CN110041151A

CN110041151A - 一种用于养蚕废弃物的无害化处理工艺

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Publication number: CN110041151A
Application number: CN201910363209.7A
Authority: CN
Inventors: 杨金宏; 孔卫青
Original assignee: Ankang University
Current assignee: Ankang University
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-07-23
Anticipated expiration: 2039-04-30
Also published as: CN110041151B

Abstract

本发明属于蚕业废弃物综合利用技术领域，特别涉及一种用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，具体包括以下步骤：(1)无氧氨化；(2)降低氨气浓度；(3)有氧发酵；(4)腐熟度及病原微生物检测。本发明提供一种用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，能够解决存储和集中运输过程中易污染环境的问题，且能有效降低养蚕废弃物的C/N比，提高后期的有氧发酵效率，提高养蚕废弃物的利用度。

Description

一种用于养蚕废弃物的无害化处理工艺

技术领域

本发明属于蚕业废弃物综合利用技术领域，特别涉及一种用于养蚕废弃物的无害化处理工艺。

背景技术

养蚕废弃物含有家蚕排泄物(蚕沙)及蚕座有机废弃物(未消化的桑叶和食剩的残留桑树枝叶和蚕座垫料。蚕沙即蚕的固体排泄物，含水分62～66％，含有18种氨基酸，干物中含氮2.97％、磷1.03％、钾3.52％及铜、铁和锌等微量元素，从理论上计算，100kg干蚕沙的肥效相当于14kg硫酸铵。蚕座有机废弃物主要是一些未消化和食剩的残留桑树枝叶和蚕座垫料。其中桑树枝条主要含有纤维素、木质素。残留的桑树叶片蛋白质20％～30％，脂肪4％～10％、纤维9％～15％，果胶2～6％。蚕座垫料主要是一些碳化谷壳，主要含有纤维素、木质素。

我国是养蚕大国，蚕茧产量占世界总量的70％以上，养蚕废弃物是养蚕生产中最大宗的副产物之一，平均每生产100kg蚕茧可得养蚕废弃物约600kg，我国每年可产养蚕废弃物300万吨以上。目前生产上养蚕废弃物被随意丢弃，造成养蚕环境和生态环境的污染，以及资源的浪费。

家蚕是专食性昆虫，桑叶是其唯一食物，新鲜蚕沙不仅含水率高(62～66％)，而且有较多的桑树枝叶，容易滋生各种菌类，随意堆放5天霉菌孢子可以扩散10m。同时养蚕废弃物中还有较多的病死蚕体，携带大量的病原细菌和病毒，随意堆放或直接还田施肥会污染养蚕环境或桑叶，导致蚕病爆发，给养蚕活动带来严重影响。养蚕废弃物作为废弃物的运输及处理不当，容易造成污染和腐烂等，污染水源和土壤，危害人畜健康和农村生态环境，影响新农村建设。

而目前对养蚕废弃物的处理工艺主要有活性物质提取、无氧堆肥，有氧堆肥3个方面。其中活性物质提取如提取黄酮，叶绿素盐等，主要是针对大型蚕种场和养蚕工厂，且仅涉及到蚕沙，其中的蚕座有机废弃物部分没有处理。但随着我国对入口食品添加剂来源的限制，用于该部分处理的蚕沙用量也不断减少。

无氧堆肥则主要针对高温多湿的环境，以及一年多次养蚕，养蚕废弃物生产量大的情况，采用简易蚕沙池，腐熟养蚕废弃物，达到降解养蚕废弃物病原菌的目的。但我国蚕农较为分散，鲜有规模化的，而无氧堆肥需要占用较大面积，养蚕废弃物堆肥的量要求达到直径1.5m以上的椎体，约为500kg的量，大部分单户蚕农的养蚕废弃物不足以满足一个有效的堆肥的量，且无氧发酵存在臭味大，表面容易滋生蚊蝇，必须等到养蚕结束才能封堆等问题，难以普及。

有氧发酵堆肥是目前研究的热点，多参考猪粪、鸡粪、牛粪等畜禽粪便的堆肥方法，做适当的改动，如添加蘑菇渣调剂C/N，改善通气性，添加桑枝屑、添加腐殖酸泥等。添加大量的纤维素酶以提高枝叶的发酵效率。在实际生产过程中，单一收集蚕粪比较费时，常与食剩的残留桑叶、桑枝和蚕座垫料一起收集作为养蚕废弃物，因此其既有动物粪便的特点，容易发臭，发霉，通气性差，又有植物枝叶的特点，纤维素果胶含量高，蛋白含量较动物粪便低，C/N在25:1，较动物粪便高，利用动物粪便的处理工艺发酵较为困难；单纯的有氧堆肥法没有办法在堆肥前将养蚕散户集中对养蚕废弃物进行处理，也不能解决运输中的污染问题；并且养蚕废弃物由于氮含量较低，含有较多的枝叶，如果直接利用有氧发酵进行无害化处理和利用，必须额外添加氮源和各种纤维素酶，而尿素含氮量为46％，是廉价的氮源，但是直接加入会抑制有氧发酵的细菌繁殖，不利于有氧发酵的进行。

发明内容

本发明提供一种用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，能够解决存储和集中运输过程中易污染环境的问题，且能有效降低养蚕废弃物的C/N比，提高后期的有氧发酵效率，提高养蚕废弃物的利用度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，具体包括以下步骤：

步骤1、按养蚕废弃物：尿素溶液质量比为10:1加入尿素溶液，再以养蚕废弃物总重量为基准，分别加入0.5％氨化离子溶液、0.5‰饲用蜡样芽孢杆菌粉及0.3‰碳酸钙粉，将上述物料搅拌均匀后常温条件下密闭发酵；

所述氨化离子溶液由以下组分组成：2.5g/L硝酸钠、3.0g/L磷酸钾、5.0g/L氯化镁、2.0g/L硫酸铁及2.0g/L硫酸铵；

步骤2、将步骤1中密闭发酵后的混合物晾晒2天去除多余的氨气；

步骤3、以步骤2中得到的产物总重量计分别加入1％EM发酵菌稀释剂、0.1‰磷酸三钙及0.5‰氯化钙后，再使用1％干桑枝粉覆盖发酵容器顶部进行发酵；

步骤4、取步骤3所得发酵产物分别进行腐熟度检测及病原微生物检测。

优选地，步骤1中所述尿素溶液为质量分数为10％的尿素溶液。

优选地，步骤1中所述密闭发酵时间为16～30天。

优选地，步骤1中所述饲用蜡样芽孢杆菌粉加入到养蚕废弃物中后，每1kg养蚕废弃物中蜡样芽孢杆的有效活菌数为25亿个。

优选地，步骤2中可通过利用步骤1中密闭发酵的养蚕废弃物和新鲜养蚕废弃物按质量比为1:1混合以降低氨气浓度。

优选地，步骤3中所述1％EM发酵菌稀释剂加入到氨化去氨气的养蚕废弃物中，每1kg氨化去氨气的养蚕废弃物中含EM发酵菌有效活菌为20亿个。

优选地，步骤3中所述EM发酵菌稀释剂由EM发酵菌与稀释基料按质量比为1:10组成；所述稀释基料由麸皮、玉米皮、米糠按质量比为1:1:1混合而成。

优选地，步骤3中所述发酵参数的控制方法为：第1天每通风1min后停止30min，发酵温度为40℃；第二天每通风1min后停止45min，发酵温度为50℃，第三天开始每通风开1min后停止60min，发酵温度均为60℃；在第3天和第5天各搅拌一次，共发酵7天；发酵罐入口每分钟的进风量为有效发酵体积的1/5。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，无氧氨化过程中使用的蜡样芽孢杆菌能够消耗氧气，同时还具有微弱的氨化能力，能够为氨化过程中的氨化细菌提供无氧环境，促进无氧氨化反应过程的进行；加入的碳酸钙粉可以中和养蚕生产中加入的漂白粉等酸性物质，同时还可以调节无氧发酵产生的酸，保证氨化反应进行；加入氨化离子溶液，可以促进自然存在的氨化细菌增殖，提高氨化效率；适量尿素溶液的加入，可以避免由于尿素含量过高影响后期发酵，或者由于尿素含量过低导致氨化反应效果不佳且养蚕废弃物易发生霉变。

2、本发明提供的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，利用无氧氨化，将无机氮转换为有机氮，提供了有机氮源；氨化过程中的氨化细菌繁殖并分泌尿素酶，可对尿素进行分解释放出氨，氨能够促使纤维素、半纤维素、木质素之间的酯键破坏，使植物结构变得疏松而易于后续的发酵，进一步提高养蚕废弃物有氧发酵的效率，并提高养蚕废弃物中含有的桑枝、桑叶等植物部分的利用价值。

3、本发明提供的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，对养蚕废弃物的无氧氨化过程是在密闭状态下进行16～30天，且氨化反应对温度的要求范围大，可以随便放置，对反应堆的大小无要求，方便存储和运输，能够解决我国蚕农较为分散，规模小不便集中处理的问题，且能够解决存储和运输过程中易污染环境的问题。

4、本发明提供的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，有氧发酵过程中使用的磷酸三钙与氯化钙能够吸附残留的氨气，抑制厌氧菌的生长；将干桑枝粉覆盖在发酵罐的顶部能够吸附初期有氧发酵产生的气体；且由于堆肥超过45℃，才可以杀灭虫卵、幼虫等，达到50-60℃高温可以使养蚕废弃物中的病原菌无害化，因此为提高耐高温的EM发酵菌剂的适应程度，本发明采用逐步加温的工艺进行有氧发酵，保证了EM发酵菌剂可以正常发酵；而为提高EM发酵菌剂的活化程度和添加的均匀度，预先使用了稀释基料对EM发酵菌剂进行稀释。

5、本发明提供的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，所得发酵产物腐熟度好、pH低于7.0，电导率降低，发芽指数提高，有机肥含量低，发酵更彻底，可以作为有机肥的原料，有助于避免土壤的盐碱化；且本发明得到的堆肥气味清香、无恶臭、不吸引蚊蝇、无病原微生物，达到了养蚕废弃物无害化处理的目的。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

步骤1、称取新鲜养蚕废弃物50kg，喷洒5kg质量分数为10％的尿素溶液；再分别加入0.25kg氨化离子溶液、25g饲用蜡样芽孢杆菌粉、0.015kg碳酸钙粉；加入完成后将上述材料混合均匀，装入1米*60厘米的PE塑料包装袋中，密闭放置16天；

氨化离子溶液由2.5g/L硝酸钠、3.0g/L磷酸钾、5.0g/L氯化镁、2.0g/L硫酸铁及2.0g/L硫酸铵制成；

饲用蜡样芽孢杆菌粉(江苏绿科生物技术有限公司，50亿/g)的有效活菌数为每1kg养蚕废弃物中含有效活菌25亿个；

步骤2、由于氨化过程中产生的多余氨气会抑制后续的有氧发酵，因此将步骤1中装入PE塑料包装袋中的物料晾晒2天以去除多余的氨气；

步骤3、称取16.7kg步骤2中氨化去氨气的养蚕废弃物；

称取50g EM发酵菌稀释剂，该EM发酵菌稀释剂由EM发酵菌(山东金耀生物技术有限公司，200亿/g)与稀释基料按质量比为1:10组成；

其中，稀释基料由麸皮、玉米皮及米糠按质量比为1:1:1混合而成；每1kg养蚕废弃物中添加的EM发酵菌的有效菌数总量为20亿；

再往EM发酵菌稀释剂中加入5g磷酸三钙、25g氯化钙，混合均匀后称取26.7g加入到上述氨化去氨气的养蚕废弃物中；

最后称取170g桑枝粉覆盖在发酵罐顶部，第1天风机每开1min，关30min，发酵温度为40℃；第二天风机每开1min，关45min，发酵温度为50℃；第三天开始每开1分钟，关60min，发酵温度均为60℃；发酵罐入口处每分钟的进风量按有效发酵体积的1/5输送；第3天和第5天各翻堆一次，堆肥7天，即得到发酵产物。

实施例2

步骤1、称取新鲜养蚕废弃物50kg，喷洒5kg质量分数为10％的尿素溶液；再分别加入0.25kg氨化离子溶液、25g饲用蜡样芽孢杆菌粉、0.015kg碳酸钙粉；加入完成后将上述材料混合均匀，装入50kg的塑料桶中，密闭21天；

步骤2、由于氨化过程中产生的多余氨气会抑制后续的有氧发酵，因此将步骤1中装入塑料桶中的物料晾晒2天以去除多余的氨气；

步骤3、称取16.7kg步骤2中氨化去氨气的养蚕废弃物；

其中，稀释基料由麸皮、玉米皮及米糠按质量比为1:1:1混合而成；每1kg养蚕废弃物中添加的有效菌数总量为20亿；

实施例3

步骤1、称取新鲜养蚕废弃物50kg，喷洒5kg质量分数为10％的尿素溶液；再分别加入0.25kg氨化离子溶液、25g饲用蜡样芽孢杆菌粉、0.015kg碳酸钙粉；加入完成后将上述材料混合均匀，装入1米*60厘米的PE塑料包装袋中，密闭30天；

所述氨化离子溶液由2.5g/L硝酸钠、3.0g/L磷酸钾、5.0g/L氯化镁、2.0g/L硫酸铁及2.0g/L硫酸铵制成；

饲用蜡样芽孢杆菌粉(江苏绿科生物技术有限公司，50亿/g)中的有效活菌数为每1kg养蚕废弃物中含有效活菌25亿个；

步骤2、由于氨化过程中产生的多余氨气会抑制后续的有氧发酵，因此将步骤1中装入PE塑料包装袋中的物料和新鲜养蚕废弃物按质量比为1:1混合以降低氨气浓度，再直接进行有氧发酵；

步骤3、称取16.7kg步骤2中氨化去氨气的养蚕废弃物；

称取50gEM发酵菌稀释剂，该EM发酵菌稀释剂由EM发酵菌(山东金耀生物技术有限公司，200亿/g)与稀释基料按质量比为1:10组成；

对比例1

步骤2、称取16.7kg步骤1中密闭发酵后的养蚕废弃物；

再往EM发酵菌稀释剂中加入5g磷酸三钙、25g氯化钙，混合均匀后称取26.7g加入到上述氨化的养蚕废弃物中；

对比例2

步骤1、称取新鲜养蚕废弃物16.7kg；

步骤2、称取50g EM发酵菌稀释剂；

所述EM发酵菌稀释剂由EM发酵菌(山东金耀生物技术有限公司，200亿/g)与稀释基料按质量比为1:10组成；

再往EM发酵菌稀释剂中加入5g磷酸三钙、25g氯化钙，混合均匀后称取26.7g加入到上述养蚕废弃物中；

由于未腐熟或腐熟不彻底的堆肥会产生大量中间代谢有机酸，用作有机肥会严重伤害植物的根系，其堆肥产物通常PH小于5.5，发芽指数低于0.85，电导率大于9.0ms·cm-1，因此实施例和对比例中均取最终所得发酵产物分别进行腐熟度检测及病原微生物检测。

下面对各实施例及各对比例处理得到的养蚕废弃物发酵产物的各性质进行检测。

一、外观性状及病原微生物检测

1、方法

外观观察，并利用600倍的位相差显微镜检测各实施例及各对比例处理得到的养蚕废弃物发酵产物中的微粒子孢子。

2、结果

结果见表1。

表1养蚕废弃物发酵产物的外观性状及病原微生物检测结果

分组	外观性状	是否检测到微粒子孢子
			实施例1	呈棕褐色，气味有清香，无恶臭，不吸引蚊蝇	否
实施例2	呈棕褐色，气味有清香，无恶臭，不吸引蚊蝇	否
			实施例3	呈棕褐色，气味有清香，无恶臭，不吸引蚊蝇	否
对比例1	有氨气，叶片颜色浅，发酵不彻底，吸引苍蝇	否
			对比例2	呈棕褐色，气味有清香，无恶臭，不吸引蚊蝇	否

二、腐熟度检测

1、方法

采用五点取样法分别称取各实施例及各对比例发酵处理后的新鲜样品20g，再分别加入200ml蒸馏水，室温条件下200r/min充分振荡浸提l小时后，分别测定PH、电导率及发芽率GI。

发芽率GI的测定方法参照国标GBT23486-2009附录A的方法进行。

2、仪器

PH计(上海雷磁仪器有限公司，PHSJ-4F)；

电导率仪(上海雷磁仪器有限公司，DDSJ-308F)。

3、结果

结果见表2。

表2养蚕废弃物发酵产物的腐熟度检测结果

分组	pH	电导率(S/m)	发芽率
				实施例1	6.81	2.33	1.22
实施例2	6.80	2.31	1.23
				实施例3	6.94	2.41	0.96
对比例1	7.29	2.52	1.01
				对比例2	7.30	4.05	0.71

由表2可知，与氨化未去氨气处理及直接堆肥处理养蚕废弃物得到的发酵产物为碱性不同，本发明处理得到的发酵产物PH低于7.0，有助于避免土壤的盐碱化，电导率也有所降低，而发芽指数提高，说明本发明提供的用于养蚕废弃物的无公害处理工艺发酵更为彻底。

三、有机质含量测定

1、方法

将各实施例及各对比例发酵处理得到的物料分别粉碎过1mm筛处理，精确称取0.5g过滤后的样品，以二氧化硅(分析纯)为对照，按照有机肥料标准(NY525-2012)中的重铬酸钾容量法进行有机质的测定。

2、结果

结果见表3。

表3养蚕废弃物发酵产物中有机质含量的测定结果

分组	有机质含量(％)
		实施例1	51％
实施例2	51％
		实施例3	56％
对比例1	59％
		对比例2	62％

结果表明，三种处理中有机质含量均高于标准中有机质含量为45％的要求，可以进一步加工为宝贵的有机肥料。本发明得到的有机肥含量低，结合腐熟度检测的结果，说明本发明提供的用于养蚕废弃物的无公害处理工艺发酵更彻底，无害化处理程度更高。

需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1～3相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、按养蚕废弃物：尿素溶液质量比为10:1混合养蚕废弃物与尿素溶液，再以养蚕废弃物总重量为基准，分别加入0.5％氨化离子溶液、0.5‰饲用蜡样芽孢杆菌粉及0.3‰碳酸钙粉，将上述物料搅拌均匀后常温条件下密闭发酵；

所述氨化离子溶液由以下组分组成：2.5g/L硝酸钠、3.0g/L磷酸钾、5.0g/L氯化镁、2.0g/L硫酸铁及2.0g/L硫酸铵，余量为水；

2.根据权利要求1所述的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，其特征在于，步骤1中所述尿素溶液为质量分数为10％的尿素溶液。

3.根据权利要求1所述的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，其特征在于，步骤1中所述密闭发酵时间为16～30天。

4.根据权利要求1所述的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，其特征在于，步骤1中所述饲用蜡样芽孢杆菌粉加入到养蚕废弃物中后，每1kg养蚕废弃物中蜡样芽孢杆的有效活菌数为25亿个。

5.根据权利要求1所述的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，其特征在于，步骤2中通过利用步骤1中密闭发酵的养蚕废弃物和新鲜养蚕废弃物按质量比为1:1混合以降低氨气浓度。

6.根据权利要求1所述的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，其特征在于，步骤3中所述1％EM发酵菌稀释剂加入到氨化去氨气的养蚕废弃物中，每1kg氨化去氨气的养蚕废弃物中含EM发酵菌有效活菌为20亿个。

7.根据权利要求6所述的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，其特征在于，步骤3中所述EM发酵菌稀释剂由EM发酵菌与稀释基料按质量比为1:10组成；所述稀释基料由麸皮、玉米皮、米糠按质量比为1:1:1混合而成。

8.根据权利要求1所述的用于养蚕废弃物的无害化处理工艺，其特征在于，步骤3中所述发酵参数的控制方法为：第1天每通风1min后停止通风30min，发酵温度为40℃；第二天每通风1min后停止通风45min，发酵温度为50℃；第三天开始每通风1min后停止通风60min，发酵温度均为60℃；在第3天和第5天各搅拌一次，共发酵7天；每分钟的进风量为有效发酵体积的1/5。