介绍粪便堆沤处理生产有机肥的技术!改良土壤增地力

意义

随着畜牧养殖业的不断发展，规模化养殖场、养殖小区不断出现，大量的畜禽粪便随之产生。由于得不到及时、有效地处理，许多养殖场周边粪汤四溢，蚊蝇乱飞，恶臭扑鼻，严重污染环境，危及到广大农民的身体健康。另一方面，畜禽粪便是我国传统的有机肥料，养分齐全，有机质含量高，适量施用不仅可改良土壤，还可提高农产品品质与产量。由于农业生产长期大量使用化肥，使土壤有机质含量日益减少，土壤板结，养分流失，保水保肥性能下降，对土壤的污染也日趋严重，农业害虫的抗药性不断增强，已成为制约我国“三高”农业发展的重要因素之一。

近年来，许多科研院所和企业开展了大量的技术研发和推广工作，在引进、消化、吸收国外同类技术的基础上，已经初步形成能源环保、能源生态等模式的畜禽粪便综合利用技术，相应的配套设备、设施、产品技术也基本完善。高效、低耗的畜禽粪便处理技术也进一步得到完善和提高。可以预料，畜禽粪便的无害化、资源化处理和资源综合利用是今后我国畜禽粪便处理技术的发展方向，这也必将有利于我国农业可持续发展和农业污染的治理。

原理

根据堆肥过程中微生物对氧气的需求情况，可以把堆肥方法分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。通常好氧堆肥堆温高，一般在55～60℃左右，极限可达80～90℃，所以好氧堆肥也称为高温堆肥;厌氧堆肥则是在无氧条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。

按照好氧发酵和厌氧发酵的原理不同，好氧堆肥原理是在有氧条件下，利用好氧微生物的作用来进行的。在堆肥过程中，畜禽粪便中的可溶性物质通过微生物的细胞膜被微生物直接吸收;而不溶的胶体物质，先被吸附在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。

堆肥的方法

所谓的堆肥就是在人工控制下，在一定的温度、湿度、碳氮比以及通风的条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物的发酵作用，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质生化转化的微生物学过程，即人们常说的有机肥腐熟过程。

堆肥方法通常有三种。

第一种按是否需要氧气划分，有好氧堆肥(有氧状态)和厌氧堆肥(无氧状态)两种；

第二种是按堆肥温度划分，有高温堆肥和中温堆肥；

第三种是按机械化水平来划分，有露天自然堆肥和机械化堆肥。

习惯上人们都按好氧堆肥和厌氧堆肥区分。现代化堆肥工艺基本都是好氧堆肥，这是因为好氧堆肥具有温度高、基质分解比较彻底、堆制周期短、异味小、可以大规模采用机械处理。厌氧堆肥是利用厌氧微生物完成分解反应，空气与堆肥相隔绝，温度比较低，工艺比较简单，产品中氮保存量比较多，但堆制周期太长、而且比较浓烈的臭味、产品中含有分解不是特别充分的杂质。

好氧堆肥的过程，一般分为三个阶段。

首先是中温阶段。中温阶段也称产热阶段，是指堆肥过程的初期，堆层基本呈15～45℃的中温，嗜温性微生物较为活跃而且利用堆肥中可溶性有机物进行旺盛的生命活动。这些嗜温性微生物包括真菌、细菌和放线菌，主要以糖类和淀粉类为基质。

经过中温堆肥阶段后进入第二阶段，也就是高温阶段。当堆温升45℃以上时即进入高温阶段，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，取而代之的是嗜热微生物。堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分解，堆肥中复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。

然后进入堆肥的第三个阶段：降温阶段。在发酵后期，只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质。此时微生物的活性下降，发热量减少，温度下降，嗜温性微生物又占优势，对残余较难分解的有机物做进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，堆肥进入腐熟阶段，需氧量也大大减少，含水率降低，堆肥孔隙度增大，氧扩散能力增强，此时只需自然通风。

厌氧堆肥原理。

厌氧堆肥是在缺氧条件下利用厌氧微生物进行的腐败发酵分解，其最终产物除了二氧化碳和水以外，还有氨、硫化氢、甲烷和其他有机酸等物质，其中氨、硫化氢等物质有异臭气味，而且厌氧堆肥需要的时间也很长，完全腐熟往往需要几个月的时间。传统的农家肥就是厌氧堆肥。

厌氧堆肥过程主要分为两个阶段：

第一阶段是产酸阶段。

产酸菌将大分子有机物降解为小分子的有机酸和乙酸、丙醇等物质。

第二阶段为产甲烷阶段。

甲烷菌把有机酸继续分解为甲烷气体。

厌氧过程没有氧参加，酸化过程产生的能量较少，许多能量保留在有机酸分子中，在甲烷细菌作用下以甲烷气体的形式释放出来。厌氧堆肥的特点是反应步骤多，速度慢，时间长。

影响堆肥过程的因素

影响堆肥过程的因素主要有以下七个方面：

1、碳氮比。

在微生物分解所需的各种元素中，碳和氮是最重要的。碳氮比与堆肥温度有关，原料碳氮比高，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其它微生物的生长就受到限制，有机物的分解速度就慢，发酵过程就长。如果碳氮比例高，容易导致成品堆肥的碳氮比过高，这种堆肥施入土壤后，将夺取土壤中的氮素，使土壤陷入“氮饥饿”状态，影响作物生长。但是碳氮比过低，特别是低于20:1，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则原料中的氮将变成氨态氮而挥发，导致大量的氮素损失而降低肥效。

为了使参与有机物分解的微生物营养处于平衡状态，堆肥碳氮比应满足微生物所需的最佳值25～35:1，粪便的碳氮比含量较低，应通过补加含碳量高的物料(如秸秆)来调节碳氮比。以含水率75% 的鸡粪为例，按重量比，添加秸秆的比例大约为鸡粪：秸秆=5:1。

2、含水率。

堆肥原料的最佳含水率通常是在50%～60%左右。当含水率太低(<30%)时将影响微生物的生命活动，太高也会降低堆肥速度，导致厌氧菌分解并产生臭气以及营养物质的沥出。不同养殖工艺畜禽粪便的含水率相差很大，通常采用干清粪工艺粪便的含水率为75%～80%。堆肥物料的含水率还与设备的通风能力及堆肥物料的结构强度密切相关，若含水率超过60%，水分就会挤走空气，堆肥物料便呈致密状态，堆肥就会朝厌氧方向发展，此时应加强通风。反之，堆肥物料中的含水率低于20%，微生物将停止活动。

3、温度。

对堆肥而言，温度是堆肥得以顺利进行的重要因素，温度会影响微生物的生长，一般认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌。堆肥初期，堆体温度一般与环境温度相一致，经过中温菌1～2天的作用，堆肥温度便能达到高温菌的理想温度50～65℃，在这样的高温下，一般堆肥只要5～6天即可达到无害化要求。过低的温度将大大延长堆肥达到腐熟的时间，而过高的堆温(≥70℃)将对堆肥微生物产生不利影响。

4、通风供氧。

通风供氧是堆肥成功的关键因素之一。堆肥需氧的多少与堆肥物料中有机物含量有关，堆肥物料中的有机碳越多，其耗氧率越大。堆肥过程中合适的氧浓度为18%，一旦低于18%，好养堆肥中微生物生命活动将受到限制，容易使堆肥进入厌氧状态而产生恶臭。

5、pH值。

pH值对微生物的生长也是重要影响因素之一，一般微生物最适宜的PH值是中性或弱碱性，pH值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难。此外，pH值也会影响氮的损失，因此，PH值在7.0以上时，氮以氨的形式挥发。但在一般情况下，畜禽粪便的pH能满足发酵要求。

6、接种剂。

向畜禽粪便中加入接种剂(微生物菌剂)可以加快堆腐物料的发酵速度。向堆肥中加入分解较好的厩肥或加入占原始物料10%～20%的腐熟堆肥，能加快发酵速度。在堆制过程中，按自然方式形成了参与有机废弃物发酵以及从分解产物中形成腐殖质化合物的微生物群落。通过有效的菌系选择，可以从中分离出具有很大活性的微生物培养物，建立人工种群与堆肥发酵要素母液。

7、堆肥原料尺寸。

因为微生物通过在有机颗粒的表面活动，所以降低颗粒物尺寸，增加表面积，将促进微生物的活动并加快堆肥速度;另一方面，如果原料太细，又会阻碍堆层空气的流动，将减少堆层中可利用的氧气量，反过来又会减缓微生物活动速度。因此，为了加快发酵过程，应在保证空气通透的前提下尽量减小堆肥原料的尺寸。畜禽粪便本身呈稠浆状，一般需添加大尺寸物料增加孔隙度。

堆肥腐熟度

堆肥腐熟度是指有机废弃物经过发酵处理后达到无害化指标的程度，是评价堆肥能否安全用于农业生产的指标。

堆肥是否腐熟可采用眼观、鼻闻、手摸的简便方法来判断。

腐熟的堆肥具有以下几个特点：

(1)堆肥温度下降并趋于环境温度;

(2)基本没有臭味;

(3)外观呈褐色，团粒结构疏松，堆内物料带有白色菌丝。

有机废弃物生产有机肥的方法

随着我国农业生产的发展，农业有机废弃物数量急剧增长，使得有机废弃物大量堆积，养分流失，污染环境。有机肥是最有效的消纳有机废弃物资源的手段。目前，有机废弃物好养发酵方式应用较普遍的通常有四种：即平地堆置法、发酵槽发酵法、塔式发酵法与滚筒发酵法。

1、平地堆置发酵法。

在发酵棚中将调配好的原料堆成2米宽、1.5米高的长垄，每天翻1～2次，35～60天腐熟。此种形式的特点是投资较少，操作简单。

2、发酵槽发酵法。

发酵槽为砖混结构，槽长度30～40米、宽6～8米、深2米左右，可以若干个槽并列组合，置于封闭或半封闭的发酵房中。发酵房顶棚采用透光材料，以充分利用太阳能。发酵槽底部埋设通气管，物料填入后采用高压送风装置定时强制通风，以保持槽内通气良好，促进微生物迅速繁殖。采用铲车或专用发酵翻堆设备定期翻动，一般每天翻动1～2次。经过30天左右发酵，温度由最高时的70～80℃逐步下降趋于稳定，物料就腐熟了。

3、塔式发酵法。

发酵塔为矩形塔，内部为分层结构，层数可根据需要设定，上下通风透气、体积可大可小，可多个塔组合。有机废弃物被提升到塔的顶层，通过自动翻板定时翻动，物料随之落到下层。按照设定的发酵时间发酵物料逐层落到底层，发酵过程结束。塔式发酵采用钢质翻板，长期浸泡在含有腐蚀性物质的有机废物中，易腐蚀生锈，发酵塔的寿命会受到影响。

4、滚筒式发酵法。

发酵滚筒为钢结构，并设有驱动装置，安装成与地面倾斜1.5～3°的角度，采用皮带输送机将畜禽粪便送入滚筒，滚筒定时旋转，一方面使物料在翻动中补充氧气，另一方面，因为滚筒是倾斜的，在滚筒转动过程中，物料由进料端缓慢向出料端移动。当物料移出滚筒时，物料已经腐熟。

由于好氧发酵有一些条件的限制：如含水率：45%～60%；环境温度：15℃以上;碳氮比：25/1～35/1。

因此无论采用哪种堆肥方法，都必须掌握以下几个步骤：

1、水分调节

水分为微生物生长所必需，在堆肥过程中，按重量计算50～60%的含水率最有利于微生物分解。畜禽粪便的含水率一般在75～80%，一般采用含水率比较低的秸秆进行调节。

2、控制发酵温度

有机物料正常发酵的重要条件之一是适宜的温度。在气候寒冷的地区，为了保证发酵过程正常进行，需采用加温保温措施。目前比较经济可行的办法是利用太阳能对物料加温与保温，可利用温室大棚的原理设计发酵设施。发酵设施应采用透光性能好、结实耐用的PVC或玻璃钢等屋面材料与墙体材料。发酵设施冬天应封闭良好，具有良好的保温性能;同时应通风方便，以提供物料发酵所需要的氧气。

3、调节碳氮比

通常畜禽粪便的碳氮比是低于20：1的，而秸秆的碳氮比高于50：1，那么发酵物料的碳氮比调整到25～35：1的话，可以在畜禽粪便中添加一部分秸秆，一方面调节碳氮比，另一方面由于秸秆含水率低还可起到调节物料含水率的作用。

4、翻堆

通气性是影响堆肥温度和发酵效果的重要因素。翻堆的目的是改善堆内通气条件，散发水分，促进高温有益微生物的繁殖，使堆温达到60～70℃，加速发酵物料的转化，从而达到混合均匀、受热一致、腐熟一致。可采用人工翻堆，也可采用轮式翻堆机、装载机、深槽好氧翻堆机等机械来翻动物料。在发酵过程中，每天翻动1～2次比较适宜

5、筛分

为了提高有机肥料产品的商品价值，便于包装贮存，一般采取筛分工艺分选出大块物料。筛分设备有圆筒筛、振动筛等不同类型，如果为了减少投资，也可采用人工筛分的办法，筛上物集中填埋或作为发酵辅料回用，筛下物可作为有机肥料产品。

堆肥技术的设备

堆肥设备包括原料处理、翻堆、混合等设备。

1、破碎设备。

破碎的目的是把秸秆、蘑菇棒等大块物料粉碎到处理工艺所要求的大致均匀的形状和尺寸。在堆肥过程中，大尺寸物料经粉碎得到颗粒均匀的物料，使其中有机物的表面积增加可以有效促进有机物的好氧分解，缩短堆肥发酵周期，同时也保证堆肥产品的颗粒要求。破碎设备主要有锤片式粉碎机、链条式粉碎机、切割机等。

2、翻堆设备。

翻堆设备主要有轮式行走翻堆机、螺旋式翻堆机(深槽好氧发酵搅拌设备)、链板式翻堆机、铣盘式翻堆机等类型。目前，在许多畜禽养殖场运用比较多的有深槽好氧发酵搅拌翻堆机。

3、混合设备。

混合设备主要有斗式装载机、转鼓混合机、搅拌机等。混合设备的性能直接影响发酵原料的混合均匀度，这关系到堆肥过程能否顺利进行。在小规模堆肥厂，斗式装载机由于其功能比较多、价格比较低等优点被广泛采用。

4、输送设备。

堆肥厂的输送设备主要是用于堆肥厂内物料的提升与搬运。它用来完成新鲜粪便、堆成品和废渣的运输。堆肥厂内的运输传动形式有很多种，关键在于合理选择，这是确保工艺流程的实施、提高畜禽粪便处理效率、实现堆肥厂机械化、自动化的有效保障。同时它也是降低工程造价和工厂运行成本的重要环节。

堆肥厂常用的运输设备有板式输送机、皮带输送机、斗式提升机、螺旋输送机等。

5、筛分设备。

筛选设备是用来将发酵产品中各组分进行分类的机械装置，如畜禽粪便中的石头、没有发酵完全的秸秆等物料，以提高有机肥的商品品质。常用的筛选设备有滚筒筛、振动筛等。