綠化植物廢棄物熱發(fā)酵技術(shù)及應(yīng)用

劉小麗 熊殷俊 韓健

摘? 要：隨著城市園林綠化的快速發(fā)展，綠化植物廢棄物的產(chǎn)生量巨大并不斷增加，綠化植物廢棄物資源化利用高質(zhì)量技術(shù)研究具有重大意義。其研究的綠化植物廢棄物的熱發(fā)酵技術(shù)包括粉碎、混合、熱發(fā)酵;通過高溫發(fā)酵技術(shù)能快速啟動微生物發(fā)酵腐解過程，加快綠化植物廢棄物的腐熟，進(jìn)而大大縮短了發(fā)酵周期，機(jī)器化節(jié)省了場地，操作簡單，發(fā)酵完全。其產(chǎn)物為有機(jī)覆蓋物和有機(jī)基質(zhì)，將綠化植物廢棄物資源化利用，實(shí)現(xiàn)城市綠地的低成本維護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：綠化植物廢棄物;熱發(fā)酵技術(shù);有機(jī)覆蓋物;有機(jī)基質(zhì)

中圖分類號：S731? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）33-0139-03

Abstract： With the rapid development of urban landscaping， the production of greening plant waste is huge and increasing. The research on high quality technology of resource utilization of greening plant waste is of great significance. The thermal fermentation techniques of greening plant waste include crushing， mixing and thermal fermentation. The high temperature fermentation technology can quickly start the microbial fermentation decomposition process， speed up the ripening of green plant waste， and then greatly shorten the fermentation cycle， machine save the site， simple operation， complete fermentation. The products are organic mulch and organic matrix， which can make use of greening plant waste， realize the low-cost maintenance and sustainable development of urban green space， and give full play to the ecological effect.?Keywords： green plant waste; thermal fermentation technology; organic mulch; organic substrate

1 概述

綠化植物廢棄物是指城市綠地或郊區(qū)林地中綠化植物自然或養(yǎng)護(hù)過程中所產(chǎn)生的喬灌木修剪物、草坪修剪物、落葉、枝條、花園和花壇內(nèi)廢棄草花以及雜草等植物性材料。在我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的推動下，目前我國城市綠化植物廢棄物數(shù)量巨大[1]，并不斷累積的增加，對于這些綠化植物廢棄物，傳統(tǒng)的處理方法：一是就地焚燒，焚燒的后果就會造成城市環(huán)境污染，加重空氣質(zhì)量的下降;二是拉到垃圾場填埋，填埋的后果就會造成現(xiàn)有資源浪費(fèi)、占用寶貴的土地資源、增加垃圾處理成本;在現(xiàn)代化城市發(fā)展的推動下，處理綠化植物廢棄物的傳統(tǒng)方法已逐漸被淘汰。因此綠化植物廢棄物資源的有效利用關(guān)鍵技術(shù)研究具有重大意義。

對于綠化植物廢棄物資源的有效利用方面，國外一些發(fā)達(dá)國家已有較多的經(jīng)驗(yàn)，對園林綠化廢棄物收集利用方面已有很大的積累。美國、德國、加拿大等國家對綠化植物廢棄物標(biāo)準(zhǔn)化的堆肥處理工藝及應(yīng)用有著規(guī)范的規(guī)定，通過對綠化植物廢棄物的集中收集、粉碎、堆肥、實(shí)地利用，使廢棄物有效的利用，同時(shí)也使廢棄物得到了充分的價(jià)值。在注重可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保的大趨勢下，目前我國各地也逐漸認(rèn)識到園林廢棄物循環(huán)利用的意義，由國家林業(yè)局科技司規(guī)范化處組織的國家林業(yè)行業(yè)規(guī)范《綠化用有機(jī)基質(zhì)》和《綠化植物廢棄物處置與應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》帶動下[2]，國內(nèi)綠化植物廢棄物的處理方法、發(fā)酵方法有了進(jìn)一步的研究。

但是目前綠化植物廢棄物的發(fā)酵還處于傳統(tǒng)發(fā)酵階段，傳統(tǒng)發(fā)酵即把粉碎后的綠化植物廢棄物就地堆肥發(fā)酵，不僅占用大量的場地、操作復(fù)雜、消耗人工成本，而且發(fā)酵周期較長，長達(dá)30～50天，因此，需要研發(fā)機(jī)器化代替人工的高質(zhì)量綠化植物廢棄物發(fā)酵技術(shù)。綠化植物廢棄物熱發(fā)酵技術(shù)實(shí)際上是運(yùn)用混合機(jī)加熱的方法控制溫度，利用微生物菌劑中微生物在好氧條件下的生命活動代謝產(chǎn)物的過程。

2 熱發(fā)酵原料和方法

2.1 熱發(fā)酵原料

熱發(fā)酵原料為昆山市綠化植物廢棄物，經(jīng)過粉碎機(jī)兩次粉碎處理，第一次為粗粉碎，第二次為細(xì)粉碎，由于粒徑越小，接觸面積越大，更有利于發(fā)酵，因此顆粒狀粉碎物越細(xì)越好。微生物菌劑，主要成分為納豆菌、芽孢桿菌、放線菌、酵母菌等多種有益微生物。熱發(fā)酵輔料為尿素、水。

2.2 熱發(fā)酵方法

熱發(fā)酵是在混合機(jī)中進(jìn)行。將粉碎后的綠化植物廢棄物加入混合機(jī)中，為了使熱發(fā)酵過程中物料混合均勻，熱發(fā)酵物料應(yīng)不宜超過攪拌器的高度。調(diào)節(jié)物料含水量、碳氮比、pH值后混合攪拌均勻，靜置，使微生物菌劑在此期間繁殖、代謝，然后調(diào)節(jié)溫度在55～80℃進(jìn)行熱發(fā)酵處理，發(fā)酵周期為3～5天。

2.2.1 熱發(fā)酵原料預(yù)處理

（1）加入水調(diào)節(jié)物料含水量。由于熱發(fā)酵需要適宜的含水量，含水量過高升溫慢，含水量過低不利于微生物生長繁殖，因此調(diào)節(jié)物料含水量在45～60%之間。

（2）加尿素調(diào)節(jié)物料碳氮比。由于碳氮比過高或過低均會影響發(fā)酵的腐熟進(jìn)程，微生物菌劑繁殖分解需要適宜的碳和氮，而綠化植物廢棄物大部分是碳元素組成，因此需要調(diào)節(jié)適宜的碳氮比，碳氮比應(yīng)調(diào)節(jié)至25～30：1。

（3）加微生物菌劑調(diào)節(jié)pH值。由于不同的微生物菌劑其pH值不同，其微生物的生長環(huán)境也不同，此實(shí)驗(yàn)的微生物菌劑的生長環(huán)境宜在中性，適宜的pH值可使微生物在此環(huán)境中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，從而加快熱發(fā)酵進(jìn)程，因此pH值調(diào)在中性為宜。

（4）熱發(fā)酵原輔料加完后打開混合機(jī)攪拌均勻，靜置，使微生物菌劑在此期間繁殖、代謝。

2.2.2 熱發(fā)酵處理

靜置后，調(diào)節(jié)混合機(jī)溫度在55～80℃邊加熱邊攪拌，進(jìn)行熱發(fā)酵處理，經(jīng)過升溫期、高溫期、降溫期，得其產(chǎn)物。

2.3 測定方法

在熱發(fā)酵期間，對發(fā)酵物料進(jìn)行感官、溫度觀察并記錄，熱發(fā)酵結(jié)束后檢測其pH值、EC值、含水量、發(fā)芽指數(shù)、有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分。

（1）pH值：水飽和浸提-電位法。

（2）EC值：水飽和浸提-電導(dǎo)率法。

（3）含水量：采用真空烘箱法，稱取樣品2g，稱準(zhǔn)至0.0002g，置于50±2℃電熱恒溫真空干燥箱中干燥2h，計(jì)算含水量。

（4）發(fā)芽指數(shù)：生物毒性法，稱取樣品5g放入離心管中，加入50ml水，混合均勻，調(diào)節(jié)震蕩儀160r/min，震蕩1h，靜置0.5h后用濾紙過濾，過濾液即為樣品過濾液，培養(yǎng)皿中鋪上濾紙，濾紙上放置20顆小白菜種子，吸取5ml樣品過濾液于培養(yǎng)皿中，同時(shí)用去離子水做空白對照，調(diào)節(jié)培養(yǎng)箱溫度為25℃，避光培養(yǎng)48h后，量種子的根長，計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)。

（5）有機(jī)質(zhì)：重鉻酸鉀容量法（100℃水?。?。

（6）總養(yǎng)分：總養(yǎng)分為氮+五氧化二磷+氧化鉀（以烘干基計(jì)）。總氮含量（以N計(jì)）：蒸餾法;總磷含量（以P2O5計(jì)）：釩鉬酸銨比色法;總鉀含量（以K2O計(jì)）：火焰光度計(jì)法。

3 結(jié)果與分析

3.1 熱發(fā)酵過程中感官的變化

熱發(fā)酵升溫期發(fā)酵物料顏色慢慢變深，有淡淡的氨氣味;熱發(fā)酵高溫期發(fā)酵物料顏色繼續(xù)變深，上面有白色菌絲，并伴有淡淡的氨氣味，發(fā)酵物料也開始變軟;熱發(fā)酵降溫期發(fā)酵物料顏色最終變?yōu)榛液稚?，有生物發(fā)酵后的芳香味，發(fā)酵物料粒徑變細(xì)，為粒狀，質(zhì)地松軟，表示發(fā)酵結(jié)束。

3.2 熱發(fā)酵過程中溫度的變化

熱發(fā)酵階段經(jīng)過升溫期、高溫期、降溫期3個(gè)溫度變化過程，最終發(fā)酵完成，得其產(chǎn)物。

（1）升溫期主要是微生物生長繁殖、代謝釋放的能量使發(fā)酵物料溫度升高。

（2）高溫期主要是混合機(jī)邊加熱邊攪拌，使溫度升高，保證發(fā)酵所需的溫度。

（3）降溫期發(fā)酵物料溫度由最高溫度降至室溫，此時(shí)發(fā)酵物料也趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

綜上分析，熱發(fā)酵首先要控制好溫度，在微生物生長繁殖升溫期溫度不宜超過微生物菌劑的耐受溫度，這樣會使微生物滅活，從而導(dǎo)致發(fā)酵不完全;其次，高溫期要保證溫度達(dá)到70～80℃，這樣可以保證殺死草籽、蟲卵、有害菌等，由此可見熱發(fā)酵的關(guān)鍵控制指標(biāo)是要掌握各個(gè)階段的溫度變化條件。

3.3 熱發(fā)酵結(jié)束后有機(jī)基質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)檢測結(jié)果

（1）pH值為8.1，呈弱堿性，符合綠化用有機(jī)基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。pH值是保證植物營養(yǎng)最基本的參數(shù)，直接影響植物養(yǎng)分的有效化、植物對礦物質(zhì)離子的吸收、植物根部的滲透壓[3]、微生物的種類和數(shù)量，pH值精確調(diào)節(jié)有利于植物吸收有機(jī)基質(zhì)中的營養(yǎng)成分，對植物生長發(fā)育起重要的影響。

（2）EC值為1.06mS/cm，符合綠化用有機(jī)基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。EC值即水溶性鹽分，高濃度的可溶性鹽分易造成較低的養(yǎng)分濃度或?qū)е吗B(yǎng)分缺乏，會使植物受到損傷或造成植物根系的死亡，為確保植物生長最佳，要控制熱發(fā)酵的產(chǎn)物EC值在適宜范圍內(nèi)。

（3）含水量為38.9%，符合綠化用有機(jī)基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)基質(zhì)的水分對植物生長不是越多越好，也不是越少越好，因此有機(jī)基質(zhì)的含水量要控制在適宜范圍。

（4）發(fā)芽指數(shù)為120%，符合綠化用有機(jī)基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。種子發(fā)芽指數(shù)是體現(xiàn)發(fā)酵物料對植物是否有毒的生物判斷方法，發(fā)芽指數(shù)越高，說明熱發(fā)酵產(chǎn)物越好，有利于植物生長。

（5）有機(jī)質(zhì)為105.7%，符合綠化用有機(jī)基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。有機(jī)質(zhì)對植物根系有促進(jìn)作用，為植物提供營養(yǎng)，為生物提供能量。

（6）總養(yǎng)分為2.56%，符合綠化用有機(jī)基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。總養(yǎng)分的多少體現(xiàn)了有機(jī)基質(zhì)中肥力的水平，總養(yǎng)分是提供植物生長必需的營養(yǎng)元素，能改善土壤物理性質(zhì)，養(yǎng)分不足首先出現(xiàn)的癥狀為氮或磷缺乏，氮缺乏下部葉片皆變黃，當(dāng)磷缺乏時(shí)下部葉片發(fā)紫。

4 熱發(fā)酵應(yīng)用

綠化植物廢棄物熱發(fā)酵的產(chǎn)物可作為有機(jī)覆蓋物和有機(jī)基質(zhì)。目前有機(jī)覆蓋物和有機(jī)基質(zhì)已在市場上廣泛應(yīng)用。

4.1 有機(jī)覆蓋物

有機(jī)覆蓋物是以綠化植物廢棄物為原料直接鋪設(shè)或初步加工后鋪設(shè)于土表的均勻碎塊或顆粒物質(zhì)的新型地表覆蓋材料[4]。有機(jī)覆蓋物具有保水、調(diào)溫改良土壤結(jié)構(gòu)、抑制雜草、減少病蟲害、防地表徑流和美化景觀等功能。有機(jī)覆蓋物可應(yīng)用于綠地、公園、道路、游樂場所、家庭園藝、盆栽等，在未來城市建設(shè)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

4.2 有機(jī)基質(zhì)

有機(jī)基質(zhì)是綜合利用綠化植物廢棄物加工而成的顆粒性物質(zhì)。有機(jī)基質(zhì)具有調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)、改善土壤保水保肥能力、為植物生長不斷提供養(yǎng)分。有機(jī)基質(zhì)可應(yīng)用于綠地、林地、家庭園藝、盆栽、土壤改良劑、育苗基質(zhì)等，提供更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保穩(wěn)定的土壤環(huán)境，滿足各種作物生長所需的營養(yǎng)元素，實(shí)現(xiàn)城市綠地的低成本維護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)束語

綠化植物廢棄物熱發(fā)酵技術(shù)，包括粉碎、混合、熱發(fā)酵。粉碎：將集中收集的綠化植物廢棄物用粉碎機(jī)進(jìn)行兩次粉碎處理，第一次為粗粉碎，第二次為細(xì)粉碎;混合：將粉碎后的綠化植物廢棄物加入混合機(jī)中，加入水，調(diào)節(jié)含水量，加入尿素，調(diào)節(jié)碳氮比，加入適量微生物菌劑，調(diào)pH值，混合攪拌均勻;熱發(fā)酵：調(diào)節(jié)溫度在55～80℃進(jìn)行熱發(fā)酵處理，為熱發(fā)酵提供了技術(shù)參數(shù)，熱發(fā)酵技術(shù)能快速啟動發(fā)酵腐解過程，加入的微生物菌劑能加快綠化植物廢棄物的腐解過程，釋放部分速解養(yǎng)分，產(chǎn)生大量氨基酸、有機(jī)酸、維生素、多糖、酶類、植物激素等多種促進(jìn)植物生長的物質(zhì)，能夠促進(jìn)作物根系發(fā)育，生長健壯。從而使發(fā)酵周期大大縮短至3～5天，機(jī)器化減少了綠化植物廢棄物占用的場地，操作簡單，節(jié)省人工成本，發(fā)酵完全，使綠化植物廢棄物有效的資源化利用，充分發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)。微生物菌劑能促進(jìn)綠化植物廢棄物的熱發(fā)酵進(jìn)程，但市場上的微生物菌劑耐受溫度較低，因此研究能耐受溫度高的微生物菌劑很有必要。

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