牛粪发酵生产生物有机肥的工艺试验

牛粪发酵生产生物有机肥的工艺试验

目前，好氧发酵是实现畜禽粪便无害化和资源化的最主要途径，它不仅可以解决畜禽粪便的环境污染问题，而且对于发展生物有机肥，促进农业的可持续发展有着重要的意义。本试验从牛粪便的资源化利用角度出发，以工业化生产生物有机肥为目的，系统地研究了牛粪好氧发酵菌种的筛选，为畜禽粪便的大规模处理提供必要的工艺参数。

一，本试验的主要研究结果如下：

1．对采购的三种菌剂和自配的菌剂，不加菌剂，进行对比试验，选取最优菌剂，结果表明，鹤壁人元生物科技菌剂比较好。

2．对一次发酵的主要工艺参数进行优化，在单因素试验的基础上，考察了各个

因素之间的交互作用，通过正交试验，确定了一次发酵的最优工艺参数，即：含

水率为65％，C／N比为未定，菌剂接种量为3．5‰，翻堆次数为4d一次。

二，好氧发酵原理

有机物的好氧堆肥实际上就是基质在土著微生物或外源微生物的作用下进行好氧发酵的过程。在发酵过程中，粪便中的溶解性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物吸收利用，非溶解性的大分子物质由微生物所分泌的胞外酶分解为小分子溶解性物质，再由细胞吸收利用。微生物通过自身的生命活动—氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物并释放出生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体和胞外酶，继续进行一系列的生化作用。下图可以简单地说明这个过程。

下列方程式反映了好氧发酵过程中有机物的氧化和合成。

三，好氧发酵的微生物作用过程

好氧发酵是在有氧气参加的条件下，借助微生物的作用而实现的，所以微生物是好氧发酵成败的关键因素。发酵过程中温度不断的发生变化，随着温度的变化，微生物类群也处在一个不断进行的动态变化之中。依据温度的变化，可将堆肥发酵过程分为三个阶段：升温阶段、高温阶段、降温或腐熟保温阶段

l升温阶段

升温阶段主要是中温性微生物占优势(冯明谦和刘德明，1999)。在发酵之前，物料中就存在着各种有害的、无害的土著菌群，当温度和其他条件适宜时，各类微生物菌群开始繁殖。当温度达到25℃以上时，中温性微生物菌群进入旺盛的繁殖期，开始活跃地对有机物进行分解和代谢，以势孢菌和霉菌等嗜温好氧性微生物为主的菌群将单糖、淀粉、蛋白质等易分解的有机物迅速分解，产生大量的热。

2高温阶段

当发酵温度上升到40"C以上时，即进入高温阶段。除少部分残留下来的和新形成的水溶性的有机物继续分解外，复杂的有机物，如半纤维素、纤维素等开始强烈的分解，同时腐殖质开始形成，出现了能溶于碱的黑色物质。此时嗜热真菌、好热放线茵、好热芽孢杆菌等微生物的活动占了优势。当温度升到70"C以上时，大量的嗜热菌类死亡或进入休眠状态，在各种酶的作用下，有机质仍在继续分解。随着微生物的死亡、酶的作用消退，热量会逐渐降低，此时，休眠的好热微生物又重新活跃起来并产生新的热量，经过反复几次保持的高温水平，腐殖质基本形成，堆肥物质初步稳定。

3降温阶段

内源呼吸后期，只剩下较难分解的有机物和新形成的腐殖质，发热量减少，温度舞始下降，当下降到40"C以下，中温微生物重新开始繁殖。剩下的难分解的木质素及纤维素在真菌作用下，少量被降解。此时进入物料的腐熟阶段。在该阶段物料失重及产热量很小，术质素降解产物与死亡微生物中的蛋自质结合形成对植物生长及其重要的腐殖酸

四，影响畜禽粪便好氧发酵的关键因素

合适的物料配比及严格的过程参数控制是获得理想生物有机肥产晶的必要条件。影响好氧发酵的因素很多，归纳起来主要有以下几个方面。

1，含水率

水分为微生生长所必需，含水率是堆肥生态系统的一个重要物理因素。水分的主要作用是：溶解有机物、为微生物提供养分、参与微生物的新陈代谢、蒸发时带走部分热量、调节堆体温度。在堆肥过程中，按质量计，50％一60％含水率最有利于微生物分解。水分超过70％，温度难以上升，分解速度明显降低，因为水分过多，取代空气而占据了堆料孔隙，限制了好氧微生物与氧气的接触，将出现厌氧状况，使好氧微生物活性降低，影响好氧堆肥效果。水分低于40％不能满足微生物生长需要，有机物也难以分解。许多研究者认为在堆肥的后熟阶段堆体的湿度也应保持在一定的水平，以利于细菌和放线菌的生长，后熟期的湿度不仅可以加快后熟也可以减少灰尘问题。

2 ，C／N比

研究表明，物料必须达到适宜C／N比，才能进行理想的堆肥发酵。微生物生长需要碳源，蛋白质合成需要氮源，微生物合成一份蛋白质大约需要30份碳，因此对于好氧发酵来讲，C／N比为30是最理想的比例。C／N比过低，微生物对有机物的生物氧化过程造成了严重的氮素损失，特别是当pH值和温度高时，废弃物中的氮以Nit3的形式挥发损失，散发出臭味。但是，当C／N比高于35时，微生物必须经过多次生命循环，氧化掉过量的碳，直至达到一个合适的C／N比供其进行新陈代谢，因而C／N比高会降低降解速率。物料的C／N比可以通过添加含碳高或含氮高的材料来加以调整，秸秆、杂草、枯枝和树叶等物质含纤维、木质素、果胶等较多，碳氮比值较高，可以作为高碳添加材料，而畜禽粪便中含氮量高，可作为高氮添加物质。常见有机废弃物的氮含量和C／N比如表所示。

3，通气状况

好氧发酵是剥耀好氧微生物在有氧状态下对有机质进行的快速降解，因此，通气是保证好氧发酵顺利进行的重要因素之一。通风供氧起到三个作用，一是给微生物提供新陈代谢所需的氧气，二是带走部分水分，三是控制堆体温发。如果通气量不足将抑制好氧微生物的活动，使发酵周期变长，影响生物有机肥的质量。如果通气太旺，微生物活动旺盛，有机质分解加剧，腐殖质积累减少，同时通气过于旺盛还会带走大量的热量，影响发酵温度。好氧发酵中主要采用强制避风来散发热量，改变物料的含水率，实现温控。但对静态条垛式堆肥发酵，由于堆垛内不同部位温度的分布有较大差异，因此不同部位的有机物的分解速率亦有很大差羿，通常采用翻堆来达到均衡温度和有机物分解速率的目的。

4，温度

堆体温度变化是发酵进程的宏观反映，也是影响微生物活动和发酵工艺过程的重要因素。堆肥发酵的目的是为了使堆体温度快速上升、并在适宜的温度维持一段时间，使有机物降解并杀死其中的病原菌，温度上升是微生物代谢产热积累的结果，反映了微生物代谢强度和堆肥物质转化速度。不同种类微生物对温度有不同的要求，一般丽言，嗜温菌最适合的温度为30"(2-40℃，嗜热菌发酵最适合温度是45℃．60℃。过低的温度大大延长腐熟时间，而过高的温度(大于70℃)，将对微生物产生有害的影响，理想温度为50℃．60℃。在此温度范围中，既能保持较高数量的高温分解菌，加快有机物的分解，又有利于去除病原菌微生物实现无害化。美国国家环保局规定静态好氧堆肥，堆体温度达55。C以上应至少需5d，以杀死虫卵和致病菌，我国规定50。C以上5．7d。此外，温度是堆肥过程中微生物活动是否旺盛的标志，可以作为表观上直接判断堆肥腐熟度的指标。

5，有机物含量

有机物是微生物赖以生存和繁殖的重要因素。大量的研究表明，在高温好氧堆肥中，适合堆肥的有机物含量范围为20％．80％。当有机物含量低于20％时，堆肥过程中产生的热量太低，不利于堆体中高温菌的繁殖，无法提高堆体中微生物的活性，最后导致堆肥工艺失败。当堆体有机物含量高于80％时，由于高含量的有机物在堆肥过程中对氧气的需求很大，往往达不到好氧状态而产生恶臭，影响好氧堆肥的顺利进行。