生物有机肥生产工艺流程

一、微生物有机肥生产原理和微生物学过程

1、基本原理

好氧发酵是在有氧条件下,好氧微生物通过自身的分解代谢和合成代谢过程,将一部分有机物分解氧化成简单的无机物,从中获得微生物新陈代谢所需要的能量,同时将一部分的有机物转化合成新的细胞物质,使微生物生长繁殖,产生更多的生物体的过程。发酵的结果是废弃物中有机物向稳定化程度较高的腐殖质方向转化。

2、微生物学过程

好氧发酵的微生物学过程可大致分为三个阶段,每个阶段都有其独特的的微生物类群:

1)产热阶段(中温阶段,升温阶段)

发酵初期(通常在1-3天),肥堆中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营养和能量来源,迅速增殖,并释放出热能,使肥堆温度不断上升。此阶段温度在室温至45℃范围内,微生物以中温、需氧型为主,通常是一些无芽胞细菌。微生物类型较多,主要是细菌、真菌和放线菌。其中细菌主要利用水溶性单糖等,放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤维素物质具有特殊的功能。

2)高温阶段

当肥堆温度上升到45℃以上时,即进入高温阶段。通常从堆积发酵开始,只须2-3天时间肥堆温度便能迅速地升高到55℃,1周内堆温可达到最高值(最高温可达80℃)。嗜温性微生物受到抑制,嗜热性微生物逐渐取而代之。除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外,半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。在50℃左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌;温度上升到60℃时,真菌几乎完全停止活动,仅有嗜热性放线菌和细菌活动;温度上升到70℃以上时,大多数嗜热性微生物已不适宜,微生物大量死亡或进入休眠状态。此时,产生的热量减少,堆温自动下降。当堆温降至70℃以下时,处于休眠状态的嗜热性微生物又重新活动,继续分解难分解的有机物,热量又增加,堆温就处于一个自然调节的、延续较久的高温期。
高温对于发酵的快速腐熟起到重要作用,在此阶段中发酵内开始了腐殖质的形成过程,并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质。C/N比明显下降,肥堆高度随之降低。通过高温能有效杀灭有机废弃物中病原物,按我国高温发酵卫生标准(GB7959-87),要求发酵最高温度达50-55℃以上,持续5-7d。

3)腐熟阶段

在高温阶段末期,只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质,此时微生物活性下降,发热量减少,温度下降。此时嗜温性微生物再占优势,对残留较难分解的有机物作进一步分解,腐殖质不断增多且趋于稳定化,此时发酵进入腐熟阶段。
降温后,需氧量大量减少,肥堆空隙增大,氧扩散能力增强,此时只需自然通风。在强制通风发酵中常见的后熟处理,即是将通气堆翻堆一次后,停止通气,让其腐熟。还可起到保氮的作用. 

二、发酵程序及工艺流程

发酵程序

1、原料的预处理:包括分选、破碎、含水率和碳氮比调整。
2、原料发酵:周期一般需要15-20天。
1)第一阶段:指好氧发酵中的中温与高温两个阶段的微生物代谢过程。它是指从发酵初期开始,经中温、高温然后达到温度开始下降的整个过程,一般需10-12天。
2)第一阶段:物料经过第一阶段发酵,还有一部分易分解和大量难分解的有机物存在,需要继续发酵使之腐熟。此时温度持续下降,当温度稳定在35-40℃左右时即达腐熟,一般需5-10天。
3、后处理:后处理包括去除杂质和进行必要的破碎处理。

工艺流程

1、堆制技术
堆前夯实地面,然后将粪便、泥炭、乐贝丰秒腐剂等发酵原料按比例混合堆制。
2、搅拌翻堆条垛式发酵工艺
物料以垛状堆置,可以排列成多条平行的条垛,条垛的断面形状通常为三角形或梯形,高度1.5-2.0m,宽4-6m。混合后堆料的含水率为55-65%。
发酵工艺流程如下:
发酵原料→预处理→混合→发酵→再调制→制粒→包装→出厂
在预处理中有时需要对原料进行破碎处理,调整原料的粒度,适宜的粒度范围是12~60mm。破碎与筛分可使原料的表面积增大,便于微生物繁殖,提高发酵速度。在堆置后每4-7天可翻堆一次,1个月后可停止翻堆,让其自然后熟。

三、发酵的影响因素及其控制

1、翻堆

翻堆供氧是好氧发酵化生产的基本条件之一。翻堆的主要作用在于:
①提供氧气,加速微生物的发酵过程;
②调节堆温;
③干燥堆料。
翻堆次数少,通风量不足以提供给微生物充足的氧气,影响发酵温度的升高;翻堆次数多则有可能使肥堆的热量散失,影响发酵无害化程度。通常根据情况在发酵期间翻堆2-3次。

2、有机质的含量

有机质含量高低影响堆料温度和通风供氧。有机质含量过低,分解产生的热量不足以促进和维持发酵中嗜热性细菌的增殖,肥堆难于达到高温阶段,影响发酵的卫生无害化效果。而且,由于有机质含量低,将影响发酵产品的肥效和使用价值。
有机质含量过高,则需要大量供氧,这会给翻堆供氧造成实际困难,有可能因供氧不足,造成部分厌气条件。适宜的有机物含量为20-80%。

3、C/N比

最适25:1
在发酵化中,有机C主要作为微生物的能源物质,大部分有机C在微生物代谢过程中氧化分解变成CO2而挥发,部分C则构成微生物自身的细胞物质。氮主要消耗在原生质合成之中,就微生物对营养的需要而言,最合适的C/N比在4~30。当有机物C/N比在10左右时,有机物被微生物分解速度最大。
随着C/N比增加,发酵时间相对延长。当原料的C/N比为20,30~50,78时,其对应所需的发酵化时间约分别为9~12天,10~19天,及21天,但当C/N比大于80:1时,发酵就难于进行。
各发酵原料的C/N比通常为:锯末屑300~1000,秸秆70~100,原料50~80,人粪6~10,牛粪8~26,猪粪7~15,鸡粪5~10,下水污泥8~15。
堆腐后C/N比将比堆腐前明显下降,通常在10~20:1,这种C/N比的腐熟发酵,农业利用肥效较好。

4、水分

水分是否合适直接影响发酵发酵速度和腐熟程度。对污泥发酵而言,堆料合适的水分含量为55-65%。在实际操作中,简便的测定方法为:
以手紧握物料能成团,有水迹出现,但水不滴出为宜。原料发酵最合适的水分为55%。

5、颗粒度

发酵化所需要的氧气是通过发酵原料颗粒孔隙供给的。孔隙率及孔隙大小取决于颗粒大小及结构强度,像纸张、动植物、纤维织物等,遇水受压时密度会提高,颗粒间孔隙大大缩小,不利于通风供氧。颗粒适宜大小一般为12-60mm.

6、pH

微生物可在较大的pH范围内繁殖,合适的pH为6-8.5。发酵时通常不需要调整pH值。

四、判定指标

1、腐熟度:发酵的腐熟程度

1)外观变化:直观定性判断标准是发酵不再进行激烈的分解,成品温度较低;外观呈茶褐色或黑色;结构疏松;没有恶臭。

2)温度变化:通常肥堆经过了高温阶段后,温度将逐渐下降。当发酵达到腐熟时,堆温将低于40℃。

2、化学指标

1)有机质和挥发性固体含量的变化:随着发酵的进行,发酵有机质和挥发性固体含量呈持续下降的趋势,最后达到基本稳定。达到腐熟时,可下降15-30%。然而这种变化趋势受原料来源的影响很大。仅用其来衡量发酵是否腐熟,还不充分。

2)氮、C/N比及无机氮形态的变化:在发酵过程中部分有机碳将被氧化成CO2挥发损失,肥堆质量减少。由于氮的损失(主要是在有机氮的氨化阶段,少量的氨氮会挥发损失)远低于有机碳的损失,因此,发酵腐熟后,发酵中全氮含量有上升的趋势,而C/N比持续下降,直至稳定。一些研究指出,当堆料的C/N比从25~35:1下降至20:1以下时,肥堆将达到稳定。

水溶性有机碳(C)及水溶性有机碳与有机氮之比:水溶性有机碳与水溶性有机氮的比值是发酵腐熟的良好化学指标,该值约为5-6时表明发酵已经腐熟,而且该值与发酵原料无关。


操作方法:
第一步:
稀释菌种,

1、辅料要求:辅料一般可用干燥、无霉变、颗粒大小适宜的秸秆粉、米糠、锯末、蘑菇渣等,能粉碎的尽量粉碎,不便粉碎的应切成1-5㎝的小段,越细小越好,使菌种容易深入物料内部,发酵越快。
2、场地要求:夏天应选择通风、阴凉处进行发酵;冬天则选择背风、向阳处或在室内进行。
3、混料:先将发酵剂用新鲜米糠(或麦麸皮、玉米面)进行稀释(可进行两次稀释,确保混料均匀),再与物料均匀混合。
4、堆料:
  手工操作:一次堆料一般不少于4方或重量不少于500公斤,发酵堆高度100-120厘米,环境温度15-20度以上为好,如冬天或阴雨天温度过低(-10℃ - 0℃以下),应设法升温启动发酵。
  机械操作:按工艺流程要求进行。因本品中细菌是好(耗)氧发酵,故宜用草帘等可透气覆盖物遮盖。一般物料会在48小时内升至50-60℃以上,即可开始翻倒,翻倒后物料温度会进一步快速上升,如果堆温超过65℃,则应再次翻倒,翻倒时应将外面及底部物料翻入堆中。翻倒时注意通气,可用5~10厘米尖头棒在堆内打孔。
  发酵后形成的有机肥可直接施用或作为商品销售。