有机堆肥发酵的初始条件及原料配方

2017-04-19  来自: 鹤壁市百惠生物科技有限公司 浏?#26469;?#25968;:630

堆肥生产中,如果仅仅通过感官或经验来判断原料搭配是否合理、水分调节是否适宜,往往偏差较大,特别是当原料或工艺发生变化时,差异会更大,这也是造成产?#20998;?#37327;不稳定的重要原因。要优化堆肥条件和配方,必须按照原料理化参数,通过科学的计算来确定。
堆肥配方的形成就是对C/N和水分的平衡过程,目的是使它们均处于合理的范围内。
通常一个指标先调整合适后,堆肥的配方就可基本确定下来,若需要进一步调整比例,则一般要在不明显影响第一个指标的情形下对第二个指标进行优化。
一、   C/N
   堆肥化过程中,碳素是堆肥微生物的基本能量来源,也是微生物细胞构成的基本材料。堆肥微生物在分解含碳有机物的同时,利用部分氮素来构建自身细胞体,氮还是构成细胞中蛋白质、核酸、氨基酸、酶、辅酶的重要成分。
   据研究,一般情况下,微生物每消耗25g有机碳,需要吸收1g氮素,微生物分解有机物较适宜的C/N为25左右。C/N过高,微生物生长繁殖所需的氮素来源受到限制,微生物繁殖速度低,有机物分解速度慢,发酵时间长;有机原料损失大,腐殖质化系数低;并?#19968;?#20250;导致堆肥产品C/N高,施入土壤后易造成土壤缺氮,从而影响作物生长发育。C/N过低,微生物生长繁殖所需的能量来源受到限制,发酵温度上升缓慢,氮过量并以氨气的形式?#22836;牛?#26377;机氮损失大,还会散发难闻的气味。合理调节堆肥原料中的碳氮比,是加速堆肥腐熟,提高腐殖化系数的有效途径。
   常见的有机固体废物含碳量一般为40~55%,但氮的含量变化却很大,因此C/N的变幅也较大。一般禾本科植物的C/N较高,大约在40~60之间,畜禽粪便、城市污泥C/N较低,大约为10~30。为达到理想的堆肥有机物分解速度,通常用C/N较高的秸杆粉、草炭、蘑菇渣等与C/N较低的畜禽粪便、城市污泥等进行混合调整。在堆肥化过程中,由于微生物的作用,有近2/3的碳素会以CO2的形式?#22836;?#20986;来,剩余部分与氮素一起合成细胞生物体,所以堆肥化过程是一个C/N逐渐下降并趋于稳定的过程,腐熟堆肥的C/N一般为15:1左右。 此外,不同的堆肥原料其适宜的C/N也存在差异,这种差异主要有两方面构成,一方面为取决于堆肥原料中有机物的生物有效性(或可降解性,表3-3),另一方面取决于堆肥原料粒度。虽然从理论上讲堆肥物质中的大多数碳是可以利用的,但也存在一些很难生物降解的有机化合物,如木材中的木质纤维素,因此,当这类物质含量较高时,应设置一个较高的C/N值;相同原料由于粒度不同,比表面积存在差异,可被微生物利用的碳或者说其被微生物分解的速度也存在差异,这些都是进行堆肥C/N设计时应考虑的。
表3-3  某些有机基质的可降解性

11.jpg

二、水分
     堆制过程中保持适宜的水分含量,是堆肥制作成功的首要条件。由于微生物大都缺乏保水机制,所以对水分极为敏感。当含水量在35%~40%之间时,堆肥微生物的降解速率会显著下降,但水分下降到30%以下时,降解过程会完全停止。通常有机物吸水后会膨胀软化,有利于微生物分解;水分在堆肥中移动时,所带菌体也会向四周移动和扩散,并使堆肥分解腐熟均匀;水中溶解的各种物质还会为微生物营养,并为微生物的繁殖创造条件。水分太少,微生物活动受限制,影响堆肥速度;水分太多,会堵塞堆肥物料间空隙,影响其通?#24863;裕?#26131;形成厌氧状况,并产生臭气,养分损失大,堆肥也同样缓慢。堆制过程中不同的原料具有不同的最适水分上限,并由这些原料物质的粒径和结构特性所决定。
    对于绝大多数堆肥混合物,推荐的含水量上限为50%~60%。一般情况下,可以用不太精确的挤压测试来测量混合物料的湿度,如使用挤压测试时,堆肥混合物应该感觉起来比较潮湿,并有渗水的情形,但还不至于呈现大量水滴。要计算出堆肥物料的最佳混合比例,首先必须了解不同物料的最大持水能力,然后根据设定的混合物最适水分含量,以调节C/N为前提,确定不同物料的比例。
    表3-4列出了部分原料的最大水分含量范围,水分含量值与堆肥基质的结构有关,含纤维或不易处理的基质如稻秸、木屑,在保持结构完整的条件下持水量均较高。
表3-4  不同堆肥基质的最大水分含量

222.jpg

许多堆肥基质如城市垃圾、农业废弃物和庭院废物都是以相对干燥的状态进行堆肥的,甚至动物粪便在堆肥前都需进行风干。污泥和其它湿有机物却不然,城市污泥含水率一般大于70%,况且污泥不含亲水性的纤维,如果单独以污泥饼进行堆肥,则会因其缺乏储存氧气的自由通气孔隙而需要不断的机?#21040;?#25292;输入空气。

3333.jpg

图3-1  初始基质水分含量对堆肥过程温度的影响,引自Senn(1971)
图3-1表明牛粪堆肥中水分控制的重要性。该实验在2.4米深的堆肥仓中进行,仓底装有强制通风系统。当水分含量为66%时(起始点),系统最高温度上升到55℃就停止了;清仓后向其中加入干基质并调节水分含量到61%,温度会迅速升到75℃以上;如果继续提高水分含量则会阻碍堆肥进程,因为过量的水分会因基?#22987;?#21387;而减少自由通气孔隙,以致减少空气在基质中的分布。
保持适当的水分和孔隙率是平衡堆肥过程的重要手段。要保证足够的生物稳定性,必须有足够的水分含量,但不能高到由于自由通气孔隙量减少而导致氧气传输量下降的状态,进而降低生物活性。另外,适当的水分和自由通气孔隙量有利于生产干燥的堆肥产品,易于储存和运输。当然在?#23548;?#25805;作中是不可能使所有的控制因素同时达到最佳的,所以有时需要相互协调。
三、粒径
      堆肥物料的分解主要发生在颗粒的表面或接近颗粒表面的地方,由于氧气可以扩散进入包裹颗粒的水膜,所以这些地方有足够的氧气保证有氧代谢的需求。
      在相同体积或质量的情况下,小颗粒要比大颗粒有更大的表面积。所以如果供氧充足,小颗粒物料一般降解的要快一些。实验证明将堆肥物料?#21491;?#31881;碎后,可以使将降解速率提高2倍以上。一般推荐的颗粒粒径为1.3-7.6mm,这个区间的下限适用于通风或连续翻堆的堆肥系?#24120;?#19978;限适用于静态堆垛或其他静态通风堆肥系统。
      对湿基质进行结构调整时,调理剂的粒径大小也会起到非常重要的作用。如果调理剂粒径过小,会导致难?#28304;?#21040;预期的自由通气孔隙,并可能使混合基质固相体积不易达标。例如,有些堆肥系统由于使用粒径很小的称为“木粉”的木屑,导致混合基质?#26102;?#21644;泥状,由于缺少空隙而易发生厌氧反应。为规范调理剂的使用,美国一些地方规定木?#21152;?#19981;少于总固相的65%,95%可以通过12mm筛,而通过2.23mm的应小于50%;有的规定粗木屑占总固相的50~70%,95%可通过12.5mm筛,通过4.75mm的应小于20%。同时,对粒径大的颗粒进行限制是为了避免最后的产品颗粒过大而需过筛。如果堆肥产品应用于园艺或在草坪、花园上施用时,粒径一般不要大于10mm。
      总之,小颗粒调理剂如木屑等易于生物降解,但从结构角度来看,应避免使用过多的小颗粒。
四、pH值
      pH是影响微生物生长繁殖的重要因素之一。虽然不同研究得出的堆肥微生物适宜的pH范围存在些许差异,但共同的研究结果表明,多数堆肥微生物适合在中性或偏碱性环境中繁殖与活动。细菌和放线菌最适合的生长条件为中性和微碱性,真菌?#20154;?#24615;。细菌和真菌消化有机物时会?#22836;?#26377;机酸,有机酸通常在堆肥初期被累积而导致pH下降,从而有利于真菌的生长以及木质素和纤维素的降解,随着有机酸进一步被降解,pH逐渐升高,细菌和放线菌的繁殖会逐渐加快。
     然而,但堆肥体?#24403;?#25104;厌氧状态时,有机酸的累积可以使pH降低到4.5以下,这时会严重影响微生物的活动,通常可以通过通风增氧使堆肥pH调节到正常范围;同样,当堆肥pH>10.5时,大多数细菌活?#32422;?#24369;,高于11.5时开始死亡。总之过高和过低的pH都会引起蛋白质变性,如胺基、羧基基团变异,改变其物理结构,并使酶蛋?#36164;?#27963;。
     常见的堆肥原料如畜禽粪便、市政污泥、作物秸杆、草炭、蘑菇渣等一般不需要进行pH调节,但当原料pH偏离正常堆肥pH(5~9)较大时,就必须进行pH调节。当pH偏酸性时(低于4),通常用石灰调节,有时为减少氮素损失,也用碱性磷肥调节酸碱度;当pH偏碱性时(大于9),可以通过添加氯化铁或明矾来调节,有时也?#20204;?#37240;或堆肥返料进行调节。
     在pH调节时要注意的是,石灰的用量不宜过大,一般控制在5%以内,否则会延长堆肥过程的缓冲期,不利于堆肥化进程。
五、堆肥配方确定及计算
表3-5列出了影响堆肥的一些初始因素并推荐了一些基本参数,供参考。
 
表3-5 快速堆肥的推荐条件

444.png

a 这些推荐是对快速堆肥而言的,在这些范围以外的条件同样可以产生成功的结果。
b 依特定的物料、堆体大小和天气条件而变。
在处理湿物料时,水分就成为最重要的指标,因为高水分会引发厌氧条件、臭气和低分解率。不合适的C/N比影响并不严重,通常最好先根据水分来设计一个初始配方,然后再逐步调整,获得一个可接受的C/N比。干物料与C/N比是成比例的,因为比较容易通过加水来调节。
表3-6给出了堆肥配方的计算公式,它是以干重为基础计算的。
表3-6 堆肥配方计算公式 
555.png

对单个组分来讲,必须知道其水分含量、氮含量(%,干重)和碳含量(%,干重)以及C/N比。若要把重量转变为体积或相反,则还要知道每一成分的比重。
下页给出了计算堆肥配方比例、水分和C/N比的案例和步骤。对两种原料的配方来说,
如粪便和调理剂,调理剂的比例可以直接从预期C/N比或水分含量求得(表3-7)。
但对三种或三种以上原料来说,其配方应根据表3-3中的公式反复计算求得。在这种情形下,各原料的配比可先确定下来,然后计算相应的C/N比和水分,若无论是C/N比还是水分均不合适,就要调整配方继续计算,直至取得合适的C/N比和水分为止。这种计算很烦琐,若?#35272;导?#31639;机程序则要简单许多。
案例3.1
一堆肥厂以鸡粪为原料,鸡粪水分为70%,为获得良好堆肥效果,需要用35%水分含量的
表3-7  两种原料配方时调理剂的计算
                针对两种物料时的计算步骤:
 
                           1.   在预期水分含量下,单位重量原料b所需原料a的重量为
                                       mb-M
                    a     =      -
                                         M-ma
 
                          2.   在预期C/N比下,单位重量原料b所需原料a的重量为
                              %Nb   (R-Rb)    (1-mb)
                   a= ×-×-
                             %Na   (Ra-R)    (1-ma)
 
                  然后,再检查混合物水分是否合适。
               这里:a =单位重量原料b所需原料a的重量
                        M=预期混合物料水分含量
                        ma=原料a水分含量
                        mb=原料b水分含量
      &n, bsp                 R=预期混合物料C/N, , , 比&n, bsp
                        Ra=原料a的C/N比
      锯末进行调节。假定鸡粪的C/N比为10:1,氮含量为6%;锯末的C/N比为500:1,氮含量为0.11%,试确定合适的堆肥配方。
       第一步:根据确定的混合物料水分含量,求物料的搭配比例
       如设定混合物料的水分不超过60%,1kg鸡粪需要S kg锯末
                                    鸡粪中水分含量+锯末中水分含量    
     则混合物料水分 =  
                                      总重量                     
       0.7+(0.35×S)
      =- = 60%
       1+S
                     S = 0.4
      即每公斤鸡粪至少需要用0.4公斤水分含量为35%的锯末进行搭配,才能保证混合物料的水分含量不超过60%。
       第二步:根据上述搭配比例,检验混合物料的C/N是否合适
       首先依据下列公式计算两种物料的C量和N量
       水重量=总重量×水分含量
       干重=总重量-水分重量
       氮量=干重×N%
        碳重=C/N比×氮重
 
   每1公斤鸡粪含:
   水=1公斤×0.7=0.7公斤
   干物质=1公斤-0.7公斤=0.3公斤
   氮=0.3×0.06=0.018公斤
   碳=0.018公斤×10=0.18公斤
 
   每1公斤锯末含:
   水=1公斤×0.35=0.35公斤
   干物质=1公斤-0.35公斤=0.65公斤
   氮=0.65×0.0011=0.00072公斤
   碳=0.00072公斤×500=0.36公斤
 
 然后计算混合物料的C/N
 
       鸡粪C量+锯末C量     0.18+(0.4×0.36)
C/N = - = =  17.7
       鸡粪C量+锯末C量   0.018+(0.4×0.00072)
 
计算结果表明,混合物料C/N过低,须调整物料比例,增加C含量即锯末的使用量。
第三步:不断调整锯末比例,每调整一次,?#21450;?#19978;述步骤重新计算混合物料的水分含量和C/N,直到都符合堆肥基本要求为止。
经过反复计算,本案例的优化结果是每公斤鸡粪添加0.6公斤锯末,混合物料水分为57%,C/N比为21。
, , 比&n, bsp
                        Ra=原料a的C/N比
      锯末进行调节。假定鸡粪的C/N比为10:1,氮含量为6%;锯末的C/N比为500:1,氮含量为0.11%,试确定合适的堆肥配方。
       第一步:根据确定的混合物料水分含量,求物料的搭配比例
       如设定混合物料的水分不超过60%,1kg鸡粪需要S kg锯末
                                    鸡粪中水分含量+锯末中水分含量    
     则混合物料水分 =  
                                      总重量                     
       0.7+(0.35×S)
      =- = 60%
       1+S
                     S = 0.4
      即每公斤鸡粪至少需要用0.4公斤水分含量为35%的锯末进行搭配,才能保证混合物料的水分含量不超过60%。
       第二步:根据上述搭配比例,检验混合物料的C/N是否合适
       首先依据下列公式计算两种物料的C量和N量
       水重量=总重量×水分含量
       干重=总重量-水分重量
       氮量=干重×N%
        碳重=C/N比×氮重
 
   每1公斤鸡粪含:
   水=1公斤×0.7=0.7公斤
   干物质=1公斤-0.7公斤=0.3公斤
   氮=0.3×0.06=0.018公斤
   碳=0.018公斤×10=0.18公斤
 
   每1公斤锯末含:
   水=1公斤×0.35=0.35公斤
   干物质=1公斤-0.35公斤=0.65公斤
   氮=0.65×0.0011=0.00072公斤
   碳=0.00072公斤×500=0.36公斤
 
 然后计算混合物料的C/N
 
       鸡粪C量+锯末C量     0.18+(0.4×0.36)
C/N = - = =  17.7
       鸡粪C量+锯末C量   0.018+(0.4×0.00072)
 
计算结果表明,混合物料C/N过低,须调整物料比例,增加C含量即锯末的使用量。
第三步:不断调整锯末比例,每调整一次,?#21450;?#19978;述步骤重新计算混合物料的水分含量和C/N,直到都符合堆肥基本要求为止。
经过反复计算,本案例的优化结果是每公斤鸡粪添加0.6公斤锯末,混合物料水分为57%,C/N比为21。
, , 比&n, bsp
                        Ra=原料a的C/N比
      锯末进行调节。假定鸡粪的C/N比为10:1,氮含量为6%;锯末的C/N比为500:1,氮含量为0.11%,试确定合适的堆肥配方。
       第一步:根据确定的混合物料水分含量,求物料的搭配比例
       如设定混合物料的水分不超过60%,1kg鸡粪需要S kg锯末
                                    鸡粪中水分含量+锯末中水分含量    
     则混合物料水分 =  
                                      总重量                     
       0.7+(0.35×S)
      =- = 60%
       1+S
                     S = 0.4
      即每公斤鸡粪至少需要用0.4公斤水分含量为35%的锯末进行搭配,才能保证混合物料的水分含量不超过60%。
       第二步:根据上述搭配比例,检验混合物料的C/N是否合适
       首先依据下列公式计算两种物料的C量和N量
       水重量=总重量×水分含量
       干重=总重量-水分重量
       氮量=干重×N%
        碳重=C/N比×氮重
 
   每1公斤鸡粪含:
   水=1公斤×0.7=0.7公斤
   干物质=1公斤-0.7公斤=0.3公斤
   氮=0.3×0.06=0.018公斤
   碳=0.018公斤×10=0.18公斤
 
   每1公斤锯末含:
   水=1公斤×0.35=0.35公斤
   干物质=1公斤-0.35公斤=0.65公斤
   氮=0.65×0.0011=0.00072公斤
   碳=0.00072公斤×500=0.36公斤
 
 然后计算混合物料的C/N
 
       鸡粪C量+锯末C量     0.18+(0.4×0.36)
C/N = - = =  17.7
       鸡粪C量+锯末C量   0.018+(0.4×0.00072)
 
计算结果表明,混合物料C/N过低,须调整物料比例,增加C含量即锯末的使用量。
第三步:不断调整锯末比例,每调整一次,?#21450;?#19978;述步骤重新计算混合物料的水分含量和C/N,直到都符合堆肥基本要求为止。
经过反复计算,本案例的优化结果是每公斤鸡粪添加0.6公斤锯末,混合物料水分为57%,C/N比为21。
(河南省鹤壁市百惠生物科技有限公司供应有机肥发酵菌种、有机肥发酵剂和有机肥生产技术。本技术适宜于处理的废弃物包括:(1)粪便类 鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪、马粪等动物粪便;(2)秸秆类 玉米秸秆、稻草、麦秸、豆秸等农作物秸秆;(3)?#24378;防??#31350;恰⒌究?#31881;、花生壳粉、花生秧粉、谷糠、菌糠等;(4)糟渣类 酒糟、?#20174;?#31967;、?#33258;恪?#31968;醛渣、木糖渣、酶渣、大蒜渣、糖渣等;(5)饼粕类 豆饼、豆粕、油枯、菜籽饼等;(6)其他 生活污泥、滤泥等。通过生物发酵腐熟,制作成达到NY525-2002标准的有机肥料。http://www.79782283.com/。咨询热线:0392-5611505  5611506  5611507  15803924096  13303920423)

关键?#21097;? 有机堆肥发酵的初始条件及原料配方           

鹤壁市百惠生物科技有限公司,专营 仪器设备 生物肥料 微生物菌剂 微生物菌种 等业务,有意向的客户请咨询我们,联系电话:13303927596

CopyRight ? 版权所有: 鹤壁市百惠生物科技有限公司 技术支持:新起点网络 网站地图 XML


扫一扫访问移动端
江苏十一选五
2017西甲直播 步步高游戏 江西快三走势图彩经网 千禧p3开机号试机号 500w北京单场 福建快三走势图和值 下期平码一肖规律公式 四川快乐12开奖结果 大唐无双网易彩票 2017年双色球 2012中超比赛战报 彩票开奖结果查询公告 天天存49送49电子游艺 挪超联赛特点 中竟彩