（环境科学专业论文）养殖场家畜粪便减量化处理的研究.pdf

a b s t r a c t t h e p o u l t r yf e e d i n gi n d u s t r yp l a y s a n i m p o r t a n t r o l ei ne c o n o m ya n d a g r i c u l t u r e ，a n di t i s d e v e l o p i n gs t e pb ys t e pi ns c a l e a n di n d u s t r i a l i z a t i o ni nc h i n a a tt h es a m et i m e ，ag r e a td e a l o fl i v e s t o c km a n r r el e a d st h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o n , a n db e c o m e 拣f a c t o rt h a tb l o c k st h e p o u l t r yf e e d i n gi n d u s t r yd e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，i ti si m p o r t a n tt h a tr e s e a r c h e so nh o w t o d e a lw i t hl i v e s t o c km a n u r ea r eb e i n gc a r r i e do u ta n dd e v e l o p e d a t p r e s e n t ，i th a so b t a i n e dag o o dr e s u l ti n r e d u c t i o nf o rd i s p o s a ll i v e s t o c km o a a u r eb y u s i n g b i o - t o i l e ti nj a p a n 。t h i st e c h n i q u eh a s a l le v i d e n tc h a r a c t e r i s t i ct h a tc a l ld i s p o s a lag r e a t d e a lo fl i v e s t o c km a n u r ef r o mp o u l t r yf e e d i n gi nt i m e 。n o to n l ya c h i e v e de v i d e n te f f e c to f r e d u c t i o n ，b u ta l s om a d e l i v e s t o c kn l a n u r eu t i l i z e d 弱哇sp a p e rr e s e a r c h e do nt h et r e a t m e n to fc a t t l em a n u l 世w i t ht h eb i o - t o i l e tp r e s e n t e db y j s ti nj a p a n t h es a w d u s t ，t h em i x t u r eo f t h es a w d u s ta n dc o r n s t a l k ，t h ec o r us t o c k w e r eu s e d t h eb u l k i n g a g e n t s ，i no r d e r t os t u d yo nw h e t h e ru s i n gt h ec o r n s t a l kr e p l a c e sw i t ht h es a w d u s t a sb u l k i n ga g e n t d u r i n gt h ee x p e r i m e n t ，c h a n g e si nt e m p e r a t u r e m o i s t u r e ，o r g a n i cm a t t e r , c na n do 氍w i t ht i m ew e r ei n v e s t i g a t e da n dd i s c u s s e dt h e i rt e n d e n c yi np r o c e s s 。a tt h es a l n e t i m e ，t h ec a l o r i cv a l u e sw e r ed e t e r m i n e d , t h ec h a n g e so f t h e c a l o r i cv a l u e so f m a t e r i a l sw e r e s t u d i e d a n dt h es p e c t r o s c o p i cc h a n g e so fn m t e r i a l sw e r ei n v e s t i g a t e d i nf i r ，s ot h a t e x p l a i n e dt h eb a c t e r i u md e c o m p o s e dt h eo r g a n i cm a t t e ro f m a t e r i a l si nr e a c t i n gp r o c e s s ， e x p e r i m e n t sr e s u l t s h o w e dt h a t , d u r i n gp r o c e s s ，t h et e m p e r a t u r eo fm a t e r i a l sr e m a l m d 5 0 ，秘t h em o i s t u r ec o n t e n tw a sm a i l m i i n e dw i t h i nt h er a n g eo f4 0 - 7 0 ，t h eo r g a n i c m a t t e rw e r ed e c r e a s e df t o ma b o v e9 0 t oa b o u t5 0 b y t h eb a c t e r i u m ，t h er e d u c t i o no f w e t w e i g h tw e r em o r et h a n7 0 豫o n t h eo t h e rh a n d , a n a l y z i n go fc a l o r i cv a l u e sa n df p i r s p e c t r o s c o p yo f m a t e r i a l ss h o w e d t h a tt r e a t m e n to f c a t t l em a n u r ew i t hd i f f e r e n tb u l k i n ga g e n t ， b u tg e t t i n gar e s e m b l ee f f e c t t h e s er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tc o r n s t a l kw a ss u i t a b l ef o rt r e a t i n g l i v e s t o c km a n u r ea sb u l k i n g a g e n t ， s oi ti sf e a s i b l et h a t u s i n gc o r n s t a l ka sb u l k i n ga g e n tt ol r e a tl i v e s t o c km a n u r ei n s e q u e n t i a lf e d 讹i st e c h n i q u e n o to n l yr e d u c e st h ep o l l u t i o nl i v e s t o c k m a n u r e ，b u ta l s ob u i l d s 氆eb e s tm o d e o f p o l l u t a m t r e a t m e n t o f p o u l t r yf e e d i n gm o s t l y k e yw o r d s ：l i v e s t o c km a n u r e ；s e q u e n t i a lf e d ；f t - i rs p e c t r o s c o p y ；c a l o r i cv a l u e ； r e d u c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特另k ：d 1 1 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名：趸艇i e i 巅 ：垒丝：生 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东：i k t l 范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东北 师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权东：i l n 范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 日 期：函盘丘， 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名；趔些支 e l期：鲨竺：丛y 电话 邮编 第1 章概述 1 1 我国养殖业发展概况 2 0 世纪8 0 年代以前，我国农村基本处于自然经济时期，禽畜养殖业非常落后，大 部分禽畜分散在农民个体家庭饲养【l 】，并且禽畜养殖业在农村多以副业的形式出现，种 植、养殖一条龙，禽畜粪便大部分作为农家肥，直接施入农田，对环境污染较轻。随着 我国经济快速增长和城乡居民生活水平提高，同时我国禽畜养殖业发生了巨大的变化， 逐渐由过去的分散经营、小规模、主要分布在农村转变为现在的集中经营、大规模、分 布在城市郊区，成为我国经济和农业的重要组成部分，并且逐渐发展为相对独立的生产 部门。 尤其是进入2 0 世纪9 0 年代以来，在引进国外先进技术和种植资源的基础上，畜 禽养殖的数量和质量不断提高，养殖规模不断扩大，向城市居民提供了丰富的蛋、肉、 奶产品，满足了广大人民的生活需要。由于这一生产方式的改变，极大地促进了我国禽 畜养殖业生产的发展。禽畜养殖业的饲养方式，养殖规模和分布区域发生了巨大的变化 2 】。我国养殖业呈现出以下三点明显的发展态势，具体表现在： ( 1 ) 禽畜养殖业日益成为农村支柱产业 禽畜养殖业逐渐由家庭副业逐步发展成为一个独立行业，在发展农村经济中的作用 越来越为各级政府所重视，在部分地区被列为支柱产业，成为农村经济的重要来源。 ( 2 ) 禽畜养殖业逐步专业化和集约化 过去的禽畜养殖业多为分散经营，在农村中仅作为副业生产，禽畜饲养头数少、规 模小。近1 0 多年来，禽畜业大力发展，特别是自1 9 9 8 年“菜篮子工程”实施后各地兴 建的大批集约化养殖场，许多大城市如北京、广州、上海等地已经建成一批万头猪场， 禽畜业的集约化养殖在大中城市的经济富裕地区发展尤为迅速。我国禽畜养殖业生产体 系呈现出日益集中化、集约化的趋势。 ( 3 ) 禽畜养殖业逐步脱离种植业 以前的小规模的禽畜养殖融合于大农业中，产生的禽畜粪便基本上在种植业、农业 生产系统中被消化，作为生产要素投入到生产之中，以资源的形式得到充分利用，成为 整个农业生产体系的有机组成部分。但随着我国农业产业结构的调整和市场经济的发 展，禽畜业生产逐步从农业生产体系中脱离出来，走向独立化、集约化和专业化的发展 道路，产生的大量废弃物在农业产业链中得不到利用。 集约化禽畜养殖业表现出来的这三大特征，导致禽畜粪便污染已相当严重，并引起 了地方各部门的重视。据国家环境保护总局2 0 0 2 年对全国2 3 个省、自治区和直辖市进 行的规模化畜禽养殖污染情况调查结果：中国年畜禽粪便产生量约为1 9 亿t ，是工业 本论文由日本j s t 项目资助。 固体废簿物产生量的2 4 倍，河南、湖麟、江匿簿地区麓至超过4 倍3 1 。蠹禽粪便的c o d ( 化学需氧量) 排放量已达7 1 1 8 万t ，远远超过工业废水与生活废水c o d 排放量的总和， 已经成为中国农树污染的主要来源。 l 。2 禽畜粪便对环境的危害 禽裔粪便中含有大嬉的病原体，有引起伤寒、痢疾、急性胃肠炎等肠道传染病的瘸 墓；寄弓l 起病毒性肠霪炎、d , j l 麻瘿癌、病毒髅藏炎、器炎等癍款挺沙基病毒、埃可瘸 毒、脊髓灰质炎病毒和肝炎病毒：有引起肠道寄生虫病的多种肠道寄生蠕虫卵等病原体； 禽膏粪便困含鸯大量有机质可供繁殖孳生媒介疾病的蚊、蝇、蚤、老鼠等；粪便中有誊恁 质腐烂分解后会产生有害有毒气体，发生恶臭嘲；所有这些都严重污染了土地、水体、 大气和生物群游，导致城乡生态环境恶化。 ( 1 ) 造成土壤及永体污染 禽肖粪便中含有大嫩的钠盐和钾盐，如果赢接施于农田，过量的钠和钾遁避反聚作 用雨造成菜些主壤魏徽礼减少，使土壤的通气经降低，破坏土壤结构鸭另外宵禽粪便 中含有大量的氮和磷，在禽畜粪便堆放藏流经的地点，有大量尚浓度粪便水渗入土壤， 可造成疆耪一辩疯长，域镬檀戆穰系受损伤，乃至弓 怒植物死亡p l 。粪便承渗入地下， 造成地表水和地下水的污染，使水中的硝态氮、硬度和细菌总数超标且氮和磷含量邀 薅使窳体富营棼纯，大箍滋生蚊褥，藻裘蓬量繁殖，承串戴含爨减少，惫、盎下簿承生生 物因缺瓶而死亡会使地下水中硝态氮、硬度和细菌总数都严重超标据测定，当禽畜粪便 污拳流久遗塘瑟傻拳中氨含量逸刭或越遗0 2 mg l 懿，藏会对鱼产垒毒往强l 。诧羚禽 畜粪便中可能存在的肠道传染瘸菌和人畜共患的病原体，都对环境和人体健康严重威胁 嘲。 ( 2 ) 引起空气的恶炱污染 剐撵教的鑫蠹粪便会毒k 王差3 、珏2s 襄黢等毒害气体h q ，羟寒簌及瓣潢除躐瀵除髫 不能及时处理时臭味成倍增加，产生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚、二甲胺及低级脂 肪酸等瓣臭气体f l l 】。恶嶷气体会对现场及周固入髓静健瘵产生不良影晌，如引越精毒孛不 振、烦躁、记忆力下降和心理状况不良，也会使禽畜的抗病力和生产力降低f 1 2 1 。 ( 3 ) 禽1 i f 粪便对农业擞卷系统瓣影嚷 由于禽畜粪便含有大量有机质及丰富的n 、p 、k 簿营养物，自古以来一赢被作为 农作物窳贵的有机肥耐利用i l 外。农业科举研究岛实践表明，农炊生态系统在物璇循环过 程中，需要扶系统外输入一定量的有机质和其能营养元素，这样才能实现系统商而稳定 的产出。农业生态系统的物质和能量转换主要怒在土壤库中进行的。土壤及有机肥中的 有机质，除了裔营养 乍厢、能增细作物产量矫，在改良士壤和培艏地力方面有熊独特的 效果，可以说，它们一点对植物的生长发育和土肥保持起着重要的作用【14 1 。随蓿农田复 稀指数黪獾嵩，土壤养分输出璧大，鲡不瓢系统乡 输入一定营养物矮，将影稿 聱物生长 和土壤肥力的保持，影响农业可持续发展。也就是说，农业生产需要大最的有机肥。对 2 于小规模、分散的饲养场产生的禽畜粪便就近还田，既为农田增加了有机肥，也不会对 环境产生负面影响。但如今大规模、集约化养殖场禽畜粪便未加处理地大量集中排放， 却导致农业生态系统自身的物质与能量循环功能丧失，同时给环境造成了极大的压力。 因此，畜禽养殖污染防治工作刻不容缓。 1 3 禽畜粪便的处理方式 欧美等国家的禽畜养殖业很发达，每年产生大量的禽畜粪便污染废弃物。他们经过 多年的实践，总结出效果显著、操作方便、运行费用低廉、综合利用效果好的禽畜养殖 业废弃物处理模式。各国相继制定了相应的法律和标准，保证禽畜养殖业必须经过无害 化处理才能限量还田。例如，日本制定的“禽畜废弃物处理与清理”、“肥料管理化”、“防 止水质污染法”从而保证禽畜废弃物的处理，并促进有机肥的合理使用；美国“联邦水 污染法”规定禽畜粪便污水不经处理不允许排入自备贮粪池；德国法令规定禽畜粪尿不 经处理不得排出，并规定单位的载畜量，保证土地安全消纳经过处理的禽畜粪便。 目前，我国对禽畜粪便的处理主要包括干燥处理、除臭处理及综合利用处理几方面 1 5 1 。 ( 1 ) 干燥处理 禽畜粪便的干燥处理技术主要有臼光自然干燥、高温快速干燥、烘干膨化干燥及机 械脱水干燥等。 ( 2 ) 除臭法 禽畜粪便的除臭主要包括物理除臭、化学除臭和生物除臭几方面。除臭技术包括吸 收法、吸附法、氧化法、掩蔽剂、高空扩散等。这些方法在去除低浓度臭味时效果较好， 但对高浓度的恶臭气体除臭效果不理想，因此对于处理臭味浓度高的禽畜粪便还需进一 步研究。 ( 3 ) 综合处理法 综合处理法的目标是要尽可能地利用养分和能源，减少或消除环境污染物的排放， 因此其处理方法一般为多种方法的组合，且以生物技术法为主。 生物技术是近年研究较多、应用较广泛，且最有前景的一种禽畜粪便处理方法，可 分为以下两种：发酵法和热喷技术。 发酵法比干燥法具有省燃料、成本低、发酵产物生物活性强、肥效高、易于推广的 特点，同时可达到除臭、灭菌的目的，但发酵法时间较长。发酵又可分为厌气池、好气 氧化池与堆肥等三种方法。厌气池即沼气池，是利用自然微生物或接种微生物，在缺氧 的条件下，将有机物转化成c 0 2 和c h 4 。其优点是处理的最终产物恶臭味减少，产生的 甲烷气体可作为能源利用。但受到一次性投资过大、沼气池长期效果受温度影响大，冬 季产气量小、夏季产气量大、集约化禽畜养殖场远离居民点等困难。 热喷技术利用热效应和喷放机械，使禽畜粪便转变为高蛋白饲料。但由于它增加了 畜禽粪便的量，且使禽畜粪便的肥效成分含量降低，从而影响其推广利用。 而堆肥处瑷法越来越受到人们的重视【l 。目前国内外工业技术m 已经有了一定的发展。 圈外如加拿大利用作物秸秆、木屑、城市垃圾等与禽帮粪便一起堆肥，腐熟后作商品肥 ”7 j ；英国遥年来野震裂雳纛陵绿讫褒物与猿粪一起滋会罐惩笼毽瓣渡验磺变。_ | 毙努，泰 国的c h o n g r a kp o l p r a s e r t 和美国的r y y a n g 等人研究出了低投资的堆肥技术【1 8 l 。由于禽 窝粪尿污染严重性和处理上的困难，英阉和其他欧洲国家已开始将养殖工序由水冲式清 洗粪便转回到以往传统的稻草或作物稽拜镶垫吸粪方式，然后实施啦肥的利用途径。强 藩为壹，卺瘫在禽畜粪镬鹣罐l 登证骚究方蟊有了一是豹避震，毽弱远落岳予许多发达国 家，存在不少厦待解决的问题。 。4 臻究鹃霾酶与意义 本研究怒目本科学技术振兴事业团( j s t ) 资助项目“可持续发展卫生系统”的主 要内容。目前日本利用生态厕所为反应装最，以木屑为调理剂，与家畜粪便进行序批式 减量纯处理豹磷究，取雩譬了整好斡减爨像效果，势基我处理方式憨经投入实器器癍震中。 褥国内对予利用此装置原溅与技术处理家畜粪便的研究，未见楣荚的文献报道。 此处理方法引入中国，存在的关键问题就是调理剂( 木屑) 的来源问题。目前我国 木材缺乏，并屐本屑的再利用方式逐渐增多，以废弃物形式丢弃的术属量逐年焱减少。 嚣垂乏，寻我一耱替筏本藩罴普遍褒矮捺广黥键理裁，鼹予我鋈剩弱挖耱方法楚瀵禽蛮粪 便具有重要的意义。而我园是一个农业大国，农村每年产生大量侔物秸秆，并凰利用率 很低，一些地方的秸秆被大量焚烧，不仅浪费资源而鼠污染大气环境【1 9 l ；如果农作物秸 秆l 替代本攥终为调理裁，其应用裁豢 鬻广阕。 为此，在总结国外相关领域科研工作者的研究成聚基础上，本试验稍用目本j s t 赠 送的s 一1 5 烈的生态厕所为反应装置，做了三组平行试验，即选撵相同重量5 k g 术屑、 本属与玉米穗羊千属混合物、杰米秸秆属作为反应调理剂，每天序批式加入2 5 k g 家畜粪 镬( 牛粪。n 薅系统磅突了三组平行试验在爰应过耩孛，各理像撵稼兹交纯憝势及减 嫩效果。以便确定玉米秸秆屑能否替代木屑作为反成过程中的调理翔，同时使这种新的 处理家畜粪便的方法得到摊广应用。 男乡 ，秘臻生态厕瘊装霪楚理蜃瓣豢誊粪便，券分含量熏羹n 、p 、k 都毒鳃震缒嚣 离，可以制成徽生物活性较离的堆腮，对于减轻由予长期施焉纯目琶遮成的农孛于环境污染， 增加土壤肥力，改良土壤结构，发展生淼农业具有重大的意义，同时具有良好的经济效 被、环境效益鄹社会效益 2 0 t 。因此本研究的处理工艺符合了有机废弃物的减量化、无害 绽、资源纯、生态纯霖羽。 4 第2 章试验材瓣毒方法 2 。 试验原理 本试验主要是家畜粪便( 牛粪) 在肖氧的条件下，选择木属、术属与玉米稻秆屑的 混合物、玉米秸秆屑三种物料分别作为调理剂，借助粪便自身好氧微生物的作用来进行 好氧堆肥反威。在反应过程中，粪便中驰溶解性有机物质透过微生物的细胞壁和纲胞膜 褥被微生物瓤蔽渡，强髂j 籍狡俸先瓣着在激生浆钵终，鑫徽生秘繇分泌静稳舞熬分释秀 溶解性物质，再渗入细胞。微生物通过囱身豹生命活动一氧化、还原和生物合成等过程， 把一部分被吸收的有机物鼠化成简单的觅机物，并释放出生物生长活动所需要的能量； 把贯一部分蠢凝矮转纯笼黧甥藏必须靛蘩莠兹矮，合残叛懿缨懋物壤，于是徽嫩浆逐潺 生长繁殖，产生更多的微生物体，继续产生一系列豹嫩纯作用。试验物料经过好氧微生 物的分解与简效摄取，生成c 0 2 和h 2 0 ，最后物料的减重效果明照，同时n 、p 、k 等营 莽元素的含爨均成倍提高。试验流程概搔为图1 。 粪搛旦涨潞生生纯反应- c 蒹氇。 图1 粪便生化处理流襁搿图 2 2 试验装鬣 试验所浆用的装置为日本科学技术振事业团( j s t ) 赠送的s 1 5 型生态厕所，此 装置其有茸凌热热及定嚣雩揽拌功毙如甏( 2 ) ( 3 ) 。 图2 反应装置外观图图3 反应装置剖面豳 5 1 投料口 2 数瓣墨 3 排气管 4 搅拌器 芒5 发动机 墨 2 3 试验材料 试验处理的对象主瑟是取自长春瞪莱养殖场的牛粪，调理荆选择大叶杨( p o p u l u s t o m e n t o s a ) 憝本霾( 粒缎约2 0 譬) ，敬鑫长春德纛市菜本材热工厂，玉米穗秆稻( 长 度在1 2 c m ) 取自长眷市农安县。另外，木屑作为木材加工厂的副产品，含有较高 的碳氮比，并且具有大的空隙度，还可以提供可生物降解的有机质，有利于好飘处理； 玉米秸舞僚为农业废弃物来源较为广泛，农篾霉豢游其终必燃瓣烧搏，它翻翳徐貉篦 较低廉，识台有较高的碳氮比。试验物籽的理纯性旗见表l 。 表1 试骏物料理化指标( ) 2 4 试验方法 试验设隽三令乎行处纛，鼙呈l 、2 、懿。三令鼹理分鬟途撵酸羲毙较燕懿本溪、 木屑与玉米秸秆屑混合物殿玉米秸秆属三种物料作为反应过程中的调理剂，在反应初始 时将物料的水分调节到4 0 - 7 0 ，然后繇天定量添加2 5 蚝新鲜牛粪，同时测定物料的 濑度、有机魇、p h 、总氮、总磷、总钾、总碳、湿度及物料初始与结束时的热馕及红辨 光谱，研究蠢指标静交纯趋势。当豹科豹c , r ni t ；值，j 、予2 0 时( 3 5 天时) ，箨蹙添热串 豢，物料继续在装置内稳定1 0 天，即4 5 天后取出称漂。具体实验操作如表2 ： 袭2 试验初始条件 试孛粪：壤理翅秘熊牛粪添热量 调理裁试验遘稳撩潮 验 k g ：k g ) c n ( k g a ) e 1术屑2 5 ：55 9 4 625 1 1 维持4 0 - 7 0 水分。 e 2撼含螺2 ，5 ：57 2 s 62 5麓3 5 天时箨止添加牛 粪，4 5 天时数出秘料。 e 3秸轩羁2 5 ：56 6 9 , 62 5 注：混台物为玉米秸秆屑和术屑( 1 ：1 ) 混和 2 5 测定的指标与方法 测定的指标： 瀑度、舂掇餍、p h 、惑氮、蕊骥、惑锣、葸碳、澄波及貔辩秘始与结束露戆热壤及红 外光谱。 测定方法： 6 试验过程中要测定物料中各指标随反应时间的变化情况，测定方法严格按国家标准测 定方法测赳2 ”，具体操作如下： 温度：早、中、晚利用温度计在物料中多点测定后，取平均值。 有机质：称取烘干粉碎样品l g 左右于坩埚中，置于5 5 0 。c 一6 0 0 马福炉中，灼烧2 5 3 小时，至灰化完全，其减重即为有机质含量。 p h ：称取试样2 5 9 ，加1 5 m l 无c 0 2 水，经3 分钟振荡后静置2 0 分钟固液分层后， 用p h 计测定。 总氮( t n ) ：试样经湿法消煮后，用凯氏定氮仪测定其含氮量。 总碳( t c ) ：利用全自动元素分析仪( v r i o e le l e m e n t a la n a l y z e r 德国产) 进行测 定。 总钾( k 2 0 ) ：利用原子吸收分光光度计( 2 2 0 f s 美国产) 进行测定。 总磷( p 2 0 5 ) ：利用电感耦合等离子体发射光谱仪( i c p 美国黎曼公司产) 进行测 定。 水分含量：从已剔除杂物的物料中多点取样，用台秤称重，记载其数据，将其放入1 0 5 的恒温干燥箱中烘6 小时左右，后放入干燥器中2 0 - 3 0 分钟，使冷却至室温，称重。 再烘2 小时，冷却，称至恒重。 热值分析：热值用美国p a r r 公司生产的p a r r l 3 4 1 型氧弹热量计进行测定，每个样品测 定两次，且两次结果相差不超过1 2 0 j g - 1 ，取平均值作为最后结果。 红外光谱法：利用k b r 压片法( 美国n i c o l e t 公司m a g n a5 6 0f t - 娘) ，对物料进行红 外光谱分析，其测试范围在4 0 0 - - 4 0 0 0 c m 。 7 第3 章结果与分析 3 ，1 水分变化 微生耪静生长、有税秘豹分解均需骚水分，物料中的永分羲怒微生物逶行物穗交换 的媒介，又魑微生物生存的环境。反应过程中水分的主幕作用在于：溶解有机物，参 与微生物的新陈代谢；水分蒸发时带怒热量，起调节物料温度的作用【2 2 l 。试验物料水 分戆多少，塞按影噻努氧爱应速度熬浃蠼，影稳终续声耱匏屡鲎，蒺至美系弱爱疵工艺 过程的成败，因此，反应过程中水分的羧制是十分重豢的。物料含水过高或过低都会对 好氧微生物的分解代谢活动产生负面影响。当含水率高于7 0 ，容易导致营养物渗出及 通气孔黢率不足，会抑制好氧微生物豹黛长繁殖，甚蒸发生不良的旋氧分解、滋度下降； 警含东率低予4 0 对，不誉j 于好氧徽生搦生长，好氧分解速率缓骥瞄l 。因诧，试验过程 中水分要控制在适宜范围内( 如图4 ) 。 8 0 1 5 0 一、 禁 v4 0 求 2 0 0 051 01 5z u2 53 03 54 u4 5 时阿( 最) 圈4 隶努含茧隧菠寝舜耀交纯 扶圈4 可以看出，三个处理在反应裙始时，耪料翡承分被调节剽6 0 左右，盈然在 反应过程中由于微生物的作用产生大量的热，水分以水蒸气的形溅通过搅拌作用而挥 发，但同时有枧物的氧化分勰会产生水分，以及随着每天定量地添加含水率较商的新鲜 牟粪，因魏三令楚理在添翻华粪豹l - - 3 5 天之窝，承分含量基本郝维持在4 0 一， 满足了微生物生长的条件。由图4 可见，e 1 处理中物料的水分含鬣比其他两个处理偏 低，并且经过数理统计中的t 检验，表明在反应过襁中，e l 与e 2 和e 3 在水分含量上 存在差暴性。逑藏这秘差露性可能是爨予e l 处理中仅l 扶木属为调壤刻，e 2 中添艇了 5 0 豹玉米糕秆屑，e 3 的调理裁全都必玉米秸秆羁，相关资辩研究表鹱：由予玉米秸 币千屑吸水膨胀软化，有利于微生物分解和菌体、养分的移动，促使微生物活动联盛，有 机物分解加快，导致e 2 、嬲中产生较多的水；并且以木屑为调理荆的脱水能力要好于 垂寒蓑释蘑。爱癸，在3 5 - - 4 5 天霹镌瓣在装爱露稳定薅麓，交予箨监添鸯嚣牛爨及擞生 物代谢活动的减弱，三个处理中物料水分都呈现明显的下降趋势，差异不显著。 s 3 2 温度变化 对于微生物作用而言，温度是影响微生物活动和减量化处理过程的重要因素。反 应过程中，温度控制的目标是使堆肥无害化和稳定化，其变化反映了物料内微生物的活 性变化，同时还反映处理过程所达到的状态。研究表明，反应过程中温度维持在5 5 6 0 时，微生物的降解能力最为活跃【2 4 。2 8 】。堆肥中的有机质在微生物的作用下用于微生物的 细胞合成，同时分解为c 0 2 和h 2 0 ，在此过程中产生大量热量促使物料温度上升 2 9 1 。 并且此生态厕所装置具有加热以及控温功能，当装置内仅为调理剂时，温度最高可达 4 0 。c ，随着粪便的加入，微生物的活动促使物料温度继续上升，装置的控温设备可将物 料的温度控制在7 0 以下。 7 0 6 5 6 0 5 5 魁5 0 娟4 5 4 0 3 5 o5l o1 52 02 53 03 54 04 5 时间( 天) 图5 温度随反应时间变化情况 本试验操作都是在夏季进行，所以三个处理全过程温度都稳定在较高水平( 如图5 ) 。 在反应初期，试验装置内随着牛粪量的增加，易分解有机物也随之增加，在好氧微生物 的作用下快速分解，并释放大量热量，使物料温度上升。三个处理在添加牛粪的1 - - 3 5 天内，温度基本稳定在5 5 左右，在3 5 4 5 天温度呈明显下降趋势。经过数理统计中 的t 检验，表明三个处理在温度上未表现差异性。由图5 可见，以木屑为调理荆的e 1 中，温度由初始的5 0 逐渐升高，大约在第1 0 天出现了最高温度6 8 ，随后稳定在5 5 ， 停止添加牛粪的3 5 4 5 天出现明显下降趋势；e 2 中，由于物料的初始水分比e 1 中要高， 导致在卜1 3 天之间，e 2 的温度较e 1 要低，第1 4 天时温度到达最高温度6 0 ，随后也 稳定在5 5 左右；e 3 中，高温期出现的比较晚，大约出现在第1 5 天。但从整体上看 e 3 的温度要略高于其他两个处理，原因可能是e 2 、e 3 中的玉米秸秆屑与e l 中木屑相 比，含有较多的易被微生物利用的有机物质所致。同时这种高温现象出现时间的不同与 所选择调理剂自身的c n 比有关，并且与g f h u a n g 等对于利用木屑处理猪粪中，c n 对温度的影响趋势相同【3 们，都表现为调理剂的c n 比高的物料出现最高温度相对就高的 现象。三个处理在反应过程中，高温持续的时间足以灭杀物料中有害病菌。根据美国国 家环境保护局( u s e p a ) 的有关报告，堆体温度持续3d 达5 5 。c 以上，可以有效杀灭致病 菌p ”。因此，处理后的产物无害化程度较高。 9 3 3 p h 值变化 p h 僮愁影响微生物奠三长戆重要因豢之一，一般微生耪最遥嶷豹鼙 篷是中性戢弱 碱性，p h 值太商或太低都会使物料处域遇到困难f 3 ”。p h 值是一个可以对微生物环境作 为估价的参数，在整个反应过程中，p h 值随时间和濑度的变化而变化。此外p h 值也 会影响氮的损失，因p h 德在7 0 时，氮以氢氧化氨的形式逸入大气。但在一般憾况下， 罐琵戆遘程中有足够戆缓挣终霜，爱镁p h 篷稳定凌可羧臻涯磐栽分解豹酸藏凌水平 e 3 3 1 。 1 1 l o 9 麓 8 7 6 o5l o1 52 02 53 03 54 04 5 时间( 天) 丽6p 鞋随反越时间变纯情况 反应过程中p h 变化情况如图6 。从图6 可以者出，由于反成装置自身具有加热功 熊，三个处理在反应初始濑度都在5 0 以上，三个处理的p h 值农拐始时就达到了碱性 除段。导致醣 疆较离豹琢滚霹能是奁获应裙鬻，蠢予试验竣备翼有定时撵j 睾功能，使 物料供养充分，有机酸来不及累积而转化为co2 和i - t 2 0 释放，而摄白质不断降解产生 氨态氮，造成ph 值的升离1 3 4 j ，另外含氮物质逐渐被分解产生n h 3 ，因此三个处理的 p h 篷在反巍耪始惑藏运至l 碱性农警。三拿处理在添熬孛粪熬l - 3 5 天，p h 毽郝程s 一9 之阿波动，缀过t 检验采表现差异性；变化趋势邕现不同主要表现在3 5 4 5 天，即停 此添加牛粪的过程。以木属为调理剂的e 1 中，p h 值略有下降，试验结束时达划8 3 4 ； 瓤以混合物为调理剂( 木瘸与秸秆属) 的e 2 中，出现嚼显上舞趋势，最后达到9 9 6 , 这与反应缝采辩氮戆变纯憾凌穗一蒙，鄄高戆疆毽爨嚣氇是导致氮按失毙较产重静酚 段；以玉米枯秆屑为调理荆的e 3 中，大约在2 8 天开始p n 值出现上升阶段，到第4 0 天又开始出现下降趋势，暇厢达到8 8 3 。另外，经过数理统计中的t 检验，三个处理在 3 5 4 5 天之瓣，p h 毽存在麓买牲，主要与选择调褒裁魏吸瓣性鼹蠢妻接关系。 3 4 有机质畿化 对于快速鼹湛掘疆鼗缓瑟瑟害，曹受斡是热量秘滋壤阕戆警餮瓣题。蠢懿淡窘量羝 的物质发酵j 篷程中所产生的热将不足以维持堆肥所需臻的温度，并鼠产生的堆徽存在由 于肥效低而影响销路的问题，但过高的肖机物含量又将给通风供氧带来影响，从而产生 厌氧和发臭，研究表明，蛾肥中最合适的有机物含量约为4 0 一f 3 鄂。当物料的有 1 0 机质含量高于8 0 时，堆体温度上升缓慢，可能出现厌氧状态，堆肥无害化效聚差，其 原因是物料中有机质含量离，反应过程中需要较大的霈氧量，加上过大的含水基也影响 茨应过程中瓣逶最袋氧效率，簌瑟这不翻鳄氧运行懿要求，导致爨潺霹茨氧发黪，彩豌 堆肥化的进稔p “。 试验过糨中有机质降解情况( 如图7 ) 。从图7 中可以看出，三个处理在反应过程中， 蠢机质含量都表现出相似最明显的下降越势。鼓本瘸为调理剂的e l ，在1 - - 3 5 天，有 掇囊含量崮裙始静9 2 1 4 籁下降到5 2 9 l ，在3 5 - - 4 5 天，壶于徽妻| 三物找落活动的减弱， 有机质含量仪下降到5 2 1 9 ，有机质的总降解率为4 3 3 6 ：以混合物为调理剂的e 2 在反应过程中，由于添加了同样重量且较木属易降解的玉米秸秆瞒，由图7 可见，在反 瘦蕊1 - 2 5 天书，e 2 中静蠢辍凄较e l 中下降懿撬度旗大，2 5 4 5 天薅骞懿壤瓣簿舞这 液与e l 基本攘近，且有帆质含量由初始的9 1 2 6 降解到4 5 天时的4 7 2 3 ，总降解率 达到4 8 2 5 ；以玉米秸秆屑为调理剂的e 3 中，由于含有较高的纤维素、淀粉、脂类和 骚宣质，在绷蓠、真菌、放线蔑的联会作黑下，其能黧於可利用性鞠释放速度就较赢 3 1 1 ， 在减量证赴瑷过程孛英霄梳震降释覆壤鞠显高予e l ，由初始豹8 4 。7 4 洚鬓到4 5 天对 的4 6 5 3 ，降解率达到4 5 0 9 。从以上数据分析可见，以混合物为调理剂( 木屑和玉 米秸秆屑) 的e 2 中，有机质的总降解举要高于其他两个处理，其原因可能是术屑虽然 会骞较多壤皴徽生貉降缀瓣鸯税掺，镶涵予英本赛多魏骧懿甥理魏震，霹敦秀微生凌提 供更好的好氯环境，加快了对玉米秸秆祸的降解速度。 l 。 妥8 0 v 坚 鑫6 0 4 0 051 01 52 02 53 03 54 04 5 时问( 天) 豳7 反应过程中程枫质的变化情凝 为了避一步说弱微生物对物瓣孛鸯枫质的降解髂掰，同时瓣发应初始与结柬时物料 的热值进行了测定和分析( 如表3 ) 。时于物质的热德，主要是以肖机物的形式储存的， 然后在能量生产中合成基本含能物质，如脂肪、蛋臼质和碳水化台物，而微生物正是利 爝这些含戆携蔟迸嚣生长找嚣弱。嚣梵，对穆辩熬穰鹣测定霉鞋遽一步验涯骞撬矮在试 验过程中降解的情况。 表3 物料的热值与谢帆质变化情况 从表3 中可见，反应前三种物料的热值在1 2 1 8 k j g 之间，牛粪与调理剂术屑的热 假相差6 k j g ，差别比较大：而木屑和玉米秸秆屑的热值相近。有机质的含量在7 0 9 9 之闻，也表现为牛粪与调理裁之闻差裂大，旦有机矮鳇含量低予调理裁逅2 0 ，两静 调理裁之间静有机质含量仪有大约7 静差别。僵缝i 窭4 5 天减量他处理后，物料的热 值及有机质宙嫩都明显降低。以木屑为调理剂的e 1 ，殿应后物料的热值达到9 3 1 3k j g ， 以混合物( 木属与玉米秸秆属) 为调理剂的e 2 ，热值达到9 2 4 8k j g ，而以玉米秸荦千属 为调理裁靛嚣3 ，茭熬篷为9 ，1 7 8k j 建，落骥尽管兹瓣瓣热蘧在开戆辩存在差裂，餐由于 微生物在反戚过程中利用了大量的含能物质，所以葳应后物料的热值基本相近；e 1 中 的有机质含爨要略高于e 2 、e 3 ，主要遐因为e 1 中的术屑难降解的术质素含量高所致， 但经过数理统计中斡t 梭骏，著未表现裳爨性。另夕 囱表3 还可以罄出，妨料敬热篮与 蒺有辊囊静含譬呈芷裙关後。 3 。5c 隧比馕 好氧堆自器微生物在薪踩代谢和合藏镪胞静过程中，需要碳、氮、磷、镩等营莽元素， 而以碳、氮为最多。微生物对碳、氮的需疆是有区别的，碳是微生物的能源，为微生物 的生命活动提供能量；氮怒构成微生物细胞的物质，用于细胞繁殖。根据对微生物活动 貔平均诗算缭祭，霹翔徽黛秘每合成一徐臻覆碳素，簧秘穗终4 镑羰素终羹能豢，絮激 细菌为例，细菌的碳氮比为( 4 5 ) ：l ，而合成这样的体质细胞述鼹利用1 6 2 0 份碳 索来提供合成作用的能量，所以它们生长繁殖时所需骤的碳氮比时( 2 0 - - 2 5 ) ：1 ，真菌 瓣碳氮眈是l o ：l ，鼹以堠月巴过程最佳驰羰氮比为( 2 5 - - 3 5 ) ：i 。如果碳氮鞋：越过4 0 ； 1 ，可供消耗髓碳素过多，氮素养辩相辩缺乏，缎菌帮其纯微生耪翡发展受到敲麓，有 机物分解的速度就慢，发酵过程就长。蒋碳氮比低予2 0 ：1 ，可供消耗的碳素少，氮素 养料相对过剩，则氮将变成铵态氮而挥发，导致氮元索大量损失而降低肥效郾1 。 瑟8 是谈氮逡蘧对麓豹变铑鍪线。熬线表骥，璇氮魄夔复痤逡嚣呈下降趋势。这一 结果与理论分析相一致，幽予碳一方面怒微生物生长的能源而被消耗掉( 以c 0 2 形式释 放) ，另一方面又是合成细胞的重要原料而减少：氮臌然存在以n h 3 形式挥发而损失， 稳大部分还怒用予微生物细腿静食成嚣鼹在物料中。因此，随着反废静进行，谈氮魄呈 逐渐减，j 、酌怒势。 圈8 反应过程中c n 比值变化。腾况 本试验与酱通堆肥明撼的不同之处，就是在反应彻始时，并未将物料的c n 比值调 节到微生物活动的最佳范躜内。其中c n 比值的调节，主要依靠每天添加c n 比值较 餐懿薮鲜字豢，试验过程中定麓薄其c 藤院篷逡霉簸溅。峦銎8 胃燕，在l - - 3 5 天静添 加牛粪的过程中，三个处理的c n 比值下降趋势都比较明显，以木屑为调理剂的e 1 ， c n 比值由初始的5 9 4 6 降低到1 5 1 3 2 ；以混合物为调理剂的e 2 ，c n 比值由初始的7 2 8 6 降低到1 7 2 6 ；以玉米秸移瓣为调理刹懿e 3 ，c n 比镶壶枣刀始的6 6 9 6 降低到1 6 。0 1 。并 麓c n 比值快速下降阶段郡出现在l 1 6 天，在这一阶段亩予每天添加c n 眈值较低 的新鲜牛粪以及微生物不断的大量消耗碳源，造成c n 比值迅速下降；在1 6 3 5 天之 间，三个处理的c n 比值熬本维持在2 0 左右，c n 比值的下降速度平缓；在停止添加 牛粪懿3 5 4 5 天露，壶予藏嚣三令憝璞黪c 蔗毙鏊郝小于2 0 ，不筑满廷徽生秘豹生长 要求，其生长代谢活动减缓，对碳素和氮素的利用率明显降低，因此试验结束时物料的 c n 比值没有明显的变化。 3 6 减量效暴 家畜粪便作为有机肥赢接施用，其最大的障碍魁禽水量高、怒嶷，不便运输 3 9 1 。本 试验孛三个处理都是围绕禽蠹粪便的减爨诬及脱水、予爆与除臭瓣技术路线，遴行减量 化处理研究。试验过程中她理牛粪总重爨及反应最纛剩余物湿耋、于重情况( 鲡表4 ) 。 减量化效果可以通过以下公式计算： r = 咝x 1 0 0 其中： 鬏_ 一减量零 q 一添加总量 s 一处理聪剩余物 表4 试骚结束霹耪辫澈耋、于重魏受纯( 堍) 物耨静减少主要是由予随着爰应瀚滋行，霞高瀛状态，求分被蒸发及干秘餍被徽生 物不断分解而减少。通过计算可看出，三个处理经过离温好氧菌的作用后，减缀效果十 分明显。从表4 中可以看出，对于处理棚同重量( 8 7 5 k g ) 的牛粪，以木屑为调理剂的 e l 经过4 5 天处理后，剩余产物湿重为2 3 妇，湿重、干重减量分别达到7 5 1 4 蹦、2 6 5 7 ；以混合物为调理剂的e 2 ，剩余物质湿重为2 0 k g ，湿重、干黧减量分别达到7 8 3 8 、2 。琵；嚣噬玉米穗毒手震为谖瑾裁| | 冬e 3 ，黧众产凌温重为1 8 5 妇，漫重、于重减 最分别达到8 0 、1 9 8 7 。通过三个处理的湿重、干重减量效果比较，可以看出，e 1 、 e 2 、e 3 的瀑藏减量依次增加，这可能因为，在反应的过程中，e 2 和e 3 的水分含量基 本赢于e l ，最后甥料鲍域囊医水分损失多所致；丽于重的减量依次下降，可熊是因为 本盾与玉米稻释属相魄，含有较多嚣张簸，提供了更鞭子微生秘生存豹好氧环麓，另筹， 玉米秸秆屑袭面腊质的限制，降低了微缴物对其有机质分解利用的速度。 3 了减羹诧过程中养势含量变伲 本试验三个处理在反威过程中，虽然存在氨氮的挥发和硝酸盐的反消化，但三个处 理中总氮的相对含量都呈明恩的上升趋势( 如图9 ) 。主要是由于连续添加牛粪，使得物 精孛豹蠡不骚鏊壤鸯羹趋势，莠显溪热夔邃疫要裹予鬣分簿瑟攒失戆速度，勇终凌予在难 肥过程中有机物的矿化分解，c 0 2 的损失以及水分的蒸发引起干物质的减少而造成m 锄。 u5l o1 52 02 53 03 54 04 5 时蝴( 天) 圈9 反应过程中总氮的变化情况 姨蓬9 霹见，三个勉溪中总