韓健　熊殷俊　劉小麗　俞高強

摘? 要：為了研究昆山市園林廢棄物熱發(fā)酵過程中的腐熟程度及其各項指標在不同階段的變化情況，對熱發(fā)酵試驗進行了全過程檢測。檢測結(jié)果表明，pH值由6.6上升至8.0左右，呈弱堿性，有利發(fā)酵過程中微生物的繁殖生長，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;有機質(zhì)呈下降趨勢。

關(guān)鍵詞：園林廢棄物;熱發(fā)酵;指標變化

中圖分類號：X705? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：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，但在綠化的過程中會產(chǎn)生大量的園林綠化廢棄物，例如枯枝、樹葉、樹根等等。2017年開始昆山市園林綠化管理局已經(jīng)不再回收園林廢棄物，一時間昆山市的園林廢棄物的處置問題成了一個很大的難題，據(jù)預估，昆山市每年產(chǎn)生約4.5萬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，這樣不僅浪費了資源且對環(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[1]，遠遠達不到處理效率，為了解決昆山的園林廢棄物的處置問題且使發(fā)酵周期更短，昆山合縱生態(tài)科技有限公司在國家提出的生態(tài)循環(huán)的理念基礎上通過研發(fā)熱發(fā)酵處理技術(shù)對園林廢棄物進行發(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肥可以作為土壤的改良介質(zhì)、綠地種植土壤有機基質(zhì)和家庭盆栽使用。本次試驗對熱發(fā)酵技術(shù)的pH、溫度、含水率等主要指標進行跟蹤檢測，參照《有機肥料》農(nóng)業(yè)行業(yè)標準[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、落葉及修剪下來的樹枝），經(jīng)粉碎機粉碎得到不超過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 實驗設備

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

1.3 試驗設計

將原材料放置在0.3m3的混合機中，混合機作為熱發(fā)酵反應器。通過添加微生物菌劑及調(diào)節(jié)含水率、C/N后進行發(fā)酵處理，將機器溫度調(diào)節(jié)為50℃左右（隨著導熱油溫度的上升發(fā)酵溫度會逐漸升高，但不會使菌類被殺死），混合機每天攪拌一次，時長約5分鐘，保證堆體內(nèi)的好氧環(huán)境加快反應的進程。本次試驗設計周期為10d，整個發(fā)酵區(qū)間分為1d、3d、5d、7d、10d分別檢測物料的pH、溫度、含水率、氮含量、有機質(zhì)的變化情況。

1.4 參數(shù)調(diào)節(jié)

（1）含水率

對原材料進行水分調(diào)節(jié)，通過加水使其含水率達到50-70%左右更利于發(fā)酵的進行[3]。

（2）C/N的調(diào)節(jié)

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

1.5 檢測分析方法

每次采樣方法選擇多點采樣法，多個點采集的樣品混合起來檢測，采樣深度為15cm，樣品有機質(zhì)、總氮含量檢測按照《有機肥料》農(nóng)業(yè)行業(yè)標準嚴格執(zhí)行，pH、溫度具體檢測方法如下：

（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]對樣品進行檢測。

（2）溫度：采用探針式溫度計進行檢測。

2 指標參數(shù)變化及數(shù)據(jù)分析

2.1 發(fā)酵過程中的pH變化情況

在發(fā)酵過程中pH是一個非常重要的指標，pH對微生物的生長繁殖有非常大的影響，從而影響整個熱發(fā)酵的進程。

熱發(fā)酵過程中pH整體上呈上升下降再上升的趨勢，1-3d內(nèi)隨著溫度的升高微生物新陳代謝加快，不斷生成積累銨類和氨態(tài)氮等堿性物質(zhì)使pH快速升高，隨后隨著有機質(zhì)的分解及氨化作用的減弱pH開始下降，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)酵過程中非常重要的指標之一，微生物在發(fā)酵過程中代謝產(chǎn)熱，使機器內(nèi)物料產(chǎn)生溫度變化。熱發(fā)酵過程中經(jīng)過升溫期、高溫期和降溫期三個階段。如圖2所示。

（1）1d-3d處于升溫階段，在熱發(fā)酵機器的溫度調(diào)節(jié)下和微生物代謝活動中產(chǎn)生的熱量使物料的溫度上升速度非?？?，基本上物料在3d左右的時間，溫度達到高溫階段。

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

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

顯而易見熱發(fā)酵的溫度變化趨勢是正常的，前三天溫度的迅速升高基本保持了微生物的代謝活動，中期的高溫期保證了對病菌與蟲卵的殺滅，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，達不到微生物生長適宜條件，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)酵條件達到了最佳，隨著發(fā)酵的進行總氮在初始階段由于人為添加了氮元素會呈現(xiàn)上升趨勢，但隨著發(fā)酵的逐漸進行微生物的生長代謝活動加快的過程中部分氮元素變?yōu)镹H3變?yōu)闅庀喑尸F(xiàn)下降趨勢，最后達到穩(wěn)定狀態(tài)。在整個發(fā)酵過程中的總氮變化趨勢如圖3所示。

2.4 有機質(zhì)的變化情況

園林廢棄物中的有機質(zhì)含量非常高，堆體中的有機質(zhì)含量變化反映著發(fā)酵的進行程度，結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，整個發(fā)酵周期中有機質(zhì)呈下降趨勢，其中在高溫階段下降速度非?？?，第7d開始，混合機內(nèi)堆體的有機質(zhì)含量變化基本穩(wěn)定，此時進入發(fā)酵穩(wěn)定期。

3 結(jié)論與討論

通過以上實驗結(jié)果，可以得出：

（1）整個熱發(fā)酵過程中的pH值總體上呈上升趨勢，存在著不斷波動，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，隨著有機質(zhì)分解完成，pH穩(wěn)定在7.9左右。

（2）在發(fā)酵過程中，園林廢棄物堆體先升高后降低，1-3d是升溫階段時間也較短，高溫階段保持時間長，維持了5d，堆體內(nèi)的蟲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，在微生物的生長繁殖代謝過程中消耗營養(yǎng)物質(zhì)，總氮逐漸降低，最后達到穩(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，更具有營養(yǎng)成分。

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

4 展望

通過對園林綠化廢棄物的熱發(fā)酵實驗發(fā)現(xiàn)，熱發(fā)酵機器的發(fā)酵周期較短，且能實現(xiàn)自動控制溫度、攪拌等優(yōu)點，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)酵實驗采用的0.3m3的機器，通過測得的實驗數(shù)據(jù)，基本掌握了發(fā)酵過程的周期及指標變化，在今后會采用容積更大的機器，相關(guān)熱發(fā)酵數(shù)據(jù)會進一步得到探索，直至應用到實際生產(chǎn)中，使園林廢棄物的處理更加高效，真正的實現(xiàn)生態(tài)循環(huán)。

參考文獻：

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