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堆肥原料配合比设计.doc

花匠小妙招
2025-01-12 07:55

堆肥原料配合比设计

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，这也是造成产品质量不稳定的重要原因。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；并且还会导致堆肥产品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释放，有机氮损失大，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的形式释放出来，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，影响其通透性，易形成厌氧状况，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械搅拌输入空气。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