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应用无害化菌剂处理畜禽粪便生产生物有机肥探讨


《 现代农业科技》 2008 年第 6 期

动物科学

应用无害化菌剂处理畜禽粪便生产生物有机肥探讨
杨竹青 1 何 迅2 徐东波 2 熊翠华 2


范忠志 3

石绍丽 2


( 1 华中农业大学资源与环境学院, 湖北武汉 430070 ;

湖北省土壤肥料工作站;

湖北省房县农业局)

摘要 针对畜禽养殖业排泄物既是污染源又是可开发利用的肥料源的实际 , 介绍了应用无害化菌剂发酵处 理畜 禽 粪便 、 生产 生 物有 机肥的工艺技术。 通过试验研究, 阐述了生物菌剂对畜禽粪便的无害化效果和生物有机肥理化性状指标效果 , 进一步分析了生物有机肥和 有机无机复混肥在小麦上的增产机理和改土作用。 关键词 无害化菌剂; 畜禽粪便; 生物有机肥 中图分类号 X713 文献标识码 A 文章编号 1007- 5739( 2008) 06- 0167- 02

近 20 多 年 来 , 我 国 畜 禽 养 殖 业 的 迅 速 发 展 和 持 续 增 长, 已成为农村经济的重要支柱产业, 对改善人民物质生活 上 的 作 用 越 来 越 大; 但 同 时 也 排 放 出 大 量 的畜 禽 粪 便 和 污 水, 成为重要的农业废弃物和环境污染源。 对环境生态污染 的表 现 : 一 是 高 浓 度 粪 便 污水 导 致 富 营 养 化 , 污 染 土 壤 、 地 下 水 、 表 水 , 带 来 河 流、 泊 的 水 质 恶 化 , 破 坏 生态 环 境 ; 地 湖 二 是 产 生 恶 臭 和 有害 气 体 , 造 成 大 气 污 染 。 据测 算 , 大 气 臭 味 成 分 约 13%来源 于 畜 禽 粪 便 ; 三 是 带 来 病 菌 、 卵 , 引 起 虫 传 染 病 和 寄生 虫 的 蔓 延 , 通 过 自 然 环境 和 生 物 链 危 及 人 体 的健康。 畜禽 粪 便 排 泄 物 虽 然 是 一种 污 染 源 , 但 可 以 将 其 有 效 地处理, 加以开发应用, 形成无害化生物有机肥和有机—无 机复合混物, 转化成为肥料资源。 其中应用微生物无害化菌 剂 生 物发 酵 技 术 , 是 比 较 科 学 、 经济 有 效 的 方 法 。 照 畜 禽 按 标 便年排放量 21.71 亿吨计, 折 算成 标 准 化 学 氮 肥 、 准 化 学 磷 肥 分 别 为 5 200 万 吨 、 800 万 吨 。 同时 , 通 过 生 物 发 酵 处 2 虫卵等污染, 使环境得到改善和净化。 理, 可以消除病菌、

由于乳酸菌具有杀菌作用, 抑制有害微生物的活动, 降解粪 便 中 有 害 物 质 ; 酵母 菌 、 合 菌 具 有 发 酵 能 力、 肪 同 化 能 光 脂 力和尿酸分解能力, 能消除硫化氢和过量硝酸盐, 降低恶 臭 ; 苏云 金 杆 菌 能 防 治 粪 便 中 的蚊 、 。 过 以 上 各 种 菌 剂 蝇 通 的 综 合 作 用 , 从 而 得 到 无臭 无 病 菌 虫 卵 的 高 效 优 质 生 物 有 机肥源。



无害化生物有机肥生产 应用上述活菌制剂与畜禽粪便进行生物发酵生产无害

化生物有机肥, 根据设施和条件有 2 种方式: 一是在塑料大 棚内设置地面堆积生物发酵, 采用翻堆机进行; 二是棚层翻 板式有机肥发酵塔生物发酵。

2.1

发酵条件和工艺参数 在生 物 发 酵 过 程 中 , 控 制 和掌 握 以 下 条 件 、 术 参 数 : 技

物料水分含量 60% ̄70%; 加 入 无 害化 菌 剂 0.3% ̄0.5%; 添 加 物 5% ̄10%; 混合物堆积厚 40 ̄50cm ; 发酵始温约 40℃, 高温

60 ̄70℃ ; pH 值 6.0 左 右 ; 混 合 物 料 C/ N <25; 好 气 条 件 ; 发
酵时间, 地面堆积发酵常温 10 ̄15d, 塔式发酵 6 ̄8d; 发酵后 产物水分约 20%左右。

1 1.1

无害化复合菌剂及作用 菌剂的组成及配制 本项 目 所 用 的 畜 禽 粪 便 无害 化 复 合 菌 剂 , 是 湖 北 畅 响

2.2

生产工艺流程 畜禽 粪 便 物 料 预 处 理→加入 菌 剂→堆 积 发 酵→翻堆

生物工程股份有限公司科研所选育的适用于无害化作用的 优良菌株, 包括高温芽孢杆菌、 云金杆菌、 酸菌、 母 苏 乳 酵 菌、 光合菌等多种微生物, 应用优化微生物生态学技术培养 复合形成固体粉剂, 活菌数 10 亿 / g, pH 值 6.0 ̄7.0。 菌剂 的 配 制 : 采 集 菌 种 → 平 面 菌 株 培 养 → 筛 选 优 良 菌 株 → 菌株特异性代谢产物定性筛选 → 定量筛选 → 优良菌株 培 养 → 优 化菌 株 组 合 试 验 → 最 佳 组合 配 比 确 定 。 时 根 据 同 菌株特异性选择培养基的组成。

( 翻 板 ) → 继 续 发 酵 → 摊平 ( 卸 料 ) → 晾 干 → 粉 碎 → 分 筛 去 杂 → 生物有机肥( +N 、 、 化肥) → 生物有机无机复混肥。 P K



菌剂对畜禽粪便生物发酵产生的效果 将湖北畅响生物工程股份有限公司提供的无害化复合

菌 剂 用 于 新 鲜 猪 粪、 粪 中 , 分 别 混 合 堆 制 , 进 行生 物 发 酵 鸡 处理, 生产生物有机肥和有机—无机复混肥, 在河南西平县 中原生物肥厂试验和应用结果如下。

3.1

畜禽粪便发酵后组成成分的变化 从表 1 可 知 , 新 鲜 猪 粪 和 鸡 粪 应 用 无 害 化 菌 剂 发 酵 后

1.2

菌剂的作用及其机理 菌剂 在 加 入 畜 禽 粪 便 中 进行 生 物 发 酵 , 形 成 一 种 能 量

的生物有机肥, 两者组成成分有着显著的变化, 经过微生物 高温分解和热交换, 水分大量逸出, 其含量减少 35 ̄60 个百 分 点 , 有 机 质 含 量 提 升 约 1 倍 , 氮 素 养 分 相 对 提 升 1 ̄4 倍 , 磷素 养 分 提 升 2 ̄8 倍 , 钾 素 养 分 提 升 约 10 倍 , pH 由 中 性 变 成 微 碱 性 , 增 加 有 益 微 生 物 1.3 ̄1.5 亿 / g。 生 产 的 生 所 物有机—无机复混肥的各项指标都符合国家标准的规定。

流 、 质 流 的 交 换 、 动、 环 过 程 。 有 氧 条 件 下 , 微生 物 物 互 循 在 迅速繁殖, 能强烈分解粪便中的有机物质。 在高温微生物作 用 下 , 有 机 质氧 化 、 解 产 生 生 物 热 形成 能 量 交 换 、 转 和 分 运 虫卵, 并产生矿质化和腐殖质过 60 ̄70℃高温, 能杀死病菌、 程, 释放出 N 、 、 和微量元素等有效养分, 进行物质交换; P K
作者简介 收稿日期 杨竹青( 1935- ) , 男, 湖北武汉人, 副教授, 长期从事植物营 养与施肥、 有机生物肥和复混肥的研究。

3.2

无害化效果 新鲜 猪 粪 和 新 鲜 鸡 粪 中 含 有 大 量 蛔 虫 卵 , 大 肠 杆 菌 达

2008- 01- 31

167

动物科学 经过无害化菌剂 107 ̄108 个 / g, 臭味强度 4 ̄5 级( 较强—强) 。 生物发酵处理, 所得到的生物有机肥, 经测定 , 蛔 虫 卵 为 0, 死亡率 100%, 大肠杆菌值分别为 102 个 / g 和 10- 1 个 / g, 臭气 强度为 0, 均达到国家标准规定的指标, 形成 无害 无 臭 的 优 质生物有机肥。
名称

《 现代农业科技》 2008 年第 6 期 表1 畜禽粪便发酵前后组成成分
水分 有机质



生物有机肥和有机无机复混肥在小麦上应用效果 将生产的生物有机肥和有机无机复混肥在河南西平县

% 新鲜猪粪 80.1 生物有机肥 16.8 新鲜鸡粪 51.6 生物有机肥 15.5 有机 - 无机复混肥 15.3

% 15.8 33.6 24.1 30.9 18.6

N % 0.69 2.76 1.58 2.17 8.51

活菌数 P2O 5 K2O pH 值 亿/ g % % 0.48 0.51 7.0 - 5.90 5.90 7.3 1.5 0.46 0.91 7.0 - 7.8 1.3 3.50 6.10 4.41 10.62 6.8 0.01

郊区的两处进行应用 试 验 , 对 照 用 三 元 复 合 肥( 25%) , 肥 料 均作为基肥施用。 两处分别在 2002 年 9 月 22 日和 10 月 18 表2
处理 对照( 三元复合肥) 生物有机肥 对照( 三元复合肥) 有机无机复混肥 面积 ∥hm2

日播种, 小麦品种分别用太空 4 号和 9023, 播种量 150kg/ hm2; 收获。 结果如表 2。 2003 年初调查、

生物有机肥在小麦上应用效果
千粒重 ∥g 产量 ∥kg/ hm2 增产 ∥kg/ hm2 增产率 ∥%

施肥量 ∥kg/ hm2 穗粒数 ∥ 粒 / 穗

0.07 0.07 0.40 0.40

600 2 250 600 600

47 56 29 32

36 40 35 39

6 315 8 070 4 650 5 520

- 1 755 - 870

- 27.8 - 18.7

小麦品种 太空 4 号

9023

由表 2 可 知 , 小 麦 施 用 生 物 有 机 肥 和 有 机 无 机 复 混 肥 分别与对照( 三元复合肥) 比较, 小麦的每穗粒数、 千粒重和 产 量 均 有 显 著 的 效 果 , 小 麦 分 别 增 产 1 755kg/ hm 和 870


无机复混肥, 形成产业化。 发酵 后 的 生 物 有 机 肥 具 有改 土 作 用 , 有 利 于 提 高 作 物 产量和品质, 适用于无公害农产品和绿色食品生产。 在小麦 应 用 试 验 中 , 施用 生 物 有 机 肥 和 有 机 无机 复 混 肥 比 施 用 纯 无 机态 三 元 复 合 肥 , 小 麦 穗 粒 、 千粒 重 和 产 量 增 加 , 效 果 显 著。

kg/ hm2, 增产率分别为 27.8%和 18.7%, 而且使土壤变得明显
松软。



小结 应用 无 害 化 活 菌 制 剂 处 理畜 禽 粪 便 , 在 多 种 有 益 微 生



参考资料

物作用下进行生物发酵, 能充分分解其中的有机质, 释放出 养分, 所形成的生物热和高温发酵过程, 能杀死病菌、 虫卵, 除毒去臭, 净化环境, 生产形成高效优质生物有机肥和有机 ( 上接第 166 页) 后在搅拌下加入已处理好的树脂( 14%加入) , 使其悬浮在蛋 清 中 , 在 0~ 下 , 搅 拌 吸 附 5h , 然 后 在 0~ 静 置 20h 以 5℃ 5℃ 上, 等分层后, 弃去上清液后的树脂用清水反复冲洗 2~ 次, 3 以除去杂蛋白, 最后晾干树脂, 移入一个搪瓷缸中。

[1] 李 远 . 我 国 规 模 养 殖 业 存 在 的 环 境 问 题 与 防 治 对 策 [J]. 上 海 环 境 科 学, 2002( 10) : 597- 999. [2] 张克强 . 畜禽养殖业污染物处理与处置 [M]. 北京: 化学出版社, 2003. [3] 刘更另 . 中国肥科学 [M]. 北京: 农业出版社, 1991.

"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
体或 粉 末 , 无 臭 , 味 甜 , 易 溶 于水 , 不 溶 于 丙 酮 、 醚 等 有 机 乙 溶剂。



小结与讨论 关于酶的纯化上, 蛋清中溶菌酶的等电点在 pH10.8 左

右 , 在偏 酸 性 和 偏 碱 性 溶 液 中, 其 稳 定 性 都 比 较 好 , 蛋 清 中 其他蛋白杂质的等电点约在 pH4.6~ 左右, 适量酸的添加 5.0 既不会破坏溶菌酶, 又便于蛋白杂质的沉淀, 使溶菌酶得到 分离纯化 [5]。 对于酶活力的高低, 温度对其影响比较大, 温度低时产 品 纯 度 低 , 导 致 酶 活 力降 低 ; 而 温 度 过 高 时 , 可 导 致酶 蛋 白 发生不可逆变性, 同样造成酶活力下降。 所以温度控制要适 当。 除此之外, 酶活力还与酶的纯度相关。 因此, 可在透折后 用超滤工艺使酶液得到浓缩, 从而提高酶的比活力, 同时又 可除去大部分蛋白杂质 [6]。

2.2.4

酶的洗脱。 在上述树脂中加入同体积的 0.15mol/ L 的

pH6.5 磷酸盐缓冲液, 搅拌洗脱 20min , 过滤洗脱液, 除去一
部分杂质。 再重复洗脱 2 次。 将除去杂质的树脂加入等量浓 度为 10%的硫酸铵溶液, 搅拌洗脱 30min , 滤出洗脱液, 重复 洗脱 3 次, 滤出的洗脱液一起倒入沉淀缸中沉淀。

2.2.5

沉淀 。 沉 淀 缸 中 按 洗 脱 液 的 体 积 加 入 32%固 体 硫 在

酸铵, 搅拌使其溶解, 在 4℃ 放置 过夜 。 2 天 , 用 虹 吸 法 取 第 出上清, 4 000rpm 离心 10min 分离沉淀物。

2.2.6
析液。

透析。 将沉淀物用蒸馏水全部溶解, 然后放入透析袋

中, 在 10℃ 水中透析过夜, 以除去 沉 淀 中 的 硫 酸 铵 。 集 透 收



参考文献

2.2.7

盐析。 将透析液移入一容器内, 用 0.1mol/ L 的 NaOH

调 溶 液 pH 至 8.5~ , 有 白 色 沉 淀 时 , 应 立 即 离 心 除 去 沉 9.0 淀。 2mol/ LHCl 调 pH 至 3.5, 搅 拌 , 并 在 0℃ 放 置 48h , 同 用 上离心收集沉淀物。

2.2.8

成品 的 干 燥 。 上 述 沉 淀 物 加 入 到 丙 酮 , 搅 拌 , 放 置 将

干 2h , 收集 沉 淀 , 用 冷 冻 干 燥 法 干燥 沉 淀 即 得 产 品 。 燥 的 溶 菌 酶 可 在 室 温 下 长 期 保存 。 纯 品 为 白 色 或 微 黄色 的 结 晶 其

[1] 戴清源 . 溶菌酶的研究进展 [J]. 山东食品发酵, 2005( 3) : 23- 25. [2] 林 翠 花 . 溶 菌 酶 结 构 特 点 及 其 应 用 [J]. 潍 坊 学 院 学 报 , 2005 , 2 ( 5 ) : 108- 110. [3] 刘源岗, 邓倩莹, 廖问 陶 . 溶 菌 酶 的 活 性 测 定 [J]. 食 品 科 技 , 2005 ( 10) : 71- 73. [4] 林 亲 录 , 马 美 湖 . 鸡 蛋 卵 清 中 溶 菌 酶 的 提 取 与 纯 化 [J]. 食 品 科 学 , 2002, 2( 23) : 43- 46. [5] 张金城, 高以烜, 叶凌碧 . 超过滤技术在酶制剂工 业 中 的 应 用 [J]. 食 品 与发酵工业, 1989( 5) : 62- 69. [6] 张 灏 , 赵 玉 萍 , 杨 严 俊 . 超 滤 法 提 取 蛋 清 溶 菌 酶 [J]. 无 锡 轻 工 大 学 学 报, 2002, 6( 21) : 607- 612.

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