一、 工艺方法
堆肥系统包括原料储存系统、原料预处理系统、发酵系统、陈化系统、加工系统、成品储存系统、质量检验系统7个部分,各系统功能明确,缺一不可,质量检验系统则需贯穿于堆肥过程的始终(见图3-11)。
(一)收集病死禽尸体
由于尸体在运输途中会腐烂,并伴随恶臭和病原细菌的扩散,所以运输距离不宜过长。收集的禽尸应尽快处理。禽尸带有大量的病原菌,长时间常温下堆放,将会导致病原微生物的扩散及恶臭,并且会加大后期处理难度,若需储存则需选择远离人和动物活动的地点,远离水源,最好冷冻存储。
(二)预处理
在堆肥前需要预处理,预处理主要为解剖尸体。一般需要专门的解剖设备,主要方法包括挤压,冲击和剪切,对于一次性处理少量的禽尸可以选择碾压解剖,以保证后期堆肥过程中堆体温度能顺利升高,有效降解动物尸体,杀灭病原微生物,减少疾病传染源,减少环境污染。
(三)铺放堆肥辅料和家禽尸体
在预处理之后,则需根据堆肥所需的水分和碳氮比(C/N),与一定的辅料和菌剂混合。若采用静态堆肥方式则首先需要在地面上铺放堆肥辅料,如干草、木屑、秸秆等碳源补充物以及动物粪便等氮源、微生物源补充物,随后放入解剖后的病死家禽,最后在动物身上覆盖一定厚度的动物粪便等辅料,建成生物安全屏障。
(四)堆肥发酵
堆肥建成以后,堆肥内的微生物逐渐降解动物组织,升高堆肥内温度,杀灭绝大部分病原微生物,最终将有害的染疫动物及其粪便转化为有益的植物肥料,达到变废为宝的目的。由于频繁或过早的翻堆会扰乱染疫动物周围的微生物环境,减缓肉尸降解,而且翻堆操作本身及其所引起的气溶胶极大增加了病原微生物向周围环境中扩散的危险,所以堆肥通常采用静态发酵、被动供氧的方式。一般要在堆体温度超过55℃一周后,即在大部分病原微生物被杀死的情况下才能进行翻堆(图3-12)。
(五)质量检验
另外,整个堆肥过程中都伴随着质量检验,虽然堆肥内温度的升高、优势嗜热菌的生长繁殖及其抑生作用、变化的酸碱度、以及尸体组织腐烂所释放的氨气等,都是杀灭病原微生物的主要因素,但由于温度具有简便易测的特点,容易被农户采纳和应用,美国和加拿大等地的环境部门都将温度作为评价堆肥发酵过程的重要标准。美国环保局(USEPA)和加拿大环境部(CCME)规定,商业静态堆肥必须升温达到高于55℃在3天以上,同时堆肥升温速度和高温持续时间也成了评价堆肥发酵效率高低的重要标准之一。
(六)贮存、包装
当堆肥经过一段时间的熟化并趋于完全稳定,水分下降到20%以下,便可进入贮存阶段。在此之前必须经过筛分和包装,筛分出的未分解的动物骨头等需进行粉碎,返料再回流,与辅料汇合进行第二次阶段堆肥,堆肥产品可以进行计量,包装。因为有机堆肥产品总体养分偏低,只能做底肥使用,应用范围存在局限,而堆肥法处理其他有机废弃物的工艺流程比较完善,所以通常还会将堆肥产品进一步加工为有机-无机复混肥料。目前有较多用于生产有机-无机复混肥料生产的设备,主要步骤包括混合、制粒和干燥等。
注意事项:
第一,堆肥过程应做好工作人员的人身安全防护措施,防止疾病的感染、传播。
第二,在堆肥过程中,可能由于原料类型,设计规模等的变化会导致工艺或系统参数的调整。
二、 堆肥法的特点和影响因素
(一)堆肥法的特点
堆肥法处理动物尸体主要有以下优点:
1. 操作成本低
堆肥的原料比较容易获得,原料一般是非常常见的动物粪便、稻草和秸秆等；在我国农村或畜禽养殖场附近都可就近找到合适的堆肥场地,有效节省了运输成本。
2. 生物安全性好
通过堆肥过程中的高温可有效杀灭染疫动物尸体和粪便中的病原微生物,防止病原的扩散和传播。一般认为温度高于45℃,保持这种温度就可以杀灭病原菌,一般堆肥过程中的温度可以达到60℃,但堆肥靠近表层的部分可能达不到这个温度,需通过翻堆使表层物料达到此温度。
3. 节能环保
堆肥法使动物尸体和畜禽粪便等有机废弃物被转变为易于处理的物料,有效减少畜禽养殖场周边环境污染,改善养殖场卫生条件,处理后的堆肥产品比较稳定,便于储存和运输。与焚烧法和化制法相比,又能较大程度上减少对环境的污染,节约能源。
4. 可以变废为宝
堆肥产品是一种很好的土壤改良剂,能创造一定的经济效益。动物尸体不能直接当作肥料被用于农田,经过堆肥后体积减小,用于农田,可以增加有机质,改善土壤结构。
目前,堆肥法在处理动物尸体方面也存在较多的技术难点和不利的方面,主要有:
第一,需要承担一定的风险
动物尸体堆肥往往需要较长的时间,对于家禽等小型动物一般需要l～2个月,且时间越长,风险越大。另外所需占地面积较大,堆肥时产生的臭气也会对周围居民的正常生活产生一定的影响,翻堆过程中病菌也可能会扩散进而感染工作人员。
第二,堆肥温度不易掌握
堆肥法主要依靠堆制过程中产生的高温杀灭病原微生物,堆肥原材料的各种理化性质、堆体的体积以及堆制地点的天气都会对堆肥升温产生影响,不适宜的条件将造成堆温升高困难,会使堆肥过程延长。因此,需通过更多的研究找到适当的方法来保证堆温的正
常升高,以利于堆肥发酵法的推广和利用。
第三,堆肥时添加的降解菌剂价格较高
第四,堆肥法的生物安全性有待进一步评估
二、 堆肥过程及其影响因素
(一)堆肥过程
堆肥过程一般分为升温、高温、降温和腐熟4个阶段。升温阶段一般指堆肥过程的初期,堆体温度逐渐从环境温度上升到50℃左右,主导微生物以嗜温微生物为主,包括真菌、细菌和放线菌,分解底物主要为糖类和淀粉类。堆温升至50℃以上即进入高温阶段,这一阶段嗜温微生物受到抑制甚至死亡,嗜热微生物则上升为主导微生物,此时半纤维素、纤维素和蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。现代化堆肥生产的最佳温度一般为55℃,因为大多微生物在该温度范围内最活跃,降解能力强,可杀死大多数病原菌和寄生虫。高温阶段造成微生物的死亡和活动减少,堆体进入降温阶段,此时嗜温微生物又开始占优势,底物主要为剩余的较难分解的有机物,堆体发热减少,温度开始下降,堆肥进入腐熟阶段。此时,大部分有机物已经分解和稳定,为保持己形成的腐殖质和微量的氮、磷、钾肥等,应使腐熟的肥料保持平衡,防止出现矿质化。
(二)堆肥过程的影响因素
1. 温度
对堆肥而言,温度是堆肥得以顺利进行的重要因素,也是评价堆肥过程能否成功,能否满足环保标准的重要指标之一。静态堆肥时,一般温度先升高,后降低,所以堆肥初期温度能否迅速升高并维持在55℃以上是堆肥是否成功的关键。另外在堆肥发酵过程中温度是影响微生物生长的重要因素,当堆肥内部微生物代谢产生的热量聚集,高达50～65℃时,一般堆肥只需5～6天即可达到无害化。温度过低将大大延长堆肥周期,而温度过高(>70℃)对堆肥微生物则有负面影响。
美国环保局(USEPA)和加拿大环境部(CCME)规定敞开条垛式堆肥中心温度需达到55℃以上并保持至少15天,堆肥堆制过程中翻堆5次以上；静态好氧堆肥和发酵仓堆肥内部需维持在55℃以上不少于3天。我国卫生部于1987年出台的《粪便无害化卫生标准》中规定以粪便为原材料的好氧堆肥的最高堆温应达到50～55℃,持续5～7天。而目前尚没有专门用于指导染疫动物尸体堆肥的法律法规。表3-1为几种法定动物疫病病菌杀灭条件,可作为染疫动物堆肥过程中的重要参考指标。
2. 含水率
含水率是控制堆肥过程的一个重要参数,因为水分是堆肥内部微生物生长繁殖的必需物质,另外水分在堆体中移动时,有利于物质的交换。如果堆料含水率过低,堆肥内部的微生物将无法生长,进而造成堆肥升温困难；如果含水率过高,过多的水分会填满堆料空隙,降低氧气的含量,进而降低微生物活力,不利堆温的升高。动物尸体中本来含有较多的水分,因此需加入较多的干垫料。有研究认为,动物堆肥原料的最佳含水率为40%～60%。
3. 含氧量
堆肥内部氧气的含量直接影响其中微生物的活力,堆肥材料中有机碳越多,其好氧率越大。通常认为堆体中的最佳含氧量为5%～15%,含氧量过低时会导致厌氧发酵,造成堆温升高困难并产生恶臭；而当含氧量超过15%时,会造成堆体冷却,导致病原菌的大量存活,同时由于主动供氧会使染疫畜禽尸体携带的病原微生物以气溶胶的形式扩散到外部,增加了疫病流行的危险。因此,在处理染疫动物尸体时,通常采用静态堆肥形式,并通过在堆肥底部加垫料的方式将内部的含氧量保持在5%～15%。
4. 碳氮比(C/N)
微生物在其代谢过程中每消耗一个氮原子的同时平均需要消耗约30个碳原子,为使堆肥过程中微生物的营养处于平衡状态,一般认为堆肥原料的最佳碳氮比(C/N)在20～40的范围内。堆肥的原材料一般由畜禽粪便及稻草、稻秆等植物源性材料组成。畜禽粪便的碳氮比(C/N)较低,鸡粪为8。为满足堆肥原材料的最佳碳氮比(C/N),通常需与高碳氮比(C/N)的原料按一定比例混合进行调节,如秸秆、干草、木屑等。
5. 微生态制剂
在堆肥过程中加入微生态制剂具有多方面的功能,如加快降解速率,缩短堆肥周期,减少氮素的损失等。有研究表明,在家禽粪便堆肥过程中加入氨氧化古生菌,能加快高温阶段进程,缩短堆肥腐熟的时间。但应用于处理染疫动物尸体堆肥的菌剂研究相对较少。由于处理染疫动物尸体的堆肥在原材料组成、理化性质以及物料在堆体内的空间分布上都与其他种类堆肥有较大区别,因此找到一种适用于堆肥法处理染疫动物尸体的菌剂,将有效促进堆肥法在处理染疫动物尸体上的应用。
6. 酸碱度
堆肥过程中酸碱度对微生物的活动和氮素的保存有重要影响。通常认为堆肥物料的pH值在6.0～9.0范围内即可满足堆肥内部微生物生长繁殖的需求,大多数堆肥原材料的pH值都满足这一要求。但另一方面,微生物在代谢过程中产生的铵态氮会使pH值升高,不利于氮素的保存,因此,在工厂化快速发酵时应适量添加调节剂,抑制pH值过高。
三、 发酵仓式堆肥系统
目前逐渐开始利用发酵仓式堆肥法来处理病死禽尸体。如图3-13为自然通风静态发酵仓式堆肥箱,堆肥箱四周都有孔隙,以保证其通风供氧,堆肥箱底部放稻草、秸秆和锯末等垫料,将动物尸体放入堆肥箱后,再用垫料覆盖,一般在堆体温度超过55℃一周后对其进行翻堆处理。
发酵仓式堆肥系统堆肥设备占地面积小,受空间限制小,不易受天气条件影响,生物安全性好,Dennis A等采用箱式堆肥处理死鸡,在堆肥20天后,HPA1和EDS-76两种病毒全部被杀死。另外堆肥过程中的温度、通风、水分含量等因素可以得到很好的控制,因此可有效提高堆肥效率和产品质量。