微生物菌劑對(duì)廚余垃圾好氧堆肥影響

傅梓鋮，興虹，張煜，陳慧姝，王露

(遼寧科技學(xué)院 生物醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

廚余垃圾是家庭、學(xué)校、酒店、餐廳等在食物準(zhǔn)備階段拋棄的下腳料、丟棄及腐爛的蔬菜、瓜果皮、動(dòng)物內(nèi)臟等易腐爛固體廢棄物〔1〕。廚余垃圾主要成分有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)和脂類，具有含水率高、易被微生物降解的特點(diǎn)〔2-3〕。廚余垃圾的再利用方法主要包括肥料化、飼料化、能源化處理〔4-5〕。好氧堆肥耗時(shí)短，無(wú)害化程度高、處理能力強(qiáng)、降解后的產(chǎn)品利于儲(chǔ)存且可以作為肥料使用，實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的減量化和資源化〔6-7〕。本文研究常見(jiàn)微生物菌劑對(duì)廚余垃圾好氧堆肥的影響，優(yōu)選微生物接種菌劑，為高效利用廚余垃圾好氧堆肥提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

堆肥裝置：容積20L的圓塑料桶，由多孔板分成上下兩部分，上部是堆肥區(qū)，下部設(shè)穿孔通風(fēng)管。桶體下部開(kāi)方孔，桶外壁用5 mm 厚的珍珠棉保溫。

堆肥主料：學(xué)校食堂廚余垃圾(以土豆皮為主，少量白菜幫、辣椒根)，含水率為80%～90%。先經(jīng)過(guò)晾曬，控制含水率55%～60%，再切碎至3～5mm的小塊。

堆肥輔料：校園內(nèi)的枯樹(shù)葉。

堆肥用微生物菌劑：EM菌劑、有機(jī)肥發(fā)酵菌、固氮菌，三種菌劑均購(gòu)自于山東藍(lán)寶石生物技術(shù)有限公司。

實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備： JB-3型磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵(上海重磁儀器廠新涇分廠)、KDN-08B定氮儀和消化爐(上海昕瑞儀器儀表有限公司)、pHS-2F數(shù)字酸度計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)、玻璃水銀溫度計(jì)。

實(shí)驗(yàn)用主要試劑：重鉻酸鉀溶液(K2Cr2O4)、硫酸亞鐵(FeSO4)、鉬酸銨(Mo7O24`(NH4)6·4H2O)、偏釩酸銨(NH4VO3)、對(duì)硝基酚(C6H5NO3)，以上均為分析純。

1.2 分析項(xiàng)目和方法

堆肥方法：將預(yù)處理后的主料4.5kg、輔料0.5kg放入堆肥裝置中，加入微生物菌劑10g(菌劑量/堆肥原料質(zhì)量為2‰)，攪拌混勻。每天早晚再?gòu)?qiáng)制通風(fēng)一次，通風(fēng)時(shí)間30min。溫度達(dá)到50℃后，進(jìn)行首次翻堆，此后溫度每達(dá)到或超過(guò)50℃進(jìn)行翻堆。每隔3天取樣一次。樣品避光風(fēng)干，測(cè)風(fēng)干樣含水率，搗碎、過(guò)篩，測(cè)總有機(jī)質(zhì)、總氮(TN)、總磷(TP)。

堆肥過(guò)程的各指標(biāo)測(cè)定參照中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-有機(jī)肥料 (NY525-2012)〔8〕。含水率采用減重法測(cè)定；總有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法；總氮采用硫酸-雙氧水消解，凱氏法測(cè)定；總磷采用硫酸-雙氧水消解，釩鉬酸銨法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 廚余垃圾好氧堆肥過(guò)程中溫度變化

堆肥溫度的變化反映出微生物作用廚余垃圾的激烈程度，當(dāng)堆體溫度達(dá)到50℃以上時(shí)，進(jìn)入高溫狀態(tài)，可有效滅殺蟲(chóng)卵、病原菌、寄生蟲(chóng)，廚余垃圾快速腐熟。三種菌劑對(duì)堆體溫度影響如圖1所示。

從圖1中可以看出，堆肥開(kāi)始后，溫度快速上升，這是由于好氧堆肥初期，廚余垃圾中含有大量的供微生物菌劑分解的有機(jī)物，生化反應(yīng)快，產(chǎn)生熱量多使溫度持續(xù)升高。投加有機(jī)肥發(fā)酵菌的堆體在第4～7d一直維持在50℃以上，且第6天達(dá)到61℃；投加固氮菌、EM菌劑的堆體在第4d、第6d分別達(dá)到50℃、51℃，高溫堆肥均維持1天；未投加菌劑的堆體在第6d達(dá)到最高溫度僅為42℃。堆體溫度達(dá)到最高后，進(jìn)入下降階段，說(shuō)明隨著生化反應(yīng)的進(jìn)行廚余垃圾殘存的大分子有機(jī)物數(shù)量逐漸減少，生化反應(yīng)減慢。第15d溫度降到室溫，廚余垃圾完全腐熟，堆肥完成。

圖1 廚余垃圾好氧堆肥溫度變化

2.2 廚余垃圾好氧堆肥過(guò)程中含水率、pH變化

含水率變化如圖2所示。堆肥初始階段，由于有機(jī)物被降解產(chǎn)生H2O，含水率上升，后因堆體溫度的升高使水分蒸發(fā)，翻堆和通風(fēng)也造成水分散失，含水率持續(xù)下降。15天腐熟后，有機(jī)肥發(fā)酵菌和固氮菌堆體含水率低，均為43.6%；EM菌和空白堆體的含水率較高，分別為為52.1%和50.8%。

圖2 廚余垃圾好氧堆肥含水率變化

圖3 廚余垃圾好氧堆肥pH變化

pH變化見(jiàn)圖3。堆體pH值由最初的6左右經(jīng)過(guò)6天后快速上升到9以上，然后變化緩慢，堆肥結(jié)束9.6～9.8之間。分析原因是因堆肥初期有機(jī)物大量降解產(chǎn)生的氨溶于堆體的水分中，電離生成OH-，故pH上升較快，后期反應(yīng)慢，產(chǎn)氨量少并有部分隨水蒸發(fā)散失，故pH上升緩慢，最后四個(gè)堆體的pH均穩(wěn)定在9.6～9.8之間。

2.3 廚余垃圾好氧堆肥過(guò)程中總有機(jī)質(zhì)的變化

廚余垃圾好氧堆肥是一個(gè)有機(jī)物不斷地向腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，又因堆肥原料中的有機(jī)碳因生成CO2散失到空氣中，故堆體的總有機(jī)質(zhì)含量也是逐漸下降的過(guò)程?？傆袡C(jī)質(zhì)含量變化如圖4所示。不加任何菌劑的空白堆體由81.6%降到77.6%，加入有機(jī)肥發(fā)酵菌、EM菌、固氮菌的堆體分別由最初的85.7%、86.2%、84.9%降至71.3%、71.8%、76.2%。有機(jī)肥發(fā)酵菌將總有機(jī)質(zhì)含量降到最低。

圖4 廚余垃圾好氧堆肥總有機(jī)質(zhì)變化

2.4 廚余垃圾好氧堆肥過(guò)程中總氮、總磷的變化

氮、磷是植物營(yíng)養(yǎng)元素，是評(píng)價(jià)堆肥肥分的重要指標(biāo)。投加不同菌劑的堆體的總氮、總磷含量變化如圖5、圖6所示。

圖5 廚余垃圾好氧堆肥總氮含量變化

圖6 廚余垃圾好氧堆肥總磷含量變化

在堆肥過(guò)程中，固態(tài)碳生成氣態(tài)碳散失，這一濃縮效應(yīng)提高了堆體中的氮、磷含量。未投加菌劑的堆體(空白)含氮量增長(zhǎng)緩慢，投加菌劑的堆體在堆肥前期與中期呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在堆肥后期稍有下降。在堆肥初期，堆體的磷含量略有下降，分析原因是由于堆肥材料初期含水率較高，產(chǎn)生部分滲濾液導(dǎo)致部分磷元素流失，中期增長(zhǎng)較快，后期穩(wěn)定。投加菌劑的堆體氮、磷含量一直高于空白堆體，這說(shuō)明微生物菌劑可增加廚余垃圾好氧堆肥肥分。在15d堆肥結(jié)束時(shí)，投加有機(jī)肥發(fā)酵菌和固氮菌的堆體含氮量分別為2.20%、2.23%，含磷量分別為1.33%、1.21%；投加EM菌堆體含氮量為1.97%，含磷量1.4%。

2.5 外觀顏色和氣味變化

堆體的顏色和散發(fā)的氣味隨堆肥時(shí)間的變化情況如表1所示。結(jié)果表明，空白堆體發(fā)臭、濕粘，連結(jié)成塊；投加微生物菌劑的堆體松散，呈腐殖土氣味。

表1 堆體的顏色及氣味變化情況

3 結(jié)論

廚余垃圾好氧堆肥接種微生物菌劑，可以加快有機(jī)質(zhì)的降解，增高氮、磷含量，堆體呈黑色，有腐殖土氣味，無(wú)蚊蠅滋生。接種有機(jī)肥發(fā)酵菌堆體有機(jī)物分解迅速，升溫速度快，高溫堆肥持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，含水率最低為43.6%；接種EM菌堆體含磷量高達(dá)1.4%；接種固氮菌堆體含氮量最高為2.23%。接種有機(jī)肥發(fā)酵菌堆體的氮含量比固氮菌低0.3%，磷含量比EM菌低0.1%，綜合考慮，有機(jī)肥發(fā)酵菌為優(yōu)選菌種。