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影響堆肥的重要因素

2011/1/6 14:52:05   文章來源:原創   作者:強微生物   瀏覽次數:964
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    堆肥腐熟化過程是一個復雜的過程,要達到良好的堆制效果,必須控制一些主要影響因素。它們分別為水分、碳氮比(C/N)、氧含量、溫度和pH等。這些因素決定微生物活動強度,從而影響堆肥的速度與品質(李艷霞等,1999)。
    ① 含水量
    在堆肥過程中,水份是否適量直接影響堆肥發酵速度和腐熟程度,所以含水率是好氧堆肥化的關鍵因素之一(胡學玉,2002)。水在堆肥中的土要作用是:①溶解有機物,參與微生物的新陳代謝。因為在堆肥過程中,微生物需要從周圍環境中不斷攝取水分以維持其正常的生長代謝,微生物體內及流動狀態水是其進行生化反應的介質,微生物只能攝取其生存必須的溶解性養料;② 水分蒸發時帶走熱量,調節堆肥溫度。一般認為初始含水率在50%一60%是較為合適的(sulerD J等,1977)。對好氧堆肥工藝而言,如果含水率過高,超過65%,會造成堆肥物料被緊縮或其內部游離空隙被水膜充填,使游離空隙率降低而影響空氣的擴散,并使有機物供氧不足而出現厭氧狀態,形成發臭的中間產物(硫化氫、硫醇、氨等)產生惡臭和因硫化物而導致堆料腐敗發黑。物料中的水分低于40%,就不能滿足微生物的生長需要,限制微生物的運動及代謝,使堆料中心部位達不到適宜的高溫,有機物難以分解,從而降低反應速率:當含水率低于30%時,微生物在水中攝取營養物質的能力降低,微生物繁殖慢,有機物分解過程進展相當緩慢(衷芳,2005)。
 
   ② 碳氮比
    堆肥物料碳氮比的變化在堆肥中有特殊的意義。在堆肥化過程中,碳在微生物的新陳代謝過程中由于氧化作用約有2/3變成二氧化碳而排出,約1/3用于細胞質的合成。因此,碳是發酵過程的動力和熱源,被稱為微生物(細胞)的能源,氮主要用于細胞原生質的合成作用而留于系統內。
    就微生物對營養的需求而言,碳氮比是一個重要因素(李國學等,2000)。微生物生長需要碳源,蛋白質合成需要氮源,微生物合成一份蛋白質大約需要30份碳。對于堆肥來講,堆肥C/N比應滿足微生物所需的最佳值。研究表明理想C/N比為30一35,最多不超過40(Pioncelot,1974)。
    C/N比低、特別是當pH值和溫度高時,廢棄物中的氮以NH3的形式揮發損失,散發出臭味,并且堆肥產品也會給農作物帶來不利影響(Eghban,2000)。用C/N比低的原料(15.7:1)進行堆肥實驗,結果是微生物對有機物的生物氧化過程中出現了嚴重的氮素損失,也降低了有機肥效。但是,當C/N比高于35時,微生物必須經過多次生命循環,氧化掉過量的碳,直到達到一個合適的C/N比供其進行新陳代謝,因而C/N比高會降低降解速度。
    碳氮比不僅僅影響發酵時間,也是影響堆肥制品質量的重要因素之一。如果C/N比更高,容易導致成品堆肥的C/N比過高,這種堆肥施入土壤后,將奪取土壤中的氮素,引起土壤“氮饑餓”,影響作物生長。若C雙比低于20:1,可供消耗的氮素少,氮素養料相對過剩,超過微生物所需要的氮,細菌就會將其轉化為氨態氮而揮發掉,導致氮元素大量流失而降低肥效。
    在堆肥化過程中,C/N比也是影響堆肥溫度的因素之一。C/N比小溫度上升快,但堆層達到最高溫度低;C/N比大,堆層達到最高溫度反而高,但溫度上升慢。
    另外,磷是磷酸和細胞核的重要組成元素,也是生物能ATP的重要組成成分,一般要求堆肥料的碳/磷比應在75~150的范圍內比較適宜(KasPeretal.,1981)。
    ③ 氧含量
    供氣是好氧堆肥成功的重要因素之一。供氣的作用主要有三個方面,第一,為堆體內的微生物提供氧氣,使生化反應順利進行,以達到提高堆層溫度之目的。如果堆體內的氧氣含量不足,微生物處于厭氧狀態,使降解速度減緩,產生硫化氫等臭氣,同時使堆體溫度下降。第二,調節溫度。堆肥需要微生物反應而產生的高溫,但是,堆肥又必須避免長時間的高溫,在極限情況下,堆層溫度可土升至80℃一90℃,這將嚴重影響微生物的生長繁殖。所以當堆肥溫度上升到峰值以后,供氧的調節主要以控制溫度為主,即通過加大供氣量,借助水分蒸發帶走熱量,使堆溫下降。第三,散除水分。在堆肥的后期,應加大通氣量,以冷卻堆肥及帶走水分,達到堆肥體積、重量減少的目的(Hoitinketal.,1993)。通氣可以采取鼓風或抽氣方式,兩種方式各有利弊。抽氣的優勢在于可將堆體中的廢氣在排入大氣前統一進行處理,減少二次污染;鼓風的優勢是利于水分及熱量散失。最好的辦法是在堆肥的前期采用抽氣方式以處理產生的臭氣,在堆肥后期采用鼓風方式以利于減少水分。

    ④ 溫度
    堆肥作為一種生物系統,它與非生物系統是有差別的(JimenezandGarcia,1991)。對于非生物系統而言,反應的速度直接與溫度有關,溫度越高反應速度越快。然而,靠酶促作用進行的堆肥生物化學反應系統,有利于反應進行的溫度是有限定范圍的,限度以外的反應則是衰弱的。
    當溫度超過極限時,溫度越高,反應的衰退變得更加迅速(Aveela,2000;黃贅梅,2002)。因此溫度是堆肥系統微生物活動的反映,是影響微生物活動和堆肥工藝過程的重要因素。合適的溫度是堆肥得以順利進行和獲得高質量堆肥產品的保證。堆肥中微生物分解有機物而釋放出熱量,這些熱量使堆肥溫度_上升。堆肥初期,堆體基本呈中溫,嗜溫菌較為活躍,大量繁殖。它們在利用有機物的過程中,有一部分轉化成熱量,堆體溫度不斷上升,1一2天后可以達到50℃一60℃。在這個溫度卜,嗜溫菌生長受到抑制,大量死亡,而嗜熱菌的繁殖進入激發狀態(   Bjom,2003)。嗜熱菌的大量繁殖和溫度的明顯提高,使堆肥發酵直接由中溫進入高溫,并在高溫范圍內穩定一段時間。正是在這一溫度范圍內,堆肥中的寄生蟲和病原菌被殺死。此外,高溫還可殺死畜禽糞便中的雜草種子,故一般多采用高溫堆肥。高溫堆肥時,溫度上升超過65℃時,進入孢子形成階段,這一階段對堆肥是不利的,因為孢子呈不活動狀態,使分解速度相應變慢。此外,在此溫度范圍內,形成的抱子再發芽繁殖的可能性也很小。因此,高溫堆肥溫度最好在45℃一55℃左右(MacgregorandFinsttein,1981)。

    ⑤ PH值
    在堆肥過程中,PH值也是一個重要影響因素。但是pH值變化受堆肥原料和條件的影響(Nakasaki1993)。一般來講,PH在3~12之間都可以進行堆肥(Goldstein,1990:Augenstein,1996),黃國峰(2003)研究表明微生物在高溫階段達最大分解能力時的pH一般為7.8一8.5。一般堆制過程中,沒有其他的特殊要求不必調pH值。但是有研究發現,在堆肥初期堆體的pH值降低,低的pH值有時會嚴重地抑制堆肥反應的進行,pH值對微生物的生長也是重要影響因素之一,一般微生物生長最適宜的pH值是中性或弱堿性,pH值太高或太低都會使堆肥處理遇到困難,影響堆肥的效率。pH值是一個可以對微生物環境做出估價的參數,在整個堆肥過程中,pH值隨時間和溫度的變化而變化。因此,pH值也是揭示堆肥分解過程的一個極好的標志。適宜的pH值可使微生物有效地發揮作用,使得堆肥過程順利進行。一般認為pH值在7.5一8.5時,可獲得最大堆肥效率。堆肥過程中,PH值高,堆肥物可通過添加酸來調整;pH值低,則可通過摻入堿性物質(石灰)來調整。

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