氧生物处理速度的快慢。

有研究显示，牛粪好氧生物处理的最适宜温度为５５～６５℃［４］。温度对微生物个体的影响在于：随着温度的上升，细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快。但超过了一定的范围，机体的重要组成如蛋白质、核酸等对温度敏感的物质将随着温度的升高遭受不可逆的破坏而导致机体的死亡。好氧生物处理过程是一个放热过程，若不加控制，好氧生物处理最高温度可达７５～８０℃［５］。温度过高会过度消耗有机质，使好氧生物处理效率和速度变小，影响堆肥产品质量，而且使微生物进入休眠或死亡状态，从而使有机物的生物降解能力降低；温度过低会减慢有机物的分解速度。通常起始阶段环境温度对牛粪堆肥的起始升温影响不大，在５．８℃以上的环境温度下好氧生物处理就可顺利升温，但是达到高温期的好氧生物处理，因料堆中易降解有机质含量的减少，其产热量亦随之减少，牛粪好氧生物处理的熟化过程则易受环境温度的变化而剧烈变化；环境温度降至５℃以下时，牛粪好氧生物处理则较难进行。

无论何种物料的好氧生物处理，其温度通常在开始的３～５ｄ从环境温度迅速上升至５５～６５℃的高温，并在这一水平持续一段时间后逐渐下降。当其趋近于环境温度时，表明有机质的分解接近完全，产生的堆肥可被认为已达稳定。通常采用调整通风量或采用翻堆的办法控制堆体的温度。

测温时取堆体四周及中心为测温点，测点深度约４０ｃｍ，用５个测点温度的平均值作为堆体温度［６］。２含水率

含水率是牛粪好氧生物处理的关键因素之一。水分既是微生物进行物质交换的媒介，又是其生存的环境条件。水分的多少应保证微生物的生化反应能以合适的速率稳定的进行，同时保证足够的水分参与溶解有机物，参与微生物新陈代谢的作用。由于微生物只能摄取水溶性养料，所以水分是否适量直接影响牛粪好氧生物处理速度和堆料腐熟程度。

含水率是牛粪好氧生物处理过程中主要的控制参数。物料的初始含水率是牛粪好氧生物处理成功的关键因素。无论何种处理方式，堆料的水分含量应在４０％～６５％之间，最佳含水量是５５％～６５％［７］。含水率过高过低均不利于好氧生物处理。当含水量低于４０％时，满足不了微生物生长的需要，有机物难于分解，牛粪好氧生物处理温度上升将受到抑制；当含水量超过７０％时，则使氧气含量减少，微生物的活性降低，堆温下降，分解速度下降，导致厌氧发酵，同时形成发臭的中间产物。新鲜牛粪含水率都在８０％以上，可以通过添加麦秸、稻壳、木屑等进行调节［８］。

在牛粪好氧生物处理的最后过程中，通过自然风干或者加大通风量，除去部分水分，从而可以风干成固体有机肥料。

３ｐＨ值

牛粪好氧生物处理中，ｐＨ值随时间和温度而变化，可作为有机质分解状况的标志，是判断好氧生物处理是否熟化的基本指标。ｐＨ值对微生物活动和氮素的保存有重要影响。牛粪好氧生物处理最适ｐＨ值为６．５［９］。在牛粪好氧生物处理初期，控制ｐＨ值能极大地加快反应速率，这样可避免由于反应停滞引起的恶臭污染［１０］。在ｐＨ＝７～８时，微生物

单德臣等：牛粪好氧生物处理条件分析·５５５·第４期