園林綠化廢棄物好氧熱發(fā)酵過(guò)程中的指標(biāo)變化情況試驗(yàn)

韓健　熊殷俊　劉小麗　俞高強(qiáng)

摘? 要：為了研究昆山市園林廢棄物熱發(fā)酵過(guò)程中的腐熟程度及其各項(xiàng)指標(biāo)在不同階段的變化情況，對(duì)熱發(fā)酵試驗(yàn)進(jìn)行了全過(guò)程檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，pH值由6.6上升至8.0左右，呈弱堿性，有利發(fā)酵過(guò)程中微生物的繁殖生長(zhǎng)，并在10d后趨于穩(wěn)定;發(fā)酵體溫度經(jīng)升溫、高溫、降溫三個(gè)階段;含水率保持在50%-70%之間;氮含量呈先升高再下降的趨勢(shì);有機(jī)質(zhì)呈下降趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：園林廢棄物;熱發(fā)酵;指標(biāo)變化

中圖分類(lèi)號(hào)：X705? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0051-03

Abstract： In order to study the degree of maturity and the changes of various indexes in the process of thermal fermentation of garden waste in Kunshan City， the whole process of thermal fermentation was tested. The results showed that the pH value increased from 6.6 to 8.0， which was beneficial to the reproduction and growth of microorganisms in the process of fermentation， and tended to be stable after 10 days， and the temperature of fermentation body went through three stages： heating， high temperature and cooling. The moisture content remained between 50% and 70%， the nitrogen content increased at first and then decreased， and the organic matter showed a downward trend.

Keywords： garden waste; thermal fermentation; index change

引言

隨著國(guó)家城市化的快速發(fā)展，城市綠化日益受到重視，但在綠化的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的園林綠化廢棄物，例如枯枝、樹(shù)葉、樹(shù)根等等。2017年開(kāi)始昆山市園林綠化管理局已經(jīng)不再回收?qǐng)@林廢棄物，一時(shí)間昆山市的園林廢棄物的處置問(wèn)題成了一個(gè)很大的難題，據(jù)預(yù)估，昆山市每年產(chǎn)生約4.5萬(wàn)噸以上的園林綠化廢棄物，以前處理園林綠化廢棄物的方法為就地掩埋或者焚燒處理，這樣不僅浪費(fèi)了資源且對(duì)環(huán)境也造成了污染和破壞，傳統(tǒng)的堆肥處理園林廢棄物不僅消耗人力，而且堆肥周期較長(zhǎng)[1]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到處理效率，為了解決昆山的園林廢棄物的處置問(wèn)題且使發(fā)酵周期更短，昆山合縱生態(tài)科技有限公司在國(guó)家提出的生態(tài)循環(huán)的理念基礎(chǔ)上通過(guò)研發(fā)熱發(fā)酵處理技術(shù)對(duì)園林廢棄物進(jìn)行發(fā)酵處理，根據(jù)園林廢棄物的發(fā)酵前后的T值判斷其腐熟程度，發(fā)酵完成后的園林廢棄物作為有機(jī)肥可以作為土壤的改良介質(zhì)、綠地種植土壤有機(jī)基質(zhì)和家庭盆栽使用。本次試驗(yàn)對(duì)熱發(fā)酵技術(shù)的pH、溫度、含水率等主要指標(biāo)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，參照《有機(jī)肥料》農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]及前人的研究結(jié)果，分析其中的變化關(guān)系，為今后大規(guī)模進(jìn)行熱發(fā)酵和技術(shù)完善提供參考依據(jù)。

1 發(fā)酵材料及試驗(yàn)方法

1.1 發(fā)酵原料

發(fā)酵原材料主要取自昆山市園林綠化所產(chǎn)生的綠化廢棄物（主要為枯枝、落葉及修剪下來(lái)的樹(shù)枝），經(jīng)粉碎機(jī)粉碎得到不超過(guò)3mm粒徑作為原材料，原材料的主要理化性質(zhì)如表1所示。

表1 原材料的主要理化性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)采用臥式螺帶混合機(jī)作為反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵，每次可填充約0.3m3的原材料，機(jī)器設(shè)有溫控系統(tǒng)及內(nèi)部有螺旋攪拌裝置，相比傳統(tǒng)堆肥工藝此機(jī)器可控制溫度及攪拌速率加快發(fā)酵的進(jìn)程。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將原材料放置在0.3m3的混合機(jī)中，混合機(jī)作為熱發(fā)酵反應(yīng)器。通過(guò)添加微生物菌劑及調(diào)節(jié)含水率、C/N后進(jìn)行發(fā)酵處理，將機(jī)器溫度調(diào)節(jié)為50℃左右（隨著導(dǎo)熱油溫度的上升發(fā)酵溫度會(huì)逐漸升高，但不會(huì)使菌類(lèi)被殺死），混合機(jī)每天攪拌一次，時(shí)長(zhǎng)約5分鐘，保證堆體內(nèi)的好氧環(huán)境加快反應(yīng)的進(jìn)程。本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)周期為10d，整個(gè)發(fā)酵區(qū)間分為1d、3d、5d、7d、10d分別檢測(cè)物料的pH、溫度、含水率、氮含量、有機(jī)質(zhì)的變化情況。

1.4 參數(shù)調(diào)節(jié)

（1）含水率

對(duì)原材料進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，通過(guò)加水使其含水率達(dá)到50-70%左右更利于發(fā)酵的進(jìn)行[3]。

（2）C/N的調(diào)節(jié)

原始物料的C/N經(jīng)檢測(cè)為62，不利于微生物生長(zhǎng)及發(fā)酵的進(jìn)行，微生物發(fā)酵分解有機(jī)物較適宜的碳氮比為過(guò)25-30[4]，因此需要加入氮元素來(lái)調(diào)節(jié)最適宜的碳氮比。

1.5 檢測(cè)分析方法

每次采樣方法選擇多點(diǎn)采樣法，多個(gè)點(diǎn)采集的樣品混合起來(lái)檢測(cè)，采樣深度為15cm，樣品有機(jī)質(zhì)、總氮含量檢測(cè)按照《有機(jī)肥料》農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，pH、溫度具體檢測(cè)方法如下：

（1）pH：由于發(fā)酵后的園林廢棄物密度較小，采用水土比法得不到浸提液，故采用飽和浸提法[5]對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。

（2）溫度：采用探針式溫度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。

2 指標(biāo)參數(shù)變化及數(shù)據(jù)分析

2.1 發(fā)酵過(guò)程中的pH變化情況

在發(fā)酵過(guò)程中pH是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，pH對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖有非常大的影響，從而影響整個(gè)熱發(fā)酵的進(jìn)程。

熱發(fā)酵過(guò)程中pH整體上呈上升下降再上升的趨勢(shì)，1-3d內(nèi)隨著溫度的升高微生物新陳代謝加快，不斷生成積累銨類(lèi)和氨態(tài)氮等堿性物質(zhì)使pH快速升高，隨后隨著有機(jī)質(zhì)的分解及氨化作用的減弱pH開(kāi)始下降，這與任連海[6]等人的研究結(jié)果一致，7d后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，熱發(fā)酵過(guò)程中的pH變化情況如圖1所示。

2.2 溫度的變化情況分析

溫度也是發(fā)酵過(guò)程中非常重要的指標(biāo)之一，微生物在發(fā)酵過(guò)程中代謝產(chǎn)熱，使機(jī)器內(nèi)物料產(chǎn)生溫度變化。熱發(fā)酵過(guò)程中經(jīng)過(guò)升溫期、高溫期和降溫期三個(gè)階段。如圖2所示。

（1）1d-3d處于升溫階段，在熱發(fā)酵機(jī)器的溫度調(diào)節(jié)下和微生物代謝活動(dòng)中產(chǎn)生的熱量使物料的溫度上升速度非?？欤旧衔锪显?d左右的時(shí)間，溫度達(dá)到高溫階段。

（2）3d-7d內(nèi)物料處于高溫階段，溫度保持在55℃以上，在第七天時(shí)到達(dá)最大值68℃，足以殺死園林廢棄物中的病菌、蟲(chóng)卵、草籽等有害物質(zhì)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵無(wú)害化。

（3）7d-10d物料處于降溫階段，隨著溫度的下降整個(gè)物料逐漸穩(wěn)定，直至發(fā)酵完成。

顯而易見(jiàn)熱發(fā)酵的溫度變化趨勢(shì)是正常的，前三天溫度的迅速升高基本保持了微生物的代謝活動(dòng)，中期的高溫期保證了對(duì)病菌與蟲(chóng)卵的殺滅，后期的降溫期是發(fā)酵趨于穩(wěn)定，且與傳統(tǒng)堆肥相比溫度變化的周期更短且物料的腐熟程度越高。

2.3 總氮的變化情況

發(fā)酵物料C/N為62，達(dá)不到微生物生長(zhǎng)適宜條件，因此在熱發(fā)酵前添加了適量的氮素合理的調(diào)節(jié)了C/N，使發(fā)酵條件達(dá)到了最佳，隨著發(fā)酵的進(jìn)行總氮在初始階段由于人為添加了氮元素會(huì)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但隨著發(fā)酵的逐漸進(jìn)行微生物的生長(zhǎng)代謝活動(dòng)加快的過(guò)程中部分氮元素變?yōu)镹H3變?yōu)闅庀喑尸F(xiàn)下降趨勢(shì)，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中的總氮變化趨勢(shì)如圖3所示。

2.4 有機(jī)質(zhì)的變化情況

園林廢棄物中的有機(jī)質(zhì)含量非常高，堆體中的有機(jī)質(zhì)含量變化反映著發(fā)酵的進(jìn)行程度，結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，整個(gè)發(fā)酵周期中有機(jī)質(zhì)呈下降趨勢(shì)，其中在高溫階段下降速度非?？?，第7d開(kāi)始，混合機(jī)內(nèi)堆體的有機(jī)質(zhì)含量變化基本穩(wěn)定，此時(shí)進(jìn)入發(fā)酵穩(wěn)定期。

3 結(jié)論與討論

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出：

（1）整個(gè)熱發(fā)酵過(guò)程中的pH值總體上呈上升趨勢(shì)，存在著不斷波動(dòng)，由初始的物料pH值6.65上升到7.96，但總體保持在6.5-8.1，隨著有機(jī)質(zhì)分解完成，pH穩(wěn)定在7.9左右。

（2）在發(fā)酵過(guò)程中，園林廢棄物堆體先升高后降低，1-3d是升溫階段時(shí)間也較短，高溫階段保持時(shí)間長(zhǎng)，維持了5d，堆體內(nèi)的蟲(chóng)卵有害菌基本被殺死。

（3）園林綠化廢棄物的原始物料氮含量低，在微生物的生長(zhǎng)繁殖代謝過(guò)程中消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，總氮逐漸降低，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)留在發(fā)酵體中。使得發(fā)酵完成的產(chǎn)物中總氮高于原始物料，更具有營(yíng)養(yǎng)成分。

（4）整個(gè)發(fā)酵周期中含水率一直保持在50-70%之間，有機(jī)質(zhì)的含量呈下降趨勢(shì)，有機(jī)質(zhì)中的碳元素作為微生物生長(zhǎng)代謝活動(dòng)中提供能量物質(zhì)，含水率和有機(jī)質(zhì)的變化對(duì)于判斷發(fā)酵效果的控制具有明顯作用。

4 展望

通過(guò)對(duì)園林綠化廢棄物的熱發(fā)酵實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熱發(fā)酵機(jī)器的發(fā)酵周期較短，且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制溫度、攪拌等優(yōu)點(diǎn)，相比傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵節(jié)省了人力，增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)速率。本次熱發(fā)酵實(shí)驗(yàn)采用的0.3m3的機(jī)器，通過(guò)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，基本掌握了發(fā)酵過(guò)程的周期及指標(biāo)變化，在今后會(huì)采用容積更大的機(jī)器，相關(guān)熱發(fā)酵數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)一步得到探索，直至應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，使園林廢棄物的處理更加高效，真正的實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)。

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