CN117049926B - 一种基于果蔬废弃物的有机肥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于果蔬废弃物的有机肥及其制备方法，包含以下原料：果蔬废弃物、调节剂、矿质添加剂、生物活性剂、微生物菌剂。与现有技术相比，本发明采用改性水玻璃、海泡石、生石灰和磷酸一钙作为生物活性剂，可以降低重金属含量，促进有果蔬废弃物的分解和堆肥过程中的微生物活动，微生物在堆肥过程中分解有机物质，并产生有益的代谢产物，进一步提高有机肥的质量，实现了对果蔬废弃物的有效利用和资源化。
Description
技术领域
本发明涉及有机肥料技术领域，尤其涉及一种基于果蔬废弃物的有机肥及其制备方法。
背景技术
果蔬废弃物的有机肥是一种常见的研究领域，现有的技术主要有堆肥技术、发酵技术、厌氧消化技术、厌氧堆肥技术；堆肥是将有机废弃物在适宜的条件下进行分解和转化的过程。该方法将果蔬废弃物与其他有机材料(如秸秆、木屑等)混合，经过适当的湿度、通气和温度控制，利用微生物的作用进行分解和转化，最终得到有机肥。发酵技术利用微生物的代谢作用将有机废弃物转化为有机肥。通过添加适当的发酵剂或菌种，可以促进废弃物中的微生物活动，加速分解过程。厌氧消化是一种利用微生物在无氧环境下分解有机物质的过程。该技术可以将果蔬废弃物转化为沼气和有机肥。在厌氧消化过程中，废弃物被置于密封的反应器中，微生物通过发酵和产气作用将有机物质分解为沼气和消化液，消化液可以作为有机肥料使用。厌氧堆肥技术是将有机废弃物在无氧环境下进行堆肥处理的方法。通过在密封的堆肥系统中控制温度、湿度和氧气供应，利用厌氧微生物的活动将废弃物分解为有机肥料。这些技术和方法都有其优点和适用范围，可以根据具体的废弃物特性、资源可用性和目标产品要求选择合适的方法。
果蔬废弃物中含有重金属元素可能对微生物的消化分解过程产生负面影响。为了解决这个问题，现有技术主要利用某些特定的微生物菌株或植物来减少或去除重金属污染物。这些微生物或植物可以通过吸附、沉积、还原、氧化等机制来处理废弃物中的重金属。然而，这种技术通常需要较长时间才能达到理想的修复效果，而且对于废弃物的处理量有一定限制。物理化学处理技术包括热处理、酸碱处理、浸泡等方法，以减少或去除废弃物中的重金属含量。通常需要较高的成本和能源消耗，并且可能对废弃物的有机质和营养成分造成一定损失。分离和筛选技术通过物理手段将含有重金属的废弃物与微生物分离开来，以减少重金属对微生物的影响。这些技术可以通过筛网、离心、过滤等方法实现，但对于大规模的废弃物处理可能不太实际，并且可能导致废弃物的资源浪费。需要注意的是，以上技术和方法在实际应用中存在一些缺陷，经济可行性差。因此，开发一种简单易行的方法加工果蔬废弃物制成有机肥显得至关重要。
中国发明专利申请CN116375526A公开了一种采用果蔬废弃物制成的有机肥料及其生产方法，属于有机肥料领域。所述采用果蔬废弃物制成的有机肥料的生产方法，由以下步骤组成：制备控水稳定剂、制备调节剂、前发酵、后发酵。该发明的采用果蔬废弃物制成的有机肥料的生产方法，能够有效克服由于果蔬废弃物含水率高，堆肥过程中下层物料渗液、积液严重，导致滋生异味、有氧堆肥发酵效果不理想的问题。能够有效缩短制肥周期，抑制果蔬废弃物中有害病原体的繁殖，制得的有机肥料发酵彻底，质量稳定，施用效果好；且能够进一步提高有机肥料的肥力，提高施用后的肥效。但是该发明制备的有机肥料发酵效果不理想，有机质残留量偏高，不利于植物生长。
发明内容
有鉴于现有技术中基于果蔬废弃物的有机肥存在发酵效果不理想，有机质残留量偏高，不利于植物生长的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种发酵效果理想，有机质残留量低，利于植物生长的基于果蔬废弃物的有机肥及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于果蔬废弃物的有机肥，包含以下原料：果蔬废弃物、调节剂、矿质添加剂和生物活性剂、微生物菌剂。
所述调节剂为水稻秸秆、水稻稻壳、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、花生壳中的一种或多种混合物。
优选的，所述调节剂由水稻秸秆、水稻稻壳按照质量比1～3：1配置而成。
所述矿质添加剂由磷矿石粉、硫酸钾、硼肥、锰肥、锌肥按照质量比0.5～2：0.5～2：0.01～0.03：0.01～0.03：0.01～0.05配制而成。
所述生物活性剂为改性水玻璃、水玻璃、硅酸钾、海泡石、珍珠岩、生石灰、石灰石粉、磷酸一钙、磷酸二铵中的至少一种或多种混合物。
优选的，所述生物活性剂由改性水玻璃、海泡石、生石灰和磷酸一钙按照质量比0.5～2：2～4：0.2～0.4：0.4～0.6混合而成。
所述微生物菌剂由嗜酸乳杆菌、酿酒酵母、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉、白地霉按照质量比1～3：1～3：5～8：1～3：2～4：0.3～0.5：1～3：0.5～0.8混合制成，所述微生物菌剂浓度为20～30亿/g。
所述改性水玻璃的制备方法如下，以重量份计：
S1、将5～7份水玻璃和0.5～2份十六烷基三甲基溴化铵混合，然后加入80～120份水，在50～70℃水浴中保存5～15min，然后依次加入25～35份0.2～0.4mol/L氢氧化钠水溶液和4～5份甲基三乙酰氧基硅烷，100～300rpm搅拌反应1～5h，将产物过滤出来，80～100℃干燥1～3h，最终产物在500～600℃下煅烧3～8h，得到预处理水玻璃；
S2、将4～6份步骤S1制备的预处理水玻璃加入80～120份无水甲苯中，加热至至110～120℃，加入2～4份N-甲基-3-(三乙氧基硅烷基)丙-1-胺，搅拌回流8～10h，最后，收集的产物，分别经甲苯、甲醇洗涤，40～60℃干燥1～3h，得到改性水玻璃。
一种基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法如下，以重量份计：
步骤1、将果蔬废弃物中的沙石、塑料等无法进行生物分解的物质去除后，用破碎机破碎为1～5cm的块状物；采用水进行清洗1～3次，得到预处理果蔬废弃物；
步骤2、取60～100份预处理果蔬废弃物、10～30份调节剂、1～3份矿质添加剂和4～6份生物活性剂20～200rpm搅拌混合均匀，得到混合料；
步骤3、向混合料均匀喷洒微生物菌剂；用透气、透湿的塑料薄膜覆盖堆垛，待堆垛内部温度超过50～58℃后，继续堆肥4～8天，然后揭开薄膜进行一次翻堆，翻堆后盖上薄膜继续堆肥；4～8天后揭开薄膜进行二次翻堆，翻堆后不用覆盖薄膜，自由腐熟4～10天，得有机肥。
所述微生物菌剂的喷洒比例为混合料质量的4～8％。
重金属进入细胞后，可利用的重金属离子可使细胞酶变性，取代细胞内必需的金属离子，诱导DNA和蛋白质损伤，从而抑制微生物代谢和遗传过程。本发明中生物活性剂的加入改变了微生物菌剂的理化性质，降低了重金属含量，减轻了重金属对微生物的胁迫。其次，生物活性剂的应用为微生物提供了更多的有机化合物，在C和N代谢过程中更加活跃。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1)本发明制备制备的有机肥，利用果蔬废弃物作为原料，通过破碎和清洗处理发酵，转化为有机肥料，实现了对废弃物的有效利用和资源化。
2)本发明采用水稻秸秆和水稻稻壳作为调节剂，调节剂的添加可以平衡堆肥过程中的碳氮比，还可以用于调节堆肥过程中的温度、湿度和通气情况，以提供适宜的环境条件供微生物生长和分解，促进有机物质的分解和转化，提高堆肥效果。
3)本发明采用矿质添加剂的使用，如磷矿石粉、硫酸钾、硼肥、锰肥和锌肥作为矿质添加剂，提供了发酵所需的矿质元素，并且可以增加有机肥的营养价值。
4)本发明采用改性水玻璃、海泡石、生石灰和磷酸一钙作为生物活性剂，可以降低重金属含量，促进有果蔬废弃物的分解和堆肥过程中的微生物活动，微生物在堆肥过程中分解有机物质，并产生有益的代谢产物，进一步提高有机肥的质量。
5)本发明微生物菌剂的添加，可以增加有机肥中的益生菌数量，促进有机物质的分解和转化。
6)该制备方法通过综合利用果蔬废弃物、调节剂、矿质添加剂和生物活性剂，以及微生物菌剂的添加，可以有效地转化果蔬废弃物为高质量的有机肥料，提高废弃物的资源化利用效率，同时增加有机肥的营养价值和微生物活性，对土壤改良和植物生长具有积极的影响。
具体实施方式
主要物质来源：
果蔬废弃物：来自上海各大菜市场。
水稻秸秆：滨州禾跃牧草有限公司，货号：20220108。
水稻稻壳：灵寿县鑫石建材厂，货号：0020。
磷矿石粉：安美特化工科技(济南市)有限公司，货号：955-3。
硼肥：郑州市金水区思琛化工有限公司，货号：006。
锰肥：陕西晨明生物科技有限公司，货号：346。
锌肥：山东金裕生物科技有限公司，型号：JY001。
水玻璃：济南铭川化工有限公司，货号：MC20230527001。
海泡石：灵寿县强东矿产品加工厂，货号：qd-939。
生石灰：灵寿县健石矿物粉体厂，货号：9-6。
嗜酸乳杆菌：CGMCC：1.12735，拉丁名称：Lactobacillus acidophilus。
酿酒酵母：CGMCC：2.3973，拉丁名称：Saccharomyces cerevisiae。
巨大芽孢杆菌：CGMCC：1.16094，拉丁名称：Bacillus megaterium。
解淀粉芽孢杆菌：CGMCC：1.857，拉丁名称：Bacillus amyloliquefaciens。
地衣芽孢杆菌：CGMCC：1.10314，拉丁名称：Bacillus licheniformis。
白浅灰链霉菌：CGMCC：4.6301，拉丁名称：Streptomyces albogriseolus。
米曲霉：CGMCC：2.1547，拉丁名称：Aspergillus oryzae。
白地霉：CGMCC：3.13905，拉丁名称：Geotrichum candidum。
实施例1
一种基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法如下：
步骤1、将果蔬废弃物中的沙石、塑料等无法进行生物分解的物质去除后，用破碎机破碎为2cm的块状物；采用水进行清洗一次，得到预处理果蔬废弃物；
步骤2、取80kg预处理果蔬废弃物、20kg调节剂、2kg矿质添加剂和5kg生物活性剂50rpm搅拌混合均匀，得到混合料；
步骤3、向混合料均匀喷洒微生物菌剂，喷洒比例为混合料质量的6％；用透气、透湿的塑料薄膜覆盖堆垛，待堆垛内部温度超过55℃后，继续堆肥6天，然后揭开薄膜进行一次翻堆，翻堆后盖上薄膜继续堆肥；6天后揭开薄膜进行二次翻堆，翻堆后不用覆盖薄膜，自由腐熟8天，得有机肥。
所述调节剂由水稻秸秆、水稻稻壳按照质量比2：1配置而成。
所述矿质添加剂由磷矿石粉、硫酸钾、硼肥、锰肥、锌肥按照质量比1：1：0.02：0.02：0.03配制而成。
所述生物活性剂由改性水玻璃、海泡石、生石灰和磷酸一钙按照质量比1：3：0.3：0.5混合而成。
所述微生物菌剂由嗜酸乳杆菌、酿酒酵母、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉、白地霉按照质量比2：2：6：2：3：0.4：2：0.6混合制成，所述微生物菌剂浓度为25亿/g。
所述改性水玻璃的制备方法如下：
S1、将6g水玻璃和1g十六烷基三甲基溴化铵混合，然后加入100g水，在60℃水浴中保存10min，然后依次加入30g0.3mol/L氢氧化钠水溶液和4.5g甲基三乙酰氧基硅烷，200rpm搅拌反应3h，将产物过滤出来，90℃干燥2h，最终产物在550℃下煅烧6h，得到预处理水玻璃；
S2、将5.0g步骤S1制备的预处理水玻璃加入100g无水甲苯中，加热至115℃，加入3gN-甲基-3-(三乙氧基硅烷基)丙-1-胺，搅拌回流9h，最后，收集的产物，分别经甲苯、甲醇洗涤，50℃干燥2h，得到改性水玻璃。
实施例2
一种基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述生物活性剂的制备方法不同。
所述生物活性剂由水玻璃、海泡石、生石灰和磷酸一钙按照质量比1：3：0.3：0.5混合而成。
所述调节剂的制备方法与实施例1相同。
所述矿质添加剂的制备方法与实施例1相同。
所述微生物菌剂的制备方法与实施例1相同。
对比例1
一种基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述生物活性剂的制备方法不同。
所述生物活性剂由硅酸钾、海泡石、生石灰和磷酸一钙按照质量比1：3：0.3：0.5混合而成。
所述调节剂的制备方法与实施例1相同。
所述矿质添加剂的制备方法与实施例1相同。
所述微生物菌剂的制备方法与实施例1相同。
对比例2
一种基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述生物活性剂的制备方法不同。
所述生物活性剂由水玻璃、珍珠岩、生石灰和磷酸一钙按照质量比1：3：0.3：0.5混合而成。
所述调节剂的制备方法与实施例1相同。
所述矿质添加剂的制备方法与实施例1相同。
所述微生物菌剂的制备方法与实施例1相同。
对比例3
一种基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述生物活性剂的制备方法不同。
所述生物活性剂由水玻璃、海泡石、石灰石粉和磷酸一钙按照质量比1：3：0.3：0.5混合而成。
所述调节剂的制备方法与实施例1相同。
所述矿质添加剂的制备方法与实施例1相同。
所述微生物菌剂的制备方法与实施例1相同。
对比例4
一种基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述生物活性剂的制备方法不同。
所述生物活性剂由水玻璃、海泡石、生石灰和磷酸二铵按照质量比1：3：0.3：0.5混合而成。
所述调节剂的制备方法与实施例1相同。
所述矿质添加剂的制备方法与实施例1相同。
所述微生物菌剂的制备方法与实施例1相同。
对比例5
一种基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法与实施例1基本相同，唯一区别仅仅在于：所述基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法中不添加生物活性剂。
测试例1
GI值的测定
将本发明制备的有机肥与水按1：10(W/V)比例混合，室温条件下在转速为150r/min恒温振荡器中震荡3h取出，静置40min，上清液经滤纸过滤后备用。在干净无菌的10cm培养皿中放入一张直径10cm的滤纸，再均匀放入30粒白菜种子，吸取5mL浸提液于培养皿中，以蒸馏水作对照，每个处理做3个平行，在24℃恒温培养箱中培养48h，分别计数和测量各组种子发芽粒数以及根长，再根据公式计算得到GI值。
GI(％)＝(实验组种子发芽率×种子根长)/(对照组种子发芽率×种子根长)×100％
每组测试三次，取平均值，测试结果见表1。
表1：GI值测试结果
| 试验方案 | GI值(％) |
| 实施例1 | 84.31 |
| 实施例2 | 82.55 |
| 对比例1 | 75.24 |
| 对比例2 | 72.83 |
| 对比例3 | 73.05 |
| 对比例4 | 83.86 |
| 对比例5 | 35.72 |
测试例2
有机质含量的测定
按照NY525-2012《有机肥料》中有机质含量的测定方法测定。测试结果见表2。
表2：有机质含量测试结果
| 试验方案 | 有机质含量(％) |
| 实施例1 | 53.69 |
| 实施例2 | 57.83 |
| 对比例1 | 61.93 |
| 对比例2 | 62.53 |
| 对比例3 | 64.52 |
| 对比例4 | 57.31 |
| 对比例5 | 74.82 |
从测试例1～2的测试结果可以看出，实施例1的GI值和有机质含量最好，可能原因在于本发明实施例1中将果蔬废弃物破碎为块状物；清洗，得到预处理果蔬废弃物；将预处理果蔬废弃物、调节剂、矿质添加剂和生物活性剂搅拌混合均匀，得到混合料；向混合料均匀喷洒微生物菌剂，堆存发酵，得有机肥。其中所述调节剂为水稻秸秆、水稻稻壳配置而成。所述矿质添加剂为磷矿石粉、硫酸钾、硼肥、锰肥、锌肥。所述生物活性剂为改性水玻璃、海泡石、生石灰和磷酸一钙混合而成。所述微生物菌剂为嗜酸乳杆菌、酿酒酵母、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉、白地霉混合制成。
实施例1和实施例2相比，可能原因在于改性水玻璃具有良好的吸附性能，能够吸附废弃物中的重金属离子。改性水玻璃中的十六烷基三甲基溴化铵和N-甲基-3-(三乙氧基硅烷基)丙-1-胺等官能团能够与重金属离子形成络合物或离子交换，将重金属离子从溶液中吸附到改性水玻璃表面。并且，改性水玻璃可以形成胶束结构，将废弃物中的重金属离子包埋在胶束内部。这种包埋作用可以有效地隔离重金属离子与环境的接触，减少其迁移和释放。改性水玻璃中的硅酸盐能够与废弃物中的重金属离子发生胶凝反应，形成稳定的硅酸盐胶体。这种胶凝作用能够使重金属离子被固定在改性水玻璃的结构中，阻止其溶解和释放。进一步的，改性水玻璃的使用可以调节环境pH值，使其接近中性或碱性条件。在适当的pH范围内，重金属离子的溶解度较低，有利于重金属离子的沉淀和固定。综上所述，实施例1和实施例2相比，改性水玻璃通过吸附作用、包埋作用、硅酸盐胶凝作用和pH调节作用等多种机制，能够有效降低果蔬废弃物中重金属的含量，并阻止其对环境微生物的污染和危害。因此，微生物分解活动增强，改性水玻璃能够有效地降低有机肥的有机质含量，减少有机质的损失，并且避免烧苗，增强种子发芽粒数。
实施例2和对比例1～5相比，可能原因在于水玻璃相较于硅酸钾在降低重金属含量方面具有较强的吸附能力、离子交换能力和化学还原能力。这使得水玻璃能够更有效地固定和减少重金属离子的活性，降低重金属对环境和植物的危害。海泡石与珍珠岩相比，作为生物活性剂使用时，在降低重金属含量方面具有更好的效果。这可以归因于海泡石其特殊的孔隙结构和离子交换性质使其能够有效地捕获重金属离子，并将其固定在其表面或孔隙中。相比之下，珍珠岩的吸附能力较弱。并且海泡石中的离子交换位可以与重金属离子结合形成稳定的复合物或沉淀物，降低重金属离子的可溶性和活性。相比之下，珍珠岩在离子交换方面的能力相对较弱。进一步，海泡石具有一定的缓冲能力，可以调节废弃物的pH值。适当的pH条件有助于降低重金属的溶解度和活性，有助于降低重金属的毒性。生石灰的施用相对于石灰石粉提高了果蔬废弃物pH值、高pH值增加了重金属的沉淀。磷酸一钙和磷酸二铵在促进微生物活性方面没有明显的差异。它们通常被用作提供植物所需的磷和氮等营养元素的矿质添加剂，这些元素在有机肥中可以为微生物提供所需的营养物质，促进其生长和活性。因此，在促进微生物活性方面，磷酸一钙和磷酸二铵的效果是相似的。
本发明采用生物活性剂，其中生石灰处理能有效降低重金属的含量，特别是降低镉重金属。海泡石还能有效降低镉、铜的含量。水玻璃更能有效降低铜的含量，通过降低重金属的含量，为微生物提供了更好的生存环境。海泡石还具有独特的纤维结构，具有较大的表面积和较高的离子交换能力。生石灰的施用提高了果蔬废弃物pH值、高pH值增加了重金属的沉淀。海泡石可以将果蔬废弃物中的金属转化为更稳定的形式，如碳酸盐和残余晶格结合重金属，从而降低土壤中的金属对微生物菌剂的损害。磷酸一钙可以为微生物提供所需的营养物质，促进其生长和活性。因此通过提高微生物菌剂的活性提高了有机质的分解和GI值。
Claims (1)
1.一种基于果蔬废弃物的有机肥，其特征在于，包含以下原料：果蔬废弃物、调节剂、矿质添加剂、生物活性剂、微生物菌剂；
所述生物活性剂由改性水玻璃、海泡石、生石灰和磷酸一钙按照质量比0.5~2：2~4：0.2~0.4：0.4~0.6混合而成；
所述改性水玻璃的制备方法如下，以重量份计：
S1、将5~7份水玻璃和0.5~2份十六烷基三甲基溴化铵混合，然后加入80~120份水，在50~70℃水浴中保存5~15min，然后依次加入25~35份0.2~0.4mol/L氢氧化钠水溶液和4~5份甲基三乙酰氧基硅烷，100~300rpm搅拌反应1~5h，将产物过滤出来，80~100℃干燥1~3h，最终产物在500~600℃下煅烧3~8h，得到预处理水玻璃；
S2、将4~6份步骤S1制备的预处理水玻璃加入80~120份无水甲苯中，加热至110~120℃，加入2~4份N-甲基-3-(三乙氧基硅烷基)丙-1-胺，搅拌回流8~10h，最后，收集的产物，分别经甲苯、甲醇洗涤，40~60℃干燥1~3h，得到改性水玻璃；
所述调节剂由水稻秸秆、水稻稻壳按照质量比1~3：1配置而成；
所述矿质添加剂由磷矿石粉、硫酸钾、硼肥、锰肥、锌肥按照质量比0.5~2：0.5~2：0.01~0.03：0.01~0.03：0.01~0.05配制而成；
所述微生物菌剂由嗜酸乳杆菌、酿酒酵母、巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉、白地霉按照质量比1~3：1~3：5~8：1~3：2~4：0.3~0.5：1~3：0.5~0.8混合制成，所述微生物菌剂浓度为20~30亿/g；
所述的基于果蔬废弃物的有机肥的制备方法如下，以重量份计：
步骤1、将果蔬废弃物中的沙石、塑料等无法进行生物分解的物质去除后，用破碎机破碎为1~5cm的块状物；采用水进行清洗1~3次，得到预处理果蔬废弃物；
步骤2、取60~100份预处理果蔬废弃物、10~30份调节剂、1~3份矿质添加剂和4~6份生物活性剂20~200rpm搅拌混合均匀，得到混合料；
步骤3、向混合料均匀喷洒微生物菌剂；用透气、透湿的塑料薄膜覆盖堆垛，待堆垛内部温度超过50~58℃后，继续堆肥4~8天，然后揭开薄膜进行一次翻堆，翻堆后盖上薄膜继续堆肥；4~8天后揭开薄膜进行二次翻堆，翻堆后不用覆盖薄膜，自由腐熟4~10天，得有机肥；
所述微生物菌剂的喷洒比例为混合料质量的4~8%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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