一种尾菜气流膜发酵生产有机肥的方法及其产品与应用

摘要

本发明提供一种尾菜气流膜发酵生产有机肥的方法及其产品与应用。该方法尾菜、醋糟和蘑菇渣按照重量比1：1：3的比例混合均匀后，放入气流膜发酵槽中，覆盖戈尔膜，打开曝气设备，堆体底部曝气，发酵30天后，以靠近风机一侧的终点为0点，取距离风机0‑12m处(总距离18米)的发酵物料最后在温度不超过50℃的条件下将有机肥的含水量蒸发至30％以下，包装出厂即为成品有机肥。本发明采用气流膜发酵不会产生异味，并且堆肥过程会产生持续的高温，20天后即进入降温期，通过研究发现，通过气流膜发酵工艺发酵腐熟的有机肥，在田间试验中，对设施四季豆有较好的促进生长的效果。

说明书

技术领域

本发明属于有机肥料技术领域，提供一种尾菜气流膜发酵生产有机肥的方法及其产品与应用。

背景技术

好氧高温堆肥是有机类肥料产业发展的第一步，也是决定性的一步，目前堆肥工艺主要包括条垛式和槽式好氧堆肥工艺，前者需要大面积的发酵大棚(4000m

随着我国蔬菜产量的逐年增加，尾菜产量也在增加，我国每年尾菜的产生量高达3亿吨左右，随意倾倒、填埋、堆积等，不仅浪费宝贵的有机质和养分资源，还会对环境造成很大的污染，因此尾菜资源化利用是保障农业可持续发展、提升蔬菜地质量的重要途径。尾菜进行堆肥处理，首先可以将其中的易腐有机物转化为土壤易接受的有机肥；其次堆肥过程中的高温发酵使尾菜中的致病菌、寄生虫卵基本被杀死，促进尾菜的无害化利用。

因此利用堆肥处理尾菜，是目前尾菜处理方式中，对环境影响最小，处理效果最好的方式。传统的堆肥方式包括条垛式发酵、翻抛式发酵等，这些发酵方式均需要一定的固定资产投入，场地需求较大，且都不能解决堆肥场臭气问题，堆肥效率较低，而气流膜发酵技术，克服了上述传统堆肥工艺的缺点，具有堆肥成本低、堆肥场无臭气场地需求较小等优点，并且气流膜发酵过程中，利用滤气膜将堆体覆盖，有效地减少发酵过程中氨氮的挥发，减少肥料中营养成分的流失，可提高堆肥效率和肥料品质。但针对高含水量的尾菜原料，开发出适应性的尾菜配伍辅料的气流膜发酵生产有机肥工艺及其产品，成为了资源化利用尾菜的必要手段。

发明内容

本发明的目的在于针对生产实践中的实际问题和需求，提供一种尾菜配伍辅料的气流膜发酵生产有机肥工艺及其产品与应用。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

一种尾菜气流膜发酵生产有机肥的方法，包含以下步骤：

(1)原料混合：以尾菜、醋糟和蘑菇作为原料，三者混合后进入具有水泥挡墙的发酵区域，整体为条垛状；

(2)在所述的条垛外覆盖戈尔膜，在条垛一端设置风机，采用气流膜堆肥方式发酵，连接发酵过程中不翻堆，底部曝气，在堆肥第20天后堆体开始降温，整个堆肥过程中堆温 50℃以上维持20天以上；

(3)发酵结束后取距离风机0-12米的发酵物料作为有机肥。

作为本发明的一种优选，整个发酵过程中不翻堆，通过铺设于条垛底部的通风管道与风机连通在条垛底部曝气。

作为本发明的一种优选，采用功率为3.7kW，曝气量为80000L/min的风机，曝气频率根据温度自行调节。

作为本发明的一种优选，尾菜、醋糟和蘑菇按照C/N28-30:1配比混合，初始含水率调节至55-65％。

作为本发明的一种优选，堆体基料堆砌成长18m，宽5m，高1.9m。

作为本发明的一种优选，包含以下步骤：

(1)原料混合：将尾菜、醋糟和蘑菇渣按照堆体C/N 30:1配比混合均匀，初始含水率调节至55-65％，三者混合后进入具有水泥挡墙的发酵区域，整体为条垛状，堆体基料长18m，宽5m，高1.9m；

(2)好氧发酵：发酵基料按条垛式堆放于发酵棚内后，在条垛外覆盖戈尔膜，采用气流膜堆肥方式发酵，采用功率为3.7kW，曝气量为80000L/min的风机，曝气频率根据温度自行调节，发酵过程中不翻堆，底部曝气，在堆肥第20天后堆体开始降温，整个堆肥过程中堆温50℃以上维持20天以上；

(3)取样：以靠近风机一侧的终点为0点，取距离风机0-12m处的发酵物料作为有机肥。

作为本发明的进一步优选，剩余的发酵物料用于制备育苗基质。

按照本发明所述的方法制备的有机肥。

作为本发明的一种优选，所述的有机肥含全氮29-32g/kg，全磷P

本发明所述的有机肥在促进蔬菜田间生长和/或提高蔬菜产量中的应用。

本发明中气流膜堆肥的场地要求包括：建设规格优选19×6m，一次性可发酵约150立方以尾菜为主要原料之一的废弃物混合物产地；在堆肥预留场地上建设30cm厚度水泥防渗基础，四周建设1m高、30cm厚度凹型水泥挡墙，防渗基础可以有效地防止发酵过程中产生的水分渗漏；在防渗基础上铺设4条通风、排水管道，发酵过程属于好氧发酵，需要持续的供氧，发酵过程中会产生少量的污水，在发酵槽一端建设蓄水池，污水通过排水管道流入蓄水池；发酵前，先在底部铺设一层木片或者稻草，确保一定的孔隙度，然后将需要发酵的物料混合均匀后放入发酵槽内(图9)。

在本发明的一种实施例中，尾菜、醋糟和蘑菇渣按照重量比1：1：3的比例混合均匀后，放入气流膜发酵槽中，覆盖戈尔膜，打开曝气设备，堆体底部曝气，发酵30天后，以靠近风机一侧的终点为0点，取距离风机3-12m处的发酵物料最后在温度不超过50℃的条件下将有机肥的含水量蒸发至30％以下，包装出厂即为成品有机肥。

本发明采用功率为3.7kW，曝气量为80000L/min的风机，气流膜使用聚酯纤维结构的纺织面料，有效控制异味同时堆体内的水蒸气和小分子气体可以正常通过，而外界雨水是无法进入的，内部的氨气、硫化氢等大分子气体无法透过膜挥发出去，不会使空气收到污染，为废弃物发酵创造了有利的条件。通过纳米气流膜与生物发酵相结合，处理各类农林废弃物的堆肥好氧发酵技术，发酵过程使用纳米分子制成的气流膜覆盖，为堆肥物料创造了一个真正的“气候箱”，不受外界气候的影响。好氧堆肥发酵过程通过仪器数据自动采集实现氧气供给的自动控制。保证了温度，氧气、湿度的均衡，发酵更彻底更迅速，大大提高效率，缩短了发酵周期。

本发明效果：气流膜发酵的膜具有特有的分子过滤微孔，这意味着几乎不可能让灰尘、细菌和气味通过，因此不会产生异味，并且堆肥过程会产生持续的高温，使物料腐熟的同时也会杀灭绝大多数的寄生虫卵和病虫害，保证了腐熟肥料的安全性，通过研究发现，通过气流膜发酵工艺发酵腐熟的有机肥，在田间试验中，对设施四季豆均有较好的促进生长的效果。

本发明优点：

1、周期短、单位面积发酵量大，气流膜发酵技术，每次进料可达到150立方左右，发酵时间达到20天即进入降温期，而传统采用的条垛式发酵、槽式发酵对于场地的要求很大。

2、要求低、占地小，对场地要求低，水泥地、田地皆可建设发酵装置。

3、成本低，每天每条槽耗电量低，维护运行费用低，人工少。设备简单，无需大量后续维修保养投入。使用寿命长，平均在8-10年。

4、温湿可控，发酵菌最宜发酵温度为60度左右，PLC的智能控制系统可根据内部温度、湿度、氧含量来进行供气调节，使内部发酵效率最佳。根据供气的大小，堆体温度在第三至第四天会上升至70度左右，保持这个温度12至14天左右，然后缓慢下降，在下降到40度以下的时候，表明物料腐熟。

5、隔绝异味，纳米分子膜可有效的隔离异味气体的散发，而小分子气体(包括氢气、氧气、水蒸气等小分子气体)可以通过分子膜，而大分子的气体(像氨气、硫化氢)等无法透过分子膜，在发酵过程中，水蒸气蒸发的时候碰到上层的气流膜，将会有一层水雾会在膜的内表面附着着，发酵时产生的异味气体散发时正好溶于膜内表面的液态水中，滴落时回到肥料堆中。氨气和硫化氢都是厌氧发酵的产物，在不断供氧发酵的情况下，这种气体产生的很少，最后物料完全腐熟后，出货的物料经过完全充分的发酵，只会有一股淡淡的霉味，而不会有任何刺激性气味的产生。

6、堆肥物料配比为尾菜、醋糟和蘑菇渣按照重量比1：1：3的比例混合，混合后物料的碳氮比约为28:1-30:1，当碳氮比过高或者过低时都不利于微生物的生长，因此一般认为初始C/N比在25～30或30～35较为适宜堆肥中微生物生长繁殖，所以该发明中选择此种配比；堆体含水率约为55-65％，发酵物中的水分既是微生物进行物质交换的媒介，又是其生存的环境条件，水分含量过低，满足不了微生物生长的需要，有机物难于分解；水分含量过高，则易堵塞料堆中的空隙，使氧气含量减少，堆温下降，分解速度下降，形成发臭的中间产物，尾菜的含水率一般在90％以上，如果只用尾菜进行堆肥发酵，是不能够成功的，因此该发明中的三种物料按照配比混合后可以使堆体的含水率达到一个合适的范围，有利于堆肥发酵。

附图说明

图1气流膜堆肥侧视图

图2气流膜堆肥正视图

图3堆肥温度变化图

图4堆肥pH值变化图

图5堆肥EC值变化图

图6堆肥C/N比变化图

图7堆肥过程中有机质含量变化图

图8堆肥结束时堆体的发芽指数

图9气流膜发酵系统图及实际图

具体实施方式

实施例1

将尾菜、醋糟和蘑菇渣按照重量比1：1：3的比例混合均匀，初始C/N约为30:1，初始含水率调节至55-65％，放入发酵槽中，覆盖戈尔膜，打开曝气设备，堆体底部曝气，发酵过程中不翻堆，堆体基料长18m，宽5m，高1.9m。发酵过程中取样：以靠近风机一侧的终点为0点，分别于距离风机1.5、4.5、9、13.5、16.5m处取样，分别记为A、B、C、 D、E点(图1)，每个点按高度取三个样(图2)，取样后混合均匀，测定相关性质，研究发酵效果。

1.1堆肥过程中的温度变化

温度是反映堆肥腐熟发酵的一个重要指标，从图3中可以看出，堆体在堆肥过程开始后，温度便开始迅速上升，在第3天时，便达到了52.1℃，第5天时，温度达到67℃，并且堆体温度在50℃以上持续了20天以上，从而使物料得到了充分的发酵。

1.2堆肥过程中的pH值的变化

由图4可知，靠近曝气设备的A、B、C三个位置的pH值较堆肥开始均有上升，分别是从6.98上升到7.70、从6.98上升到7.71、从7.12上升到7.79；远离曝气设备的D、E两个位置的pH值则分别从7.26下降到6.97、从7.38下降到6.42。

1.3堆肥过程中的EC值的变化

图5反映的是堆肥过程中各位置的EC值变化情况，各位置的EC值基本呈现先有小幅度上升，然后小幅度下降，最后趋于稳定的趋势，在堆肥结束时较开始时都有小幅度升高，位置E的上升幅度最大，从2.15ms/cm上升到3.24ms/cm，且该位置EC值一直略高于其他位置。

1.4堆肥过程中C/N比的变化

由图6可以看出，在堆肥的过程中，堆体的C/N比一直呈现降低的趋势，至堆肥结束， A、B、C、D、E五个位置的C/N比分别降低到11.45、10.8、11.36、13.23、11.24，将堆肥开始时分别降低了60.02％、64.03％、59.69％、53.51％、59.33％。

1.5堆肥过程中有机质含量的变化

从图中可以看出，堆肥过程中各位置的有机质含量都有一定的下降，其中距离风机最远的取样点有机质含量下降幅度最大，下降了11.2％。

1.6堆肥结束时堆体的发芽指数(GI)

种子发芽指数GI能有效反应堆肥产品质量，完全腐熟的堆肥产品中小分子有机酸和酚类等抑制种子发芽的有毒有害物质较少，植物种子能顺利发芽，而未完全腐熟的堆肥产品的种子发芽指数较低。由图9可知，在堆肥结束时，各位置腐熟肥料的发芽指数分别为102.8％、89.3％、98.0％、82.4％、85.5％，均达到了80％以上，说明肥料已经完全腐熟。

1.7堆肥过程中总氮、总磷和总钾相对含量的变化

由表1可以看出，堆肥过程中各位置的养分含量均有增加，堆肥结束时，A-E位置的肥料总养分含量分别达到了5.31％、5.2％、5.27％、4.94％、4.83％。

表1堆肥过程中养分相对含量的变化(％)

实施例2

利用尾菜直接还田、尾菜有机肥料化后还田，研究不同肥料或尾菜对番茄、四季豆等设施蔬菜田间生长和产量的影响，判断肥料腐熟效果。

不同肥料的养分含量为：

实施例1中A点的腐熟肥料:全氮30.7g/kg，全磷(P

实施例1中B点的腐熟肥料:全氮31.6g/kg，全磷(P

实施例1中C点的腐熟肥料:全氮29.7g/kg，全磷(P

实施例1中D点的腐熟肥料:全氮26.7g/kg，全磷(P

实施例1中E点的腐熟肥料:全氮27.9g/kg，全磷(P

2.1有机肥对四季豆的促生效果

四季豆棚设置5个处理：

处理1(CK)：不施肥；

处理2(CF)：施用化肥，其中尿素、过磷酸钙(P2O5)和硫酸钾(K2O)的施用量分别为每小区210g、830g和220g；

处理3(A)：施用实施例1中A点的腐熟肥料6.8kg，剩余的养分用化肥补齐，使其总养分与处理2(CF)相等；

处理4(B)：施用实施例1中B点的腐熟肥料6.8kg，剩余的养分用化肥补齐，使其总养分与处理2(CF)相等；

处理5(C)：施用实施例1中C点的腐熟肥料6.8kg，剩余的养分用化肥补齐，使其总养分与处理2(CF)相等；

处理6(D)：施用实施例1中D点的腐熟肥料6.8kg，剩余的养分用化肥补齐，使其总养分与处理2(CF)相等；

处理7(E)：施用实施例1中E点的腐熟肥料6.8kg，剩余的养分用化肥补齐，使其总养分与处理2(CF)相等；

处理8(原料)：施用未经过发酵的尾菜6.8kg，直接作为肥料，剩余的养分用化肥补齐，使其总养分与处理2(CF)相等。

2.1.1有机肥对四季豆产量的影响

田间试验不同处理对四季豆产量的影响如表2所示，施用A点肥料的处理比空白对照 (CK)每公顷增产1167kg，增产率为33.15％；比原料处理每公顷增产437kg，增产率为10.28％；比化肥处理(CF)每公顷增产83kg，增产率为1.80％。施用B点肥料的处理比空白对照(CK)每公顷增产1292kg，增产率为36.70％；比原料处理每公顷增产562kg，增产率为13.22％；比化肥处理(CF)每公顷增产208kg，增产率为4.52％。施用C点肥料的处理比空白对照(CK)每公顷增产1396kg，增产率为39.66％；比原料处理每公顷增产479kg，增产率为10.80％；比化肥处理(CF)每公顷增产312kg，增产率为6.78％。由此可见，施用A、B、C三个点肥料对四季豆的增产效果要优于化肥以及其他处理，而施用D、E两个点的肥料，对四季豆的增产效果仅好于空白处理和原料处理，不如施用化肥效果好，更不如A、B、C三个点的处理，因此优选A、B、C三个点的发酵物料作为肥料。

表2田间试验不同处理对四季豆产量的影响

注：CK，不施肥处理；CF，化肥处理

结论：经过本发明中气流膜发酵技术生产的有机肥，可以达到肥料完全腐熟的效果，本发明中我们以5个距离风机不同位置的点作为取样点，探究各个点之间的差异，以及和风机的距离对堆肥发酵的影响，发现各个点之间虽然差异不大，但是在具体的用途方面，还是有一定的区别，5个取样点中，其中距离风机较近的A、B、C三个点的腐熟肥料养分含量超过了5％，达到了有机肥料行业标准，并且在田间试验中也证明对于四季豆等蔬菜有较好的增产效果，但B、C点促生效果更加优异，因此优选B、C三个点的发酵物料作为肥料。其余两个点的腐熟肥料，虽然养分含量不足5％，但是可以用于制备育苗基质。因此本发明中，不仅可以解决尾菜这一废弃物，减少其对环境的影响，并且还可以通过气流膜堆肥使其形成肥料和制备育苗基质的材料。