采用嗜熱菌酶好氧發(fā)酵工藝快速發(fā)酵雞糞的研究
導(dǎo)讀: 家禽規(guī)?;B(yǎng)殖為市民提供大量肉類、禽蛋及制品的同時(shí)也帶來了大量的廢棄物-禽糞。中國作為畜禽大國每年會(huì)產(chǎn)生大約 27 億 t 畜禽糞便,
家禽規(guī)?;B(yǎng)殖為市民提供大量肉類、禽蛋及制品的同時(shí)也帶來了大量的廢棄物-禽糞。中國作為畜禽大國每年會(huì)產(chǎn)生大約 27 億 t 畜禽糞便, 其中雞糞約有4.1 ×108t,如何將這些廢棄物變廢為寶,相關(guān)人員進(jìn)行了大量研究。
禽糞的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分含量都較高,是制作有機(jī)肥的上好原料。尤其是雞糞,雞攝入的飼料并沒有完全吸收消化,約有 40% -70% 的營養(yǎng)物被排出體外,因此雞糞在所有畜禽糞便當(dāng)中養(yǎng)分是最高的。雞糞中的主要物質(zhì)為有機(jī)質(zhì),施用雞糞增加了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量。有機(jī)質(zhì)可以改良土壤物理、化學(xué)和生物特性,熟化土壤,培育地力。施用雞糞肥料既增加了許多有機(jī)膠體,同時(shí)借助微生物的作用把許多有機(jī)物也分解轉(zhuǎn)化為有機(jī)膠體,這就大大增加了土壤吸附表面,并且產(chǎn)生許多膠黏物質(zhì),使土壤顆粒膠結(jié)起來變成穩(wěn)定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),提高了土壤保水、保肥和透氣的能力,以及調(diào)節(jié)土壤溫度的能力。
但是雞糞不經(jīng)處理或腐熟而直接施用在作物上,則存在很大的害處及隱患: 直接施在土壤中,在合適條件下發(fā)酵并產(chǎn)生大量的熱量,燒毀作物根系; 雞糞本身攜帶大量病菌,給作為帶來病害隱患; 雞糞中鹽分超標(biāo),每立方米雞糞含有 10-15 kg 鹽; 雞糞中抗生素超標(biāo)也是嚴(yán)重的問題。因此必須將雞糞進(jìn)行無害化處理和完全腐熟后才能施用于作物。傳統(tǒng)的雞糞發(fā)酵方法( 露天) 達(dá)到腐熟的時(shí)間常需 1-3個(gè)月,其周圍惡臭難聞,蚊、蠅大量滋生,環(huán)境污染十分嚴(yán)重,且腐熟過程中存在著嚴(yán)重的氮素?fù)p失,很大程度上降低了肥效。國內(nèi)外的研究表明,在雞糞中添加特定的微生物菌劑,能有效促進(jìn)有機(jī)物的降解,加速雞糞腐熟速度,同時(shí)有利于消除致臭物質(zhì),減輕對環(huán)境的污染。雞糞發(fā)酵過程的除臭和脫水主要發(fā)生在高溫階段,高溫期出現(xiàn)的早晚以及維持時(shí)間的長短,直接影響堆肥的發(fā)酵效率。且畜禽糞便中含有大量的病原微生物、寄生蟲、球蟲及其蟲卵,容易引起疾病的傳播,本次試 驗(yàn)溫度控制在 80℃-90℃內(nèi),足以殺死大部分的病原微生物和蟲卵,達(dá)到雞糞無害化處理的要求。
物理學(xué)指標(biāo)包括氣味和顏色等是評價(jià)堆肥腐熟度的重要指標(biāo)。
1、判斷標(biāo)準(zhǔn)是: 堆肥原料具有令人不快的氣味,并在堆肥過程中產(chǎn)生 H2 S、NO2等難聞的氣體,良好的堆肥過程會(huì)使這些氣味逐漸減弱并在堆肥結(jié)束后消失; 堆肥過程中堆料逐漸發(fā)黑,腐熟后的堆肥產(chǎn)品呈黑褐色或黑色。 按照感官評價(jià)的要求,隨機(jī)找 10 人在封閉的房 子里,先對雞糞樣品發(fā)酵的樣品進(jìn)行外觀評價(jià); 為避免樣品不均造成的誤差,將雞糞原料及不同時(shí)間段 發(fā)酵樣品將經(jīng)16目篩網(wǎng)過篩后,分別就氣味、臭味 等指標(biāo),進(jìn)行感官評價(jià)。
2、常規(guī)養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)的檢測樣品中的全氮、全磷( P2O5 ) 和全鉀( K2O) 和有機(jī)質(zhì)采用 NY-525-2012 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測??偟捎脵C(jī)肥料中的有機(jī)氮經(jīng)硫酸-過氧化氫消 煮,轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮。堿化后蒸餾出來的氨用硼酸溶液 吸收,以標(biāo)準(zhǔn)酸溶液滴定,計(jì)算樣品中總氮含量。 磷采用釩鉬酸銨法測定,后根據(jù)分子式折算成 P2O5。鉀采用有機(jī)肥料試樣經(jīng)硫酸和過氧化氫消煮,稀釋后用火焰光度法測定,后根據(jù)分子式折算成 K2O。 有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法,用定量的重鉻酸鉀—硫酸溶液,在加熱條件下,使有機(jī)肥料中的有機(jī) 碳氧化,多余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定, 同時(shí)以二氧化硅為添加物作空白試驗(yàn)。根據(jù)氧化前 后氧化劑消耗量,計(jì)算 有 機(jī) 碳 含 量,乘 以 系 數(shù) 1. 724,為有機(jī)質(zhì)含量。 pH 采用 pH 計(jì)測定,具體為稱取過 Φ1mm 篩的 風(fēng)干樣 5. 0 g 于 100 mL 燒杯中,加 50 mL 水( 經(jīng)煮 沸驅(qū)除二氧化碳) ,攪動(dòng) 15 min,靜置 30 min,用 pH 酸度計(jì)測定。 2. 3. 3 微生物及蛔蟲卵的檢測 利用梯度稀釋法進(jìn)行測定,真菌使用馬丁氏培 養(yǎng)基,放線菌使用高氏培養(yǎng)基,細(xì)菌使用 LB 培養(yǎng)基 測定。糞大腸桿菌 GB /T 19524. 1-2004 和蛔蟲卵死 亡率參考 GB /T 19524. 2-2004 的標(biāo)準(zhǔn)測定。
3、發(fā)芽試驗(yàn):未腐熟的堆肥含有植物毒性物質(zhì),對植物的生 長產(chǎn)生抑制作用,因此可用堆肥和土壤混合物中植 物的生長狀況來評價(jià)堆肥腐熟度[15]。據(jù)有關(guān)報(bào)道, 許多植物種子在堆肥原料和未腐熟堆肥萃取液中生 長受到抑制,而在腐熟的堆肥中生長得到促進(jìn)。 將雞糞原料、4 h、6 h 和 8 h 發(fā)酵的雞糞共 4 個(gè) 樣品做發(fā)芽試驗(yàn),以蒸餾水組作為對照,每個(gè)樣品三 個(gè)重復(fù),每個(gè)瓶子 100 顆快菜種子。具體操作如下: 稱取風(fēng)干有機(jī)肥樣品 5 g 加入燒杯中,加入 60℃ 溫 水 100 mL 浸泡 3 h 后過濾,將濾出液取 10 mL,倒入 鋪有 2 層濾紙的發(fā)芽實(shí)驗(yàn)瓶中,排種 100 粒,對照中 直接加入 100 mL 蒸餾水,進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。一般認(rèn)為 種子發(fā)芽率為 90% 以上即說明產(chǎn)品已腐熟合格。
目前,處理畜禽糞便采用生物菌發(fā)酵模式是國 際處理畜禽糞便的通用方法,也是我國目前大力提 倡的畜禽糞便無公害化處理技術(shù)。傳統(tǒng)露天堆肥過 程中存在著嚴(yán)重的氮素?fù)p失,很大程度上降低了肥 效。除 pH 升高和堆肥溫度增加會(huì)造成氨態(tài)氮的揮 發(fā)外,硝態(tài)氮反硝化( 硝態(tài)氮最終轉(zhuǎn)化為 N2、N2 O) 所致的氣態(tài)氮揮發(fā)也是氮素?fù)p失的主要途徑。 本次試驗(yàn)采用嗜熱菌酶耗氧發(fā)酵工藝,全部反應(yīng)在 反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行,同時(shí) pH 保持穩(wěn)定,減少銨態(tài)氮揮 發(fā)。反硝化作用效果受溫度的影響明顯,中溫階段開始活躍,細(xì)菌數(shù)量有所上升。而在本次試驗(yàn)中,由 于添加嗜熱菌劑并控制溫度在 80℃ 以上,雞糞原料 跳過升溫期直接進(jìn)入高溫期,快速殺死糞大腸桿菌 與病原微生物,之后隨著發(fā)酵的進(jìn)行,細(xì)菌數(shù)量逐漸 下降,只剩下較耐高溫的芽孢桿菌和試驗(yàn)添加菌劑。 待 8 h 發(fā)酵后,細(xì)菌數(shù)量降至 105 數(shù)量級,真菌、放線 菌、糞大腸桿菌和蛔蟲卵均未檢測到,達(dá)到堆肥腐熟 的要 求。充分發(fā)酵的堆肥 要求維持高溫 ( 55- 65℃ ) 一定時(shí)間,使高溫性微生物強(qiáng)烈分解有機(jī)物后,在降溫過程及降至中溫( 40-50 ℃ ) 時(shí)分解纖維素,促進(jìn)氨化作用和養(yǎng)分的釋放,達(dá)到完全腐熟。