CN103980017A - 高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法，涉及微生物应用技术领域，其工艺过程如下：A、原料预处理；B、发酵菌剂制作：a、高温发酵菌剂制作：①、高温发酵菌剂原种配制；②、高温发酵菌剂灭菌料配制；③、接种高温发酵菌剂原种；④、高温原种发酵；⑤、二次发酵；b、中低温发酵菌剂制作；C、接种高温发酵菌剂；D、升温发酵；E、杀菌；F、高温发酵；G、接种中低温菌种；H、降温二次发酵；具有发酵周期短、投资少、成本低、能将有机废弃物快速制成高品质有机肥等特点，适用于快速处理各类有机废弃物，所生产的高品质有机肥可用作水稻、水果、蔬菜和瓜果等农作物种植的基肥。
Description
技术领域
本发明涉及微生物应用技术领域，特别是一种高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法。
背景技术
我国是一个传统的农业大国，每年因农业生产而产生大量的有机废弃物，如玉米和小麦秸杆、稻草、稻壳、废菌料等，通常情况下，这些有机废弃物中除部分小麦秸杆被用于造纸外，大多被焚烧了，既浪费资源，又污染大气，影响环境。同时，城乡居民在日常的生产生活过程中，也会产生大量的有机废弃物，如锯末、粉煤灰、食物残渣、菜叶、菜根等，通常作为垃圾被填埋了，既污染地下水源，又占用土地资源。近些年来，人们开展了利用微生物技术对有机废弃物进行处理的研究，将有机废弃物处理成生物有机肥料。目前，利用微生物技术对有机废弃物进行处理的方式主要有“自然堆肥”和“人工控制”两类，“自然堆肥”采用的微生物大都是低温菌种，发酵温度控制在45℃以下；“人工控制”采用的微生物则是中温菌种，发酵温度控制在55℃以下。中国专利(专利申请号为201310616575.1)公开的“一种利用菌剂发酵菌渣和猪粪混合堆肥生产”，通过制备自制菌剂、自制除臭剂、处理菌渣和猪粪的混合堆肥生产有机肥等一系列步骤实现；该法堆肥启动快，发酵温度高，高温持续时间长，堆肥腐熟彻底，病原菌及有害虫卵杀灭彻底，养分损失少，有机肥质量高，而且投资少、工艺简单、操作简便、处理周期短、利于普及推广；应用该发明能达到减轻废弃物对环境的污染和实现废弃物资源化利用的双重目的。又如中国专利(专利申请号为201110028378.9)公开的“农业固废好氧高温水解发酵处理利用方法”，处理步骤为：a.将剪切粉碎后的农作物秸秆与畜禽粪便混合，再通过压榨将混合物中的液固成分分离，压榨所得固体残渣浸泡后再次压榨使液固成分分离；b.对上步两次所得压榨汁液混合后，向其中接种活性污泥，混合汁液在热风条件下水解发酵，发酵周期1－10天，再真空浓缩、冷却后得复合微生物菌剂产品；c.将步骤a所得的压榨残渣，在热风条件下水解发酵，再在热风下干燥后冷却装袋，即为低腐殖化稳定态碳源有机物产品；充分利用了农业大量产生作物秸秆和规模化产生的畜禽粪便，将很多农业有机废弃物资源化，变废为宝，减少了可能存在的环境二次污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发酵周期短、投资少、成本低、能将有机废弃物快速制成高品质有机肥的方法。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是发明一种高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法，其工艺过程如下：
A、原料预处理：
将有机废弃物粉碎至30-40目，调节其碳氮比为25-35：1，并调节其含水量为40-50％、pH值为5-6，成为待处理原料，备用；
B、发酵菌剂制作：
a、高温发酵菌剂制作：
①、高温发酵菌剂原种配制：
按等重量份分别取能耐高温的好氧微生物：嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearotkermophilus)、诺卡氏菌(NocardioformActinomycetes)、链霉菌(Streptomyces)、高温放线菌属(Thermoactinomyces)中的热红菌素和热绿菌素、嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium，简称Pc)、嗜热性真菌中的烟曲霉菌(AspergillusFumigatus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、嗜热侧孢霉(Streptomyces albidoflavus)原种，再取占上述微生物原种总重量10％的红糖、15％的尿素和10倍的腐殖酸作为微生物发酵料，然后，将上述微生物原种和微生物发酵料混合均匀，成为高温发酵菌剂原种，备用；
②、高温发酵菌剂灭菌料配制：
将适量待处理原料加入到发酵机中，在3-4小时内加热至80-90℃，并保持2-3小时，成为高温发酵菌剂灭菌料，备用；
③、接种高温发酵菌剂原种：
待高温发酵菌剂灭菌料经0.8-1.2小时降温至70℃时，按高温发酵菌剂原种：高温发酵菌剂灭菌料为1:500-600的比例，将高温发酵菌剂原种加入，并混合均匀，成为高温发酵菌剂原种接种料，备用；
④、高温原种发酵：
将高温发酵菌剂原种接种料控制在60-70℃，保持10-12小时，成为高温原种发酵料，备用；
在上述高温发酵菌剂灭菌料配制、接种高温发酵菌剂原种和高温原种发酵过程中，定期搅拌、并输入空气；
⑤、二次发酵：
将备用的高温原种发酵料从发酵机中卸出，堆放成宽1.8-2.2米、高0.8-1.2米的条垛状，每天向垛内通风0.8-1.2小时或当垛内温度达到70℃以上时翻一次堆；经过3-5天的二次发酵后，高温原种发酵料降温至40℃以下，即成为生产用的高温发酵菌剂，备用；
b、中低温发酵菌剂制作：
按等重量份分别取中低温微生物：嗜温性真菌中的地霉菌(Geotrichumsp)、环状芽孢杆菌(Bacillus Circnlans)、巨大芽胞杆菌(Bacillusmegaterium)、单孢子菌(Micromonospora)、米曲霉(Aspergillusoryza)、小多孢菌(Micropolysporaceae)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、地衣芽孢杆菌(BacillusLichemiformis)、绿色木霉(Trichodermaviride)、真菌中的担子菌(Basidiom ycotinu)、子囊菌(Ascom ycotina)、橙色嗜热子囊菌(Thermoascusaurantiacus)原种，再取占上述微生物原种总体积五倍的麦麸混合均匀，成为中低温发酵菌剂，备用；
C、接种高温发酵菌剂：
将待处理原料置于发酵机中搅拌均匀，将备用的高温发酵菌剂按照待处理原料：高温发酵菌剂＝38-42：1的质量比例添加到待处理原料中，搅拌均匀，成为高温发酵菌剂接种料，备用；
D、升温发酵：
向高温发酵菌剂接种料中通入蒸汽，将高温发酵菌剂接种料由室温经过0.8-1.2小时升至40-50℃，保持1-3小时，成为升温发酵料，备用；
E、杀菌：
向升温发酵料中通入蒸汽，在1-3小时内将升温发酵料加热至80-90℃，并保持2-3小时，成为灭菌料，备用；
F、高温发酵：
在蒸汽和高温发酵菌剂发酵产生的热的作用下，将灭菌料控制在60-70℃，保持10-12小时，成为高温发酵料，备用；
在上述升温发酵、杀菌和高温发酵过程中，定期搅拌、并输入空气；
G、接种中低温菌种：
停止通入蒸汽加热0.5-1.5小时后，向备用的高温发酵料中按照高温发酵料：中低温发酵菌剂＝2000：0.8-1.2的质量比例添加中低温发酵菌剂，搅拌均匀，成为中低温发酵菌剂接种料，备用；
H、降温二次发酵：
将备用的中低温发酵菌剂接种料从发酵机中卸出，堆放成宽1.8-2.2米、高0.8-1.2米的条垛状，进行二次降温发酵；
在二次发酵过程中，每天向垛内通风0.8-1.2小时或当垛内温度达到70℃以上时翻一次堆；经过3-5天的二次发酵后，高温发酵料降温至40℃以下，即成为高品质有机肥料。
在第B步骤第a小步第②、③、④分步骤的高温发酵菌剂灭菌料配制、接种高温发酵菌剂原种和高温原种发酵以及第D、E、F步骤的升温发酵、杀菌和高温发酵过程中，每隔20-40分钟搅拌20-40分钟，并每隔60分钟在搅拌时输入空气10-20分钟。
所述的有机废弃物包括：有机垃圾、厨馀、秸秆、植物(包括乔木、灌木和草等)枝叶、人畜粪便、废菌棒等中的一种或多种。
本发明的高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法，采用由多种耐高温微生物组成的高温发酵菌剂和由多种中低温微生物组成的中低温发酵菌剂，进行两次接种。其中的高温发酵菌剂包括有：嗜热脂肪芽孢杆菌、诺卡氏菌、链霉菌、高温放线菌属中的热红菌素和热绿菌素、嗜热链球菌、黄孢原毛平革菌、嗜热性真菌中的烟曲霉菌、枯草芽孢杆菌、嗜热侧孢霉，是由有关单位在高温环境下提取、并销售的高温好氧发酵菌剂(如广州农冠生物科技有限公司生产的“农运来”高温堆肥发酵菌等)。其中的中低温发酵菌剂包括有：嗜温性真菌中的地霉菌、环状芽孢杆菌、巨大芽胞杆菌、单孢子菌、米曲霉、小多孢菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、真菌中的担子菌、子囊菌、橙色嗜热子囊菌，是常用的中低温菌剂(如:河南鹤壁市人元生物技术发展有限公司生产的“Rw发酵菌剂”等)。并采用两次发酵、四次过程的工艺流程，首先由高温发酵菌剂将有机废弃物原料在60—70℃条件下进行高温好氧发酵；接着，由中低温发酵菌剂将经过高温好氧发酵后的发酵料，进行二次自然堆集发酵(即：降温发酵)。由于高温发酵时的温度较高、时间较短，既能很快杀死原料内的草籽、多种虫卵和大肠杆菌等多种有害菌类，又能够快速将原料中的糖类、蛋白质类、淀粉类等物质分解，避免长时间发酵的营养损耗，因而，其代谢产物的品质要高于现有中低温发酵处理代谢产物的品质。同时，由于整个发酵处理的周期通常为4-6天，较现有同类方法大为缩短，故可减少场地占用和设备的投资，进而降低生产成本。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明作进一步的说明。下面的说明是采用例举的方式，但本发明的保护范围不应局限于此。
本实施例的高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法，其工艺过程如下：
A、原料预处理：
将待处理的有机废弃物[包括有机垃圾、厨馀、秸秆、植物(包括乔木、灌木和草等)枝叶、人畜粪便等中的一种或多种]粉碎至35目，通过添加含碳或含氮原料，调节其碳氮比为30：1，并调节其含水量为45％、pH值为5.5，成为待处理原料，备用；
B、发酵菌剂制作：
a、高温发酵菌剂制作：
①、高温发酵菌剂原种配制：
取由广州农冠生物科技有限公司在高温环境下提取、并生产和销售的“农运来”高温堆肥发酵菌(其中包括有等重量份的：嗜热脂肪芽孢杆菌、诺卡氏菌、链霉菌、高温放线菌属中的热红菌素和热绿菌素、嗜热链球菌、黄孢原毛平革菌、嗜热性真菌中的烟曲霉菌、枯草芽孢杆菌、嗜热侧孢霉)，再取占上述高温堆肥发酵菌总重量10％的红糖、15％的尿素和10倍的腐殖酸作为微生物发酵料，然后，将上述高温堆肥发酵菌和微生物发酵料混合均匀，成为高温发酵菌剂原种，备用；
②、高温发酵菌剂灭菌料配制：
将适量待处理原料加入到发酵机(一种通用设备，如专利申请号201120415118.2所公开的“有机废弃物高温好氧高速发酵机”，下同)中，在3小时内加热至85℃，并保持2小时，成为高温发酵菌剂灭菌料，备用；同时，每隔30分钟将待处理原料搅拌30分钟，并每隔60分钟在搅拌时输入空气15分钟；
③、接种高温发酵菌剂原种：
待高温发酵菌剂灭菌料经1小时降温至70℃时，按高温发酵菌剂原种：高温发酵菌剂灭菌料为1:550的比例，将高温发酵菌剂原种加入，并混合均匀，成为高温发酵菌剂原种接种料，备用；同时，每隔30分钟将高温发酵菌剂灭菌料搅拌30分钟，并每隔60分钟在搅拌时输入空气15分钟；
④、高温原种发酵：
将高温发酵菌剂原种接种料控制在65℃，保持11小时，成为高温原种发酵料，备用；同时，每隔30分钟将高温发酵菌剂原种接种料搅拌30分钟，并每隔60分钟在搅拌时输入空气15分钟；
⑤、二次发酵：
将备用的高温原种发酵料从发酵机中卸出，堆放成宽2米、高1米的条垛状，每天向垛内通风1小时或当垛内温度达到70℃以上时翻一次堆；经过3-5天(夏季为3天，春秋两季为4天，冬季为5天)的二次发酵后，高温原种发酵料降温至40℃以下，即成为生产用的高温发酵菌剂，备用；
b、中低温发酵菌剂制作：
取由河南鹤壁市人元生物技术发展有限公司生产的“Rw发酵菌剂”(为常用的中低温微生物，其中包括有等重量份的：嗜温性真菌中的地霉菌、环状芽孢杆菌、巨大芽胞杆菌、单孢子菌、米曲霉、小多孢菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、真菌中的担子菌、子囊菌、橙色嗜热子囊菌)，再取占上述“Rw发酵菌剂”总体积五倍的麦麸，混合均匀，成为中低温发酵菌剂，备用；
C、接种高温发酵菌剂：
将待处理原料置于发酵机中搅拌均匀，将备用的生产用的高温发酵菌剂按照待处理原料：高温发酵菌剂＝40：1的质量比例添加到待处理原料中，搅拌均匀，成为高温发酵菌剂接种料，备用；
D、升温发酵：
向高温发酵菌剂接种料中通入蒸汽，将高温发酵菌剂接种料由室温经过1小时升至45℃，保持2小时，成为升温发酵料，备用；同时，每隔30分钟将高温发酵菌剂接种料搅拌30分钟，并每隔60分钟在搅拌时输入空气15分钟；
在上述升温发酵过程中，当发酵温度达到30℃以上时，有机废弃物中本身所含有的中低温微生物菌群进入旺盛的繁殖期，开始活跃地对有机物进行分解和代谢，将高温发酵菌剂接种料中的单糖、淀粉、蛋白质等易分解的有机物迅速分解，产生大量的热，从而在升温发酵阶段的后期出现一个“起爆期”，即温度由缓慢上升到突然急速上升的过程。由于高温发酵菌剂接种料的PH值为5.5，为微酸环境，高碳源是此阶段微生物容易利用的物质，使得微生物迅速增殖，积累热量到中温阶段。此为第一个过程。
E、杀菌：
接着，向升温发酵料中通入蒸汽，在2小时内将升温发酵料加热至80-90℃，并保持2-3小时，成为灭菌料，备用；同时，每隔30分钟将升温发酵料搅拌30分钟，并每隔60分钟在搅拌时输入空气15分钟；此为第二个过程。
F、高温发酵：
其后，在蒸汽和高温发酵菌剂发酵产生的热的作用下，将灭菌料控制在60-70℃，保持10-12小时，成为高温发酵料，备用；同时，每隔30分钟将灭菌料搅拌30分钟，并每隔60分钟在搅拌时输入空气15分钟；
在杀菌过程中，当温度上升到50℃以上时，实质上进入了高温发酵的前置阶段。此时，除少部分残留下来的和新形成的水溶性的有机物继续分解外，复杂的有机物，如半纤维素、纤维素等开始强烈的分解，同时腐殖质开始形成，出现能溶于碱的黑色物质。此时嗜热性真菌中的烟曲霉菌、嗜热脂肪芽孢杆菌等微生物的活动占了优势。
当温度升至80-90℃，保持2-3小时，进行高温杀菌；在此过程中，部分的中温菌类死亡或进人休眠状态，高温菌种迅速繁殖，在各种酶的作用下，有机质实现快速分解；随着微生物的死亡和休眠，酶的作用消退，热量会逐渐降低，此时，温度会降至60-70℃。休眠的部分中高温微生物又重新活跃起来并产生新的热量，从而保持温度在60-70℃，进入正常的高温发酵阶段，并经过11小时的高温发酵，腐殖质基本形成，灭菌料中的有机废弃物处理物质初步稳定，体积减少到原物料(即：待处理原料)的60-70％，成为高温发酵料。此为第三个过程。
G、接种中低温发酵菌剂：
接着，停止通入蒸汽加热，1小时后，向备用的高温发酵料中按照高温发酵料：中低温发酵菌剂＝2000：1的质量比例添加中低温发酵菌剂，搅拌均匀，成为中低温发酵菌剂接种料，备用；
H、降温二次发酵：
其后，将备用的中低温发酵菌剂接种料从发酵机中卸出，堆放成宽2米、高1米的条垛状，进行二次降温发酵(即：二次自然堆集发酵)；
在降温二次发酵过程中，每天向垛内通风1小时或当垛内温度达到70℃以上时翻一次堆(翻堆不超过两次)；经过3-5天(夏季为3天，春秋两季为4天，冬季为5天)的降温二次发酵后，中低温发酵菌剂接种料降温至40℃以下，即成为高品质有机肥料。此为第四个过程。
经过高温发酵和接种中低温发酵菌剂后，中低温发酵菌剂接种料从发酵机中卸出，即进入发酵的后期(即：降温二次发酵或称二次自然堆集发酵)，此时，中低温发酵菌剂接种料中只剩下较难分解的有机物和新形成的腐殖质，发热量减少，温度开始下降。当温度下降到50℃以下，中低温微生物开始繁殖，剩下的难分解的木质素及纤维素在真菌作用下，少量被降解，随即进入物料的腐熟阶段；在该阶段中，物料失重及产热量很小，木质素降解产物与死亡微生物中的蛋白质结合，形成对植物生长极为重要的腐殖酸；同时将有机废弃物中的有机质和N、P、K发酵快速分解出来，至此发酵基本完成。
应用本发明的方法生产的高品质有机肥，经过湖南省农业科学院农化检测中心检测(检测标准为NY525-2012)，其各项技术指标如下：
本发明的高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法，适用于快速处理各类有机废弃物，所生产的高品质有机肥可用作水稻、水果、蔬菜和瓜果等农作物种植的基肥。
Claims (2)
1.一种高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法，其特征在于工艺过程如下：
A、原料预处理：
将有机废弃物粉碎至30-40目，调节其碳氮比为25-35：1，并调节其含水量为40-50％、pH值为5-6，成为待处理原料，备用；
B、发酵菌剂制作：
a、高温发酵菌剂制作：
①、高温发酵菌剂原种配制：
按等重量份分别取能耐高温的好氧微生物：嗜热脂肪芽孢杆菌、诺卡氏菌、链霉菌、高温放线菌属中的热红菌素和热绿菌素、嗜热链球菌、黄孢原毛平革菌、嗜热性真菌中的烟曲霉菌、枯草芽孢杆菌、嗜热侧孢霉原种，再取占上述微生物原种总重量10％的红糖、15％的尿素和10倍的腐殖酸作为微生物发酵料，然后，将上述微生物原种和微生物发酵料混合均匀，成为高温发酵菌剂原种，备用；
②、高温发酵菌剂灭菌料配制：
将适量待处理原料加入到发酵机中，在3-4小时内加热至80-90℃，并保持2-3小时，成为高温发酵菌剂灭菌料，备用；
③、接种高温发酵菌剂原种：
待高温发酵菌剂灭菌料经0.8-1.2小时降温至70℃时，按高温发酵菌剂原种：高温发酵菌剂灭菌料为1:500-600的比例，将高温发酵菌剂原种加入，并混合均匀，成为高温发酵菌剂原种接种料，备用；
④、高温原种发酵：
将高温发酵菌剂原种接种料控制在60-70℃，保持10-12小时，成为高温原种发酵料，备用；
在上述高温发酵菌剂灭菌料配制、接种高温发酵菌剂原种和高温原种发酵过程中，定期搅拌、并输入空气；
⑤、二次发酵：
将备用的高温原种发酵料从发酵机中卸出，堆放成宽1.8-2.2米、高0.8-1.2米的条垛状，每天向垛内通风0.8-1.2小时或当垛内温度达到70℃以上时翻一次堆；经过3-5天的二次发酵后，高温原种发酵料降温至40℃以下，即成为生产用的高温发酵菌剂，备用；
b、中低温发酵菌剂制作：
按等重量份分别取中低温微生物：嗜温性真菌中的地霉菌、环状芽孢杆菌、巨大芽胞杆菌、单孢子菌、米曲霉、小多孢菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、真菌中的担子菌、子囊菌、橙色嗜热子囊菌原种，再取占上述微生物原种总体积五倍的麦麸混合均匀，成为中低温发酵菌剂，备用；
C、接种高温发酵菌剂：
将待处理原料置于发酵机中搅拌均匀，将备用的高温发酵菌剂按照待处理原料：高温发酵菌剂＝38-42：1的质量比例添加到待处理原料中，搅拌均匀，成为高温发酵菌剂接种料，备用；
D、升温发酵：
向高温发酵菌剂接种料中通入蒸汽，将高温发酵菌剂接种料由室温经过0.8-1.2小时升至40-50℃，保持1-3小时，成为升温发酵料，备用；
E、杀菌：
向升温发酵料中通入蒸汽，在1-3小时内将升温发酵料加热至80-90℃，并保持2-3小时，成为灭菌料，备用；
F、高温发酵：
在蒸汽和高温发酵菌剂发酵产生的热的作用下，将灭菌料控制在60-70℃，保持10-12小时，成为高温发酵料，备用；
在上述升温发酵、杀菌和高温发酵过程中，定期搅拌、并输入空气；
G、接种中低温菌种：
停止通入蒸汽加热0.5-1.5小时后，向备用的高温发酵料中按照高温发酵料：中低温发酵菌剂＝2000：0.8-1.2的质量比例添加中低温发酵菌剂，搅拌均匀，成为中低温发酵菌剂接种料，备用；
H、降温二次发酵：
将备用的中低温发酵菌剂接种料从发酵机中卸出，堆放成宽1.8-2.2米、高0.8-1.2米的条垛状，进行二次降温发酵；
在二次发酵过程中，每天向垛内通风0.8-1.2小时或当垛内温度达到70℃以上时翻一次堆；经过3-5天的二次发酵后，高温发酵料降温至40℃以下，即成为高品质有机肥料。
2.根据权利要求1所述高温好氧二次发酵快速生产高品质有机肥的方法，其特征在于：在第B步骤第a小步第②、③、④分步骤的高温发酵菌剂灭菌料配制、接种高温发酵菌剂原种和高温原种发酵以及第D、E、F步骤的升温发酵、杀菌和高温发酵过程中，每隔20-40分钟搅拌20-40分钟，并每隔60分钟在搅拌时输入空气10-20分钟。
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