CN1412154A - 菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法和设备 - Google Patents

菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法和设备 Download PDF

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Abstract

一种菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)将具有分解淀粉或分解蛋白或同时具有分解淀粉、分解蛋白能力的至少4种芽孢杆菌菌种分别斜面活化，摇瓶液体扩大培养；(2)将上述分别扩大培养的菌种混合，得复合菌种混合液；(3)将复合菌种的混合液吸附于天然多孔固体辅料上，搅拌均匀，组成复合菌种辅料，在含复合菌种的辅料中加入天然营养物料进行固体培养，以扩大菌数；得复合菌种菌床；(4)将(3)扩大培养得到的菌种放入发酵罐，罐内投入有机废弃物，控制温度、湿度，并搅拌，进行固体好氧快速发酵，生产有机肥。本发明的优点是处理过程无异味，效果好，快速、有其相应的衡量效果的标准，设备紧凑。

Description

菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种利用生物技术以有废弃物为原料快速生产有机肥的方法和设备，特别是一种菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法和设备。
背景技术
目前世界上垃圾处理的主要技术是采用焚烧垃圾，余热发电，走工业化处理再利用的道路。尽管垃圾焚烧还存在着诸多问题，但还是当今的主要技术。而我国因受财力和技术两方面的限制，目前所采用的垃圾处理技术主要是，垃圾填埋，垃圾焚烧，分类垃圾堆肥。受到填埋处理的用地、搬运，焚烧处理的设备投资巨大，堆肥处理占地面积巨大及在处理过程中产生有毒物质的污染等问题的困扰，最终导致现行的垃圾处理能力的严重不足，尤其是大城市此问题更为严重。以往的垃圾生物处理的方式多采用厌氧发酵方式，如沼气发酵，静态堆肥等，其反应时间长，效率低。也有采用厌氧好氧型，有采用好氧型，但都有臭味。以往处理方法未对最终产品作检测，也没有对衡量垃圾处理完成的标准进行探讨。我国鼓励发展城市生产垃圾的回收利用，城市生活垃圾将实行分类收集、运输、处理，提倡垃圾无害化处理，综合利用等，因此有必要提供一种以生物方法处理垃圾并在整个处理过程中无异味产生。
发明内容
本发明目的是提供一种菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法和设备，该方法采用好氧型菌种及相关工艺可以利用有机废弃物快速生产出可供使用的有机肥。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：这种菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法包括以下步骤：
(1)将具有分解淀粉或分解蛋白或同时具有分解淀粉、分解蛋白能力的至少4种芽孢杆菌菌种分别斜面活化，摇瓶液体扩大培养；
(2)将上述分别扩大培养的菌种混合，得复合菌种混合液；
(3)将复合菌种的混合液吸附于天然多孔固体辅料上，搅拌均匀，组成复合菌种辅料，在含复合菌种的辅料中加入天然营养物料进行固体培养，以扩大菌数；得复合菌种菌床；
(4)将(3)扩大培养得到的菌种放入发酵罐，罐内投入有机废弃物，控制温度、湿度，并搅拌，进行固体好氧快速发酵，生产有机肥。
本发明采用好氧型菌种芽孢杆菌(Bacillus)，其来源编号BSP-1、BSP-2、BSP-3、BSP-4、BSP-5、BSP-6等，可同时分解淀粉和蛋白；BS-1、BS-2、BS-3、BS-4等它们具有分解淀粉能力；BP-1、BP-2、BP-3、BP-4等具有分解蛋白能力。
上述菌种市场有售。
纯化工艺：
在液体培养基(30ml)中接入0.5-1克土壤，于37℃振荡通气培养36-48小时，用平板划线法将上述富集培养物划线分离出单菌落，分离得到的细菌移接入相应的斜面保存。
上述液体培养基的成份：牛肉膏0.5g、蛋白胨1.0g、NaCl 0.5g、水100ml、pH7.4。
本发明中所述的固体辅料可以是木屑、锯木、麸皮、糠、秸杆等，需加入的营养物质有豆渣、豆饼粉、玉米浆、米糠等。加入营养物质可以是上述中的一种或多种。复合菌种的培养液与固体辅料的混合比为1∶5-20(v/v)。含复合菌种的辅料中加入的营养物用量辅料：营养物为1∶0.1-1(v/v)，复合菌种菌床与投入处理的废弃有机物的比例为1∶0.01-1(v/v)，固体扩大培养后的复合菌种菌床的菌数在108-1010个/克(考虑到效果和经济成本)。一般发酵起始温度在25-40℃之间，垃圾含水率在45-80％，热空气流量4-20L/min。本发明所述的有机废弃物包括：厨余垃圾、粪便、生命残余体等，但不包括塑料制品及建筑垃圾、金属、大木块。
本发明得到的有机肥可以与其他微量元素，植物生长促进剂等混合制成复合肥料；也可添加分解纤维素的菌对纤维素进一步进行降解。也可添加固氮菌群培养物或解钾菌群培养物或解磷菌群培养物或能产生植物生长素的菌群培养物进一步进行处理，得到无毒、无害高效的微生物肥料。
附图说明
图1为本发明中发酵罐结构示意图(主剖面)
图2为图1的侧视图
如图1、图2所示，所示发酵罐中装有搅拌器，它为卧式安装，搅拌器的轴上装有多根搅拌棒7，5为电机，5为链条，4为链轮，发酵罐设有投料口2，9为出料口，罐底部有加热装置11，鼓风机8，罐上部有吸风机1和除臭箱10及尾气排放口。
本装置采用空气加热方式，借助温热空气调整物料的水份，本系统采用全封闭处理系统，尾气可经处理后排出。
具体实施方式
实施例1、连续进行处理的实施例
取纯化的菌种BSP-1、BSP-2、BSP-3、BSP-4以及BP-1、BP-2、BS-1、BS-2分别接种于250ml液体培养基中，经液体扩大培养36小时后，将8种菌种的培养液混合，吸附于20升辅料上，再加入固体营养物质5kg，进一步进行固体扩大培养72小时，得复合菌种菌床。(菌数大于108个/克，重量4.2kg)。
将复合菌种的菌床置于具有通风、控温、搅拌功能的反应装置内，反应起始温度控制在25℃，待处理垃圾中含水量在45-65％左右，通气量在0.1-2.0m3/min m3，其中分母的为总反应物体积，每小时自动搅拌10-20分钟。
每天投入约1kg的厨余垃圾，连续运转考察40天，发酵过程中可平均保持在50℃以上，取得良好效果，40天累计投入量为41.1kg，处理产物的实际重量为10.45kg，重量增加6.25kg(含水)，挥发去多余水份后剩余物重量为7.4kg(含水量10-20％)，实际重量增加为3.2kg，处理率为92.2％。(处理率＝[1-(实际重量增加量)/投入总重量]×100％；处理率＝[1-(7.4-4.2)/41.1]×100。
对其发酵产物生态肥进行成分分析，各种指标结果符合国家标准见下表
    编号 项目     GB标准限值     测定数据
    1 杂物，％     ≤3     ≤1
    2 粒度，mm     ≤12     ≤5
    3 蛔虫卵死亡率，％     95-100     100
    4 大肠菌值     101-102     未检出
    5 总镉(以Cd计)，mg/kg     ≤3     0.22
    6 总汞(以Hg计)，mg/kg     ≤5     N.D.
    7 总铅(以Pb计)，mg/kg     ≤100     24.9
    8 总铬(以Cr计)，mg/kg     ≤300     9.48
    9 总砷(以AS计)，mg/kg     ≤30     1.75
    10 有机质(C计)，％     ≥10     45.7
    11 总氮(以N计)，     ≥0.5     3.63
    12 总磷(以P2O5计)，％     ≥0.3     1.69
    13 总钾(以K2O计)％     ≥1.0     1.64
    14 pH     6.5-8.5     8.0
    15 水份，％     ≤40     28
实施例二：不同种类生活垃圾的处理实例
取纯化的菌种BSP-1、BSP-2、BSP-3、BSP-4、BSP-5、BSP-6、BS-1、BS-2、BS-3、BS-4、BP-1、BP-2、BP-3、BP-4分别接种于200ml液体培养基中，经液体扩大培养36小时后，将14种菌种的培养液混合，吸附于20L辅料上，再加入固体营养物10kg，进一步进行固体扩大培养60小时，得复合菌种菌床。(菌数大于109个/克，重量4.5kg)。
将固体扩大培养后的复合菌种的菌床置于具有温控、通风、搅拌的功能反应装置、控制反应起始温度在30℃，待处理物含水量在45-65％，通气量在0.1-2.0m3/min m3，其中分母的为总反应物体积，自动搅拌10-15分钟/小时。分别投入不同种类的厨余垃圾，发酵24小时后，对不同种类的垃圾处理效果进行考察。结果表明：利用该系统处理鱼、肉、蔬菜、水果以及米面类有机物的24小时内的处理效率在90％以上，剩余残渣为少量的骨头和纤维等。
  No    种类    投入量(g) 处理时间(h) 重量增加量(g)  分解表(％)
  1    鱼类     1,700     24     60     96.5
  2    肉类     1,600     24     125     92.2
  3    水果     1,340     24     101     92.5
  4    蔬菜     1,330     24     64     95.2
  5    主食     1,300     24     26     98.0
  6    剩餐     1,600     24     63     96.1
实例三：单一成分的废弃物的处理实验
取纯化的菌种BSP-1、BSP-2、BSP-3、BP-1分别接种于500ml液体培养基中，经液体扩大培养36小时后，将4种菌种的培养液混合，吸附于20L辅料上，再加入固体营养物质10kg，进一步进行固体扩大培养60小时，得复合菌种菌床(重量4.5kg，菌数为108个/克)。将其置于具有温控、通风、搅拌功能的发酵系统内，控制反应器温度不低于30℃，待处理物含水量在45-65％，通气量在0.1-2.0m3/min m3，其中分母的为总反应物体积，自动搅拌为10-15分钟/小时。
以上投放量的复合菌种菌床的最佳处理量为日处理量为1.5-1.7kg。当投料量大时，可延长处理时间，如投入5kg豆渣，需处理3天时间。发酵过程中产生少量氨气，无不快感的臭味。豆渣经发酵变为褐色松散的粉末，发酵后的有机肥料无明显的气味，发酵温度可平均保持在50℃以上，取得了良好的结果。
保证发酵条件重复处理8次，16天总累计投入量为23.6kg，处理产物的挥发去多余水分后剩余物重量为6.1kg(含水量10-20％)，实际重量增加量为1.6kg，处理率为93.2％。(处理率＝[1-(实际重量增加量)/投入总重量]×100；处理率＝[1-(6.1-4.5)/23.6]×100)。(见下表)。
  次数No     投入量   处理时间  累计投入量   时间累计   重量变化   重量增加
    kg     日     kg     日     kg     kg
  1     5.0     3     5.0     3
  2     2.5     2     7.5     5
  3     1.0     1     8.5     6
  4     3.2     2     11.7     8
  5     2.0     2     13.7     10
  6     1.0     1     14.7     11
  7     2.5     2     17.2     13
  8     5.4     3     23.6     16     6.1     1.6
                                    处理率＝93.2％
实例四：不同处理量，处理时间与处理结果的考察
取纯化的菌种BSP-1，BSP-2，BSP-3，BSP-4以及BP-3，BP-4，BS-1，BS-2分别接种于250ml液体培养基中，经液体扩大培养48小时后，将8种菌种的培养液混合，吸附于20L辅料上，再加入固体营养物质10kg，进一步进行固体扩大培养60小时，得复合菌种菌床(重量4.5kg，菌数大于为109个/克)。
将其置于具有温控、通风、搅拌功能的发酵系统内，控制反应起始温度不低于25℃，调整含水量在50-60％，通气量在通风量为0.1-2.0m3/min m3，其中分母的为总反应物体积，自动搅拌为5-10分钟/小时。加入处理物，猪粪，搅拌混合均匀进行发酵。按复合菌种菌床与投入处理物的比例控制连续投料的间隔时间，例如：10份菌床每日处理1份处理物(v/v)，则可以连续每天投料；10份辅料每日处理2份处理物(v/v)，则可间隔一天后投料；10份辅料每日处理10份处理物(v/v)，则需要10天后第二次投料。
垃圾处理完毕的结果的标准：经1次处理后的产物的重量应为投入物的1/4-1/20，再经长时间分解(＞10日)其重量变化小于10％。处理产物应为褐色或黑褐色松散的颗粒，发酵后的处理产物无明显的气味。
保证发酵条件重复处理8次，40天总累计投入量为40.0kg，处理产物的挥发去多余水分后剩余物重量为8.2kg(含水量10-20％)，实际重量增加量为3.7kg，处理率为90.75％(处理率＝[1-(实际重量增加量)/投入总重量]×100；处理率＝[1-(8.2-4.5)/40.0]×100)。
(见下表)处理量与余重的总累计表
  次数No     投入量   处理时间   累计投入量   时间累计   重量变化   重量增加
    kg     日     kg     日     kg     kg
  1     1.0     1     1.0     1
  2     2.0     2     3.0     3
  3     5.0     5     8.0     8
  4     10.0     10     18.0     18
  5     5.0     5     23.0     23
  6     2.0     2     25.0     25
  7     5.0     5     30.0     30
  8     10.0     10     40.0     40     8.2     3.7
                                      处理率＝90.75％
处理量与处理时间变化表
    Q/T   24小时    48hr    72h    96hr   120hr     144hr   168hr     192hr     218hr
   反应后总量
    1    4.6    4.6    4.6    4.5   4.5     4.5   4.5
    2    5.2    4.7    4.7    4.6   4.6     4.6   4.6
    3    6.1    5.3    4.8    4.7   4.7     4.7   4.7     4.7
    4    7.3    6.2    5.6    5.0   4.9     4.8   4.8     4.8
    5    8.4    7.2    6.2    5.5   5.1     5.0   5.0     5.0
    6    9.1    8.5    7.4    6.5   5.7     5.1   5.1     5.1
    7    10.4    9.5    8.5    7.6   6.7     5.8   5.3     5.3     5.2
投料后发酵温度迅速升高到50℃，之后平均保持在60℃以上，最高可达到78℃。发酵过程中产生少量氨气，无不快感的臭味。经发酵的处理产物变为黑褐色松散的粉末，无明显的气味，形状良好。对猪粪的发酵产物生态肥进行成分分析，主要营养成分结果如下表所示。
    成分     测定指标     百分含量
    水分     (H2O)     25
    氮     (N)     2.4
    碳     (C)     34
    碳氮比     (C/N)     14.2
    钾     (K2O)     1.0
    磷     (P2O5)     2.2
利用该复合菌种处理有机垃圾，其发酵迅速，稳定可靠，大大降低发酵过程中的不良气体的产生，加快了分解速度，提高了生态肥质量。
本发明优点：本方法快速，并对结果作了检测，有其衡量垃圾处理完成的相应标准，整个处理过程无异味，处理效果好、处理设备紧凑。

Claims (9)

1、一种菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)将具有分解淀粉或分解蛋白或同时具有分解淀粉、分解蛋白能力的至少4种芽孢杆菌菌种分别斜面活化，摇瓶液体扩大培养；
(2)将上述分别扩大培养的菌种混合，得复合菌种混合液；
(3)将复合菌种的混合液吸附于天然多孔固体辅料上，搅拌均匀，组成复合菌种辅料，在含复合菌种的辅料中加入天然营养物料进行固体培养，以扩大菌数；得复合菌种菌床；
(4)将(3)扩大培养得到的菌种放入发酵罐，罐内投入有机废弃物，控制温度、湿度，并搅拌，进行固体好氧快速发酵，生产有机肥。
2、根据权利要求1所述的菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法，其特征在于：所述的芽孢杆菌菌种为：BSP-1、BSP-2、BSP-3、BSP-4、BS-5、BSP-6、BS-1、BS-2、BS-3、BS-4、BP-1、BP-2、BP-3、BP-4。
3、根据权利要求1或2所述的菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法，其特征在于：复合菌种的混合液与固体辅料的重量比为1∶5-20(v/v)，含复合菌种的辅料中加入的营养物料用量比为1∶0.01-1(v/v)。
4、根据权利要求1或2所述的菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法，其特征在于：所述的复合菌种菌床与废弃有机物的比例为1∶0.01-1(v/v)，固体扩大培养后的复合菌种菌床的菌数为108个/克-1010个/克。
5、根据权利要求3所述的菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法，其特征在于：复合菌种菌床与废弃有机物比例为1∶0.01-1(v/v)，固体扩大培养后复合菌种菌床的的菌数大于108个/克-1010个/克
6、根据权利要求5所述的菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法，其特征在于：所述的发酵起始温度控制在25-40℃，垃圾含水率在45-80％。
7、根据权利要求6所述的菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的方法，其特征在于：所述的控制温度和湿度的方法系通过通入热空气的方法，热空气流量为0.1-2.0m3/min·m3。
8、一种用于菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的发酵罐，其特征在于：它包括壳体，物料进口，出料口，出气口，壳体内有搅拌器。
9、根据权利要求8所述的菌种生态法有机废弃物快速生产有机肥的发酵罐，其特征在于：所述的壳体还带有加热器及鼓风机，壳体上部有一吸气口及与吸气口相接的除臭箱，除臭箱上有一排气口。
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