规模化畜禽养殖场沼渣好氧堆肥技术

金树权，周金波，徐志豪，李佳丹，李 洋

(宁波市农业科学研究院农村发展和信息研究所,浙江宁波 315040)

规模化畜禽养殖场沼渣好氧堆肥技术

金树权，周金波，徐志豪，李佳丹，李 洋

(宁波市农业科学研究院农村发展和信息研究所,浙江宁波 315040)

以规模化养殖场沼渣和粉碎水稻秸秆为原料,按6种不同体积比混合进行好氧堆肥研究。结果表明,6种混合比例处理均能顺利进行好氧堆肥,实现沼渣的无害化、减量化和资源化。从堆体温度、pH值和含水率等指标看,堆肥前21 d属于堆肥快速反应期,而21 d后属于堆肥稳定期。堆肥过程中各堆体有机质和全氮含量有所下降,但全磷含量有所上升。根据堆肥完成后的检测分析,各处理有机质和氮磷含量均较高,重金属未出现超标,其中3号处理(85%沼渣∶15%秸秆)和4号处理(80%沼渣∶20%秸秆)的堆肥腐熟程度相对较高。

规模化畜禽养殖场;沼渣;秸秆;好氧堆肥

文献著录格式:金树权,周金波,徐志豪,等.规模化畜禽养殖场沼渣好氧堆肥技术[J].浙江农业科学,2015,56(9):1491-1494.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150950

规模化畜禽养殖场污水处理过程中不仅产生大量的沼液沼气,也产生大量沼渣,沼渣如不进行妥善处置随意堆放将带来严重的二次污染问题[1-2]。事实上,沼渣中含有大量植物需要的有机质、氮磷以及微量元素,如经过科学合理处理,可充分挖掘其资源化利用价值。本研究以规模化养殖场沼渣和粉碎水稻秸秆为原料,按不同体积比例混合进行好氧堆肥研究,将为沼渣和秸秆的资源循环利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验在慈溪金地生物堆肥专业合作社的塑料大棚内进行,试验场地为敞开边膜、保留顶膜、硬质水泥地面大棚。试验时间为2014年7月23日至9月3日,共计43 d。

试验材料沼渣取自慈溪市惠农生猪养殖场的大型沼气装置处理后沉淀池底部,另一试验材料水稻秸秆用粉碎机碎至0.5～1.0 mm用作堆肥。为避免堆肥初期沼渣含水率过高(一般为80%以上),本试验将沼渣进行干化预处理,使含水率降至60.0%左右,再与秸秆充分混合进行堆肥试验。

试验材料的基本性质。沼渣含水率62.5%,密度1.35 kg·m-3,全氮7.90 g·kg-1,全磷6.90 g·kg-1,碱解氮967.2 mg·kg-1,速效磷1 011.4 mg·kg-1,有机质229.0 g·kg-1,镉0.137 mg·kg-1,铬46.6 mg·kg-1,汞0.108 mg· kg-1,铅14.9 mg·kg-1,砷6.6 mg·kg-1,铜204 mg·kg-1,锌193 mg·kg-1。秸秆含水率10.1%,密度0.58 kg·m-3,全氮0.81 g·kg-1,全磷0.72 g·kg-1,碱解氮75.0 mg·kg-1,速效磷45.0 mg·kg-1,有机质850.0 g·kg-1,镉0.053 mg·kg-1,铬2.7 mg·kg-1,汞0.02 mg· kg-1,铅4.4 mg·kg-1,砷0 mg·kg-1,铜2.5 mg· kg-1,锌4.7 mg·kg-1。

1.2 处理设计

设6个处理。沼渣∶秸秆体积比和质量比,1号为95∶5和97.8∶2.2,2号为90∶10和95.4∶4.6, 3号为85∶15和93.0∶7.0,4号为80∶20和90.3∶9.7,5号为75∶25和87.5∶12.5,对照(CK)为100∶0和100.0∶0。

堆肥操作前,物料按不同体积比进行混合,各堆体原材料总体积均为3.0 m3,试验开始2周内每2天人工翻堆1次,之后每周翻堆1次。

1.3 分析方法

试验分别在堆肥的第0,7,14,21,28,35, 42日上午9:00进行多点随机取样,每次各堆体选择5个点共取500 g,充分混合后送实验室进行检测,堆体温度采用自动温度记录仪进行连续记录,时间步长为4 h。含水率和pH值分别采用烘干法和电极法测定,堆肥过程的有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷和重金属检测参考《土壤农化分析》[3],堆肥腐熟度采用发芽指数法(Germination Index,GI)测定[4]。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程基本理化性状变化

堆肥过程中堆温变化可以反映堆体中微生物活性变化,能很好反映堆肥所达到状态,也是判定堆肥能否达到无害化要求的重要指标之一。根据图1可以看出,各堆体的堆温变化均经历升温、高温、降温和稳定4个阶段。堆肥开始后,各堆体温度并未立即上升,而是在4～5 d开始升温,之后各堆体温度迅速上升,各堆体在7或8 d达到高峰,并保持6～7 d,之后各堆体堆温开始逐步下降,到21 d后基本处于稳定状态。6个堆体的堆温变化规律基本相似无显著性差异,前21 d为堆肥反应期经历升温、高温和降温3个阶段,之后各堆体处于堆肥稳定期。根据GB 7959—1987要求,堆肥最高堆温达到55℃以上持续时间3 d,可以达到无害化处理标准[5],本研究中6个堆体堆温在55℃以上的时间达到5～6 d,可以达到堆肥的无害化要求。

图1 堆肥过程的堆温变化

堆肥过程中pH值变化是比较直观的参数,适宜的pH值条件可使微生物更加有效发挥作用。根据图2可以看出,堆肥开始后各堆体在7 d达到pH值最高值,这主要是因为堆肥反应初期物料中的含氮物质在微生物作用下产生大量的氨气,从而导致堆体的pH值升高,之后随着堆肥反应进行和氨挥发减少pH值呈下降趋势,21 d后各堆体的pH值基本趋于稳定。整个堆肥过程中,各堆体的pH值均保持在6～9的适宜范围内,不会对微生物活动产生影响,从pH值角度反映各堆体堆肥过程正常。

图2 堆肥过程的pH值变化

堆肥过程中,堆体适宜的含水率条件是微生物赖以进行正常新陈代谢的必要条件,堆体的水分过高会阻碍氧气传输从而产生厌氧反应,堆体水分过少则会限制堆肥微生物新陈代谢活动从而影响堆肥效率。根据图3可以看出,各堆体的初始含水率在60%左右,随着堆肥反应进行各堆体的含水率开始下降,0～21d的堆肥反应期间含水率下降迅速,之后的堆肥稳定期含水率变化较少。

图3 堆肥过程的含水率变化

2.2 堆肥过程有机质和氮磷含量变化

根据图4-6可以看出,由于各堆体的沼渣和秸秆组成比例存在差异,各堆体初始有机质、氮磷含量存在差异。根据图4和图5,堆肥开始后各堆体的有机质、全氮含量均呈现下降趋势,特别是前14 d的升温期和高温期有机质下降尤为明显,至21 d后的堆肥稳定期有机质含量趋于稳定。堆肥过程中有机质含量的下降主要是因为微生物的分解作用,氮素的损失主要是因为有机氮的矿化、持续性氨挥发以及硝化反硝化共同作用的结果。根据图6可以看出,堆肥过程中全磷呈明显上升趋势,这主要是因为堆肥过程中由于有机质分解,随着各堆体体积和质量不断减少,相当于磷被浓缩从而呈现上升趋势,且有机质分解越快,则养分含量上升越快。

2.3 堆肥产品的质量指标

表1可以看出,各堆体的种子发芽率存在明显差异,其中全部采用沼渣进行堆肥的CK处理最低,3号和4号处理都超过80%,因此,从种子发芽率角度看3号和4号处理堆肥腐熟程度相对较高。从各处理堆肥有机质、氮、磷情况看,各处理含量均小于普通有机肥相应的含量水平,但均比一般农田土含量高,特别是有机质含量。

图4 堆肥过程的有机质变化

图5 堆肥过程的全氮变化

图6 堆肥过程的全磷变化

表1 堆肥产品的质量指标检测结果

3 小结和讨论

本研究以规模化养殖场沼渣和粉碎水稻秸秆为原料,按6种不同体积比混合进行好氧堆肥试验研究,从堆肥过程中堆温、pH值和含水率变化分析,6种混合比例处理均能顺利进行好氧堆肥,实现沼渣的无害化、减量化和资源化处理。目前,规模化畜禽养殖的沼渣主要通过干化处理直接用于田间[6-7],事实上,沼渣通过与秸秆等碳源调理剂混合经好氧堆肥处理后的堆肥产品,可用于盆花基质、苗木育苗基质代替部分泥炭,从而提高沼渣的使用价值。

堆肥完成后,本研究对各处理堆肥进行基本性质检测分析和比较。种子发芽率是反映堆肥腐熟度的重要指标,一般认为GI＞50%堆肥已经成熟,但目前较多的研究结果表明GI＞80%的堆肥可安全使用[4]。从种子发芽率角度看3号和4号处理堆肥腐熟程度相对较高。从各处理堆肥有机质、氮、磷情况看,各处理含量均小于普通有机肥相应的含量水平,但均比一般农田土含量高,特别是有机质含量。

另外,从6个处理的重金属检测分析,如果将规模化畜禽养殖场沼渣作为污水处理后的剩余污泥考虑,与污泥利用的园林绿化利用标准(CJ 248—2007)和农用标准(CJ 309—20096)相比较,除铜含量相对较高接近标准外,其余重金属元素含量远低于标准,铜含量相对较高可能与猪饲料中铜含量相对较高存在一定关系[8-9]。

[1] 谢景欢,陈钢,袁巧霞,等.沼渣与化肥配合施用对温室番茄生长发育、产量及品质的影响[J].应用生态学报, 2010,21(9):2353-2357.

[2] 冯海玮,赵杰,王楠,等.沼渣对青菜生长及土壤肥力影响的初探[J].上海交通大学学报:农业科学版,2013, 31(4):40-44.

[3] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社, 2000:25-275.

[4] 贾程,张增强,张永涛.污泥堆肥过程中氮素形态的变化[J].环境科学学报,2008,28(11):2269-2276.

[5] 熊建军,邹国元,崔希龙,等.不同干污泥返料量对污泥堆肥氮素损失的影响[J].农业环境科学学报,2009,28 (8):1723-1726.

[6] 张杰,孙钦平,魏宗强,等.沼渣和沼液对油菜生长及氮素利用率的影响[J].北方园艺,2009(11):26-29.

[7] 常鹏,张英,李彦明,等.沼渣人工基质对番茄幼苗生长的影响[J].北方园艺,2010(15):134-137.

[8] 吴国英,贾秀英,郭丹,等.蚯蚓对猪粪重金属Cu、Zn的吸收及影响因素研究[J].农业环境科学学报,2009, 28(6):1293-1297.

[9] 陈苗,白帆,崔岩山.几种沼渣中Cu和Zn的含量及其形态分析[J].环境化学,2012,31(2):175-181.

(责任编辑：卢福庄)

S 81;X 713

B

0528-9017(2015)09-1491-03

2015-07-02

宁波市农业局生态循环农业项目(2013ST002)

金树权(1981-),男,副研究员,博士,主要从事固体废弃物利用和农村生态环境保护研究工作。E-mail:jinshuq @126.com。