CN103183540A

CN103183540A - 一种生物有机肥及其制备方法

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Publication number: CN103183540A
Application number: CN2011104593430A
Authority: CN
Inventors: 柳树海; 黄加军; 杜金宝; 邓立康; 凌成金; 崔师泰
Original assignee: GUANGXI COFCO BIO-ENERGY Co Ltd; Cofco Corp
Current assignee: GUANGXI COFCO BIO-ENERGY Co Ltd; Cofco Corp
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN103183540B

Abstract

本发明公开了一种生物有机肥及其制备方法，该方法包括将污泥、植物废料和耐高温好氧菌混合，将得到的混合物进行堆垛发酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，然后将堆垛发酵后的产物进行后熟处理，其中，所述污泥与植物废料的重量比为1∶0.3-2，以每千克植物废料为基准，所述耐高温好氧菌的添加量为1.25-2.5亿个，所述耐高温好氧菌至少能够耐受的温度为50℃。本发明利用污泥和植物废料发酵制备生物有机肥，不但解决了污泥和植物废料资源化利用难的问题，同时还解决了生物有机肥短缺问题，具有广阔的应用前景；本发明制得的生物有机肥富含有机质，肥效高，具有重大的经济效益和社会效益。

Description

一种生物有机肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物有机肥的制备方法，以及由该方法制得的生物有机肥。

背景技术

生物有机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体(如畜禽粪便、农作物秸秆等)为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料。生物有机肥不仅肥效高，价格合理，而且与化肥相比不会对环境造成污染，使用起来安全高效，生物有机肥的开发利用越来越为各国所重视。

城市污水处理过程中和工业生产过程中产生的污泥是污泥的主要来源。我国不同规模、不同处理程度的污水处理厂有100多座，每天产生的污泥量约为污水处理量的0.5-1.0体积％，据不完全统计，全国污水排放量为4.474×10⁷m³/d，污泥含水量高达90重量％，循环再利用难且又不易脱水，因此污泥处理起来非常困难，对生态环境的破坏大。尤其是木薯淀粉发酵废水处理过程中产生的好氧污泥与厌氧污泥给环境带来了巨大压力。因此如何处理污泥特别是如何处理城市污水厂产出的大量污泥是一个值得深入研究的课题。

目前，各国处理污泥的主要方式有填埋、焚烧、投海及农用。但这些处理方式各有其缺点：填埋需要占用大量土地，且填埋废气排放等易引起二次污染；污泥焚烧能使有机物全部碳化并杀死病原体，处理量大，占地小，可最大限度地减少污泥体积，但是焚烧处理设备投资大，处理费用高，也会造成二次污染；投海处理虽然最简单、所需费用也少，但对生态环境破坏大，各国纷纷予以禁止；污泥经自然堆肥后可作为农用肥料，这是一种环保经济的处理方式，但污泥肥料具有使用不便和肥效差等缺点，这使其无法与化肥抗衡，而且近年来人们对绿色食品要求的提高和对土壤污染的警惕，污泥肥料农用的标准日趋苛刻，仅通过自然堆肥是很难达到农用标准的，从而使得污泥用作农业肥料难以为继。污泥的资源化利用本身就是在节约能源和资源，并为污泥处理找到一条化害为利、变废为宝的合理出路，从而实现经济效益与社会效益同步增长，因此，仍需要进一步探究更有效的污泥处理方法。

食品加工厂、酿酒工业等工业生产过程中会产生大量的植物废料，一般情况下，将这些植物废料如木薯渣等用做廉价的粗饲料，但是植物废料的营养价值低，并不是粗饲料的最佳选择，因此还需要开发另一种有效处理或利用植物废料的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、易操作、低成本的污泥和植物废料生产生物有机肥的方法，解决污泥污染问题，提高污泥及植物废料的附加值。

为了实现上述目的，本发明提供一种生物有机肥的制备方法，其特征在于，该方法包括将污泥、植物废料和耐高温好氧菌混合，将得到的混合物进行堆垛发酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，然后将堆垛发酵后的产物进行后熟处理，其中，所述污泥与植物废料的重量比为1∶0.3-2，以每千克植物废料为基准，所述耐高温好氧菌的添加量为1.25-2.5亿个，所述耐高温好氧菌至少能够耐受的温度为50℃。

本发明还提供一种由上述方法制得的生物有机肥。

通过上述技术方案，利用污泥发酵制备生物有机肥，不但解决了污泥资源化利用难的问题，同时还解决了生物有机肥短缺问题，具有广阔的应用前景；本发明制得的生物有机肥富含有机质(有机物含量≥45重量％)，每克生物有机肥中的活菌数高达2亿个，肥效高；同时还使工业生产中产生的植物废料得到了资源化利用，为解决污水处理厂或者其他工业生产过程中污泥以及植物废料的再利用问题、改善生态环境、减少环境污染、促进农业产业结构调整等提供了有效途径，具有重大的经济效益和社会效益。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种生物有机肥的制备方法，其特征在于，该方法包括将污泥、植物废料和耐高温好氧菌混合，将得到的混合物进行堆垛发酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，例如30-40重量％，然后将堆垛发酵后的产物进行后熟处理，其中，所述污泥与植物废料的重量比为1∶0.3-2，优选为1∶0.5-1，以每千克植物废料为基准，所述耐高温好氧菌的添加量为1.25-2.5亿个，优选为1.5-2亿个，所述耐高温好氧菌至少能够耐受的温度为50℃。

根据本发明，只要所述耐高温好氧菌至少能够耐受50℃的高温且对人体和环境无害即可实现本发明的目的。优选情况下，所述耐高温好氧菌的最佳生长温度为50-70℃。

进一步优选情况下，所述耐高温好氧菌为芽孢杆菌(Bacillus)、酵母菌(Saccharomycetes)和木霉菌(Trichoderma)中的一种或多种。例如，所述芽孢杆菌可以为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和/或纳豆芽孢杆菌(Bacillus natto)。

根据本发明，所述污泥可以为城市污水处理厂或工业生产过程中产生的废弃物，优选情况下，所述污泥为淀粉质原料发酵后产生的好氧污泥、淀粉质原料发酵后产生的厌氧污泥及城市污泥中的一种或多种，所述污泥的含水量为86-90重量％。

根据本发明，所述植物废料可在较宽范围内选择，只要是能够降低污泥的粘度、增大污泥的含气量进而加快发酵速度促进发酵的进行、同时为发酵提供一定养分的植物废料即可。优选情况下，所述植物废料为木薯渣和/或秸秆。选用上述优选的植物废料可以进一步缩短发酵时间并得到肥效较高的生物有机肥。

所述木薯渣是木薯原料制备乙醇工艺中木薯经粉碎、酶解和固液分离后的固体残余物。木薯渣的主要成分包括水、淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白、粗脂肪和粗灰分及无机盐，各成分的含量分别为水：8-12重量％、淀粉：8-10重量％、纤维素：25-30重量％、半纤维素：10-12重量％、木质素：30-32重量％、粗蛋白：4-6重量％、粗脂肪：2-4重量％、粗灰分及无机盐：10-15重量％。

根据本发明，所述堆垛发酵可以在较宽条件下进行，只要使得发酵后混合物的水分降至40重量％以下即可，一般情况下，可以通过翻垛、打孔、选择合适的遮盖物或利用鼓风机来控制堆垛发酵所需的氧气含量及温度，优选情况下，所述堆垛发酵条件包括通过通风或间歇式翻垛方式使温度保持在50-70℃。本发明的发明人发现，在上述优选的堆垛发酵条件下进行堆垛发酵有利于进一步提高污泥脱水速度，减少污泥堆垛发酵周期，因此本发明的方法只要堆垛发酵10-30天即可得到水分含量为40重量％以下的产物。且在上述优选的堆垛发酵条件下进行堆垛发酵有利于杀死各种病原菌、寄生虫卵、杂草种子等有害物质，达到污泥无害化处理的目的。

根据本发明，所述堆垛发酵优选在脱水剂的存在下进行，以污泥的重量为基准，所述脱水剂的添加量为2-10重量％，优选为3-5重量％，添加脱水剂可缩短发酵时间至10-15天。

根据本发明，将污泥、植物废料、脱水剂和耐高温好氧菌混合均匀的方式可以采用本领域常用的各种方式，例如可以将各种物料一起添加混合均匀，也可以先将其中的某几种物料混合均匀后再添加其余的物料混合均匀。但本发明的发明人在研究中意外发现，先将污泥和脱水剂混合均匀后，再与植物废料和耐高温好氧菌混合均匀，可缩短发酵时间。

所述脱水剂可以以混合物的形式与污泥、植物废料及耐高温菌混合，也可以将脱水剂的各组成成分分别与污泥、植物废料及耐高温菌混合，只要在堆垛发酵前混合均匀即可。

根据本发明，所述脱水剂可以选用本领域常规采用的脱水剂，优选地，所述脱水剂含有炉灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化钙和/或氯化镁，所述炉灰和/或硅酸水泥的重量：所述生石灰的重量：所述氯化钙和/或氯化镁的重量为4-12∶3-8∶1，优选为5-10∶4-6∶1。

其中，所述炉灰可以是各种来源的炉灰，例如可以是植物或煤燃烧后的残余物。所述炉灰的主要成分可以包括二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化镁和氧化铁。

以炉灰的总重量为基准，所述二氧化硅的含量可以为18.2-37.6重量％，所述氧化钙的含量可以为21.5-40.8重量％，所述氧化铝的含量可以为2.1-8.3重量％，所述氧化镁的含量可以为6.8-14.1重量％，所述氧化铁的含量可以为0.8-2.6重量％，余量为其他杂质。

所述硅酸盐水泥可以是现有的各种规格、牌号的硅酸盐水泥，优选氧化钙和二氧化硅的总含量为80-95重量％的硅酸盐水泥。

所述生石灰可以为各种天然或经加工的生石灰，优选为氧化钙含量不低于90重量％的生石灰。

所述脱水剂的含水量优选不超过0.5重量％。

根据本发明，所述后熟处理有利于植物废料(纤维含量较高)完全腐殖化，使纤维充分降解，从而提高生物有机肥的肥效，优选情况下，所述后熟处理的条件包括温度为30-40℃，时间为7-10天。在上述优选的条件下进行后熟处理时，可进一步提高本发明生物有机肥的肥效。

根据本发明，可以对本发明的生物有机肥进行干燥处理，所述干燥的温度为50-90℃，干燥后得到的产物的水分含量降低至20重量％以下，例如5-20重量％。当所述干燥的温度为70-90℃时，有利于缩短干燥时间，但需要说明的是，在此温度下干燥得到的产物基本不含活性菌，可作为有机肥施用。

本发明还提供一种由上述方法制得的生物有机肥，该生物有机肥的各项技术指标如外观、有机质含量、有效活菌数、水分含量、蛔虫死亡率、粪大肠杆菌数量和pH值等均符合《中华人民共和国农业行业标准(NY 884-2004)生物有机肥》的要求。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，污泥取自广西中粮生物质能源有限公司污水处理厂，含水量为87重量％，木薯渣、污泥和炉灰的主要成分及其含量如表1所示，需要说明的是，在进行污泥主要成分的定性定量检测前，将污泥进行烘干处理，因此下表中污泥主要成分含量的测定结果是基于烘干后污泥的重量，使用ED-95型能量色散X荧光分析仪(EDXRF)(美国EDAX公司)和SB～01型原子吸收光谱仪(AAS)(Thermal Jarrell Ash Co.USA)对木薯渣、污泥和炉灰中金属元素或氮磷钾等元素进行定性和定量检测，使用MXF-2100型多道X射线荧光光谱仪(日本岛津公司)和OEG-76H系列3kw Rh靶X射线管(美国Varian公司)测定炉灰中各成分的含量(参照文献《X射线荧光光谱法测定钒铁冶炼炉渣中的主要成分》)，木薯渣或污泥中粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、有机质和腐植酸的测定均为常规检测方法；停止翻垛后水分含量的测定方法以及生物有机肥各项技术指标的测定方法参照《中华人民共和国农业行业标准(NY884-2004)生物有机肥》。

表1

实施例1

将污泥、木薯渣按照1∶1的重量比混合，并接种枯草芽孢杆菌(广州市华元生物科技有限公司)(每千克木薯渣接种1.25亿个左右)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为60℃左右，25天后停止翻垛，测得此时混合物的水分含量为37重量％。采用自然通风的方式使堆垛温度保持在35℃左右7天，得到生物有机肥，测定该生物有机肥中有机质等技术指标，结果如表2所示。

实施例2

将污泥、稻草按照1∶0.3的重量比混合，并接种纳豆芽孢杆菌(广州市华元生物科技有限公司)(每千克木薯渣接种2.5亿个左右)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为60℃左右，25天后停止翻垛，测得此时混合物的水分含量为36重量％。采用自然通风的方式使堆垛温度保持在35℃左右7天，得到生物有机肥，测定该生物有机肥中有机质等技术指标，结果如表2所示。

实施例3

将污泥、木薯渣按照1∶2的重量比混合，并接种枯草芽孢杆菌(广州市华元生物科技有限公司)(每千克木薯渣接种2亿个左右)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为60℃左右，25天后停止翻垛，测得此时混合物的水分含量为37重量％。采用自然通风的方式使堆垛温度保持在35℃左右7天，得到生物有机肥，测定该生物有机肥中有机质等技术指标，结果如表2所示。

对比例1

按照实施例3的方法制备生物有机肥，不同的是，不接种枯草芽孢杆菌，测得停止翻垛后的水分含量为48重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

实施例4

将污泥、木薯渣与脱水剂按照1∶2∶0.02的重量比混合，脱水剂含有炉灰、生石灰及氯化钙，三者的重量比为4∶8∶1，并接种枯草芽孢杆菌(广州市华元生物科技有限公司)(每千克木薯渣接种2亿个左右)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为60℃左右，10天后停止翻垛，测得此时混合物的水分含量为30重量％。采用自然通风的方式使堆垛温度保持在35℃左右7天，得到生物有机肥，测定该生物有机肥中有机质等技术指标，结果如表2所示。

实施例5

将污泥、木薯渣与脱水剂按照1∶2∶0.1的重量比混合，脱水剂含有硅酸水泥、生石灰及氯化镁，三者的重量比为12∶3∶1，并接种枯草芽孢杆菌(广州市华元生物科技有限公司)(每千克木薯渣接种2亿个左右)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为60℃左右，15天后停止翻垛，测得此时混合物的水分含量为30重量％。采用自然通风的方式使堆垛温度保持在35℃左右7天，得到生物有机肥，测定该生物有机肥中有机质等技术指标，结果如表2所示。

实施例6

将污泥、木薯渣与脱水剂按照1∶2∶0.03的重量比混合，脱水剂含有炉灰、生石灰及氯化钙，三者的重量比为7∶5∶1，并接种枯草芽孢杆菌(广州市华元生物科技有限公司)(每千克木薯渣接种2亿个左右)，混合均匀后堆成立体梯形垛(上底面面积为1×2m²，下底面面积为2×3m²，高为1m)进行堆垛发酵，每天翻垛2次以保持堆垛温度为60℃左右，12天后停止翻垛，测得此时混合物的水分含量为30重量％。采用自然通风的方式使堆垛温度保持在35℃左右7天，得到生物有机肥，测定该生物有机肥中有机质等技术指标，结果如表2所示。

实施例7

按照实施例6的方法制备生物有机肥，不同的是，脱水剂只含有炉灰，测得停止翻垛后的水分含量为34重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

实施例8

按照实施例6的方法制备生物有机肥，不同的是，脱水剂只含有生石灰，测得停止翻垛后的水分含量为33重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

实施例9

按照实施例6的方法制备生物有机肥，不同的是，脱水剂只含有氯化钙，测得停止翻垛后的水分含量为34重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

实施例10

按照实施例6的方法制备生物有机肥，不同的是，脱水剂只含有炉灰和生石灰，二者的重量比为4∶8，测得停止翻垛后的水分含量为35重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

实施例11

按照实施例6的方法制备生物有机肥，不同的是，脱水剂只含有生石灰和氯化钙，二者的重量比为8∶1，测得停止翻垛后的水分含量为34重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

实施例12

按照实施例6的方法制备生物有机肥，不同的是，脱水剂只含有炉灰和氯化钙，二者的重量比为4∶1，测得停止翻垛后的水分含量为35重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

实施例13

按照实施例6的方法制备生物有机肥，不同的是，脱水剂含有炉灰、生石灰及氯化钙，三者的重量比为1∶2∶1，测得停止翻垛后的水分含量为35重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

实施例14

按照实施例6的方法制备生物有机肥，不同的是，脱水剂含有炉灰、生石灰及氯化钙，三者的重量比为3∶10∶1，测得停止翻垛后的水分含量为34重量％，测定该生物有机肥中有机质等参数，结果如表2所示。

表2

由以上实施例和对比例可以看出，本发明方法制备的生物有机肥的各项技术指标均达到了《中华人民共和国农业行业标准(NY 884-2004)生物有机肥》的要求，在一定程度上解决了污泥资源化利用难及生物有机肥短缺的问题。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种生物有机肥的制备方法，其特征在于，该方法包括将污泥、植物废料和耐高温好氧菌混合，将得到的混合物进行堆垛发酵直至混合物的水分含量降低至40重量％以下，然后将堆垛发酵后的产物进行后熟处理，其中，所述污泥与植物废料的重量比为1∶0.3-2，以每千克植物废料为基准，所述耐高温好氧菌的添加量为1.25-2.5亿个，所述耐高温好氧菌至少能够耐受的温度为50℃。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以每千克植物废料为基准，所述耐高温好氧菌的添加量为1.5-2亿个。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述耐高温好氧菌的最佳生长温度为50-70℃。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述耐高温好氧菌为芽孢杆菌(Bacillus)、酵母菌(Saccharomycetes)和木霉菌(Trichoderma)中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述污泥为淀粉质原料发酵后产生的好氧污泥、淀粉质原料发酵后产生的厌氧污泥及城市污泥中的一种或多种，所述植物废料为木薯渣和/或秸秆。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述堆垛发酵条件包括通过通风或间歇式翻垛的方式使温度保持在50-70℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述堆垛发酵在脱水剂的存在下进行，以污泥的重量为基准，所述脱水剂的添加量为2-10重量％。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述脱水剂含有炉灰和/或硅酸水泥、生石灰以及氯化钙和/或氯化镁，所述炉灰和/或硅酸水泥的重量：所述生石灰的重量：所述氯化钙和/或氯化镁的重量为4-12∶3-8∶1。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述后熟处理的条件包括温度为30-40℃，时间为7-10天。

10.一种由权利要求1-9中的任意一项制备方法制得的生物有机肥。