猪粪好氧堆肥实验研究

文/谭天星 张 勇 万 睿 江 娟

由于禽畜粪便处理过程中起作用微生物对氧气要求的不同，可将堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。通风条件下使用好氧性微生物的叫做“好氧堆肥”。

温度是好氧堆肥基本而又重要的性质，整个堆肥过程会经历升温、高温、降温、腐熟四个阶段。堆肥初期，随着微生物降解堆料中的有机物并释放出大量的热量，会使堆体温度上升;高温阶段，微生物不断消耗堆肥中的营养物质和其它水溶性组分，不断生长和繁殖，持续放出大量的热量，因而高温阶段会持续一段较长的时间，随着堆肥的进行，有机质成分被逐渐分解，温度逐渐下降，进入“降温期”；当有机质几乎被完全分解后，进入“稳定腐熟期”。

材料与方法

材料来源

实验所需新鲜猪粪取自华中农业大学的养猪场。

实验设计

实验做三个平行样。堆肥容器选择100L圆桶，外包棉被保温。实验所用堆肥材料为猪粪和木屑的混合物质，根据需要用木屑和蒸馏水调节C/N比为20-35、含水率60%。通风采用手动翻堆的方式进行，每三天翻搅一次。鲜明耀等认为，堆后6天宜翻一次，隔5天后再翻一次。本实验为每2天监测数据一次，采集容器中的样品，混合均匀后用四分法进行测量。实验时间为2014年4月份、5月份共两个月的时间。地点为文华学院城建学部环境实验楼。

测定项目与方法

（1）温度。每天9点采用电子温度计温度探头检测堆体中部的温度，并从数字控制显示器读取数据。

（2）PH。取新鲜堆肥样品10g用去离子水按肥水比1∶10（w(g)∶V(mL)），在室温条件下，于2000r/min下水平振荡提取1h后，用pH计直接测定pH值。

图1

（3）含水率。称量培养皿的重量记录,取少量湿猪粪于培养皿中，称重后，放入105°烘箱中烘4h后取出，冷却后称重，计算含水率。

（4）种子发芽率。堆肥水浸提液按鲜样：蒸馏水为1∶10的体积比例振荡30min，离心（4000r/min）过滤后上清液贮藏于塑料瓶中备用；把两张直径为9cm的滤纸放入干净无菌的培养皿中，每个培养皿均匀洒入15颗浸泡后的种子，注入10mL的沤肥产物稀释物，同时以无菌去离子水的实验作为对照，每个样品重复三次，将所有培养皿在28℃下培养1周，统计根长和发芽率，计算种子发芽指数。

（5）热值。取少量湿猪粪于培养皿中，称重后，放入105°烘箱中烘4h后取出，冷却后进行热值测定。使用全自动热量计（WZR-1TCⅡ）进行热值测定。取冷却后的样品进行压片，压片质量为1.00g，然后进行燃烧丝安装，安装后放入氧弹内充氧，充氧达到3个大气压时充氧15秒即可。然后上机全自动完成。

结果与分析

堆肥过程中温度变化

堆料堆制成后，由于物料具有一定的隔热性，微生物生长代谢的热量被保留，导致物料温度升高，所以温度是堆肥过程中微生物活动是否旺盛的标志，是表观上可以直接判别堆肥腐熟与否的指标。从温度变化图（图1）可以看出堆肥4天后温度迅速上升，之后维持高温阶段，随之温度下降，进入降温期。到第45天，基本与环境温度相同。堆料温度接近环境温度，表明堆肥已基本腐熟，可以认为达到稳定。

堆体PH变化

从ph变化表中我们可以看出，PH开始基本稳定在7.5-8.5之间。36天以后，堆肥进入了腐熟期，腐植酸的含量上升，PH有所下降，使PH达到8.0左右，呈弱碱性。属于正常现象。

堆体含水率变化

堆体的温度与含水率密切相关，含水率过高，通气效果不佳会影响微生物活动，使微生物活动减弱。

图2

表1

图3

图4

含水率是堆肥过程的一个非常重要的参数，本实验认为的最佳水分含量为60%～70%，含水率在配料前较低，配料后使含水率增至65%以上，堆肥中含水率增加，到堆肥末期含水率达到60%左右。

种子发芽率

实验结果见表1所示。

从表1可以看出实验组A和组B发芽指数53、58%和61%超过了50%，所以认为堆体已腐熟。

实验堆体热值测定

堆体热值也反映了猪粪配合物的燃烧性能，其大小也反映了其燃烧性能的好坏。实验测定热值温度图如图4。

结语

（1）堆体温度先上升到最高温度后下降到环境温度，这是表征堆体成功与否的重要标志，本实验结果显示堆肥4天后温度迅速上升，之后维持高温阶段，随之温度下降，进入降温期。到第45天，基本与环境温度相同。腐熟期时堆体温度基本趋同外部环境温度，偶有微小波动。所以本实验结果认为堆体已腐熟。

图5

（2）堆体PH在短暂下降后上升，最后保持在8.0左右，表现为弱碱性。

（3）本实验结果认为含水率一般在60%～70%效果比较好。水分是直接影响发酵速度和腐熟程度的关键因素之一，所以本实验的成功对含水率的大小调节具有实验教学及工程指导意义。

（4）该堆体经种子发芽率法测定可认为已腐熟，腐熟时间为45天左右。从发芽率实验结果可以看出堆体在经实验后可以作为肥料使用。这也间接反映了本实验对农业技术方面具有一定的推动作用。使废弃禽畜粪便变成肥料，有一定的经济价值。

（5）堆体热值也反映了猪粪配合物的燃烧性能，其数值大小也反映了其燃烧性能的好坏。一些大的粪便可以用来燃烧或者用来生产沼气，这也可以反映出本实验充分利用原料清洁化实验的目的。

未来展望

堆体经最终处理后可作为肥料使用，这是本实验的实际意义。好氧堆肥已经成为一种处理禽畜粪便的优良方法，它具有使禽畜粪无害化、稳定化、资源的优势。相对厌氧发酵，好氧堆肥时间更短，成本更低更经济。相信在不久的将来该方法会更加成熟。该方法也可作进一步研究，例如可以向堆体中加入其它药剂使禽畜粪得到更高效的利用，如在粪便中添加福尔马林、醋酸、氢氧化钠等药剂能够起到消灭病原菌，保存粪便养分和有效的营养价值。与家蝇幼虫、蚯蚓等的有机结合也将是一个新的研究内容，沼渣用于饲养蚯蚓，蚓体作为饲料添加剂，喂养禽畜，蚓粪可制造有机肥应用于生态农业，实现循环利用，变废为宝。