采用嗜热菌酶好氧发酵工艺快速发酵鸡粪的研究

家禽规模化养殖为市民提供大量肉类、禽蛋及制品的同时也带来了大量的废弃物-禽粪。中国作为畜禽大国每年会产生大约 27 亿 t 畜禽粪便， 其中鸡粪约有4.1 ×108t，如何将这些废弃物变废为宝，相关人员进行了大量研究。

禽粪的有机质和氮磷钾养分含量都较高，是制作有机肥的上好原料。尤其是鸡粪，鸡摄入的饲料并没有完全吸收消化，约有 40% -70% 的营养物被排出体外，因此鸡粪在所有畜禽粪便当中养分是最高的。鸡粪中的主要物质为有机质，施用鸡粪增加了土壤中的有机质含量。有机质可以改良土壤物理、化学和生物特性，熟化土壤，培育地力。施用鸡粪肥料既增加了许多有机胶体，同时借助微生物的作用把许多有机物也分解转化为有机胶体，这就大大增加了土壤吸附表面，并且产生许多胶黏物质，使土壤颗粒胶结起来变成稳定的团粒结构，提高了土壤保水、保肥和透气的能力，以及调节土壤温度的能力。 

但是鸡粪不经处理或腐熟而直接施用在作物上，则存在很大的害处及隐患: 直接施在土壤中，在合适条件下发酵并产生大量的热量，烧毁作物根系; 鸡粪本身携带大量病菌，给作为带来病害隐患; 鸡粪中盐分超标，每立方米鸡粪含有 10-15 kg 盐; 鸡粪中抗生素超标也是严重的问题。因此必须将鸡粪进行无害化处理和完全腐熟后才能施用于作物。传统的鸡粪发酵方法( 露天) 达到腐熟的时间常需 1-3个月，其周围恶臭难闻，蚊、蝇大量滋生，环境污染十分严重，且腐熟过程中存在着严重的氮素损失，很大程度上降低了肥效。国内外的研究表明，在鸡粪中添加特定的微生物菌剂，能有效促进有机物的降解，加速鸡粪腐熟速度，同时有利于消除致臭物质，减轻对环境的污染。鸡粪发酵过程的除臭和脱水主要发生在高温阶段，高温期出现的早晚以及维持时间的长短，直接影响堆肥的发酵效率。且畜禽粪便中含有大量的病原微生物、寄生虫、球虫及其虫卵，容易引起疾病的传播，本次试 验温度控制在 80℃-90℃内，足以杀死大部分的病原微生物和虫卵，达到鸡粪无害化处理的要求。

物理学指标包括气味和颜色等是评价堆肥腐熟度的重要指标。

1、判断标准是: 堆肥原料具有令人不快的气味，并在堆肥过程中产生 H₂ S、NO²等难闻的气体，良好的堆肥过程会使这些气味逐渐减弱并在堆肥结束后消失; 堆肥过程中堆料逐渐发黑，腐熟后的堆肥产品呈黑褐色或黑色。 按照感官评价的要求，随机找 10 人在封闭的房 子里，先对鸡粪样品发酵的样品进行外观评价; 为避免样品不均造成的误差，将鸡粪原料及不同时间段 发酵样品将经16目筛网过筛后，分别就气味、臭味 等指标，进行感官评价。

2、常规养分及有机质的检测样品中的全氮、全磷( P²O⁵ ) 和全钾( K²O) 和有机质采用 NY-525-2012 的标准进行检测。总氮采用机肥料中的有机氮经硫酸-过氧化氢消 煮，转化为铵态氮。碱化后蒸馏出来的氨用硼酸溶液 吸收，以标准酸溶液滴定，计算样品中总氮含量。 磷采用钒钼酸铵法测定，后根据分子式折算成 P²O⁵。钾采用有机肥料试样经硫酸和过氧化氢消煮，稀释后用火焰光度法测定，后根据分子式折算成 K²O。 有机质采用重铬酸钾容量法，用定量的重铬酸钾—硫酸溶液，在加热条件下，使有机肥料中的有机 碳氧化，多余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液滴定， 同时以二氧化硅为添加物作空白试验。根据氧化前 后氧化剂消耗量，计算 有 机 碳 含 量，乘 以 系 数 1． 724，为有机质含量。 pH 采用 pH 计测定，具体为称取过 Φ1mm 筛的 风干样 5． 0 g 于 100 mL 烧杯中，加 50 mL 水( 经煮 沸驱除二氧化碳) ，搅动 15 min，静置 30 min，用 pH 酸度计测定。 2． 3． 3 微生物及蛔虫卵的检测 利用梯度稀释法进行测定，真菌使用马丁氏培 养基，放线菌使用高氏培养基，细菌使用 LB 培养基 测定。粪大肠杆菌 GB /T 19524． 1-2004 和蛔虫卵死 亡率参考 GB /T 19524． 2-2004 的标准测定。

3、发芽试验：未腐熟的堆肥含有植物毒性物质，对植物的生 长产生抑制作用，因此可用堆肥和土壤混合物中植 物的生长状况来评价堆肥腐熟度［15］。据有关报道， 许多植物种子在堆肥原料和未腐熟堆肥萃取液中生 长受到抑制，而在腐熟的堆肥中生长得到促进。 将鸡粪原料、4 h、6 h 和 8 h 发酵的鸡粪共 4 个 样品做发芽试验，以蒸馏水组作为对照，每个样品三 个重复，每个瓶子 100 颗快菜种子。具体操作如下: 称取风干有机肥样品 5 g 加入烧杯中，加入 60℃ 温 水 100 mL 浸泡 3 h 后过滤，将滤出液取 10 mL，倒入 铺有 2 层滤纸的发芽实验瓶中，排种 100 粒，对照中 直接加入 100 mL 蒸馏水，进行发芽试验。一般认为 种子发芽率为 90% 以上即说明产品已腐熟合格。

目前，处理畜禽粪便采用生物菌发酵模式是国 际处理畜禽粪便的通用方法，也是我国目前大力提 倡的畜禽粪便无公害化处理技术。传统露天堆肥过 程中存在着严重的氮素损失，很大程度上降低了肥 效。除 pH 升高和堆肥温度增加会造成氨态氮的挥 发外，硝态氮反硝化( 硝态氮最终转化为 N2、N² O) 所致的气态氮挥发也是氮素损失的主要途径。 本次试验采用嗜热菌酶耗氧发酵工艺，全部反应在 反应釜内进行，同时 pH 保持稳定，减少铵态氮挥 发。反硝化作用效果受温度的影响明显，中温阶段开始活跃，细菌数量有所上升。而在本次试验中，由 于添加嗜热菌剂并控制温度在 80℃ 以上，鸡粪原料 跳过升温期直接进入高温期，快速杀死粪大肠杆菌 与病原微生物，之后随着发酵的进行，细菌数量逐渐 下降，只剩下较耐高温的芽孢杆菌和试验添加菌剂。 待 8 h 发酵后，细菌数量降至 105 数量级，真菌、放线 菌、粪大肠杆菌和蛔虫卵均未检测到，达到堆肥腐熟 的要 求。充分发酵的堆肥 要求维持高温 ( 55- 65℃ ) 一定时间，使高温性微生物强烈分解有机物后，在降温过程及降至中温( 40-50 ℃ ) 时分解纤维素，促进氨化作用和养分的释放，达到完全腐熟。