西北大学硕士毕业论文３．２．２通气静态垛系统相对条垛系统而言，通气静态垛系统更能确保高温环境并提供病原菌灭活的条件（ＢａｉｌａｎｄＫｏｅｎｉｇ，２００１）。该系统是由通气快速堆肥法发展而来的。通气静态垛与条垛式系统的不同之处是发酵过程中不进行物料的翻堆，堆体内的氧是通过鼓风机向堆体内通风来提供（魏源送等，１９９９；Ｋｅｅｎｅｒｅｔａ１．，１９９７）。在静态垛系统中，通气系统包括一系列管路，位于堆体下部，这些管路与鼓风机连接，达到通气的目的。在这些管路上应铺一层农作物秸秆或者木屑等其他填充料，这些填充料可以使通气达到均匀，然后在这层填充料上堆放发酵物料构成堆体，在最外层覆盖上已堆腐的堆肥产品进行隔热保温（魏源送等，１９９９）。整个堆体应在沥青或水泥地面上进行，以防止渗滤液对土壤的污染或对地面的腐蚀。通气静态垛系统能更有效地杀灭病原菌，在美国使用最普遍。３．２．３发酵仓系统发酵仓系统是将物料置于部分或全部封闭的容器内，控制通气和水分条件，使之进行生物降解和转化的体系。发酵仓系统与另两类系统的本质差别是该系统是在一个或几个容器内进行，是高度机械化和自动化的。发酵基本步骤与另两类系统相同。发酵的整个工艺包括通风、温度控制、湿度控制、物料的腐熟等几个方面（Ｅｌｗｅｌｌｅｔａ１．，１９９６）。发酵仓系统是动态发酵工艺，它具有改善、促进微生物新陈代谢的功能。同时在发酵的过程中可自动解决物料移动及出料的问题，能够缩短发酵周期、增强发酵速率、提高生产效率。发酵仓系统的特点是可满足工艺控制的要求，能实现机械化大生产。发酵仓系统按物料的流向划分可分为水平流向反应器，竖直流向反应器。发酵仓系统目前在发达国家使用较普遍。法国目前拥有７０多个堆肥厂，许多工厂都实行了半机械化操作，多采用滚筒式发酵系统。３．３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（杨国１０西北大学硕士毕业论文清，２０００；中国环境保护产业协会，２０００）。３。３。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＊（２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（丁文鲻等，２００２）。从发热阶段到高温除段之闻有一个“起爆期精，霹温度由不变或缓慢上升到突然急速上升的过程。为了缩短堆肥时间，通常在发酵初期在堆聪原料中加入“起爆荆＂，即一些含碳量高的微生物容易利用的物质，使微生物迅速增殖，积累热量到高温阶段。３．３．２高温阶段当发酵温度上升到４５＂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（丁文川等，１９９９）。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＂ｔ２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（席北斗等，２００１），堆肥物质初步稳定。３。３．３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（徐仁琼，１９８６）。３．４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西北大学硕士毕业论文条件。影响好氧发酵的因素很多，归纳起来主要有以下几个方面。３．４．１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（ＡｇｎｅｗａｎｄＬｅｏｎａｒｄ，２００３：Ｏｓａｄａ，２０００）。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（Ｋｒｏｇｍａｎｎ，１９９７；Ｇａｒｃｉａ，１９９２）。水分低于４０％不能满足微生物生长需要，有机物也难以分解（郭秀芳等，２００２）。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（Ｅｐｓｔｅｉｎ，１９９３；李秀金和董仁杰，２００２）。３．４．２Ｃ／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（李巧如等，２００２）。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（李秀金和董仁杰，２００２）。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（徐惠忠，２００４），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（Ｄａｓｅｔａ１．，２００１）。常见有机废弃物的氮含量和Ｃ／Ｎ比如表所示（赵由才等，２００６）。１２西北大学颁士毕业论文３．４．３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（Ｌａｕｅｔａ１．，１９９２；Ｂｅｒｔｏｌｄｉｅｔａ１．，１９８３）。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。３．４．４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（李国学和张福锁，２０００）。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（张克强，２００４）。不同种类微生物对温度有不同的要求，一般丽言，嗜温菌最１３西北大学硕士毕业论文适合的温度为３０＂（２－４０℃，嗜热菌发酵最适合温度是４５℃．６０℃（ＦｉｎｓｔｅｉｎａｎｄＭｏｍｓ，１９７５）。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℃（席北斗等，２００１）。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（Ｈａｕｇ，１９９３），我国规定５０。Ｃ以上５．７ｄ（国家环境保护总局污染控制司，１９９９）。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（刘克锋等，２００３）。３．４．５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％（陈世和和张所明，１９９０）。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（Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎｅｔａ１．，１９９２）。３．４．６ｐＨ值ｐＨ值是影响微生物生长的重要因素之一，微生物的降解活动，需要一个微酸性或中性的环境条件，ｐＨ值过高或过低都不利于微生物的繁殖和有机物的降解（Ｎａｋａｓａｋｉｅｔａ１．，１９９３）。在整个反应过程中，ｐＨ值随时间和温度的变化而变化，但在一般情况下，堆肥的过程中有足够的缓冲作用，能使ｐＨ值稳定在可以保证好氧分解的酸碱度水平（张相锋等，２００２）。３．５评价堆肥腐熟的指标堆肥腐熟度是衡量堆肥产品质量的重要指标。未腐熟的堆肥施入土壤后，能引起微生物的剧烈活动导致氧的缺乏，从而导致厌氧环境，还会产生大量中间代谢产物（有机酸及还原条件下产生的ＮＨ３、Ｈ２Ｓ等），严重毒害植物的根系，影响作物的正常生长。同时，未达到腐熟的堆肥散发的臭味易对环境造成二次污染（李国学和张福锁，２０００）。因此，检测并保证堆肥的腐熟极为重要。所谓“腐１４
牛粪发酵生产生物有机肥的工艺优化及应用研究 - 图文
