利用有效微生物菌剂进行牛粪处理的研究

宁志刚，曲淑岩，王丽丽

（长春工业大学 化学与生命科学学院，吉林 长春 130012）

我国是畜禽养殖大国，近年来禽畜养殖业迅速发展,养殖规模越来越大，逐步发展成为一个独立的行业。随着禽畜养殖业迅速发展，产生了大量的禽畜粪便，畜禽粪便带来的环境污染已成为目前与工业废水、生活污水相并列的三大污染源之一。但如果对其进行科学处理，不但不会影响环境，反而可将其转变成可利用的肥料资源。目前，应用微生物菌剂的生物发酵技术，是较先进、科学且经济实用的方法。同时，通过微生物菌剂的发酵处理，可将粪便中的病菌、虫卵等污染消除，使环境污染问题得到很好的解决[2，5]。

生物有机肥是指在普通堆肥的基础上，通过一定的工艺条件，向堆体中添加功能性复合微生物菌剂，而制成的含有大量功能性微生物且肥效明显高于普通堆置肥料的有机肥[3]。本文研究的重点是通过向牛粪中添加自制的复合微生物菌剂，有效地降解牛粪中的有机质，除去其中有害物质，促进物料的腐熟，使这些牛粪由污染物到有机肥的转化，在消除对环境污染的同时，使其资源化利用。有许多关于有效微生物菌剂能有效的去处禽畜粪便恶臭且能加快粪便的发酵[4]的研究报道。为了确认其效果与处理技术，我们对其进行了研究，现将结果报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料

堆肥原料为牛粪；牛粪（长春皓月清真肉业股份有限公司）；有效微生物菌剂（长春浩宇生物有限公司实验室）；木屑（长春华地木材场）。

表1 堆肥原料的基本性质Tab.1 The Properties of composting materials

1.2 指标测定方法

温度测定：从堆肥开始，每天用温度计测定两次，早晚各一次，测堆体四角及中央共5处温度，取平均值。并记录到达高温期的时间和高温持续的时间。

含水率的测定：称取试样20g，在105℃下干燥4～6h，恒重至 0.01g测定水分。

颜色和臭味测定:采用人工法，每天观察牛粪样品的颜色变化和气味变化。

C/N比测定：C/N是样品有机物中C的总含量与N的总含量的比。总碳（TOC）测定：发酵过程中每天采集试样，对试样进行干燥、粉碎后测定，采用重铬酸钾容量法。总N测定：采用凯氏定氮法。

VS测定：堆肥过程中每日采集试样，将试样干燥、粉碎后测定，采用高温灼烧法。

1.3 实验参数优化

本实验选取微生物菌剂接种量、含水率、C/N比、翻堆次数4个方面进行研究，确定最佳工艺条件。

2 结果与分析

2.1 牛粪发酵过程中，有效微生物菌剂接种量对发酵效果的影响

由表2、图1所示微生物菌剂不同的接种量对牛粪发酵效果有很大的影响。

表2 有效微生物菌剂接种量对牛粪发酵效果的影响Tab.2 Effect of amounts of added effective microorganism in dairy manure on fermentation efficienty

图1 有效微生物菌剂接种量的变化对堆肥温度的影响Fig.1 Effect of amounts of added effective microorganism on compost fermenting temperature

堆肥过程中，接种菌剂可以使发酵温度提高，堆肥高温期提前，高温持续时间延长，从而加速有机物的分解。接种量为1%、1.5%的效果都比较好，臭味基本被除去。

图2 有效微生物菌剂接种量的变化对VS降解的影响Fig.2 Effect of amounts of added effective microorganism on compost VS degration

从图2可以看出，VS随接种量的增加降解速度加快，降解率也就越大，虽然接种量为1%与1.5%降解速度无明显差异，且臭味与颜色也基本相同，结果与图1的趋势相符。所以本着经济节约成本的原则，将1%的接种量作为最适宜接种量。

2.2 牛粪发酵过程中，含水率对发酵效果的影响

原料含水率也是影响堆肥温度的重要因素之一。含水率对牛粪发酵的影响见表3。

表3 含水率对牛粪发酵效果的影响Tab.3 Effect of moisture content in dairy manure on fermentation efficienty

图3 含水率的变化对堆肥温度的影响Fig.3 Effect of moisture content on compost Fermenting temperature

从表3，图3可以看出，含水率过高，温度上升的慢，水分子充满整个堆体间隙，不利于空气的传输，造成堆体里局部厌氧产生O3。但含水率过低，随着堆体温度的升高，水分蒸发过快，不能供给微生物足够的水分，不利于微生物的生长代谢活动，对发酵产生不利影响。

图4 含水率变化对VS降解速度的影响Fig.4 Effect of moisture content on compost VS degration

图4可以看出，含水率为50%和60%的VS降解速度都较快而且无明显差异。所以含水率应控制在50%～60%之间均适宜。

2.3 牛粪发酵过程中，C/N比对发酵效果的影响

表4 C/N比的变化对牛粪发酵效果的影响Tab.4 Effect of C/N in dairy manure on fermentation efficienty

图5 C/N比的变化对堆肥温度的影响Fig.5 Effect of C/N on compost f ermenting temperature

表4与图5是不同C/N比的堆体发酵过程中温度的变化趋势。C/N比为27∶1和30∶1时，堆体最高温分别为50.6℃和51℃，升温速度也较快，到达高温时间较短，且除臭效果最好；其他C/N比的各项指标均不如C/N比为27∶1和30∶1的。

图6为C/N比变化对VS降解速度的影响。

图6表明，C/N比为27∶1和30∶1时，VS降解速度最快。这是由于C/N比过低时，微生物对有机物的氧化过程损失了大量的N，导致分解缓慢，产生臭味。C/N比过高时，N不足，影响微生物的增长，降低有机物分解的速度。综合比较，将堆体的C/N比调整为27∶1或30∶1时，都能达到最佳的发酵效果，由于C/N比为27∶1和30∶1的两个处理组的堆肥效果都很好，所以C/N比的适当降低并不会影响堆肥质量，而且由于C/N比的下降（从30∶1下降到27∶1），可使牛粪的处理量大大增多，有利于养殖场大规模处理禽畜粪便。所以C/N在27∶1时较为适宜。

图6 C/N比变化对VS降解速度的影响Fig.6 Effect of C/N on compost TOC degration

2.4 牛粪发酵过程中，翻堆次数对发酵效果的影响

由于通风是翻堆的主要目的，通风的好坏直接关系好氧发酵能否顺利进行，因此，堆体微生物的耗氧量决定了翻堆次数。

表5 翻堆次数对牛粪发酵效果的影响Tab.5 Effect of turning frequency in dairy manure on fermentation efficienty

图7 翻堆次数的变化对堆肥温度的影响Fig.7 Effect of turning frequency on compost fermenting temperature

由表5、图7可以看出，堆体在不同的翻堆次数条件下，整个发酵过程中温度的变化趋势大致相同，都经历了升温期，高温持续期和降温期3个阶段。但2d翻堆一次的堆体升温96h达到50.7℃，高温持续5d，效果优于其它两个处理。

图8 翻堆次数的变化对VS降解速度的影响Fig.8 Effect of turning frequency on compost VS degration

从图8可以看出，2d翻堆一次的堆体VS的降解速度最快，且降解率最高。因为在堆肥前期（升温期与高温期）微生物作用最明显，所以综合比较，选择堆肥过程中2d翻堆一次的处理手段。实验采用的是人工翻堆，在实际生产中采用的机械翻堆效果要明显好于人工翻堆，能使有效微生物菌剂处理粪便的时间缩短，达到较好的处理效果。因此，有效微生物菌剂处理禽畜粪便的最佳条件是2d翻堆一次。

3 讨论

由于堆肥原料的成分复杂，含有多种化合物，要使它们较完全的降解，需要多种微生物的相互交替和协同作用，因此，这里采用EM有效微生物菌剂。自然堆肥由于所含微生物的种类有限，因此，发酵周期长，效果差。与自然发酵相比，加入EM有效微生物的，由于含有多种菌，能够加快粪便堆肥的过程，在有氧条件下，微生物能够迅速生长繁殖，能够很快的将牛粪中的有机质分解，有机质氧化分解产生生物热，形成能量交换。在发酵高温期最大限度的杀死病菌，虫卵，使堆肥无害化。其中的芽孢杆菌可抑制有害微生物的活性和腐败菌的分解。菌剂中的丝状菌，光合细菌可以吸收分解恶臭等有害物质。

4 结论

（1）应用有效微生物菌剂处理牛粪比普通方法直接处理牛粪时间更短，效果更好，是一种有效手段，操作简单、快速、高效、且无臭，很有发展潜力，可以用于大规模工业生产。

（2）应用EM有效微生物适宜的发酵条件为：有效微生物菌剂菌接种量为1%，牛粪初始含水率应控制在50%～60%之间，初始的C/N比为27∶1，堆肥可以2d堆翻一次。

［1］Bari,Q.H.，Koenig，A.Effect of air recirculation and reuse on composting of organic solid waste［J］.Resources Conservation and Recycling，2001，（33）:93-111.

［2］杨竹青,何迅,徐东波，等.应用无害化菌剂处理畜禽粪便生产生物有机肥探讨［J］.现代农业科技，2008，（6）:167-168.

［3］薛祖源.国外若干城市垃圾的处理现状和动向［J］.现代化工，2003，23（5）:57-59.