园林绿化废弃物好氧热发酵过程中的指标变化情况试验

韩健　熊殷俊　刘小丽　俞高强

摘  要：为了研究昆山市园林废弃物热发酵过程中的腐熟程度及其各项指标在不同阶段的变化情况，对热发酵试验进行了全过程检测。检测结果表明，pH值由6.6上升至8.0左右，呈弱碱性，有利发酵过程中微生物的繁殖生长，并在10d后趋于稳定;发酵体温度經升温、高温、降温三个阶段;含水率保持在50%-70%之间;氮含量呈先升高再下降的趋势;有机质呈下降趋势。

关键词：园林废弃物;热发酵;指标变化

中图分类号：X705         文献标志码：A        文章编号：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

随着国家城市化的快速发展，城市绿化日益受到重视，但在绿化的过程中会产生大量的园林绿化废弃物，例如枯枝、树叶、树根等等。2017年开始昆山市园林绿化管理局已经不再回收园林废弃物，一时间昆山市的园林废弃物的处置问题成了一个很大的难题，据预估，昆山市每年产生约4.5万吨以上的园林绿化废弃物，以前处理园林绿化废弃物的方法为就地掩埋或者焚烧处理，这样不仅浪费了资源且对环境也造成了污染和破坏，传统的堆肥处理园林废弃物不仅消耗人力，而且堆肥周期较长[1]，远远达不到处理效率，为了解决昆山的园林废弃物的处置问题且使发酵周期更短，昆山合纵生态科技有限公司在国家提出的生态循环的理念基础上通过研发热发酵处理技术对园林废弃物进行发酵处理，根据园林废弃物的发酵前后的T值判断其腐熟程度，发酵完成后的园林废弃物作为有机肥可以作为土壤的改良介质、绿地种植土壤有机基质和家庭盆栽使用。本次试验对热发酵技术的pH、温度、含水率等主要指标进行跟踪检测，参照《有机肥料》农业行业标准[2]及前人的研究结果，分析其中的变化关系，为今后大规模进行热发酵和技术完善提供参考依据。

1 发酵材料及试验方法

1.1 发酵原料

发酵原材料主要取自昆山市园林绿化所产生的绿化废弃物（主要为枯枝、落叶及修剪下来的树枝），经粉碎机粉碎得到不超过3mm粒径作为原材料，原材料的主要理化性质如表1所示。

表1 原材料的主要理化性质

1.2 实验设备

本次试验采用卧式螺带混合机作为反应器进行发酵，每次可填充约0.3m3的原材料，机器设有温控系统及内部有螺旋搅拌装置，相比传统堆肥工艺此机器可控制温度及搅拌速率加快发酵的进程。

1.3 试验设计

将原材料放置在0.3m3的混合机中，混合机作为热发酵反应器。通过添加微生物菌剂及调节含水率、C/N后进行发酵处理，将机器温度调节为50℃左右（随着导热油温度的上升发酵温度会逐渐升高，但不会使菌类被杀死），混合机每天搅拌一次，时长约5分钟，保证堆体内的好氧环境加快反应的进程。本次试验设计周期为10d，整个发酵区间分为1d、3d、5d、7d、10d分别检测物料的pH、温度、含水率、氮含量、有机质的变化情况。

1.4 参数调节

（1）含水率

对原材料进行水分调节，通过加水使其含水率达到50-70%左右更利于发酵的进行[3]。

（2）C/N的调节

原始物料的C/N经检测为62，不利于微生物生长及发酵的进行，微生物发酵分解有机物较适宜的碳氮比为过25-30[4]，因此需要加入氮元素来调节最适宜的碳氮比。

1.5 检测分析方法

每次采样方法选择多点采样法，多个点采集的样品混合起来检测，采样深度为15cm，样品有机质、总氮含量检测按照《有机肥料》农业行业标准严格执行，pH、温度具体检测方法如下：

（1）pH：由于发酵后的园林废弃物密度较小，采用水土比法得不到浸提液，故采用饱和浸提法[5]对样品进行检测。

（2）温度：采用探针式温度计进行检测。

2 指标参数变化及数据分析

2.1 发酵过程中的pH变化情况

在发酵过程中pH是一个非常重要的指标，pH对微生物的生长繁殖有非常大的影响，从而影响整个热发酵的进程。

热发酵过程中pH整体上呈上升下降再上升的趋势，1-3d内随着温度的升高微生物新陈代謝加快，不断生成积累铵类和氨态氮等碱性物质使pH快速升高，随后随着有机质的分解及氨化作用的减弱pH开始下降，这与任连海[6]等人的研究结果一致，7d后基本处于稳定状态，热发酵过程中的pH变化情况如图1所示。

2.2 温度的变化情况分析

温度也是发酵过程中非常重要的指标之一，微生物在发酵过程中代谢产热，使机器内物料产生温度变化。热发酵过程中经过升温期、高温期和降温期三个阶段。如图2所示。

（1）1d-3d处于升温阶段，在热发酵机器的温度调节下和微生物代谢活动中产生的热量使物料的温度上升速度非常快，基本上物料在3d左右的时间，温度达到高温阶段。

（2）3d-7d内物料处于高温阶段，温度保持在55℃以上，在第七天时到达最大值68℃，足以杀死园林废弃物中的病菌、虫卵、草籽等有害物质实现发酵无害化。

（3）7d-10d物料处于降温阶段，随着温度的下降整个物料逐渐稳定，直至发酵完成。

显而易见热发酵的温度变化趋势是正常的，前三天温度的迅速升高基本保持了微生物的代谢活动，中期的高温期保证了对病菌与虫卵的杀灭，后期的降温期是发酵趋于稳定，且与传统堆肥相比温度变化的周期更短且物料的腐熟程度越高。

2.3 总氮的变化情况

发酵物料C/N为62，达不到微生物生长适宜条件，因此在热发酵前添加了适量的氮素合理的调节了C/N，使发酵条件达到了最佳，随着发酵的进行总氮在初始阶段由于人为添加了氮元素会呈现上升趋势，但随着发酵的逐渐进行微生物的生长代谢活动加快的过程中部分氮元素变为NH3变为气相呈现下降趋势，最后达到稳定状态。在整个发酵过程中的总氮变化趋势如图3所示。

2.4 有机质的变化情况

园林废弃物中的有机质含量非常高，堆体中的有机质含量变化反映着发酵的进行程度，结果如图4所示。结果表明，整个发酵周期中有机质呈下降趋势，其中在高温阶段下降速度非常快，第7d开始，混合机内堆体的有机质含量变化基本稳定，此时进入发酵稳定期。

3 结论与讨论

通过以上实验结果，可以得出：

（1）整个热发酵过程中的pH值总体上呈上升趋势，存在着不断波动，由初始的物料pH值6.65上升到7.96，但总体保持在6.5-8.1，随着有机质分解完成，pH稳定在7.9左右。

（2）在发酵过程中，园林废弃物堆体先升高后降低，1-3d是升温阶段时间也较短，高温阶段保持时间长，维持了5d，堆体内的虫卵有害菌基本被杀死。

（3）园林绿化废弃物的原始物料氮含量低，在微生物的生长繁殖代谢过程中消耗营养物质，总氮逐渐降低，最后达到稳定状态留在发酵体中。使得发酵完成的产物中总氮高于原始物料，更具有营养成分。

（4）整个发酵周期中含水率一直保持在50-70%之间，有机质的含量呈下降趋势，有机质中的碳元素作为微生物生长代谢活动中提供能量物质，含水率和有机质的变化对于判断发酵效果的控制具有明显作用。

4 展望

通过对园林绿化废弃物的热发酵实验发现，热发酵机器的发酵周期较短，且能实现自动控制温度、搅拌等优点，相比传统堆肥发酵节省了人力，增加了产品的生产速率。本次热发酵实验采用的0.3m3的机器，通过测得的实验数据，基本掌握了发酵过程的周期及指标变化，在今后会采用容积更大的机器，相关热发酵数据会进一步得到探索，直至应用到实际生产中，使园林废弃物的处理更加高效，真正的实现生态循环。

参考文献：

[1]梁晶，吕子文，方海兰.园林绿色废弃物堆肥处理的国外现状与我国的出路[J].中国园林，2009，25（04）：1-6.

[2]NY 525-2012.有机肥料[S].

[3]卢漫，黄东光，陈元科，等.园林植物废弃物堆肥发酵关键技术参数变化分析[J].深圳职业技术学院学报，2011，10（05）：41-44.

[4]吴阳，梅娟，董彦，等.长三角地区生长期园林废弃物的堆肥工艺研究——以苏州为例[J].现代农业，2014（06）：91-93.

[5]梁晶.一种适合绿地土壤及改良材料pH测定的方法研究[J].土壤，2014，46（01）：145-150.

[6]任连海，钱枫，曹栩然，等.餐厨垃圾好氧堆肥过程参数的变化规律分析[J].北京工商大学学报（自然科学版），2007（02）：1-4.