畜禽粪便发酵生产生物有机肥工艺技术
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。畜禽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。
一、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。
二、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。 1、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℃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℃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℃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,木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。
三、畜禽粪便好氧发酵影响因素
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