CN102584370A

CN102584370A - 垃圾生物制肥工艺

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Publication number: CN102584370A
Application number: CN2012100486167A
Authority: CN
Inventors: 王宝申; 姜海忱
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-02-29
Also published as: CN102584370B

Abstract

本发明涉及一种垃圾生物制肥工艺，该工艺的具体步骤为：采用的原料配比为垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％。肥料堆制是将粉碎后的垃圾、草炭、稻壳粉与风化煤混匀，采用自制生物复合菌剂，菌剂扩繁后与原料均匀地混合，采用翻堆通气方式，将堆肥堆成长5m，宽4m，高1.5m的堆体。本发明筛选了新的菌种并复合了新的菌剂，优化了生产工艺，通过原料的配比筛选，研制出符合国家标准的生物有机肥料并明确了田间应用效果，为生物有机肥的普及和在生产上广泛应用打下了坚实的基础。适用于环境保护技术领域。

Description

垃圾生物制肥工艺

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种垃圾生物制肥工艺。

背景技术

目前，垃圾处理所采用的方法，主要有填埋、堆肥、焚烧。其中堆肥发酵处理城市生活垃圾的工艺简单，适合有机质含量高的垃圾处理，并可生产有机肥料，但是堆肥有机质含量低，肥料质量差，腐熟后的垃圾加工成的有机肥料，影响肥料的适用范围。另外，大多数堆肥场采用自然通气或者机械通气法进行好氧发酵，因此，产生的废气不能得到处理，且发酵时间长。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术所存在的上述不足，而提供一种垃圾生物制肥工艺。

其技术方案为：

一种垃圾生物制肥工艺，包括如下步骤：

1)将粉碎后的垃圾、草炭、稻壳粉与风化煤混匀，采用生物复合菌剂，菌剂扩繁后与原料均匀地混合；

2)以管式加孔通气方式堆制生物有机肥，将堆肥堆成长5m，宽4m，高1.5m的堆体，采用塑料管，长1.5m，直径5cm，空心，塑料管表面钻直径1mm小孔，间距5mm，将通气塑料管从下至上直立在发酵堆肥堆体中，其间距为0.6m；

3)每处理5吨，3次重复，各处理间用透气玻璃丝袋隔开。

上述工艺中，步骤1)中原料配比为垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％。

进一步优选，步骤1)所述生物复合菌剂具体为纤维素分解菌、枯草芽孢杆菌、固氮菌、磷细菌、硅酸盐细菌、放线菌等，进行三级扩大发酵，一级发酵，将保存的菌种分别在蛋白胨纤维素平板培养基和马铃薯纤维素平板培养基上复壮培养后，转入摇瓶培养2d左右；二级发酵，按10％(质量比)接种量接入一级发酵菌剂，培养2d左右；三级固态发酵，采用三级固态培养基，按10％接种量接入二级发酵菌剂，在温度28℃条件下，发酵3-4d制取得到生物复合菌剂。

进一步，所述生物复合菌剂含有益活菌数＞2.2亿/g。

本发明垃圾生物制肥工艺中，C/N比最佳为30∶1，水分最佳含量为50％，pH值最佳为7。

①净化复合菌剂的筛选试验

第一步，净化复合菌剂的制取，将自制分离、筛选、纯化的纤维素分解菌与保存的枯草芽孢杆菌、固氮菌、磷细菌、硅酸盐细菌、放线菌等，进行三级扩大发酵，一级发酵，将保存的菌种分别在蛋白胨纤维素平板培养基和马铃薯纤维素平板培养基上复壮培养后，转入摇瓶培养2d左右；二级发酵，按10％的质量比接种量接入一级发酵菌剂，培养2d左右；三级固态发酵，采用三级固态培养基，按10％接种量接入二级发酵菌剂，在温度28℃条件下，发酵3-4d制取得到生物复合菌剂。

第二步，净化复合菌剂的筛选，试验设5个处理，(1)自制的净化复合菌剂(分离筛选的高温、中温纤维分解菌与保存的酵母菌、枯草芽孢杆菌、磷细菌、硅酸盐细菌、放线菌等)，加入5kg/吨(含1.6亿/g有益活菌)；(2)酵素菌(海城三鱼生物有限公司从日本引进)，加入5kg/吨(含1.6亿/g有益活菌)；(3)速腐剂(北京春熙生物工程有限公司生产)，加入5kg/吨(含1.6亿/g有益活菌)；(4)生化腐植酸(BFA)(福建生化有限公司生产)，加入5kg/吨(含1.6亿/g有益活菌)；(5)对照(不加菌)。生物肥堆制于8月2日开始，8月3日开始每天记录温度，温度50℃以上，开始翻堆，需经4次翻堆肥料达到腐熟。每次翻堆前取样分析纤维素酶、转化酶活性，测定细菌、酵母菌、霉菌、放线菌、纤维素分解菌数量。肥料腐熟时取样测定细菌、酵母菌、霉菌、放线菌、硅酸盐细菌的数量。

②原料筛选与配比试验

第一步，原料筛选，对取自黑龙江、吉林、辽宁等地的草炭、内蒙的风化煤及盖州周边的垃圾、牛粪、生活垃圾、稻壳粉、锯末、蘑菇生产废料等进行氮、磷、钾、有机质、水分、pH值的分析测试，并计算到达场地的价格。N用浓硫酸消煮，凯氏定氮法测定；P用硝酸、高氯酸消煮，钼锑抗比色法测定；K用硝酸、高氯酸消煮，原子吸收法测定；有机质用灼烧称重法测定；水分用烘干称重法测定；pH值用pH计测定。

第二步，原料最佳配比筛选，对通过性价比优选出的原料进行不同配比，配方(1)垃圾45％、草炭35％、稻壳粉15％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％；配方(2)草炭45％、垃圾35％、锯末13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％；配方(3)风化煤35％、垃圾30％、稻壳粉13％、牛粪10％、蘑菇生产废料10％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％；配方(4)风化煤35％、牛粪25％、垃圾20％、锯末10％、蘑菇生产废料10％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％。每个处理堆肥长5m，宽4m，高1.5m。肥料生产发酵要求pH为7左右，每吨肥料加入菌剂量为5kg左右，C/N30左右，水分50％，采用翻堆通气。温度50℃以上开始翻堆，共进行4次。肥料发酵腐熟后分析有机质、氮、磷、钾等养分含量。对不同原料配比生产出的生物有机肥的有机质、氮、磷、钾等含量与出料比、最低价格等因素进行比较，筛选出1～2种性价比最优的原料配方。

③垃圾生物制肥生产工艺技术参数试验

第一步，垃圾生物制肥中通气方式与生产温度确定，试验设管式通气、秸杆通气、翻堆通气(共翻堆4次)、自然通气(不翻堆)共4个处理。每个处理堆肥长5m，宽4m，高1.5m。管式通气，采用塑料管，长1.5m，直径5cm，空心，塑料管表面钻直径1mm小孔，间距5mm。将通气塑料管从下至上直立在发酵堆肥堆体中，其间距0.6m。秸杆通气为4根捆扎在一起的玉米秸，1.5m长，将捆扎玉米秸从下至上直立在发酵堆肥堆体中，间距0.6m。采用的原料配比为垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％。翻堆通气处理的，当温度55℃以上时开始翻堆，共进行4次翻堆。垃圾生物制肥方式及垃圾生物制肥发酵过程中参数的确定同前。在垃圾生物制肥过程中，肥料堆制后每隔12h调查一次表层10cm、30cm温度，绘制温度曲线，确定发酵温度。记载不同通气处理肥料腐熟的时间。各种通气方式处理的肥料发酵腐熟后取样分析有益活菌数、有机质、氮、磷、钾等养分含量。

第二步，发酵参数优化研究，开展菌剂量、湿度、碳氮比、酸碱度不同配方对肥料有益活菌数、发酵温度、速效氮等影响设计的4因素3水平的正交试验(见表1)，用以肥料发酵参数的优化研究。

表1生物有机肥发酵参数4因素3水平正交试验表

采用的原料配比为垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％，其养分含量见表7。肥料堆制于8月6日开始，将粉碎后的垃圾、草炭稻壳粉与风化煤混匀，采用自制生物复合菌剂(约含有益活菌数＞2.2亿/g)，菌剂扩繁后与原料均匀地混合，采用管式通气方式，将堆肥堆成长5m，宽4m，高1.5m的堆体。每处理5吨，3次重复，各处理间用透气玻璃丝袋隔开。C/N比在原料配比的基础上，用少量尿素、硫酸铵调控。pH由0.01M的HAC和0.01M的NaOH溶液调节。

从肥料堆制开始，每隔12h用水银温度计测定堆体10cm、30cm堆层的温度，并记载气温。在每次翻堆前均匀的从堆体内部取样，放在阴凉处自然风干后，分析有益菌数量、速效氮、水分、pH等。全氮采用H2SO4-H2O2消煮-开氏定氮法，速效氮采用1mol/lNaCl浸提-扩散法，水分在105℃下烘干，pH用酸度计测量，有益菌量测定用选择培养基菌落计数法。

④垃圾生物制肥应用效应试验

第一步，对土壤氨挥发的试验，试验设4个处理，(1)对照(土50g+尿素0.1g)；(2)土50g+尿素0.1g+生物肥0.5g；(3)土50g+尿素0.1g+生物肥1.0g；(4)土50g+尿素0.1g+生物肥1.5g，每处理3次重复。供试生物有机肥，含N6.5％、P2O55％、K2O6.5％、有机质23％、腐植酸10％，有效活菌数0.4亿/克；尿素为分析纯化学试剂，含氮46.0％。供试土壤含氮2.05mg/kg、磷97.3mg/kg、钾355mg/kg。

称取过5mm筛的风干土50g，与尿素和生物有机肥混匀后放入培养皿中，加入40ml水，含水量达田间持水量的70％，连续30℃恒温箱培养。分别于试验的第5、10、15、20d取土测定土壤中氮含量。

^*培养前总氮量为土壤含氮量+化肥含氮量+生物有机肥的混合物含氮量。

^**培养后总氮量为培养后测定土肥混合物氮百分含量。

第二步，对土壤氮、磷、钾淋溶试验，试验采取土柱淋溶法，先用0.075mm滤布封底口，并在滤布上垫有少量砂子(25g)的塑料管中(直径5cm，高30cm)模拟耕层装入500g土、肥混合物(土485～495g，生物肥5～15g)，土柱上面再以少量砂子(25g)覆盖以防加水时扰乱土层。以不加肥料的土柱做对照，每个处理重复3次。第1次先加入200ml水使土壤水分接近饱和，培养1d后再以200ml水1次加入淋溶土柱，收集淋溶液。淋溶结束后以刺有小孔的塑料薄膜封闭塑料管上口，室温下培养5d后，用200ml水进行第2次淋溶，以后各次按同样操作进行，共进行5次，在培养第1，5，10，15，20d时进行淋溶，淋溶后收集淋溶液，分析溶液的氮、磷、钾含量。

＊淋溶前总氮、磷、钾含量为土壤含氮量+化肥含氮量+生物有机肥含氮、磷、钾量。

＊＊淋失氮、磷、钾量为淋溶液的含氮、磷、钾。

第三步，对土壤微量金属元素释放特性的研究，试验在盖州二台子农场石棚山村果园18年生富士苹果上进行，株行距2×4m，株产为150kg左右，山地土壤，中至重壤土，土壤理化性状见表2。试验设施生物有机肥20kg/株、干垃圾20kg/株、CK(不施有机肥)共3个处理。以单株为小区，5次重复。各处理按每生产100kg果株施纯氮1kg，纯磷0.5kg，纯钾1kg。有机肥与化肥同时施入，春季施入总量的1/3，秋施总量的2/3。采取放射状沟施肥方法，用对角线法取0～40cm的土壤样品，样品风干后，过筛。

表2不同施肥处理对土壤理化性状的影响

取1g过2mm筛的土壤，加入DTPA溶液15ml，立即放入振荡器中振荡(180次/min，恒温25℃)。在1/4，1/2，1，2，4，8，16h各取出一组，过滤后用原子吸收分光光度计测定溶液中Cu2+、Mn2+、Zn2+、Fe2+的浓度。

第四步，对土壤微生物区系的影响试验，试验在连续3年施用生物有机肥试验的盖州二台农场石硼山10年生富士苹果、八家子保护地3年生晚红葡萄、九寨关屯9年生早油2号油桃、杨运八道河5年生黑李上进行，取距施肥沟20cm左右远，深10～30cm土层范围内土壤，进行细菌、真菌、放线菌、硅酸盐细菌的分离培养测定。采用土壤悬液接种法接种，细菌用牛肉膏-蛋白胨培养基，真菌用马铃薯培养基，放线菌用淀粉铵盐培养基，硅酸盐细菌采用硅酸盐细菌专用培养基培养，用平板记数法进行微生物的记数。

第五步，对土壤酶活性的影响试验，试验在连续3年施用生物有机肥试验的盖州二台农场石硼山10年生富士苹果、果树所24年生南果梨、盖州东城9年生晚红葡萄、红旗镇达营3年生巨峰葡萄九寨关屯9年生早油2号油桃上进行，取距施肥沟20cm左右远，深10～30cm土层范围内土壤。

土壤多酚氧化酶用邻苯三酚比色法测定，蔗糖酶用磷钼酸比色法测定，磷酸酶用磷酸苯二钠法测定，脲酶用靛酚比色法测定。

第六步，对果树产质量的影响试验，试验在果树所开发中心果园9年生昂林苹果、熊岳八家子3年生大棚晚红葡萄、熊岳八家子4年生大棚Er2号油桃上进行。选用在辽南果树生产上常用的几种商品生物有机肥做施肥试验，为果树生物有机肥、留老根生物有机肥、三鱼酵素菌肥，以垃圾作对照。按每产50kg果施纯N0.6kg，P2O50.3kg，K2O0.6kg计算施肥量，均按需N的2/3用生物有机肥及垃圾投入(表3)。

表3不同生物肥试验处理(kg/株)

垃圾生物有机肥，含有效活菌数≥0.7亿/g、有机质48％左右、pH值为7左右、腐植酸20％、N1.42％、P₂O₅1.70％、K₂O1.10％，钙、镁、硫、铁、锌、硼等微量元素＞6.0％。

成品肥料中有益活菌数包括细菌、霉菌、酵母菌、放线菌的数量：0.7亿/g。效果较好的配方为：垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％

堆肥中自制复合菌剂最佳用量为5kg/吨，C/N比最佳为30∶1，水分最佳含量为50％，pH值最佳为7。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)利用自主分离、筛选出的酶活力颇强的纤维素分解菌6株，与分离保存的枯草芽孢杆菌、磷细菌、硅酸盐细菌、乳酸菌及放线菌等有益菌有机复合，研制出生物复合菌剂1种。

(2)通过性价比分析，优化筛选出较好的生物有机肥原料，为垃圾、草炭、稻壳粉、锯末、风化煤、蘑菇生产废料等有机物料；生产生物有机肥较好的原料配比为垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％。

(3)探明了以管式加孔通气方式堆制生物有机肥，肥料可提早腐熟7～10d。

(4)经对有益活菌数、发酵温度、水分、酸碱度等主要发酵参数的优化组合研究，提出了生产工艺参数的最佳组合，即自主研制的生物复合菌剂5kg/吨，pH7，C/N比30∶1，水分50％。完成了应用自主研制的复合菌剂生产生物有机肥的生产工艺，生产出符合国家标准的生物有机肥。

(5)生物有机肥使果园根区域土壤氮挥发损失率减少8.8％；与化肥比，氮、磷、钾的淋溶损失率分别减少24.2％、87.2％、36.7％。

(6)施用生物有机肥比未施有机肥的果园土壤Mn²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺的释放量提高，可提高土壤Mn²⁺、Zn²⁺、Fe²的有效性，Cu²⁺的释放量降低。

(7)施用生物有机肥，果树根区域土壤细菌数量增加0.4～3倍，真菌增加0.7～1.4倍；放线菌增加1～1.5倍；硅酸盐细菌增加0.15～3.5倍。有害病菌及有害线虫的繁殖能力和活动降低，尖镰刀病菌数量降低50.0～80.0％；疫腐病菌降低9.0～28.3％；白/紫纹羽病菌及白绢病菌降低18.3～60.2％；有害线虫数量降低63.8～80.5％。

(8)果园施用生物有机肥，土壤肥力较高个果树根际土壤多酚氧化酶、蔗糖酶表现提高，肥力较差的土壤其活性降低，而脲酶、磷酸酶在肥力较低的土壤表现活性提高。

(9)施用生物有机肥与施用留老根生物肥、酵素菌肥和干鸡粪相比，产量、百果重、百叶重表现提高，对果实品质的影响与留老根生物肥相当，略优于鸡粪和酵素菌肥。

(10)苹果、梨、葡萄、桃、李、杏施用生物有机肥，与生产对照相比，百叶重增加1.6％～34.5％；百果重提高1.3％～35.9％；产量增加7.3％～29.8％；果实总糖含量增加0.12％～2.7％；花青苷含量提高24.6～141.9吸收度/cm2；Vc含量提高0.120～1.435mg/100g；土壤有机质提高0.022％～0.548％；全氮提高0.012％～0.037％；速效磷增加2.5～57.5mg/kg；20～40cm土壤容重下降0.02～0.26g/cm³。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的方法作进一步详细地说明。

(3)进行垃圾净化处理技术研究

通气方式试验设管式通气、秸杆通气、翻堆通气(共翻堆4次)、自然通气(不翻堆)共4个处理。每个处理堆肥长5m，宽4m，高1.5m。管式通气，采用塑料管，长1.5m，直径5cm，空心，塑料管表面钻直径1mm小孔，间距5mm。将通气塑料管从下至上直立在发酵堆肥堆体中，其间距0.6m。秸杆通气为4根捆扎在一起的玉米秸，1.5m长，将捆扎玉米秸从下至上直立在发酵堆肥堆体中，间距0.6m。采用的原料配比为垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％。翻堆通气处理的，当温度55℃以上时开始翻堆，共进行4次翻堆。

经采用管式、秸杆、自然和翻堆4种通气条件的净化试验看出，管式通气净化的，净化初期温度上升较快，净化2d后表层向下30cm堆层的温度即可由开始的20℃上升到60℃，净化第3d温度最高，可达67℃。这主要是因为在非常好的通气条件下，协调了水、肥、气、热之间的关系，净化原料中含有的丰富微生物充分起了作用，使微生物大量繁殖生长，有机物在微生物分解过程中释放出大量热量，使净化温度升高，促进肥料腐熟，净化10～12d肥料即达到腐熟。翻堆处理的，净化第3d天温度达到54℃，翻堆后第3d温度可达到65℃，净化17～20d肥料可达到腐熟。秸杆通气净化的，净化第3d温度达到60℃，净化的第12d温度可达到65℃，净化25d左右肥料可达到腐熟。自然通气净化的第5d温度上升到39℃，最高温度在净化的第18d出现，为57℃，净化35d左右肥料可达到腐熟。

探明了以管式加孔通气方式堆制生物有机肥，是最佳的通气方式，肥料可提早腐熟7～10d。

(4)进行垃圾生物制肥工艺技术研究

开展菌剂量、湿度、碳氮比、酸碱度不同配方对肥料有益活菌数、发酵温度、速效氮等影响设计的4因素3水平的正交试验(见表1)，用以肥料发酵参数的优化研究。

采用的原料配比为垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％。肥料堆制过程是粉碎后的垃圾、草炭稻壳粉与风化煤混匀，采用自制生物复合菌剂(约含有益活菌数＞2.2亿/g)，菌剂扩繁后与原料均匀地混合，采用管式通气方式，将堆肥堆成长5m，宽4m，高1.5m的堆体。每处理5吨，3次重复，各处理间用透气玻璃丝袋隔开。C/N比在原料配比的基础上，用少量尿素、硫酸铵调控。pH由0.01M的HAC和0.01M的NaOH溶液调节。

从肥料堆制开始，每隔12h用水银温度计测定堆体10cm、30cm堆层的温度，并记载气温。在每次翻堆前均匀的从堆体内部取样，放在阴凉处自然风干后，分析有益菌数量、速效氮、水分、pH等。全氮采用H₂SO₄-H₂O₂消煮-开氏定氮法，速效氮采用1mol/lNaCl浸提-扩散法，水分在105℃下烘干，pH用酸度计测量，有益菌量测定用选择培养基菌落计数法。

从菌剂量、湿度、碳氮比、酸碱度不同配方正交试验对生物有机肥有益活菌数的影响看，净化发酵腐熟后，成品肥料中有益活菌数包括细菌、霉菌、酵母菌、放线菌的数量达到国家要求标准(有益活菌数≥0.2亿个)，生产的肥料有益活菌数最多，为1.638×109个。计算级差R的结果表明，4个因素对试验结果的重要程度依次为菌剂加入量＞C/N比＞水分含量＞pH值。由配方肥料中有益活菌数总量之和表明，堆肥中自制复合菌剂最佳用量为5kg/吨，C/N比最佳为30∶1，水分最佳含量为50％，pH值最佳为7。

经对有益活菌数、发酵温度、水分、酸碱度等主要发酵参数的优化组合研究，提出了生产工艺参数的最佳组合，即自主研制的生物复合菌剂5kg/吨，pH7，C/N比30，水分50％。完成了应用自主研制的复合菌剂生产生物有机肥的生产工艺，生产出符合国家标准的生物有机肥。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种垃圾生物制肥工艺，其特征在于，包括如下步骤：

3)每处理5吨，3次重复，各处理间用透气玻璃丝袋隔开。

2.根据权利要求1所述的垃圾生物制肥工艺，其特征在于，步骤1)中原料配比为垃圾45％、草炭35％、稻壳粉13％、风化煤5％、米糠1.5％和生物菌剂0.5％。

3.根据权利要求1所述的垃圾生物制肥工艺，其特征在于，步骤1)所述生物复合菌剂为纤维素分解菌、枯草芽孢杆菌、固氮菌、磷细菌、硅酸盐细菌、放线菌，进行三级扩大发酵，一级发酵，将保存的菌种分别在蛋白胨纤维素平板培养基和马铃薯纤维素平板培养基上复壮培养后，转入摇瓶培养2d；二级发酵，按10％的质量比接种量接入一级发酵菌剂，培养2d；三级固态发酵，采用三级固态培养基，按10％接种量接入二级发酵菌剂，在温度28℃条件下，发酵3-4d制取得到生物复合菌剂。

4.根据权利要求1所述的垃圾生物制肥工艺，其特征在于，所述生物复合菌剂含有益活菌数＞2.2亿/g。

5.根据权利要求1所述的垃圾生物制肥工艺，其特征在于，C/N比最佳为30∶1，水分最佳含量为50％，pH值最佳为7。