猪粪秸秆高温堆肥过程中渗滤液初步研究

于海娇　牛明芬　马建等

摘要：将猪粪与秸秆通过调节水分以配比3 ∶1（以鲜质量计）的比例，采用机械强制通风、人工翻堆的静态高温堆肥方式，研究堆肥过程中各项指标的变化。结果表明，温度、pH值、氨氮含量、种子发芽指数已趋于稳定，初步认为堆肥24 d腐熟基本完全，堆肥过程中，2次堆肥温度均可超过55 ℃。堆肥初期渗滤液排放量较大，之后逐渐降低。2组试验中堆肥渗滤液排放总量在75 mL左右，初步得出堆肥渗滤液产生量与堆肥投料质量线性关系为y=0843×x×A+67485（式中：y为渗滤液产生量，mL；x为堆肥投料质量，kg；A为投料含水率，%）。

关键词：猪粪；秸秆；堆肥；腐熟；渗滤液

中图分类号： S141.4 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）03-0314-02

目前，我国畜禽粪便处理基本以干燥法、焚烧法、堆肥法为主，堆肥处理能力较高，同时可提高土壤养分、改善土壤理化特性、提高农产品产量及品质、改善土壤微生物特性。畜禽粪便高温好氧堆肥初期产生大量高浓度的有机渗滤液，堆肥渗滤液渗到地下，水中的硝态氮浓度、亚硝态氮浓度增加，危害人类健康。HJ 497—2009《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》规定，堆肥场内应建立收集堆肥渗滤液的贮存池，考虑防渗漏措施，不得对地下水造成污染。但是现阶段国内畜禽堆肥场没有对贮存池的渗滤液进行专门处理，有堆肥场将渗滤液用于二次堆肥，堆肥产品中有机物、重金属等含量偏高，限制了堆肥的使用。本研究模拟堆肥并收集渗滤液，通过分析渗滤液的排放量与性质，选择合适的后续处理方法，旨在为渗滤液达标排放提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验装置为有机玻璃制成的密闭容器，长300 mm，宽240 mm，高360 mm，堆肥外套电热毯进行保温，装置底部安装曝气盘进行强制通风，空气泵连接曝气盘进行间歇式通风，人工翻堆，装置底部留有排液管收集滤液（图1）。

1.2 试验初始条件及配比

本试验所用新鲜猪粪取自中国科学院沈阳应用生态研究所生态站，秸秆经粉碎后处理成1～3 cm的小段粒径，试验分为2组，在基本性质相同的情况下，第1组堆肥质量为 15.13 kg，第2组堆肥质量为16.92 kg，堆肥基本性质见表1。

1.3 方法

1.3.1 采样及方法 本试验以猪粪、玉米秸秆为材料，堆肥原料混合均匀，混合后物料含水率55%左右，装置外面包裹电热毯以保证堆体内部温度，每3 d人工翻堆1次，机械间歇式通风，前4 d每3 h通风30 min，之后每6 h通风30 min。堆体中心插入数字温度计，每天10：00、16：00各记录1次堆体温度，取平均值。分别在0、2、4、8、12、16、20、24 d采集3个平行样，用密封袋封存并冷藏在冰箱中，部分样品经自然风干后过100目筛，备用。

1.3.2 检测项目

将3个平行新鲜样品混匀后取1 g放在锥形瓶中，按水肥比10 ∶1用去离子水浸提1 h，用Orion 868型pH计测定pH值，取风干后过100目筛的堆肥样品1 g放入离心管中，加入50 mL去离子水，3 000 r/min离心15 min，过0.45 μm纤维树脂滤膜。用凯氏定氮仪法测定水溶性 NH+4-N、NO-3-N含量，用multi N/C 3100型TOC分析仪测定水溶性碳化二亚胺（WSC）、总氮（TN）含量，用消解仪、分光光度计测定化学需氧量（COD）含量。测定种子发芽指数。

2 结果与分析

2.1 温度变化

堆肥内部温度变化既能反映微生物所具有的活性，又是堆肥稳定无害的重要标志。由图2可以看出，2次堆肥迅速升温至50 ℃以上，从堆肥初始的升温阶段迅速进入高温阶段，温度变化比较敏感，高温阶段反映堆肥前原料配比以及预处理好坏，是有机物在堆肥过程中氧化分解的关键阶段，温度过高或过低都不利于堆肥的进行。2次堆体温度达到50 ℃后，均持续了5～7 d，之后温度迅速下降，随后温度有所回升，最后与环境温度保持一致。从图2可以看出，堆肥分为升温期、高温期、降温期、稳定期，可以从温度变化曲线判断堆肥的进行情况，高温堆肥符合卫生指标《粪便无害化卫生标准》的要求。

2.2 pH值变化

由图3可知，2次堆肥原料的初始pH值呈中性，堆肥结束时pH值为7.0～8.0。堆肥初期微生物分解有机氮，增加了酸性物质，导致pH值下降，之后随着有机物的分解，堆肥中NH+4含量增加，碱性增强。高温阶段嗜热微生物代替中温微生物进行降解活动，此时铵态氮也迅速积累，pH值达到最高，较高的pH值使得氨气逸出堆体，物料有机物分解产生的有机酸含量增加，导致堆体pH值下降。pH值变化呈先降后升趋势，堆肥完成前pH值为8.5～9.0，成品pH值为7.0～8.0。

2.3 水溶性氨态氮（NH+4-N）含量的变化

初期堆肥1次发酵时，有机物在微生物作用下迅速降解，由于初期堆肥含水率比较高，因此生成的氨通过溶解作用以NH+4-N离子的形式存在，氨氮含量不断增加。由图4可知，处理1氨氮含量由初期的2.13 g/kg 迅速增加到3.52 g/kg，高温期开始下降，第12天降到1.15 g/kg，这可能是由于在高温环境下，物料中水分蒸发，引起NH3大量挥发。堆肥第12天左右开始的2次发酵中，NH+4-N的变化规律类似于1次发酵，但作用机理不同。初期是在微生物作用下，2次发酵氨氮在硝化细菌作用下进一步被氧化成NO-3-N，因此NH+4-N含量回升，出现1个小峰值后开始下降。2次堆肥均符合堆肥腐熟标准[1]。氨氮损失比较多，这可能是由于强制机械通风不利于氨氮累积[2]，加快了氨气逸出。

3 结论与讨论

本研究表明，2次堆肥启动后24 d已基本腐熟。堆肥过程中，2次堆肥温度均可超过55 ℃。其中堆肥高温在 50 ℃以上持续了5～7 d，pH值最终稳定在7.0～8.0，满足了堆肥高温无害化卫生标准。堆肥过程中渗滤液排放表现为：初期排放量较大，之后逐渐降低。2组试验中堆肥渗滤液排放总量在75 mL左右，初步得出堆肥渗滤液产生量与堆肥投料质量线性方程为y=0.843×x×A+67.485。

参考文献：

[1]Bernal M P，Paredes C，Sanchez-Monedero M A，et al. Maturity and stability parameters of composts p repared with a wide range of organic wastes[J]. Bioresource Technology，1998，63：91-99.

[2]Sartaj M，Fernandes L，Patni N K. Performance of forced，passive and natural aeration methods for composting manure slurries[J]. Transactions of the ASAE，1997，40（2）：457-463.

[3]Zucconi F，Forte M，Monac A，et al. Biological evaluration of compost maturity[J]. Biocycle，1981，22：27-29.endprint