西北大学硕士毕业论文１．４重金属的污染在动物饲料中添加铜、锌、铁和砷等微量元素添加剂，具有促进动物生长或调控生理和代谢的作用，但这些金属元素被动物直接消化吸收的少，更多的是通过粪便排出体外。目前畜禽养殖过程中大量使用各种微量元素添加剂，会导致土壤中有毒有害物质含量增高。例如，成年单胃动物对锌的吸收能力为７％一１５％，铜的吸收率只有５＊／＇ｏ－１０％，未被消化吸收的部分都随粪便排出，另有人推测算，一个１０万只肉鸡场若连续使用有机砷生长剂超过１５年，周围土壤中的砷会增加一倍（黄冠庆和安立龙，２００２）。这些重金属排入环境后不易被生物降解，而是在环境中长期累积，对生物和人体产生毒害作用。土壤中重金属对人类的危害可以通过食物链的传递，生物富集，使重金属的含量超过一定标准，对人体产生生物毒性，影响人们的健康。２畜禽粪便的资源化处理方法畜禽粪便是一个很大的污染源，但同时也是一个巨大的资源库。从氮、磷、钾养分资源来看，我国畜禽粪便的产生量占固体废弃物的一半左右，其氮、磷、钾总贮量约为０．６３亿ｔ，相当于Ｏ．４９亿ｔ尿素，１．１９亿ｔ过磷酸钙和Ｏ．３４亿ｔ氯化钾。如果对畜禽粪便进行无害化和资源化加工处理，生产生物有机肥，则能实现其变废为宝，减少环境污染，改善生态环境。因此，畜禽粪便的资源化利用既能产生环境效益和社会效益，又能带来巨大的经济效益。目前，国内外对畜禽粪便进行处理的方法很多，通常分为饲料化处理、肥料化处理和能源化处理。２．１饲料化处理畜禽粪便作饲料是将其综合利用的途径之一。这主要是因为粪便中不但含有大量维生素等营养成分，而且常量和微量元素的含量与口粮成正相关性。但由于畜禽粪便中也含有一些潜在的有害物质，如重金属（铜、锌、砷等）、药物（抗虫药、磺胺等）、抗生素、激素以及大量病原微生物或寄生虫等（曲强和王立阁，２００５）。所以，畜禽粪便在做饲料时需控制用量或进行加工处理，以保证畜禽的５西北大学硕士毕业论文安全。２。ｌ。羔干燥法干燥处理主要有日光自然干燥、高温快速干燥、烘干膨化干燥及机械脱水干燥等（李庚康等，２０００）。除太阳能于燥法外，其它方法处理过程中均需消耗大量能源，处理时散发大量臭气并易造成养分损失，限制了干燥法的大规模推广应用。２．１．２青贮法青贮法是畜禽粪便处理中最简单的方法之一，并能有效利用畜禽粪便、秸秆和干草等农业废弃物。青贮容器可以是缸、水泥池、塑料袋和青贮塔等。青贮时，一般水分和固体物质的比例为ｌ：ｌ。纤维成分的消化率可用氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化铵等碱性物质来提高。青贮法不但能有效地去除畜禽粪便的臭味和有害物质，而且能够保持并增加蛋自质的含量，提高饲料的适臼性和吸收率，防止蛋白质损失，同时可将部分非蛋白质转化成蛋白质，其营养价值高于干粪，是一种值得推广的方法（董利杰，２００７）。２．１．３分解法分解法是利用蝇蛆和蜗牛等低等动物分解粪便，达到既提供动物蛋白质又能处理粪便的羁的（戴洪困４等，２００２）。这种方法比较经济、生态效益显著。但由于前期粪便灭菌、脱水处理和后期收蝇蛆、蜗牛的技术难度较大，加上所需温度较苛刻，蔼难以全年生产，故尚未得到大范围的推广。２．２能源化处理目前研究最多、最有发展前途的是通过厌氧发酵工艺获得沼气。厌氧发酵是将畜禽粪便、农作物秸杆及工农业排放废水中所含的有机物在适宜的厌氧条件下，通过微生物的作用，最终转化为沼气的过程。它包括水解发酵、产氢产酸、产甲烷三个阶段，是将环境保护、能源回收与生态良性循环结合起来的综合系统技术。日本、韩国应用厌氧消化技术处理粪尿已有几十年历史。７０年代，日本使用厌氧消化方法处理入粪尿已占处理总量的９０％（胡启春，１９９８）。近年来，针对养殖业废弃物的处置与利用问题，我国普遍开展了沼气工程建设。截止到１９９６年底，全国已建成大中型沼气工程４６０座，池容积达到１４万ｍ３，年处理６西北大学硕士毕业论文农业废弃物３０００万ｔ，全年产气达２０００万ｍ３。其中，仅江苏、浙江、江西、上海和北京等五省市，目前正在运行的大中型沼气工程即达２３８座（田宁宁等，２０００）。２．３肥料化处理目前，堆肥化技术是一种为世界各国普遍采用的畜禽粪便处理方法。堆肥化是在微生物作用下通过发酵使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程，在微生物分解有机物的过程中，不但能生成大量可被植物吸收利用的有效态氮、磷、钾化合物，而且又能合成新的高分子有机物一腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质（李国学等，２００３）。堆肥是农业废弃物无害化处理和肥料化利用的重要途径（张亚丽等，２００２），不仅可以缓解畜禽粪便对环境的压力，而且可以变废为宝，获得一定的经济效益。根据堆肥过程中起作用的微生物对氧气的需求不同，将堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥（Ｈａｕｇ，１９９３）。厌氧堆肥对有机物分解缓慢，堆肥周期长，一般需要４．６个月，易产生恶臭，对环境造成二次污染，堆温低，产品肥效低；好氧堆肥的堆体温度高，可以最大限度杀灭病原菌体、虫卵和垃圾中的植物种籽，使堆肥达到无害化，同时好氧堆肥对发酵原料中的有机物降解速度快，堆肥产品肥效高，因此，目前采用的发酵工艺大多为高温好氧堆肥（曲颂华，１９９８）。堆肥处理法已越来越受到人们的重视。目前国内外工业技术已经有了一定的发展。国外如加拿大利用作物秸秆、木屑、城市垃圾等与禽畜粪便一起堆肥，腐熟后作商品肥（戴旭明，２０００）；英国近年来开展利用庭院绿化废物与猪粪一起混合堆肥处理的试验研究。此外，泰国的ＣｈｏｎｇｒａｋＰｏｌｐｒａｓｃｒｔ和美国的ＥＹ．Ｙａｎｇ等人研究出了低投资的堆肥技术（陶涛和李宝林，２０００）。到目前为止，国内在禽畜粪便的堆肥化研究方面取得了一定的进展，但仍远落后于许多发达国家。综上所述，畜禽粪便的处理方法很多，但每种方法都有其局限性，且大部分的研究都处于实验室模拟阶段，与工业化生产条件的要求相差甚远，难于工业化推广应用，因此，如何使畜禽粪便的处理工艺符合工业化生产的要求，已成为畜禽粪便处理中亟待解决的问题。７西北大学硕士毕业论文３畜禽粪便好氧发酵处理理论依据畜禽废弃物经过处理后是很好的农业肥料，但若把未腐熟的畜禽粪便施入农田，不仅会消耗作物根际土壤中的氧，产生高温灼伤作物根系，同时还会产生低分子量的有害物质、引入各种病原菌，甚至造成地表水和地下水的污染，因此在施用前对它进行无害化和腐熟化处理十分必要。高温好氧堆肥由于成本低廉，能有效杀灭病原菌和除臭，改善畜禽废物不良的物理性状，使畜禽废物达到减容和彻底稳定的效果，而且不易产生二次污染，是一种比较理想的处理畜禽粪便的方式（柴晓利等，２００５）。３．１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（赵庆祥，２００２；李国学和张福锁，２０００），图１．１可以简单地说明这个过程（汪群慧，２００４）。＋腐殖物＋、转化为能量或提供生物合境图１．１有机物好氧分解过程Ｆｉｇ．１—１Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｒｇａｎｉｓｍａｅｒｏｂｉｃｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ成所用下列方程式反映了好氧发酵过程中有机物的氧化和合成（柴晓利等，２００５：李国学，２００３）：８西北大学硕士毕业论文①有机物的氧化不含氮的有机物（ＣｘＨｙＯｚ）＋（ｘ＋ｌ／２ｙ－－１／２ｚ）０２一ｘＣ０２＋１／２ｙＨ２０＋ｆｌ皂量含氮的有机物（Ｃ。ＨｔＮｕＯｖ?ａＨ２０）＋ｂ０２一ＣｗＨｘＮｖＯ：?ｃＨ２０（堆肥）＋ｄＨ２０（气）＋ｃＨ２０（水）＋ｍ２０＋驴ｍ３＋能量②细胞物质的合成（包括有机物的氧化，并以ＮＨ３作为氮源）ｎ（ＣｘＨｙＯ：）＋ＮＨ３＋似＋玛，／４一１１ｚ／２—５ｘ）０２一ＣｓＨＴＮ０２（细胞质）＋（ｎｘ一５）Ｃ０２＋１／２（ｎｙ一４）Ｈ２０＋能量③细胞物质的氧化Ｃ５Ｈ７Ｎ０２＋５０２—５Ｃ０２＋２Ｈ２０＋ＮＨ３＋能量３．２畜禽粪便好氧发酵方式以物料的发酵形式、流动过程、发酵状况以及提供氧的方式为依据，畜禽粪便好氧发酵系统可以分为条垛式系统、通气静态垛系统和发酵仓系统。３．２．１条垛式系统条垛式系统是一种最古老的堆肥化发酵系统，这种系统是将物料以条垛状堆置，可以是一条，也可以是排成多条平行的条垛，垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形，条垛式发酵特点是通过定期翻堆来为堆体提供氧（ＣｏｏｐｅｒｂａｎｄａｎｄＭｉｄｄｌｅｔｏｎ，１９９６）。翻堆可以采用人工方式或特有的机械设备。翻堆通气是通过把堆料易位使环境中空气进入到物料中，然后重新堆成条垛形，最常见的料堆尺寸为底宽３－５ｍ，高２－３ｍ，其横截面大多呈三角形（Ｓｔｅｎｔｉｆｏｒｄ彩ａＬ，１９９６）。最佳的尺寸根据气候条件、翻堆使用的设备、堆肥原料的性质而定。不管是为了便于操作和维持堆体形状，还是为了周围环境和渗漏问题，条垛式堆肥都应堆在沥青、水泥或者经证明是坚固的地面上。翻堆的频率受许多条件限制。翻堆的目的是提供堆体中微生物菌群的氧气需求，因此，翻堆的频率在发酵初期应显著高于发酵的后期。条垛式堆肥一次发酵周期为１．３个月（ＧｏｌｕｃｋｅａｎｄＤｉａｚ，１９９０）。作为一种古老的堆肥发酵系统，条垛式一直被普遍采用。条垛式系统在北美应用较为广泛（ＣｏｋｅｒａｎｄＭｕｒｒａｙ，１９８１）。条垛式系统在美国和加拿大等国使用比例较高的原因，是因为这些国家有足够的土地可以进行条垛式操作。９
牛粪发酵生产生物有机肥的工艺优化及应用研究 - 图文
