微生物菌剂对厨余垃圾好氧堆肥影响

傅梓铖，兴虹，张煜，陈慧姝，王露

(辽宁科技学院 生物医药与化学工程学院，辽宁 本溪 117004)

厨余垃圾是家庭、学校、酒店、餐厅等在食物准备阶段抛弃的下脚料、丢弃及腐烂的蔬菜、瓜果皮、动物内脏等易腐烂固体废弃物〔1〕。厨余垃圾主要成分有淀粉、纤维素、蛋白质和脂类，具有含水率高、易被微生物降解的特点〔2-3〕。厨余垃圾的再利用方法主要包括肥料化、饲料化、能源化处理〔4-5〕。好氧堆肥耗时短，无害化程度高、处理能力强、降解后的产品利于储存且可以作为肥料使用，实现厨余垃圾的减量化和资源化〔6-7〕。本文研究常见微生物菌剂对厨余垃圾好氧堆肥的影响，优选微生物接种菌剂，为高效利用厨余垃圾好氧堆肥提供技术支持。

1 实验部分

1.1 实验材料与设备

堆肥装置：容积20L的圆塑料桶，由多孔板分成上下两部分，上部是堆肥区，下部设穿孔通风管。桶体下部开方孔，桶外壁用5 mm 厚的珍珠棉保温。

堆肥主料：学校食堂厨余垃圾(以土豆皮为主，少量白菜帮、辣椒根)，含水率为80%～90%。先经过晾晒，控制含水率55%～60%，再切碎至3～5mm的小块。

堆肥辅料：校园内的枯树叶。

堆肥用微生物菌剂：EM菌剂、有机肥发酵菌、固氮菌，三种菌剂均购自于山东蓝宝石生物技术有限公司。

实验主要仪器设备： JB-3型磁力驱动循环泵(上海重磁仪器厂新泾分厂)、KDN-08B定氮仪和消化炉(上海昕瑞仪器仪表有限公司)、pHS-2F数字酸度计(上海仪电科学仪器股份有限公司)、玻璃水银温度计。

实验用主要试剂：重铬酸钾溶液(K2Cr2O4)、硫酸亚铁(FeSO4)、钼酸铵(Mo7O24`(NH4)6·4H2O)、偏钒酸铵(NH4VO3)、对硝基酚(C6H5NO3)，以上均为分析纯。

1.2 分析项目和方法

堆肥方法：将预处理后的主料4.5kg、辅料0.5kg放入堆肥装置中，加入微生物菌剂10g(菌剂量/堆肥原料质量为2‰)，搅拌混匀。每天早晚再强制通风一次，通风时间30min。温度达到50℃后，进行首次翻堆，此后温度每达到或超过50℃进行翻堆。每隔3天取样一次。样品避光风干，测风干样含水率，捣碎、过筛，测总有机质、总氮(TN)、总磷(TP)。

堆肥过程的各指标测定参照中华人民共和国农业行业标准-有机肥料 (NY525-2012)〔8〕。含水率采用减重法测定；总有机质采用重铬酸钾容量法；总氮采用硫酸-双氧水消解，凯氏法测定；总磷采用硫酸-双氧水消解，钒钼酸铵法测定。

2 结果与讨论

2.1 厨余垃圾好氧堆肥过程中温度变化

堆肥温度的变化反映出微生物作用厨余垃圾的激烈程度，当堆体温度达到50℃以上时，进入高温状态，可有效灭杀虫卵、病原菌、寄生虫，厨余垃圾快速腐熟。三种菌剂对堆体温度影响如图1所示。

从图1中可以看出，堆肥开始后，温度快速上升，这是由于好氧堆肥初期，厨余垃圾中含有大量的供微生物菌剂分解的有机物，生化反应快，产生热量多使温度持续升高。投加有机肥发酵菌的堆体在第4～7d一直维持在50℃以上，且第6天达到61℃；投加固氮菌、EM菌剂的堆体在第4d、第6d分别达到50℃、51℃，高温堆肥均维持1天；未投加菌剂的堆体在第6d达到最高温度仅为42℃。堆体温度达到最高后，进入下降阶段，说明随着生化反应的进行厨余垃圾残存的大分子有机物数量逐渐减少，生化反应减慢。第15d温度降到室温，厨余垃圾完全腐熟，堆肥完成。

图1 厨余垃圾好氧堆肥温度变化

2.2 厨余垃圾好氧堆肥过程中含水率、pH变化

含水率变化如图2所示。堆肥初始阶段，由于有机物被降解产生H2O，含水率上升，后因堆体温度的升高使水分蒸发，翻堆和通风也造成水分散失，含水率持续下降。15天腐熟后，有机肥发酵菌和固氮菌堆体含水率低，均为43.6%；EM菌和空白堆体的含水率较高，分别为为52.1%和50.8%。

图2 厨余垃圾好氧堆肥含水率变化

图3 厨余垃圾好氧堆肥pH变化

pH变化见图3。堆体pH值由最初的6左右经过6天后快速上升到9以上，然后变化缓慢，堆肥结束9.6～9.8之间。分析原因是因堆肥初期有机物大量降解产生的氨溶于堆体的水分中，电离生成OH-，故pH上升较快，后期反应慢，产氨量少并有部分随水蒸发散失，故pH上升缓慢，最后四个堆体的pH均稳定在9.6～9.8之间。

2.3 厨余垃圾好氧堆肥过程中总有机质的变化

厨余垃圾好氧堆肥是一个有机物不断地向腐殖质转化的过程，又因堆肥原料中的有机碳因生成CO2散失到空气中，故堆体的总有机质含量也是逐渐下降的过程。总有机质含量变化如图4所示。不加任何菌剂的空白堆体由81.6%降到77.6%，加入有机肥发酵菌、EM菌、固氮菌的堆体分别由最初的85.7%、86.2%、84.9%降至71.3%、71.8%、76.2%。有机肥发酵菌将总有机质含量降到最低。

图4 厨余垃圾好氧堆肥总有机质变化

2.4 厨余垃圾好氧堆肥过程中总氮、总磷的变化

氮、磷是植物营养元素，是评价堆肥肥分的重要指标。投加不同菌剂的堆体的总氮、总磷含量变化如图5、图6所示。

图5 厨余垃圾好氧堆肥总氮含量变化

图6 厨余垃圾好氧堆肥总磷含量变化

在堆肥过程中，固态碳生成气态碳散失，这一浓缩效应提高了堆体中的氮、磷含量。未投加菌剂的堆体(空白)含氮量增长缓慢，投加菌剂的堆体在堆肥前期与中期呈增长趋势，在堆肥后期稍有下降。在堆肥初期，堆体的磷含量略有下降，分析原因是由于堆肥材料初期含水率较高，产生部分渗滤液导致部分磷元素流失，中期增长较快，后期稳定。投加菌剂的堆体氮、磷含量一直高于空白堆体，这说明微生物菌剂可增加厨余垃圾好氧堆肥肥分。在15d堆肥结束时，投加有机肥发酵菌和固氮菌的堆体含氮量分别为2.20%、2.23%，含磷量分别为1.33%、1.21%；投加EM菌堆体含氮量为1.97%，含磷量1.4%。

2.5 外观颜色和气味变化

堆体的颜色和散发的气味随堆肥时间的变化情况如表1所示。结果表明，空白堆体发臭、湿粘，连结成块；投加微生物菌剂的堆体松散，呈腐殖土气味。

表1 堆体的颜色及气味变化情况

3 结论

厨余垃圾好氧堆肥接种微生物菌剂，可以加快有机质的降解，增高氮、磷含量，堆体呈黑色，有腐殖土气味，无蚊蝇滋生。接种有机肥发酵菌堆体有机物分解迅速，升温速度快，高温堆肥持续时间长，含水率最低为43.6%；接种EM菌堆体含磷量高达1.4%；接种固氮菌堆体含氮量最高为2.23%。接种有机肥发酵菌堆体的氮含量比固氮菌低0.3%，磷含量比EM菌低0.1%，综合考虑，有机肥发酵菌为优选菌种。