重金属含量超标粪便肥料化技术研究

夏玉秀 高明芳 陈军霞 鞠鑫鑫 宋丽芬*

1.中国农业大学烟台研究院，山东 烟台 264670；2.山东中农三月环保科技股份有限公司，山东 烟台 264006

畜禽饲料中添加微量元素（砷、铜、锌、铬等）可有效预防疾病和提高饲料效率。大量研究表明，猪粪中重金属元素超标现象明显，且与饲料中重金属含量呈显著正相关关系[1]。潘寻等对山东省21家养猪场的126个猪粪样品进行取样分析，检测数据表明猪粪中含有铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb），其中As、Cu、Zn存在超标[2]。

肥料化是目前粪便肥料化利用的主要方式。《有机肥料》（NY 525—2012）、《 有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）等肥料标准对产品中的重金属限量进行了规定。重金属超标的粪便肥料化利用是目前粪便处理的难点。《有机肥料》（NY 525—2012）、《有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009 ）两者间比较，《有机-无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）的重金属限量值高于《有机肥料》（NY 525—2012）。

本研究以猪粪为原料，通过添加辅料后进行好氧堆肥，降低堆肥产物中的重金属含量，并且探讨生产有机肥料和有机—无机复混肥料的可行性，为重金属含量超标的粪便肥料化提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

材料为取自烟台市某规模化养殖场的猪粪，以及市面上销售的花生壳料。其养分含量和重金属含量如表1和表2所列。

表1 猪粪和花生壳粉基本理化性质

表2 猪粪和花生壳粉重金属含量 mg/kg

由表2 可知，猪粪中As和Hg含量超过《有机肥料》（NY 525—2012）限定值，Hg的含量超过《有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）限定值。

1.2 方法

将花生壳粉、猪粪过筛按碳氮比25:1混合（花生壳粉与猪粪的干重比例为1:1.14），调节含水量约55%，装入底面半径为0.4m、高为1.0m的有盖塑料桶内。发酵原料75kg堆制36d，采用空压机通气。在堆体升温期每2天翻堆1次高温期每天翻堆1次降温阶段每3天翻堆一次。发酵结束后测定堆肥物料的基本理化性质。

烘干的堆肥物料中添加尿素、磷酸二氢铵和硫酸钾生产有机—无机复混肥料（9-4-4）。有机—无机复混肥料的各项指标测定参考《有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）。

2 结果与分析

2.1 发酵过程中温度的变化

堆肥过程的完成，即堆肥达到稳定化的指标一般以腐熟度表示，目前衡量腐熟度的指标可分为物理指标、化学指标、生物学指标以及毒理学指标。《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）规定好氧发酵的卫生要求：人工翻堆是堆温≥50℃至少持续10 d或者堆温≥60℃至少持续5d，机械翻堆是堆温≥50℃至少持续2d。由图1可以看出，本试验中发酵的最高温度为78℃，堆温≥50℃持续10d，堆温≥60℃持续5d，符合《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）规定。

2.2 堆肥前后物料的基本理化性质与重金属含量分析

原料堆肥后，有机质、碳氮比和全氮含量下降，全磷、全钾和总养分含量上升（表3）。堆肥产物的有机质含量和总养分含量符合《有机肥料》（NY 525—2012）标准，但是含水量超过限定值。

由于堆肥过程中物料总质量的下降，造成物料中重金属含量的相对累积，因此堆肥后产物中重金属含量上升，As和Hg含量超过《有机肥料》（NY 525—2012）标准中的限定值。堆肥后产物中Hg含量超过《有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）标准中的限定值。

表3 堆肥后产物基本理化性质

图1 发酵温度变化

2.3 有机—无机复混肥料的配制与理化性质分析

堆肥后产物中As和Hg含量超过《有机肥料》（NY 525—2012）标准中的限定值，即使通过烘干降低堆肥后产物的含水量≤30%，仍达不到商品有机肥料的标准。因此本研究通过向堆肥后产物中添加化学肥料生产有机—无机复混肥料，从而进一步降低产品中的重金属含量；《有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）中重金属的限定值高于《有机肥料》（NY 525—2012）， 增加了重金属含量高的有机原料肥料化的可行性。

因此本项目以堆肥产物为主要原料，添加尿素、磷酸一铵和硫酸钾为辅料，配制有机—无机复混肥料（9-4-4）。4种物料质量比例（干重）为：堆肥产物:尿素:磷酸二氢铵:硫酸钾=73.02:45.83:6:5.12。

配制有机—无机复混肥料时需要添加化学肥料，因此进一步稀释了发酵物料中的重金属含量，产品中重金属含量符合《有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）限定值。产品中的Cu、Zn含量分别为252.11mg/kg、565.29mg/kg，高于其他重金属的含量，但是《有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）对Cu、Zn含量无限定。

3 结论

本试验所用的猪粪中As和Hg含量超过了《有机肥料》（NY 525—2012）限定值。即使添加花生壳粉进行好氧堆肥，堆肥后产物中As和Hg含量仍超过了《有机肥料》（NY 525—2012）标准中的限定值；本试验中发酵的最高温度为68℃，堆温≥50℃持续10d，堆温≥60℃持续5d，符合《粪便无害化卫生要求》（GB 7959—2012）规定；堆肥产物中Hg含量超过《有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）限定值。配制有机—无机复混肥料时添加化学肥料，稀释了发酵物料中的重金属含量，产品中重金属含量符合《 有机—无机复混肥料》（GB/T 18877—2009）限定值。