赤子愛勝蚓處理畜禽糞便的工藝條件研究

1、赤子愛勝蚓處理畜禽糞便的工藝條件研究 隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，由其排放的大量糞便引起的環(huán)境污染成為了一個亟待解決的問題。在目前所利用的各種糞便處理方法中，蚯蚓處理技術(shù)以其環(huán)保、高效以及符合物質(zhì)生態(tài)循環(huán)的特點(diǎn)受到國內(nèi)外的廣泛重視，相關(guān)的研究與應(yīng)用也己開展，但這些研究和應(yīng)用多集中在易于實(shí)現(xiàn)的蚯蚓處理牛糞方面，而對采用蚯蚓處理豬糞和雞糞的研究還很少，特別是缺乏系統(tǒng)深入的研究，基于此，本文對利用蚯蚓處理這兩種糞便的工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。 本文選擇分解有機(jī)垃圾能力極強(qiáng)的赤子愛勝蚓，系統(tǒng)地研究了利用它處理豬糞、雞糞的相關(guān)工藝條件，同時(shí)與處理牛糞的情況進(jìn)行了對比。首先進(jìn)行了單因素影響試驗(yàn)研究，對溫

2、度、濕度、接種密度和C/N比4個影響因子對赤子愛勝蚓的生長、繁殖以及糞便的處理效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明: 赤子愛勝蚓適宜于處理豬糞和雞糞。 (2)處理豬糞、雞糞和牛糞的較適宜工藝條件范圍為:溫度15-25,濕度依次分別是65%-75%, 60%-70%, 65%-75%，接種密度是8-12條/90克干餌料，C/N比依次分別是18.2-24.3、16.1一18.9, 19.4-24.7。 (3)蚓糞與處理前的糞便相比，其全氮、全磷含量下降，而全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量升高，PH值由堿性下降至中性偏堿。 (4)以豬糞、雞糞為餌料時(shí)，糞便是否進(jìn)行預(yù)處理對蚯蚓的生長和繁殖影響較大，利用堆肥14天

3、的豬糞、雞糞做餌料時(shí)，蚯蚓的生長和繁殖均達(dá)到較好的效果。而以牛糞為餌料時(shí)，糞便預(yù)處理與否對蚯蚓的生長和繁殖影響較小。 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上做了以上4因子正交優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)果表明: (1)以豬糞為餌料時(shí)，蚯蚓日增重倍數(shù)達(dá)到最大值的工藝條件是:溫度20，接種密度8條/90克干餌料，濕度75 % . C/N比18.2;其總生物量達(dá)到最大值的工藝條件是:溫度20，接種密度12條/90克干餌料，濕度70%，C/N比14.2。其總產(chǎn)繭量達(dá)到最大值的工藝條件是:接種密度12條/90克干餌料，溫度25濕度65% ,C/N比19.2 。 (2)以雞糞為餌料時(shí)，蚯蚓日增重倍數(shù)達(dá)到最大值的工藝條件是:溫度20，接種密

4、度8條/90克干餌料，濕度65 % , C/N比16.1:其總生物量達(dá)到最大值的工藝條件是:溫度20，接種密度12條/90克干餌料，濕度70% ,C/N比16.1。其總產(chǎn)繭量達(dá)到最大值的工藝條件是:接種密度12條/90克干餌料，溫度25，濕度60 % . C/N比16.1 。 (3)以牛糞為餌料時(shí)，其日增重倍數(shù)達(dá)到最大值的工藝條件是:溫度20，接種密度8條/90克干餌料，濕度70%,C/N比19.4;其總生物量達(dá)到最大值的工藝條件是:溫度20，接種密度12條/90克干餌料，濕度70% , C/N比16.1。其總產(chǎn)繭量達(dá)到最大值的工藝條件是:接種密度12條/90克干餌料，溫度25，濕度65% ,

5、C/N比16.1。 (4）通過方差分析發(fā)現(xiàn):在處理以上三種不同的糞便時(shí)，溫度是影響蚯蚓日增長倍數(shù)和總產(chǎn)繭量的最顯著因素，其次是接種密度;在影響蚯蚓總生物量的因素中，接種密度是最顯著的影響因素，其次是溫度。 關(guān)鍵詞:蚯蚓；畜禽糞便:蚓糞;日增重倍數(shù):日繁殖倍數(shù);總生物量;總產(chǎn)繭量1概述1.1研究背景20世紀(jì)90年代以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的提高，以及政府制定的“菜籃子”工程的順利實(shí)施，中國的養(yǎng)殖業(yè)得到了快速發(fā)展。其發(fā)展呈現(xiàn)兩大趨勢，一是其在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中所占比例增大，二是向集約化、規(guī)?；同F(xiàn)代化方向發(fā)展，規(guī)模養(yǎng)殖占總量的比例上升，規(guī)模越來越大，分布趨于集中（1）。2000年我國肉

6、類產(chǎn)量達(dá)到6125.4萬t，禽蛋產(chǎn)量達(dá)到2243.3萬t，奶產(chǎn)量達(dá)到919.1萬t2l。與此同時(shí)，養(yǎng)殖業(yè)糞便廢棄物的產(chǎn)量迅速增長，己經(jīng)成為我國面源污染的主要原因之一3。畜禽糞便對環(huán)境的污染主要集中在大、中城市郊區(qū)的集約化養(yǎng)殖場，國家環(huán)境保護(hù)總局2000年對全國23個規(guī)?；B(yǎng)殖集中的省、市調(diào)查顯示，1999年，我國禽畜糞便的產(chǎn)出量約為19億t，是工業(yè)固體廢棄物年排放量的2.4倍。畜禽糞便的COD含量己達(dá)7118萬t,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工業(yè)廢水和生活用水排放量之和。畜禽糞便主要污染物COD, BOD. NH4-N, TP, TN的流失量分別為797.31萬t, 580.87萬t, 155.88萬t, 46.

7、76萬t和407.14萬t4。以上海市為例，在26萬余公頃的郊區(qū)耕地上，需承載1400余家大中型畜禽場產(chǎn)生的糞便，平均每公頃耕地每年畜禽糞便承載量達(dá)20噸、畜牧場密集的鄉(xiāng)鎮(zhèn)多達(dá)600噸，遠(yuǎn)超出農(nóng)田環(huán)境自身消納的能力。由于畜禽糞便的污染防治上作嚴(yán)重滯后，又因許多地區(qū)直接從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力和勞動時(shí)間較少，農(nóng)田施肥主要以化肥為主，由此造成的環(huán)境污染觸目驚心。對上海市郊729個大中型禽畜養(yǎng)殖場周圍環(huán)境的調(diào)查表明，其中672個禽畜養(yǎng)殖場附近的河道發(fā)黑發(fā)臭，污染指標(biāo)超過國家地面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)查還表明，黃浦江流域禽畜糞便的COD, BOD、總磷、總氮的污染負(fù)荷量分別為68555, 22152. 34115.

8、 3132ta-1，正成為上海市郊區(qū)最嚴(yán)重、最重要的污染源(1）畜禽糞便中含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀等植物所必須的營養(yǎng)元素，但也含有大量的微生物和寄生蟲，銨態(tài)氮含量高，如果直接利用，會造成不良后果。如直接施用農(nóng)田可導(dǎo)致土壤孔隙堵塞，造成土壤透氣、透水性下降及板結(jié)，嚴(yán)重影響土壤質(zhì)量（5-9）:并可使作物徒長、倒伏、晚熟或不熟，造成減產(chǎn)、甚至毒害作物出現(xiàn)大面積腐爛（1）。因此，只有經(jīng)過無害化處理，消滅病源微生物和寄生蟲(卵)，銨態(tài)氮含量減少，才能加以利用。 目前，對于畜禽糞便的處理，常用的方法有干燥處理、沼氣法、堆肥法、低等動物處理法等10214。 （1）干燥處理 干燥處理是利用熱能、太陽能、風(fēng)能等

9、能量，對畜禽糞便進(jìn)行處理。干燥的目的，不僅在于減少糞便中的水分，而且還有達(dá)到除臭和滅菌的效果。因此，干燥后的畜禽糞便大大降低了對環(huán)境的污染。且干燥后的畜禽糞便可加工成顆粒肥料，或作為畜禽的飼料，具有多種用途。雞的消化道短，吸收能力差，飼料的多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)(約70%)未被消化，以糞便的形式排出體外，因而國內(nèi)外常用干燥法對雞糞進(jìn)行處理（4）。 干燥處理技術(shù)主要存在以下幾個問題不易解決。一是加工前必須把雞糞等攤開、晾到使水分降至30%-40%，而后進(jìn)行熱處理。這存在著氣候的影響及需要一定的場地，污染問題也并未得。到解決，二是一次性投資大，能耗大，據(jù)報(bào)道通常1L柴油只能蒸發(fā)8-lOkg水分，這對于含水在

10、80%以上的鮮禽糞來說，經(jīng)濟(jì)上很不合算:三是禽糞中含氮化合物的30%-70%為不能被單胃動物利用的尿酸，干燥溫度越高，營養(yǎng)物質(zhì)的損失也就越多，肥效較差，易燒苗13。 (2.)沼氣法 沼氣法是利用自然微生物或接種微生物，在缺氧條件下，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳與甲烷氣。其優(yōu)點(diǎn)是處理的最終產(chǎn)物惡臭味減少，產(chǎn)生的甲烷氣可以作為能源使用。缺點(diǎn)是氨氣揮發(fā)損失多，處理池體積大。我國各地均有沼氣池處理畜禽糞便，但受到一次性投資過大，沼氣池長期效果受溫度影響較大，冬季產(chǎn)氣量小，夏季產(chǎn)氣量大，集約化畜禽場遠(yuǎn)離居民點(diǎn)，使沼氣的利用遇到困難。利用沼氣發(fā)電，在理論上和技術(shù)也不成問題，但同樣存在投資巨大，供電穩(wěn)定性受季節(jié)影

11、響，以及發(fā)電設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高等問題。沼液和沼渣在管理、處理和利用上還得投資，尤其是夏天雨季和冬天封凍期不能利用，畜禽糞便的環(huán)境污染問題更為嚴(yán)重，導(dǎo)致己建的大型沼氣處理池基本陷入困境，有的己被閑置(如北京葦溝豬場沼氣池)。而且厭氧發(fā)酵處理不徹底，需和好氧法聯(lián)合起來處理。 (3)堆肥法處理 堆肥法處理畜禽糞便是目前研究較多、應(yīng)用廣泛而最有前景的方法之一，是畜禽糞便無害化、安全化處理的有效手段。傳統(tǒng)的堆肥常需要兩個月至半年，歷時(shí)長、處理效率低，且還會產(chǎn)生難聞的惡臭，污染壞境，由于氮的揮發(fā)而降低肥效。在堆肥中摻入高效發(fā)酵微生物或化學(xué)調(diào)理劑，調(diào)節(jié)糞便中的碳氮比，控制在適當(dāng)?shù)乃?、溫度、氧氣、酸堿度下進(jìn)行發(fā)

12、酵，可減少氨基酸的揮發(fā)，縮短堆肥時(shí)間，控制惡臭產(chǎn)生。采用堆肥方法處理畜禽糞便的好處在：處理的最終產(chǎn)物臭氣較少，且較干燥，容易包裝、施肥。缺點(diǎn)是處理過程中有氨氣失，不能完全控制臭氣，堆肥需要的場地大，處理時(shí)間長，經(jīng)濟(jì)效益不佳。 （4）低等動物處理法 采用北京家蠅、大平2號蚯蚓和褐云瑪瑙蝸牛等低等動物，分別喂食畜禽糞、爛殘菜葉、瓜果皮、生活垃圾等有機(jī)廢棄物，通過封閉式培育蠅蛆，立體套養(yǎng)蚯蚓、瑪瑙蝸牛，達(dá)到處理畜禽糞、生活垃圾的目的。在提供動物蛋白飼料的同時(shí)，提供優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，該方法經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益顯著，但由于前期畜禽糞便滅菌、脫水處理和后期收蠅蛆、飼喂蚯蚓 .蝸牛的技術(shù)難度大，加之所需溫度較高而難以全

13、年生產(chǎn)，故尚未得到大范圍的推廣應(yīng)用，隨有關(guān)技術(shù)的解決、預(yù)計(jì)該項(xiàng)技術(shù)具有良好發(fā)展前景，特別是近年來，對蚯蚓處理畜禽糞便的研究，取得了一定的進(jìn)展，不僅帶來環(huán)境效益，而且取得經(jīng)濟(jì)效益。 1.2蚯蚓處理畜禽糞便的研究現(xiàn)狀蚯蚓是一種雜食性的環(huán)節(jié)動物，它在自然生態(tài)中具有促進(jìn)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化的功能。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，蚯蚓在其新陳代謝過程中能吞食大量有機(jī)物質(zhì)，并將其與土壤混合，通過砂囊的機(jī)械研磨作用和腸道內(nèi)的生物化學(xué)作用進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化15。蚯蚓的消化能力極強(qiáng)，其消化道能分泌出蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、甲殼素酶及淀粉酶等，在這些酶和微生物的作用下有機(jī)物質(zhì)就會被水解成簡單的碳水化合物、脂肪、醇等低分子化合物，這些物質(zhì)

14、再與土壤中的礦物質(zhì)結(jié)合成高度融合的有機(jī)一無機(jī)復(fù)合體，最終以蚯蚓糞的形式排出16。同時(shí)，通過蚯蚓在糞便中的運(yùn)動還可以改進(jìn)糞便中的水汽循環(huán)，使得糞便和其中的微生物得以運(yùn)動、相互混合，從而加強(qiáng)蚯蚓和微生物對糞便處理的協(xié)同作用。蚯蚓的吞食量很大，1億條蚯蚓一天可吞食44-5Ot垃圾，排出20t蚯蚓糞。研究還表明蚯蚓是通過皮膚進(jìn)行呼吸的，在氧含量很低的情況下也能維持生存，因此蚯蚓這種獨(dú)特的生活方式和強(qiáng)大的消化能力為“糞便生態(tài)處理”提供了可行性17-21，蚯蚓本身就是生物處理器。 這是一項(xiàng)古老而新的生物技術(shù)，蚯蚓的加入使得糞便中有機(jī)物質(zhì)的發(fā)酵分解速度提高了3-4倍，并獲得了穩(wěn)定的低C/N的產(chǎn)品。這項(xiàng)技術(shù)工

15、藝簡便，費(fèi)用低廉，能獲得優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥和高蛋白質(zhì)飼料，不產(chǎn)生二次廢物，不會形成二次環(huán)境污染22。另外，研究表明，蚯蚓對農(nóng)藥和重金屬有較強(qiáng)的富集作用，如對六六六、滴滴涕、多氯聯(lián)二苯等農(nóng)藥的富集力比土壤大10倍，對鎘、鉛、汞等重金屬的富集力大2.5-7.2倍，對硫化氫、硫化甲烷、氨苯乙烯等惡臭氣體具有較強(qiáng)的消除作用。在美英等國已開始在農(nóng)藥殘留嚴(yán)重的農(nóng)田或重金屬礦區(qū)附近的耕作區(qū)大量放養(yǎng)蚯蚓，使荒蕪的農(nóng)田肥沃起來，變成可耕地23。 在利用生物方法處理有機(jī)廢棄物的過程中，我們不僅可取得環(huán)保效益，還可收獲蚓體和蚓糞，通過它們可獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)樗鼈冇腥缦掠猛?4-26） 蚓體:(1)養(yǎng)殖業(yè)的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)添

16、加劑。因?yàn)轵球倔w內(nèi)的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量都很高，分別為51%-62%和10.5%-17.5%干物質(zhì)，明顯高于動物魚肉、大豆、奶粉、花生、雞蛋和谷物的蛋白質(zhì)含量;氨基酸的平衡質(zhì)量水平也很高，每100g蛋白質(zhì)中賴氨酸含量為8.2-8.7g，明顯高于谷物的含量。蛋氨酸和谷氨酸含量分別為2.1g和0.75g，也高于谷物、蔬菜種籽和大豆。所以蚯蚓或蚯蚓粉可作為畜禽飼料的有效添加劑。(2)蚯蚓可用于醫(yī)療保健業(yè)。蚯蚓俗稱地龍，含有多種酶和藥用成分，具有退熱、溶血、解痙等功能，在我國長期用作中藥材。近年來，科學(xué)家們從蚯蚓中獲得了具有抗血栓活性的蚓激酶，據(jù)此，中科院生物物理研究所北京百奧藥業(yè)有限責(zé)任公司實(shí)施的“蚓激

17、酶系列產(chǎn)品及蚯蚓產(chǎn)業(yè)化工程”獲國家計(jì)委批復(fù)，作為示范工程列入2001年國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃。(3)蚯蚓還可做保健食品。蚯蚓蛋白質(zhì)含量高，還含有豐富的維生素、糖類和礦物質(zhì)等，肉質(zhì)肥嫩，加上烹調(diào)后味美可口，在歐洲、非洲及東南亞，人們常烹調(diào)食用。4)蚯蚓還是極佳的動物餌料。它還可做成植物營養(yǎng)液促進(jìn)植物根系生長，制成農(nóng)藥抑制病蟲害的發(fā)生等。 蚓糞:(1)高檔有機(jī)肥。蚓糞是團(tuán)粒結(jié)構(gòu)很好的微小顆粒，富含多種酶、激素和微生物，多種微量元素，氨基酸，有益于營養(yǎng)物質(zhì)的分解，極易被植株根系吸收。它具有干凈、衛(wèi)生、無異味、通風(fēng)通氣性好，吸水保水保肥性能好，肥力持續(xù)時(shí)間長，促進(jìn)植物生長發(fā)育，不污染環(huán)境等特點(diǎn)。所以常

18、用作高檔有機(jī)肥或貧瘠、板結(jié)地的改良劑，它能大大提高土壤中微生物和微生物活性。(2)可作除臭劑。用來清除惡臭物質(zhì)的理想吸附劑，比表面積大，不少國家己經(jīng)采用。(3)其它作用。比如土壤中配入一定量的蛻糞，能很大程度地控制土壤中的病蟲害，因?yàn)樗蟠筇岣吡瞬⊥林信c病原菌進(jìn)行能源竟?fàn)幍奈⑸锏母偁幠芰Α?日本學(xué)者前田古顏在1973年育成了繁殖倍數(shù)極高、適合于人工養(yǎng)殖的蚯蚓品種“太平2號”(一種用于處理有機(jī)廢棄物的赤子愛勝蚯蚓，學(xué)名為Eisenia fetida )，使這項(xiàng)生物技術(shù)得到革命性發(fā)展27。然而上世紀(jì)80年代初，美國研究者Hartensteln首次在紐約州立大學(xué)將蚯蚓有目的地應(yīng)用于污泥加工處理過程中。1981在英國Rothamsted28-29實(shí)驗(yàn)站開始了一項(xiàng)利用蚯蚓加工處理畜禽糞的研究，又相繼在法國、德國、意大利、西班牙、其它一些國家展開。美國學(xué)者30-40Neuhauseretal 1980: Reinecke&Viljoen 1990: Kodol