鸡粪堆肥含氮和含硫废气产生机制及控制技术研究进展

堆肥技术是鸡粪无害化处理的重要途径,但堆肥过程中产生的废气对堆肥质量产生不利影响,对生态环境与人类健康造成危害,因此对鸡粪堆肥时产生的废气的控制技术是堆肥技术发展的限制性因素之一。这些废气通常组分复杂,气味较重,其中含有氮和硫两种元素的废气是重点研究对象,包括有氨、氮氧化物、硫化氢,以及含氮和含硫的醇类、酮类、醚类等气态挥发性有机化合物,文章介绍了这些废气中主要成分的产生机理,简述了其排放强度的规律与鸡粪性质、堆肥环境及工艺条件相关参数的关系,从优化堆肥工艺条件(温度、含氧量、pH、碳氮比和含水量),采用生物法(添加微生物菌剂、生物过滤法和生物联合堆肥)、调节剂法(添加生物炭和其他添加剂)和末端技术等方面降低或去除堆肥过程中废气的排放,回顾了国内外学者们近年在此方面的研究成果,分析了各方法对不同废气的去除效果和实际应用中的问题,探讨了其未来在生产实践中应用的前景,以期为鸡粪及其他废物堆肥过程中的废气控制研究提供参考。

鸡粪堆肥中的细菌群落组成及多样性分析

【目的】了解鸡粪堆肥过程中不同发酵阶段优势细菌群落的变化情况,为改善鸡粪堆肥工艺及提高堆肥效率提供参考依据。【方法】对不同发酵时间鸡粪堆肥样品进行细菌高通量测序,分析其Alpha多样性和相对丰度,并对获得的有效序列在门、纲、目、科、属、种水平进行聚类,使用LEfSe(LDA effect size)分析不同发酵时间样品间的物种相对丰度差异,从而进一步分析鸡粪堆肥过程中的优势菌群落特征和变化情况。【结果】鸡粪堆肥在各发酵阶段的细菌群落多样性一直处于动态变化中,其中,堆肥上层和中层的细菌群落多样性均呈先上升再下降最后又略微上升的变化趋势,下层的细菌群落多样性表现与上层和中层相反。在门水平,鸡粪堆肥的厚壁菌门(Firmicutes)在各发酵阶段均为主要类群,变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度在高温阶段降低,首次在鸡粪堆肥中发现厌氧的盐厌氧菌门(Halanaerobiaeota)且其相对丰度随着堆肥时间的延长逐渐上升。在属水平,鸡粪堆肥起始阶段的优势菌属为乳杆菌属(Lactobacillus)及一些潜在的致病菌属如肠球菌属(Enterococcus)、埃希氏-志贺菌属(Escherichia-Shigella)、韦荣氏球菌属(Veillonella)和库特氏菌属(Kurthia),其相对丰度均随着堆肥时间的延长逐渐下降,并被堆肥后期的优势菌群盐胞菌属(Halocella)和芽孢杆菌属(Bacillus)替代。LEfSe分析也表明,堆肥发酵能降低鸡粪中潜在的致病菌属相对丰度。【结论】鸡粪在堆肥过程中其细菌群落结构随着发酵时间的延长发生变化,厚壁菌门为鸡粪堆肥各阶段的主要类群,变形菌门和拟杆菌门主要存在温度较低的发酵阶段。首次发现盐厌氧菌门在堆肥过程中的相对丰度占比较高,并随着堆肥时间的延长逐渐升高。堆肥发酵能显著降低鸡粪潜在病原菌属的相对丰度。

鸡粪堆肥替代泥炭用于配制水稻育苗基质的研究

[目的]探索鸡粪堆肥在水稻育苗基质配制过程中的应用效果。[方法]采用室内苗盘育苗的方式,以餐厨堆肥、泥炭及蛭石为原料,按照体积比重分别配制50%泥炭+50%蛭石(CK)、10%鸡粪堆肥+40%泥炭+50%蛭石(T1)、20%鸡粪堆肥+30%泥炭+50%蛭石(T2)、30%鸡粪堆肥+20%泥炭+50%蛭石(T3)、40%鸡粪堆肥+10%泥炭+50%蛭石(T4)及50%鸡粪堆肥+50%蛭石(T5)等6种育苗基质,以水稻为靶标作物开展育苗试验。参照苏州市农业地方标准《DB3205/T 212-2014水稻工厂化基质育秧技术规程》中规定的技术指标对不同处理水稻育苗基质的育苗效果进行分析,并运用隶属函数法与壮苗指数进行综合评价。[结果]随着鸡粪堆肥替代量的提升,育苗基质的理化性质及水稻幼苗的生长指标均出现明显的变化。T1处理的水稻育苗基质的理化性质及水稻幼苗的生长指标均能够完全符合《DB3205/T 212-2014》中的要求。随着鸡粪堆肥用量的提升,各处理水稻育苗基质的p H、EC值、容重、通气孔隙度等关键理化指标呈现逐步上升的态势,出苗率、株高、茎粗等生长指标呈现逐步下降的态势。[结论]结合隶属函数法与壮苗指数的综合评价结果,可以确定10%鸡粪堆肥+40%泥炭+50%蛭石配制形成的育苗基质的理化性质较为适宜水稻幼苗的生长。

生物滤池填料及工艺参数去除鸡粪堆肥臭气效果研究

为探讨利用生物滤池法去除鸡粪堆肥臭气的可行性,对生物滤池的填料组合、填料层高度、填料初始含水率及停留时间进行了筛选,并考察了生物滤池对挥发性有机物(VOCs)的去除情况。结果表明:生物滤池在处理鸡粪堆肥臭气过程中,以腐熟鸡粪堆肥和树皮组成填料、填料层高度为50 cm、填料初始含水率为50%以及停留时间为90.0 s的处理效果最佳;处理前后臭气中VOCs的分析结果表明,生物滤池对堆肥臭气中VOCs有很好的去除效果,处理后的堆肥臭气中VOCs的种类和浓度较处理前明显减少;比较堆肥臭气中氨和VOCs的总浓度后发现,氨所占的比例高达98.70%,说明用氨浓度来表示容器式鸡粪堆肥的臭气浓度具有可行性。就地利用鸡粪堆肥及树皮组合作为生物滤池填料去除鸡粪堆肥过程中的臭气具有很好的去除效果,可以在工厂化鸡粪堆肥中推广应用。

鸡粪堆肥发酵过程微生物数量与温度及酶变化的相关性研究

为研究鸡粪堆肥发酵不同阶段微生物菌数和堆体温度及多种酶活之间的关系,从而进一步了解堆肥发酵中微生物的作用,通过测定鸡粪堆肥发酵过程中微生物菌数和堆体温度及部分酶活性的变化趋势,并利用SPSS软件进行Pearson相关性和显著性分析,结果表明,细菌、真菌数量与堆体温度呈正相关关系(P<0.05),放线菌菌数与堆体温度无显著相关性;纤维素酶和总菌数呈正相关关系(P<0.05);过氧化氢酶与细菌菌数呈强正相关关系(P<0.01);脲酶和蛋白酶与菌数无显著相关性。

生物滤池中填料高度对鸡粪堆肥尾气除臭效果的影响

利用堆肥作为生物滤池的填料,处理鸡粪堆肥的含氨尾气,通过试验研究了填料层高度对氨的生物过滤效果的影响。试验结果表明,在进气氨浓度为115~1 600 mg.m-3,气体停留时间为52.6 s的情况下,填料层的高度分别为20、40、60 cm的3个生物滤池对氨的累积去除率分别为73.47%、85.95%、94.47%。尾气中的氨浓度的变化与温度变化基本一致。对填料水溶性各形态氮的分析表明,生物滤池对氨的去除主要是通过填料对氨的吸附及吸收作用。

基于复合菌系提高秸秆鸡粪堆肥微生物活性的研究

针对秸秆鸡粪堆肥产生的高温易引起微生物活性降低的问题,本文采用实验室构建的复合菌系进行秸秆鸡粪堆肥效果评价。结果表明,相比市售菌剂,复合菌系固态堆肥提前1d进入高温期,高温期持续时间延长了3d,其中最高温度提高了5.6℃,且堆肥进程缩短了4d。相比市售菌剂,复合菌系固态堆肥有机质含量下降幅度提高了6.54%;总钾增加幅度明显,提高32.09%;种子发芽指数增加幅度提高11.81%。堆肥达到《有机肥料》(NY/T 525—2021)的要求。研究结果表明该复合菌系在提高秸秆鸡粪堆肥中嗜热微生物的活性方面具有较大潜力,为高效降解秸秆复合菌剂的研制提供理论依据。

鸡粪堆肥高温腐熟菌的分离和鉴定及其初步应用

为了从鸡粪中分离高温菌用于鸡粪在堆肥反应器中的快速腐熟,利用Luria-Bertani(LB)培养基分离鸡粪中的高温腐熟菌并对菌株进行初步分类鉴定,利用解淀粉、解蛋白质、解纤维素和抑菌方法筛选不同腐熟功能和抗菌活性的菌株用于考察鸡粪堆肥过程中促进腐熟减少臭味的效果。结果从鸡粪分离得到YJFJ4、YJFJ6、YJFJ8、YJFJ9和YJFJ12共5株活性菌,经16S rRNA基因序列分析鉴定,分别属于特基拉斯芽孢杆菌、副地衣芽孢杆菌、暹罗芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌粪便亚种,它们对淀粉、蛋白质和纤维素均有不同程度的降解能力,对致病菌大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌也有一定的抑菌活性。将这些活性菌株制成复合菌剂用于鸡粪堆肥发酵,能够明显提高腐熟速度、温度,并减少臭味的产生,促进腐熟的完全,实现资源化利用。

微生物制剂促进鸡粪堆肥腐熟和臭味控制的研究

鸡粪中添加微生物制剂ＥＭ，堆制２０ｄ堆肥腐熟，较传统堆制法腐熟进程明显加快，堆制９ｄ后堆肥散发出酿酒的芳香。ＮＨ４＋－Ｎ含量下降４１．９４％～５６．７４％，除臭效果显著。ＥＭ能显著提高堆肥中有机质和氮素的保留率，减少氮的气态损失。ＥＭ的除臭功能与其促进堆肥中大分子有机物转化为小分子芳香有机物和ＮＨ４＋－Ｎ向其他形态氮的转化有关。

基于鸡粪堆肥处理的高寒地区冬季温室生物发酵技术

为满足东北高寒地区冬季温室低成本加温和二氧化碳补充的生产需要,本文利用耐低温厌氧发酵菌剂,从发酵准备、发酵堆制作、翻堆、后处理、成本分析等环节,总结基于鸡粪堆肥发酵的高寒地区温室冬季生物发酵技术。该技术有利于提高温室温度、补充二氧化碳,实现发酵后的堆肥就地还田,培肥土壤,提高生产综合效果。

智能分子膜覆盖鸡粪堆肥技术调研

随着我国家禽饲养量的大幅提升,鸡粪污废弃物量也随之飙升。传统粪污处理方式投资高、能耗高,养殖场难以承受。联合国可持续农业机械化中心在青岛、沈阳采用最新的智能分子膜覆盖鸡粪堆肥技术进行推广示范。以极低的成本消除环境污染,提高土壤肥力,形成农牧循环良好格局。为此,2020年9月4日,辽宁省农业发展服务中心派技术人员到青岛某环境工程有限公司的合作伙伴沈阳华美肉禽公司养鸡场,就智能分子膜覆盖鸡粪堆肥技术情况进行了现场调研,现将该技术介绍如下。

硫酸亚铁添加剂对鸡粪堆肥发酵保氮效果的研究

该文以蛋鸡鸡粪、金针菇渣为原料,采用条垛式高温好氧发酵模式,研究了不同比例硫酸亚铁添加剂对鸡粪堆肥发酵及保氮效果的影响。结果表明,添加硫酸亚铁会一定程度地抑制堆肥发酵,但具有明显的除臭和保氮作用,堆肥结束时的全氮含量较对照最高可提升24.21%。与其它各处理相比,添加3%比例硫酸亚铁的堆肥前期升温迅速,脱水快;最终堆肥产品种子发芽指数达230.77%,含氮量较对照提升11.27%,保氮效果好,更适用于堆肥发酵。

鸡粪堆肥中优势菌及复合固化菌剂载体的筛选

为了提高畜禽粪便堆肥降解效率和堆肥质量,比较不同堆肥时期微生物菌群结构和多样性。基于高通量测序分析堆肥前、中和腐熟时期样品的优势细菌,通过检测油脂、淀粉、纤维素、明胶分解性能和生理生化特性,筛选堆肥中的优势菌株,并优化优势菌株的培养条件和筛选最佳的菌剂载体。结果表明:芽孢杆菌是堆肥过程中的优势菌,成功筛选出具有堆肥微生态菌剂优势的3株芽孢杆菌,分别是D1解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)、D5苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)和D7地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis);3株菌在环境温度为41℃时,pH为6.5~7.5,以酵母提取物为3株菌氮源时,酶活性最高,各菌同组产酶差异显著(P<0.05);以玉米芯粉为载体更能有效保护菌株活性。筛选优质高效的微生物和制备固体堆肥复合菌剂,有利于揭示堆肥过程中微生物作用的本质规律,为加速畜禽排泄物资源化提供有效途径。

乙硫氮对鸡粪堆肥理化性质及铜锌钝化效果的影响

以鸡粪和玉米秸秆为原料,乙硫氮为钝化剂进行堆肥试验,通过改进BCR连续提取法分析堆肥前后重金属活性变化,并研究乙硫氮添加时间及添加比例对堆肥前后鸡粪的理化性质及重金属Cu、Zn活性的影响。结果表明:乙硫氮各处理组堆体的最高温度>60℃,均持续>3 d;堆肥温度呈现堆肥初期大幅上升之后缓慢下降的趋势,堆体pH呈现先上升后小幅下降并趋于稳定,堆肥结束时pH 8~9,各堆体C/N值范围在16~17,乙硫氮不同添加时间和不同添加比例对鸡粪堆体的理化性质无显著影响。相同添加比例时,在堆肥第21天添加乙硫氮处理组对重金属Cu、Zn的钝化效果要优于其他时间添加乙硫氮处理组。添加乙硫氮的T1~T8组钝化重金属Cu能力比ck组(未施加钝化剂的对照堆肥组)提高3.03%~24.17%;对重金属Zn的钝化能力比ck组提高2.36%~15.21%。堆肥第21天添加0.20%(堆体干物质的量)的乙硫氮更有利于提高鸡粪堆肥对重金属Cu、Zn的钝化效果。

鸡粪堆肥过程中的挥发性气体控制效果分析

为减少堆肥过程中释放的挥发性有机物,有效降低其中的恶臭气味,采用在鸡粪等堆肥物料中添加调理剂和组合吸收系统2种方式进行处理。结果表明:鸡粪堆肥初期的氨气释放速率最高,是控制氮素损失最为关键的时期,在此阶段添加过磷酸钙,氨气释放最高速率分别降低了16.8%(1%过磷酸钙处理)、28.1%(2%过磷酸钙处理),同时堆肥产品中全氮和有效磷含量增加,堆肥品质明显提升。鸡粪堆肥过程中排放气体依次通过酸性、碱性、氧化剂3种吸收液和活性炭吸附剂处理之后,气体中挥发性物质的去除率均达到99.7%,效果十分明显,此技术可应用于工厂化堆肥生产的恶臭气体的去除。

鸡粪堆肥水溶性有机物转化特性研究

采用离子色谱和三维荧光光谱,分别对鸡粪堆肥不同阶段水溶性有机物(DOM)中典型小分子有机酸、磷酸和荧光有机物进行了研究。分析显示,所研究的7种酸(乙酸、琥珀酸、苹果酸、草酸、柠檬酸、酒石酸及磷酸)中,苹果酸的含量最高(>1 000 mg/L),草酸的浓度最低(<3 mg/L),琥珀酸和柠檬酸未检测到。随着堆肥的进行,各种酸的含量先上升而后下降,堆肥结束降至最低;堆肥过程样品所有荧光峰强度之和与COD达到显著相关(R=0.917,P<0.05),类蛋白荧光峰强度与总荧光峰强度的比值不断降低,而类富里酸荧光峰强度与总荧光峰强度的比值不断上升。结果表明,堆肥过程小分子有机酸主要出现在堆肥中期;类蛋白荧光强度或类富里酸荧光强度与总荧光强度之比可以有效表征堆肥腐熟过程。

沸石和过磷酸钙对鸡粪条垛堆肥甲烷排放的影响及其机制

为研究沸石和过磷酸钙对畜禽粪便高温好氧堆肥过程中甲烷(CH_4)排放的影响,选用蛋鸡粪和米糠为试验材料,以沸石和过磷酸钙为堆肥添加剂,进行了46 d的好氧堆肥试验,监测了堆肥试验过程中CH_4排放通量的变化,并通过PCR-DGGE和荧光定量PCR方法对产甲烷菌群落结构和数量进行了分析。结果表明:CH_4的排放主要集中在堆肥中后期的腐熟阶段,添加沸石和过磷酸钙延后了CH_4排放的高峰期,并且削减了CH_4排放的峰值,对照处理在堆肥第31天达到排放峰值(CH_4,66.08 g/(m^2×d)),沸石处理和过磷酸钙处理的排放峰值分别在堆放第35天和39天,分别为CH_4 30.24 g/(m^2×d)和27.38 g/(m^2×d),添加沸石和过磷酸钙分别降低47.23%和56.20%的CH_4排放总量,减排效果显著。添加沸石和过磷酸钙均没有对产甲烷古菌的群落结构造成显著影响;但是添加沸石和过磷酸钙可以增大堆肥后期透气性,提高堆肥后期CO_2/CH_4比,降低产甲烷古菌的绝对数量。因此,沸石和过磷酸钙能够作为工厂化鸡粪条垛堆肥添加剂,有效削减CH_4排放,且过磷酸钙效果更佳。

低碳氮比条件下凹凸棒添加对鸡粪发酵进程和氮固持的影响

为探讨低碳氮比条件下凹凸棒添加对鸡粪发酵进程和氮固持的影响,试验采取单因素试验设计,以鸡粪与凹凸棒为堆肥原料进行30d堆肥试验,共设置5个处理,即凹凸棒添加量分别为0、5%、10%、15%和20%(基于鲜重)。结果显示:在低碳氮比的条件下,纯鸡粪添加5%和10%的凹凸棒不影响堆体的升温效果,但15%以上会导致堆体升温较慢、高温持续时间较短,影响腐熟效果;凹凸棒添加可以减少堆体有机质的损失15.2%~24.2%,显著降低氨气排放9.3%~12.6%(P<0.05),显著提高氮素固持率7.5%~11.3%(P<0.05);适量凹凸棒添加(≤10%)可以提高种子发芽指数,有利于有机肥品质的提高。综合考虑纯鸡粪堆肥发酵进程参数、氮素固持和腐熟效果,在低碳氮比堆肥条件下添加10%凹凸棒较为适宜。

鸡粪罐式好氧堆肥过程对重金属有效性的影响

通过120 m^(3)发酵罐快速堆肥,分析了鸡粪(CM1)和鸡粪+菌渣(CM2)两组堆肥过程理化因素和重金属Cd、Pb、Cr有效性的变化,并利用SPSS对理化因素与酸可交换态(Ext)Cd、Pb、Cr的占比进行Pearson相关性分析。CM1和CM2组的温度由第1 d的26.30℃和29.13℃分别上升至第3 d的66.13℃和72.23℃,并在此阶段维持了约2~4 d;两组样品中含水量,有机质(OM),总碳(TC),总氮(TN)和致病菌E.coli与Sal的含量均明显降低;pH,EC和腐殖酸(HA)含量上升。CM1中Ext-Cd、Ext-Cr和Ext-Pb的占比分别降低了14.79%,42.31%和49.78%;而CM2中Ext-Cd、Ext-Cr和Ext-Pb的占比分别降低了64.90%,77.94%和53.22%,这表明好氧堆肥过程对Cd、Pb和Cr的分布状态产生明显影响,其中C/N、HA和OM与Ext-Cd、Ext-Cr和Ext-Pb的占比呈负相关,较高的C/N更有利于降低Cd、Pb和Cr的生物有效性,这进一步说明堆肥过程添加菌渣能够促进重金属Cd、Pb、Cr的固定化。

微生物菌剂在鸡粪有机肥料堆制发酵中的应用

降解鸡粪的微生物菌剂是由蛋白分解菌、纤维分解菌、酵母菌、光合细菌、乳酸菌等多种有益微生物组成。这些菌群在生长中产生的代谢物质相互利用,而不发生拮抗现象。在鸡粪堆制发酵过程中微生物菌群以辅料为载体与鸡粪组成了复杂而稳定的微生态系统,能够快速、环保地发酵鸡粪并增加肥效。介绍了微生物菌剂在鸡粪堆肥中的作用、机理、发酵工艺及研究现状。