醋渣高温堆肥利用研究*

冯瑞章，魏琴，周万海，王涛，李阳波

1(宜宾学院发酵资源与应用四川省高校重点实验室，四川宜宾，644000)2(宜宾学院生命科学与食品工程学院，四川宜宾，644000)

食醋是日常生活不可缺少的大宗调味品，在酿造食醋的生产过程中因其用料和生产工艺特点，导致酿造后产生大量醋渣。研究表明，每生产1t标准的固态发酵二级食醋，就有600～700 kg醋渣产生［1］。由于醋渣具有含水量大、酸度高、腐烂慢等特点，简单处理无法提高其附加值，直接作为饲料营养价值不高，作为垃圾处理则既污染环境，又造成一定程度的浪费。目前，对醋渣生产饲料蛋白［2-3］、酱油原料［4］、鲜味剂原料及循环回用［5］、栽培基质［6］、沼气发酵［7］等资源化利用方面有一定的研究，而将醋渣进行高温堆置生产有机肥的研究很少。

醋渣养分含量低，难分解的纤维素、半纤维素及木质素含量较高，通透性强［6］，而作为植物油品加工厂副产品的油菜籽粕，其颗粒较细，通透性较差，但养分含量高［8］。本研究以醋渣为主原料，添加一定量的油菜籽粕为辅料，高温堆置生产有机肥料，争取得到具有应用价值的生产方法和工艺，为醋渣综合利用开辟新途径。

1 材料和方法

1.1 实验材料

醋渣收集于四川省宜宾市天工酿造厂，油菜籽粕购自植物油品加工厂。供试材料理化性状见表1。

表1 堆肥原料的基本性质Table 1 Properties of materials in the compost

1.2 堆置方法

试验于2012年5～6月在宜宾学院发酵资源与应用四川省高校重点实验室外进行，醋渣与油菜籽粕以质量比4∶1混合，调节混合物料的总含水率在59%～61%，尿素调节C/N为25左右，用生石灰调节pH值为7．0～7．1，将所有物料混合均匀后堆成高为1 m，体积约1．5 m3的锥体，设3次重复。

1.3 试验管理及样品采集

堆肥开始后前2周，每3天翻堆1次，以后每7天翻堆1次，观察其颜色和气味变化。每天上午10∶00和下午15∶00分别测定堆肥温度和环境温度。堆肥温度为堆体表面、中部和底部温度平均值，环境温度为堆肥装置周围1 m处温度平均值。堆肥周期为56天，每7天采样1次，采样方式为五点采样法，即在中心及四角部位采集样品共约400～500 g，充分混合后，分成2份，即新鲜样品(贮存于4℃的冰箱中备用)和待风干样品。风干样品磨碎后过0．25 mm筛，用于总有机碳、全氮和纤维素含量的测定，鲜样用于测定含水量、pH值和种子发芽指数(germination index，GI)。

1.4 测定方法

总有机碳含量采用重铬酸钾氧化法测定;全氮采用凯氏定氮法;粗纤维含量采用自动纤维素分析仪测定;含水量采用烘干法测定;pH值采用电极法测定。所有测定项目均设3次重复。

种子发芽指数测定:堆肥新鲜样品与水按1∶10(质量比)比例混合振荡1 h，浸提液经滤纸过滤后待用。把2片直径为9 cm的滤纸放入干净无菌的培养皿中，每个培养皿中均匀播入25粒饱满露白的小麦种子，用移液枪吸取10．0 mL上述堆肥滤液于培养皿中，同时以超纯水为对照，每个样品重复3次。将所有的培养皿放置于25℃培养箱中暗培养48 h，统计发芽率并测定根长，然后计算堆肥浸提液的种子发芽指数 GI［9］。

1.5 数据分析

所有实验数据为3次重复的平均值和标准差，采用SPSS(13．0)软件进行数据的统计分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 堆肥的外观变化

堆肥前醋渣为褐色，油菜籽粕为黄褐色，混合堆体颜色为黄褐色，气味呈醋渣的酸味与油菜籽粕的混合味，堆肥7 d以后，气味逐渐减轻;随着堆肥发酵过程的进行，堆体颜色呈现由浅到深的变化，并从内层开始逐渐发黑;到14 d时，堆体出现白色菌丝，堆料有不同程度的结块现象，堆体质量明显变轻，体积缩小;堆肥结束时，堆体体积缩小到原体积的1/2左右，堆肥成品呈深褐色，无臭味，有较明显的腐殖气息，不吸引蚊蝇，呈疏松的团粒结构。

2.2 堆肥的温度变化

堆肥过程中微生物的活动与温度密切相关，在一定温度范围内，温度每升高10℃，有机体的生化反应速率提高一倍，微生物的种群结构和代谢活力也会随之发生改变［10-11］，尤其是堆肥的高温阶段，不仅能够杀死堆料中所含致病微生物，而且能分解其中的有毒物质，保证堆肥无害化和腐熟［12］。因此，温度是衡量堆肥质量和腐熟程度的重要指标。由图1可知，醋渣堆肥过程呈现4个典型的温度阶段，即升温期、高温期、降温期和稳定期。在堆肥的初始阶段，随着堆置时间的延长，堆体温度逐渐上升，堆肥第11天堆体温度达到50．6℃，第19天达到最高温度64．2℃，随后温度虽然逐渐下降，但堆温高于50℃的时间一直持续到第24天，从堆肥第33天开始，堆体温度基本与环境温度接近，直至堆肥结束。堆肥高温期堆体内部温度在50～55℃持续5～7 d或大于55℃的时间达到3d以上才能有效地杀灭物料中含有的致病微生物，从而保证堆肥的卫生学指标合格，实现有机物转化为稳定的腐殖质［13-14］。本实验中醋渣堆肥的最高温度为64．2℃，高于50℃的时间为13 d，完全能实现《粪便无害化卫生标准 (GB7959，87)6》［14］的要求。

图1 堆肥过程温度变化Fig．1 Changes of temperature during composting

2.3 堆肥水分含量和pH值变化

由图2可知，在整个醋渣堆置过程中堆体水分含量呈下降趋势，堆肥初期含水率为61．2%，到堆肥结束时降为27．8%，水分含量降低了33．4%，堆肥过程中堆肥物料含水率的下降，与堆体温度和高温维持时间有关，也与堆体的透气性有关［15］。

适宜的pH值是微生物有效降解有机质的重要环境因素，pH的变化可以有效反映堆体中微生物的降解活动，pH值过高或过低都会影响微生物的降解活动，进而影响堆肥产品的质量和腐熟度。由图2看出，醋渣堆肥初期pH值随着堆制过程的进行而逐渐升高，到第21天时，pH值由最初的7．0升高到8．2，这可能是由于在堆肥前期微生物活动使物料中含氮化合物水解和氨化作用，及高温使有机酸挥发造成氨的积累和氢氧根的产生;随后由于后期微生物活动和氨化作用减弱、铵态氮逐渐转化为亚硝态氮及硝态氮、硝化作用增强，释放的H+不断增多等原因，堆体pH值开始下降［16］，到堆肥结束时，堆体pH值降至7．3。

2.4 堆肥的总有机碳、全氮及纤维素含量变化

堆肥腐熟是有机物的降解过程，表现为堆肥物料有机质含量的降低，由表2可知，在堆肥初期，堆体总有机质含量为775．2 g/kg，到第35天时，有机质含量降低至602．4 g/kg，较初期降低了22．5%，堆肥结束时，堆体有机质含量较初堆时降低了32．3%，说明在醋渣堆肥的过程中堆体的有机质含量呈明显的下降趋势，且表现为前期(35 d前)降低较快，后期相对较慢。这可能是因为在堆肥前期微生物主要利用可溶性糖和有机酸、淀粉等易分解的有机质，而中后期随着易降解物质的减少，微生物需利用较难降解的有机物质(如纤维素、半纤维素和木质素等)作为碳源，这些纤维素、半纤维素的利用，导致堆体的纤维素含量在堆肥后较堆肥前降低了约28．1%，且堆体中纤维素含量降低的速率在堆肥前期(35 d前)明显低于堆肥后期。

图2 堆肥过程水分含量和pH值变化Fig．2 Changes of water content and pH value during composting

表2 堆肥过程中总有机碳、全氮及纤维素含量变化Table 2 Changes of total organic carbon，total nitrogen and coarse fibers during composting

堆肥过程中的氨氮损失和微生物的同化作用同时存在，共同影响堆肥中全氮的含量，由表2可知，在醋渣堆肥的过程中，堆体全氮含量有一定升高，堆肥结束时堆体的全氮含量较初堆时增加了10．0%，虽然全氮的增幅不是很大，但C/N值的变化较大，由堆置初期的25．1降至结束时的15．3。一般认为腐熟的堆肥C/N值应小于20［17］，但由于不同物料的初始和终点C/N值的差异很大，而且许多堆肥原料的初始C/N值较低，从而影响了这一参数的广泛应用［18］。Morel等认为C/N值小于20只是堆肥腐熟的必要条件，建议采用T=(终点C/N)/(初始C/N)来评价腐熟度，并提出当T小于0．6时堆肥达到腐熟［19］。也有人认为腐熟的堆肥T值应在0．53～0．72或者 0．49～0．59［20-21］，本研究的 T 值为 0．61，达到堆肥腐熟要求。

2.5 堆肥的种子发芽指数

随着醋渣堆肥时间的延长，种子发芽指数(GI)呈现先降低再上升的趋势，在堆置初期，浸提液处理种子后小麦种子发芽率约为16%，堆肥开始以后，由于堆肥前期产生的高浓度氨、小分子有机酸及多酚、胺类等有害物质对种子发芽产生抑制，到堆肥的第7天和14天GI分别降至7%和3%，达到最低值;随后GI值逐渐上升，堆肥结束时GI为81%，达到堆肥没有植物毒性或堆肥已经腐熟的要求［22］。

图3 堆肥过程种子发芽指数变化Fig．3 Changes of germination index during composting

3 结论

以醋渣为主要原料，与油菜籽粕以4∶1的质量比混合，调节混合物料的总含水率、C/N和pH值，然后将混合物料进行好氧堆肥。堆肥结束后，堆体的体积变小、质量变轻、颜色变深，团粒结构疏松，且有明显的腐殖气息。堆肥过程中，堆体的最高温度达到64．2℃，且大于50℃的高温持续时间达到13 d;堆肥过程中物料的水分含量持续降低，堆肥结束时的水分含量较堆置前降低了33．4%;pH值呈现先升高、后降低的趋势，在第21天使达到最高值8．2，随后逐渐降低，到堆肥结束时，堆体pH值降至7．3;堆肥结束后物料的总有机碳、粗纤维含量分别较堆肥前降低了32．3%和 28．1%，全氮含量较堆置前增加了10．1%，C/N 由 25．1 降低到 15．3;堆肥结束时种子发芽率指数达到81%，符合堆肥腐熟标准。由此可见，醋渣具有较好的高温堆肥潜力，利用好氧高温堆肥技术处理醋渣既能变废为宝，又有利于环境保护。

［1］蒋爱国．酱油渣醋渣加工优质饲料技术［J］．农村新技术，2008(10):32-38．

［2］刘军．醋渣生产蛋白饲料的研究［J］．中国酿造，2000(2):18-19．

［3］庄桂．糖化醋渣制取酵母单细胞蛋白物料酿造酱油的研究［J］．中国酿造，2005(11):26-29．

［4］梁峙．应用生物技术处理醋渣制取酱油［J］．中国调味品，2002(3):16-21．

［5］马学曾．鲜醋渣循环利用的研究［J］．江苏调味副食品，2005，22(2):32-34．

［6］赵秀芳．醋渣中药渣栽培灵芝试验［J］．食用菌，1998(4):21-21．

［7］陈智远，谭婧，丁琦，等．醋渣沼气发酵潜力的研究［J］．中国沼气，2010，28(3):25-27．

［8］王引权，吴小琴、朱田田．中药固渣堆肥利用研究［J］．中药材，2008，31(11):1 622-1 624．

［9］冯致，李杰，张国斌，等．不同微生物菌剂对玉米秸秆好氧堆肥效果的影响［J］．中国蔬菜，2013(12):82-87．

［10］杜吴鹏，高庆先．中国城市生活垃圾处理及趋势分析［J］．环境科学研究，2006，19(6):115-120．

［11］韩凌，王佳，李书舒．再生资源开发利用产业化中回收体系特征的初步分析［J］．环境科学研究，2003，19(2):120-123．

［12］王瑶，王宏燕，赵伟．微生物菌剂对玉米秸秆堆肥的作用效果研究［J］．黑龙江农业科学，2013(8):28-31．

［13］王洪，涛陆，文静．农业固体废弃物处理与资源化技术［M］．北京:中国环境科学出版社，2006．

［14］GB7959-87．粪便无害化卫生标准［S］．

［15］龚建英，田锁霞，王智中，等．微生物菌剂和鸡粪对蔬菜废弃物堆肥化处理的影响［J］．环境工程学报，2012，6(8):2 813-2 817．

［16］赵玉娇，贺萌，呼世斌，等．牛粪和红薯秸秆静态高温堆肥研究［J］．农机化研究，2012(12):218-222．

［17］张宁，伍玉鹏，王冲．添加无机养分对高温堆肥化的影响［J］．土壤通报，2012，43(4):910-915．

［18］Golueke C G．Principles of biological resource recovery［J］．Biocycle，1981，22:36-40．

［19］Morel J L，Colin F，Germon J G，et al．Methods for the evaluation of the maturity of municipal refuse compost．Gasser J K R．In composting of agricultural and other wastes［C］．London＆ New York:Elsevier Applied Science Publishers，1985，56-720．

［20］Itavaara M，Vikman M，Venelampi O．Window composting of biodegradable packaging materials［J］．Compost Science＆ Utilization，1997，5(2):84-92．

［21］ZHANG Yun， HE Yong． Concomposting solid swine nanure with pine sawdust as organic substrate［J］．Bioresource Technology，2006，97(16):2 024-2 031．

［22］Tiquia S M，Tam N F Y．Characterization and composting of poultry litter in forced-aeration piles［J］．Process Biochemistry，2002，37(8):869-880．