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一、微(wei)生(sheng)物(wu)有(you)機肥生(sheng)產原理(li)和微(wei)生(sheng)物(wu)學過(guo)程

1、基本原理

好氧(yang)發(fa)酵(jiao)是(shi)在有氧(yang)條件下，好氧(yang)微生(sheng)物(wu)(wu)通(tong)過(guo)(guo)自身的(de)分(fen)解代謝和合成代謝過(guo)(guo)程(cheng)，將(jiang)一(yi)部分(fen)有機物(wu)(wu)分(fen)解氧(yang)化成簡單的(de)無機物(wu)(wu)，從中(zhong)獲得微生(sheng)物(wu)(wu)新陳代謝所(suo)需要(yao)的(de)能(neng)量，同時將(jiang)一(yi)部分(fen)的(de)有機物(wu)(wu)轉化合成新的(de)細(xi)胞物(wu)(wu)質(zhi)，使(shi)微生(sheng)物(wu)(wu)生(sheng)長繁殖，產生(sheng)更多的(de)生(sheng)物(wu)(wu)體(ti)的(de)過(guo)(guo)程(cheng)。發(fa)酵(jiao)的(de)結果是(shi)廢棄物(wu)(wu)中(zhong)有機物(wu)(wu)向穩(wen)定化程(cheng)度較高的(de)腐殖質(zhi)方向轉化。

2、微生物學過程

好氧(yang)發酵的(de)微生物學過(guo)程(cheng)可大致分(fen)為三個(ge)階段(duan)，每(mei)個(ge)階段(duan)都有(you)其獨特的(de)的(de)微生物類群(qun)：

1)產熱階(jie)段(duan)(中(zhong)溫(wen)階(jie)段(duan)，升溫(wen)階(jie)段(duan))

發酵初(chu)期(qi)(通常(chang)在1-3天)，肥堆中嗜溫(wen)性微生(sheng)(sheng)物(wu)利(li)用(yong)可(ke)溶(rong)性和易降解性有(you)(you)機物(wu)作為營養和能(neng)量來源(yuan)，迅速增殖(zhi)，并(bing)釋(shi)放出(chu)熱能(neng)，使(shi)肥堆溫(wen)度(du)(du)不斷上升。此階段溫(wen)度(du)(du)在室溫(wen)至(zhi)50℃范圍內，微生(sheng)(sheng)物(wu)以中溫(wen)、需氧型為主(zhu)，通常(chang)是(shi)一些(xie)無芽胞細(xi)(xi)菌(jun)。微生(sheng)(sheng)物(wu)類型較(jiao)多，主(zhu)要(yao)是(shi)細(xi)(xi)菌(jun)、真菌(jun)和放線菌(jun)。其中細(xi)(xi)菌(jun)主(zhu)要(yao)利(li)用(yong)水溶(rong)性單糖等(deng)，放線菌(jun)和真菌(jun)對于分(fen)解纖(xian)維(wei)素(su)和半纖(xian)維(wei)素(su)物(wu)質具有(you)(you)特殊的功(gong)能(neng)。

2)高溫階段

當肥(fei)堆溫(wen)(wen)(wen)度上升(sheng)到(dao)(dao)50℃以上時(shi)，即進(jin)入高(gao)溫(wen)(wen)(wen)階(jie)段(duan)。通常(chang)從堆積發酵開(kai)始，只須2-3天時(shi)間肥(fei)堆溫(wen)(wen)(wen)度便(bian)能(neng)迅速地升(sheng)高(gao)到(dao)(dao)55℃，1周內堆溫(wen)(wen)(wen)可(ke)達到(dao)(dao).高(gao)值(.高(gao)溫(wen)(wen)(wen)可(ke)達70℃)。嗜溫(wen)(wen)(wen)性(xing)微(wei)(wei)生物(wu)受(shou)到(dao)(dao)抑制，嗜熱(re)性(xing)微(wei)(wei)生物(wu)逐漸取而代之。除前一(yi)階(jie)段(duan)殘留的(de)和(he)新形成的(de)可(ke)溶性(xing)有(you)(you)機物(wu)繼(ji)續分(fen)解(jie)轉化(hua)外，半纖維素、纖維素、蛋白質等復雜(za)有(you)(you)機物(wu)也開(kai)始強(qiang)烈分(fen)解(jie)。在(zai)50℃左(zuo)右進(jin)行活動(dong)(dong)的(de)主要是嗜熱(re)性(xing)真菌和(he)放線菌;溫(wen)(wen)(wen)度上升(sheng)到(dao)(dao)60℃時(shi)，真菌幾乎完全停止活動(dong)(dong)，僅有(you)(you)嗜熱(re)性(xing)放線菌和(he)細菌活動(dong)(dong);溫(wen)(wen)(wen)度上升(sheng)到(dao)(dao)70℃以上時(shi)，大(da)多數嗜熱(re)性(xing)微(wei)(wei)生物(wu)已不適宜，微(wei)(wei)生物(wu)大(da)量死亡(wang)或進(jin)入休(xiu)眠狀(zhuang)態。此時(shi)，產生的(de)熱(re)量減少，堆溫(wen)(wen)(wen)自動(dong)(dong)下(xia)(xia)降(jiang)。當堆溫(wen)(wen)(wen)降(jiang)至70℃以下(xia)(xia)時(shi)，處于休(xiu)眠狀(zhuang)態的(de)嗜熱(re)性(xing)微(wei)(wei)生物(wu)又重新活動(dong)(dong)，繼(ji)續分(fen)解(jie)難分(fen)解(jie)的(de)有(you)(you)機物(wu)，熱(re)量又增加，堆溫(wen)(wen)(wen)就處于一(yi)個自然調(diao)節的(de)、延續較(jiao)久的(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)期。

高(gao)溫(wen)(wen)對(dui)于發酵的快(kuai)速腐熟起(qi)到重要(yao)(yao)作(zuo)用，在此階段中發酵內開始了腐殖質的形成過(guo)程，并開始出現能(neng)溶解(jie)于弱堿的黑色物(wu)質。C/N比(bi)明顯下(xia)降，肥(fei)堆高(gao)度隨之降低。通過(guo)高(gao)溫(wen)(wen)能(neng)有(you)效殺滅有(you)機廢棄物(wu)中病原物(wu)，按我(wo)國高(gao)溫(wen)(wen)發酵衛生標準(GB7959-87)，要(yao)(yao)求發酵.高(gao)溫(wen)(wen)度達50-55℃以上(shang)，持續(xu)5-7d。

3)腐(fu)熟(shu)階段(duan)

在高溫(wen)(wen)階段(duan)末(mo)期(qi)，只剩(sheng)下部分(fen)(fen)較(jiao)難(nan)分(fen)(fen)解(jie)的(de)有(you)機物和新形成(cheng)的(de)腐殖質，此時(shi)(shi)微生物活性下降，發熱量減(jian)少(shao)，溫(wen)(wen)度下降。此時(shi)(shi)嗜(shi)溫(wen)(wen)性微生物再(zai)占優勢，對殘(can)留較(jiao)難(nan)分(fen)(fen)解(jie)的(de)有(you)機物作進(jin)一(yi)步分(fen)(fen)解(jie)，腐殖質不斷(duan)增(zeng)(zeng)多且趨于(yu)穩定(ding)化(hua)，此時(shi)(shi)發酵進(jin)入腐熟(shu)階段(duan)。降溫(wen)(wen)后，需氧量大(da)量減(jian)少(shao)，肥堆(dui)空隙增(zeng)(zeng)大(da)，氧擴散能力增(zeng)(zeng)強，此時(shi)(shi)只需自然通風(feng)。在強制通風(feng)發酵中常見的(de)后熟(shu)處理(li)，即(ji)是將通氣堆(dui)翻堆(dui)一(yi)次后，停止通氣，讓其腐熟(shu)。還(huan)可起(qi)到保氮的(de)作用。

二、發酵程序及工藝流程

1、原料的預(yu)處理：包括(kuo)分(fen)選、破碎、含水(shui)率和碳氮比調(diao)整。

2、原料發酵(jiao)：周期(qi)一般需要(yao)15-20天。

1)..階段：指好(hao)氧發酵(jiao)中的(de)中溫與高(gao)溫兩個階段的(de)微生物(wu)代謝過程。它是指從(cong)發酵(jiao)初期開(kai)始，經中溫、高(gao)溫然后達到溫度開(kai)始下降(jiang)的(de)整個過程，一般需(xu)10-12天。

2)第二階段：物料經過..階段發(fa)酵，還有(you)一部(bu)分(fen)易分(fen)解和(he)大(da)量難分(fen)解的(de)有(you)機物存在(zai)，需(xu)(xu)要繼續發(fa)酵使之(zhi)腐熟(shu)。此(ci)時溫度持續下降，當溫度穩(wen)定在(zai)35-40℃左右時即達腐熟(shu)，一般需(xu)(xu)5-10天。

3、后處理(li)：后處理(li)包括(kuo)去(qu)除雜質和進行必要(yao)的(de)破碎處理(li)。 

工藝流程

1、攪拌翻堆條垛式發酵工藝

物料(liao)以垛狀(zhuang)堆置，可以排列成多條(tiao)平(ping)行的(de)條(tiao)垛，條(tiao)垛的(de)斷面(mian)形(xing)狀(zhuang)通(tong)常為三角形(xing)或梯(ti)形(xing)，高度1.5-2.0m，寬4-6m。混合后堆料(liao)的(de)含水率為55-65%。

2、槽式(shi)翻刨工藝(yi)

建設高(gao)約1.2-1.7米高(gao)度的槽子(zi)，寬(kuan)度4-8米，長度不限，槽子(zi)上架設翻(fan)刨(bao)機對物(wu)料進行翻(fan)刨(bao)，槽子(zi)底部可以建設有曝氣管道，在發酵時，強制(zhi)供氧(yang)，提高(gao)發酵效(xiao)率。

發(fa)酵工(gong)藝流程如下：

發(fa)(fa)酵(jiao)原料――預處理(li)――混合――發(fa)(fa)酵(jiao)――再(zai)調制――制粒(li)――包裝(zhuang)――出廠

在(zai)預處理(li)(li)中有(you)時(shi)需要對原(yuan)料(liao)進(jin)行破(po)(po)碎(sui)處理(li)(li)，調(diao)整(zheng)原(yuan)料(liao)的(de)粒度(du)，適(shi)宜的(de)粒度(du)范圍是12～60mm。破(po)(po)碎(sui)與篩分可(ke)使(shi)原(yuan)料(liao)的(de)表面積增(zeng)大，便于微生物繁殖(zhi)，提高發酵速度(du)。在(zai)堆置后(hou)(hou)每2-3天(tian)可(ke)翻(fan)堆一次，20天(tian)后(hou)(hou)可(ke)停(ting)止翻(fan)堆，讓(rang)其自然后(hou)(hou)熟。

三(san)、發酵的影響因素及其(qi)控制

1、發酵菌種的選(xuan)擇

根(gen)據(ju)現有(you)堆肥(fei)物料組(zu)合的(de)特定科學(xue)組(zu)合各類菌(jun)種形成有(you)機(ji)肥(fei)發(fa)酵(jiao)劑。合適(shi)的(de)菌(jun)種組(zu)合，對有(you)機(ji)物料進行益生菌(jun)接(jie)種，形成定向培養，縮短升溫(wen)時間(jian)，降低氮及有(you)機(ji)物料損耗，高效提高有(you)機(ji)物料的(de)腐(fu)熟(shu)效率，降低損耗。改善發(fa)酵(jiao)場地環境，保證無害化程度。

2、翻堆

翻(fan)堆(dui)(dui)供(gong)氧(yang)是好氧(yang)發酵(jiao)化生產(chan)的(de)基本條件之一。翻(fan)堆(dui)(dui)的(de)主要(yao)作用在于：①提供(gong)氧(yang)氣，加速微生物的(de)發酵(jiao)過程;②調節堆(dui)(dui)溫(wen);③干燥堆(dui)(dui)料(liao)。

翻(fan)堆次(ci)數少，通風(feng)量不足(zu)以(yi)提供給微生物充足(zu)的(de)(de)氧氣(qi)，影響(xiang)發(fa)(fa)酵(jiao)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)升高;翻(fan)堆次(ci)數多則有可能使肥堆的(de)(de)熱量散失，影響(xiang)發(fa)(fa)酵(jiao)無害化程度(du)(du)。通常根據情(qing)況(kuang)在發(fa)(fa)酵(jiao)期間翻(fan)堆2-3次(ci)。 

3、有機(ji)質的含量(liang)

有機(ji)質含(han)量高低(di)影響堆料(liao)溫(wen)度和(he)通風(feng)供(gong)氧(yang)。有機(ji)質含(han)量過低(di)，分解產(chan)生的熱量不(bu)足以促進和(he)維持發酵(jiao)中嗜熱性細菌的增殖，肥堆難(nan)于達到(dao)高溫(wen)階段，影響發酵(jiao)的衛生無害化效(xiao)果。而(er)且，由于有機(ji)質含(han)量低(di)，將(jiang)影響發酵(jiao)產(chan)品(pin)的肥效(xiao)和(he)使用價值。

有機(ji)質含量(liang)過高，則需要大量(liang)供(gong)氧，這(zhe)會給翻堆供(gong)氧造成實際困難，有可能因供(gong)氧不足，造成部分厭氣條件。適宜的有機(ji)物含量(liang)為20-80%

4、C/N比

.適25：1

在(zai)發(fa)酵化(hua)中，有(you)機C主要(yao)(yao)作為(wei)微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)的能源物(wu)質，大(da)(da)部分(fen)有(you)機C在(zai)微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)代謝過程中氧化(hua)分(fen)解變成(cheng)CO2而(er)揮發(fa)，部分(fen)C則構成(cheng)微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)自(zi)身的細胞物(wu)質。氮主要(yao)(yao)消耗在(zai)原生(sheng)(sheng)(sheng)質合成(cheng)之中，就(jiu)微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)對營養的需(xu)要(yao)(yao)而(er)言，.合適(shi)的C/N比(bi)在(zai)4～30。當有(you)機物(wu)C/N比(bi)在(zai)10左右(you)時，有(you)機物(wu)被微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)分(fen)解速度.大(da)(da)。

隨著(zhu)C/N比增加，發酵時間(jian)相(xiang)對(dui)延(yan)長。當(dang)原料的(de)C/N比為20，30～50，78時,其(qi)對(dui)應所需的(de)發酵化時間(jian)約分(fen)別為9～12天，10～19天，及21天，但當(dang)C/N比大于80:1時，發酵就(jiu)難于進行。

各發酵原(yuan)(yuan)料的C/N比(bi)通(tong)常(chang)為：鋸末屑300～1000，秸稈70～100，原(yuan)(yuan)料50～80，人糞(fen)(fen)6～10，牛糞(fen)(fen)8～26，豬糞(fen)(fen)7～15，雞糞(fen)(fen)5～10，下水污泥8～15。

堆(dui)腐后(hou)C/N比(bi)將(jiang)比(bi)堆(dui)腐前明顯下降，通常在10～20:1，這種C/N比(bi)的腐熟(shu)發酵，農業(ye)利用肥效較好(hao)。

5、水分

水(shui)分是否合(he)適直接影(ying)響發(fa)酵(jiao)發(fa)酵(jiao)速度和腐熟程度。對污(wu)泥發(fa)酵(jiao)而言(yan)，堆料(liao)合(he)適的(de)水(shui)分含量(liang)為(wei)55-65%。在實(shi)際(ji)操(cao)作中，簡(jian)便的(de)測定方(fang)法為(wei)：以手緊(jin)握物料(liao)能成團，有(you)水(shui)跡(ji)出(chu)現，但(dan)水(shui)不(bu)滴出(chu)為(wei)宜。原(yuan)料(liao)發(fa)酵(jiao).合(he)適的(de)水(shui)分為(wei)55%。

6、顆粒度

發酵化所需(xu)要的(de)氧氣是通(tong)過(guo)發酵原料顆(ke)粒(li)孔隙(xi)(xi)供(gong)給的(de)。孔隙(xi)(xi)率及孔隙(xi)(xi)大(da)(da)小取決于(yu)顆(ke)粒(li)大(da)(da)小及結構(gou)強(qiang)度，像紙張、動植物(wu)、纖(xian)維織物(wu)等，遇(yu)水受壓時密度會提高，顆(ke)粒(li)間孔隙(xi)(xi)大(da)(da)大(da)(da)縮小，不利于(yu)通(tong)風供(gong)氧。顆(ke)粒(li)適宜大(da)(da)小一般為12-60mm.

7、pH

微生物(wu)可在較大的pH范(fan)圍內(nei)繁殖，合適的pH為6-8.5。發(fa)酵時通常(chang)不需要調整pH值。

四(si)、判定指標

 1)外觀(guan)變(bian)化：直觀(guan)定性判斷(duan)標(biao)準是(shi)發酵不再進行激烈的分(fen)解(jie)，成品溫度(du)較(jiao)低;外觀(guan)呈茶(cha)褐色或黑色;結構疏松;沒有(you)惡臭。

2)溫度變化：通常肥堆(dui)經過了高溫階段后，溫度將(jiang)逐(zhu)漸下降。當發酵達到腐熟時，堆(dui)溫將(jiang)低于40℃。

2、化(hua)學(xue)指(zhi)標(biao)

1)有(you)(you)機(ji)質(zhi)和揮(hui)發性(xing)固體含量(liang)的(de)變(bian)化(hua)：隨著發酵(jiao)的(de)進(jin)行，發酵(jiao)有(you)(you)機(ji)質(zhi)和揮(hui)發性(xing)固體含量(liang)呈持續下降的(de)趨勢，.后達到(dao)基本(ben)穩定。達到(dao)腐熟時，可下降15-30%。然而這種變(bian)化(hua)趨勢受(shou)原料(liao)來源(yuan)的(de)影響(xiang)很大。僅用其(qi)來衡量(liang)發酵(jiao)是(shi)否腐熟，還(huan)不充分(fen)。

2)氮(dan)(dan)、C/N比(bi)及無機(ji)(ji)氮(dan)(dan)形態的(de)變化(hua)：在發(fa)酵(jiao)過程中(zhong)部分有(you)(you)機(ji)(ji)碳將(jiang)被氧化(hua)成(cheng)CO2揮發(fa)損失(shi)，肥堆質量(liang)減少(shao)。由于(yu)氮(dan)(dan)的(de)損失(shi)(主(zhu)要是在有(you)(you)機(ji)(ji)氮(dan)(dan)的(de)氨化(hua)階段，少(shao)量(liang)的(de)氨氮(dan)(dan)會(hui)揮發(fa)損失(shi))遠低于(yu)有(you)(you)機(ji)(ji)碳的(de)損失(shi)，因(yin)此，發(fa)酵(jiao)腐熟(shu)后，發(fa)酵(jiao)中(zhong)全氮(dan)(dan)含(han)量(liang)有(you)(you)上升的(de)趨(qu)勢，而C/N比(bi)持續下降，直至(zhi)穩定。一些(xie)研究指出，當堆料的(de)C/N比(bi)從25～35:1下降至(zhi)20:1以下時，肥堆將(jiang)達到穩定。

水(shui)溶(rong)(rong)性有(you)機碳(C)及水(shui)溶(rong)(rong)性有(you)機碳與(yu)有(you)機氮之比：水(shui)溶(rong)(rong)性有(you)機碳與(yu)水(shui)溶(rong)(rong)性有(you)機氮的比值(zhi)是發(fa)酵腐熟的良好化學(xue)指標，該值(zhi)約為5-6時表明發(fa)酵已經腐熟，而且該值(zhi)與(yu)發(fa)酵原料無關。