一、微生物有機(jī)肥生產(chǎn)原理和微生物學(xué)過程
1、基本原理
好氧發(fā)酵是在有氧條件下，好氧微生物通過自身的分解代謝和合成代謝過程，將一部分有機(jī)物分解氧化成簡(jiǎn)單的無機(jī)物，從中獲得微生物新陳代謝所需要的能量，同時(shí)將一部分的有機(jī)物轉(zhuǎn)化合成新的細(xì)胞物質(zhì)，使微生物生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生更多的生物體的過程。發(fā)酵的結(jié)果是廢棄物中有機(jī)物向穩(wěn)定化程度較高的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化。
2、微生物學(xué)過程
好氧發(fā)酵的微生物學(xué)過程可大致分為三個(gè)階段，每個(gè)階段都有其獨(dú)特的的微生物類群：
1)產(chǎn)熱階段(中溫階段，升溫階段)
發(fā)酵初期(通常在1-3天)，肥堆中嗜溫性微生物利用可溶性和易降解性有機(jī)物作為營養(yǎng)和能量來源，迅速增殖，并釋放出熱能，使肥堆溫度不斷上升。此階段溫度在室溫至45℃范圍內(nèi)，微生物以中溫、需氧型為主，通常是一些無芽胞細(xì)菌。微生物類型較多，主要是細(xì)菌、真菌和放線菌。其中細(xì)菌主要利用水溶性單糖等，放線菌和真菌對(duì)于分解纖維素和半纖維素物質(zhì)具有特殊的功能。
2)高溫階段
當(dāng)肥堆溫度上升到45℃以上時(shí)，即進(jìn)入高溫階段。通常從堆積發(fā)酵開始，只須2-3天時(shí)間肥堆溫度便能迅速地升高到55℃，1周內(nèi)堆溫可達(dá)到最高值(最高溫可達(dá)80℃)。嗜溫性微生物受到抑制，嗜熱性微生物逐漸取而代之。除前一階段殘留的和新形成的可溶性有機(jī)物繼續(xù)分解轉(zhuǎn)化外，半纖維素、纖維素、蛋白質(zhì)等復(fù)雜有機(jī)物也開始強(qiáng)烈分解。在50℃左右進(jìn)行活動(dòng)的主要是嗜熱性真菌和放線菌;溫度上升到60℃時(shí)，真菌幾乎完全停止活動(dòng)，僅有嗜熱性放線菌和細(xì)菌活動(dòng);溫度上升到70℃以上時(shí)，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)。此時(shí)，產(chǎn)生的熱量減少，堆溫自動(dòng)下降。當(dāng)堆溫降至70℃以下時(shí)，處于休眠狀態(tài)的嗜熱性微生物又重新活動(dòng)，繼續(xù)分解難分解的有機(jī)物，熱量又增加，堆溫就處于一個(gè)自然調(diào)節(jié)的、延續(xù)較久的高溫期。
高溫對(duì)于發(fā)酵的快速腐熟起到重要作用，在此階段中發(fā)酵內(nèi)開始了腐殖質(zhì)的形成過程，并開始出現(xiàn)能溶解于弱堿的黑色物質(zhì)。C/N比明顯下降，肥堆高度隨之降低。通過高溫能有效殺滅有機(jī)廢棄物中病原物，按我國高溫發(fā)酵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB7959-87)，要求發(fā)酵最高溫度達(dá)50-55℃以上，持續(xù)5-7d。
3)腐熟階段
在高溫階段末期，只剩下部分較難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)，此時(shí)微生物活性下降，發(fā)熱量減少，溫度下降。此時(shí)嗜溫性微生物再占優(yōu)勢(shì)，對(duì)殘留較難分解的有機(jī)物作進(jìn)一步分解，腐殖質(zhì)不斷增多且趨于穩(wěn)定化，此時(shí)發(fā)酵進(jìn)入腐熟階段。
降溫后，需氧量大量減少，肥堆空隙增大，氧擴(kuò)散能力增強(qiáng)，此時(shí)只需自然通風(fēng)。在強(qiáng)制通風(fēng)發(fā)酵中常見的后熟處理，即是將通氣堆翻堆一次后，停止通氣，讓其腐熟。還可起到保氮的作用.
二、發(fā)酵程序及工藝流程
發(fā)酵程序:
1、原料的預(yù)處理：包括分選、破碎、含水率和碳氮比調(diào)整。
2、原料發(fā)酵：周期一般需要15-20天。
1)第一階段：指好氧發(fā)酵中的中溫與高溫兩個(gè)階段的微生物代謝過程。它是指從發(fā)酵初期開始，經(jīng)中溫、高溫然后達(dá)到溫度開始下降的整個(gè)過程，一般需10-12天。
2)第一階段：物料經(jīng)過第一階段發(fā)酵，還有一部分易分解和大量難分解的有機(jī)物存在，需要繼續(xù)發(fā)酵使之腐熟。此時(shí)溫度持續(xù)下降，當(dāng)溫度穩(wěn)定在35-40℃左右時(shí)即達(dá)腐熟，一般需5-10天。
3、后處理：后處理包括去除雜質(zhì)和進(jìn)行必要的破碎處理。
工藝流程
1、堆制技術(shù)
堆前夯實(shí)地面，然后將糞便、泥炭、樂貝豐秒腐劑等發(fā)酵原料按比例混合堆制。
2、攪拌翻堆條垛式發(fā)酵工藝
物料以垛狀堆置，可以排列成多條平行的條垛，條垛的斷面形狀通常為三角形或梯形，高度1.5-2.0m，寬4-6m�；旌虾蠖蚜系暮蕿�55-65%。
發(fā)酵工藝流程如下：
發(fā)酵原料――預(yù)處理――混合――發(fā)酵――再調(diào)制――制粒――包裝――出廠
在預(yù)處理中有時(shí)需要對(duì)原料進(jìn)行破碎處理，調(diào)整原料的粒度，適宜的粒度范圍是12～60mm。破碎與篩分可使原料的表面積增大，便于微生物繁殖，提高發(fā)酵速度。在堆置后每4-7天可翻堆一次，1個(gè)月后可停止翻堆，讓其自然后熟。
三、發(fā)酵的影響因素及其控制
1、翻堆
翻堆供氧是好氧發(fā)酵化生產(chǎn)的基本條件之一。翻堆的主要作用在于：①提供氧氣，加速微生物的發(fā)酵過程;②調(diào)節(jié)堆溫;③干燥堆料。
翻堆次數(shù)少，通風(fēng)量不足以提供給微生物充足的氧氣，影響發(fā)酵溫度的升高;翻堆次數(shù)多則有可能使肥堆的熱量散失，影響發(fā)酵無害化程度。通常根據(jù)情況在發(fā)酵期間翻堆2-3次。
2、有機(jī)質(zhì)的含量
有機(jī)質(zhì)含量高低影響堆料溫度和通風(fēng)供氧。有機(jī)質(zhì)含量過低，分解產(chǎn)生的熱量不足以促進(jìn)和維持發(fā)酵中嗜熱性細(xì)菌的增殖，肥堆難于達(dá)到高溫階段，影響發(fā)酵的衛(wèi)生無害化效果。而且，由于有機(jī)質(zhì)含量低，將影響發(fā)酵產(chǎn)品的肥效和使用價(jià)值。
有機(jī)質(zhì)含量過高，則需要大量供氧，這會(huì)給翻堆供氧造成實(shí)際困難，有可能因供氧不足，造成部分厭氣條件。適宜的有機(jī)物含量為20-80%
3、C/N比
最適25：1
在發(fā)酵化中，有機(jī)C主要作為微生物的能源物質(zhì)，大部分有機(jī)C在微生物代謝過程中氧化分解變成CO2而揮發(fā)，部分C則構(gòu)成微生物自身的細(xì)胞物質(zhì)。氮主要消耗在原生質(zhì)合成之中，就微生物對(duì)營養(yǎng)的需要而言，最合適的C/N比在4～30。當(dāng)有機(jī)物C/N比在10左右時(shí)，有機(jī)物被微生物分解速度最大。
隨著C/N比增加，發(fā)酵時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)。當(dāng)原料的C/N比為20，30～50，78時(shí),其對(duì)應(yīng)所需的發(fā)酵化時(shí)間約分別為9～12天，10～19天，及21天，但當(dāng)C/N比大于80:1時(shí)，發(fā)酵就難于進(jìn)行。
各發(fā)酵原料的C/N比通常為：鋸末屑300～1000，秸稈70～100，原料50～80，人糞6～10，牛糞8～26，豬糞7～15，雞糞5～10，下水污泥8～15。
堆腐后C/N比將比堆腐前明顯下降，通常在10～20:1，這種C/N比的腐熟發(fā)酵，農(nóng)業(yè)利用肥效較好。
4、水分
水分是否合適直接影響發(fā)酵發(fā)酵速度和腐熟程度。對(duì)污泥發(fā)酵而言，堆料合適的水分含量為55-65%。在實(shí)際操作中，簡(jiǎn)便的測(cè)定方法為：以手緊握物料能成團(tuán)，有水跡出現(xiàn)，但水不滴出為宜。原料發(fā)酵最合適的水分為55%。
5、顆粒度
發(fā)酵化所需要的氧氣是通過發(fā)酵原料顆�？紫豆┙o的�？紫堵始翱紫洞笮∪Q于顆粒大小及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，像紙張、動(dòng)植物、纖維織物等，遇水受壓時(shí)密度會(huì)提高，顆粒間孔隙大大縮小，不利于通風(fēng)供氧。顆粒適宜大小一般為12-60mm.
6、pH
微生物可在較大的pH范圍內(nèi)繁殖，合適的pH為6-8.5。發(fā)酵時(shí)通常不需要調(diào)整pH值。
四、判定指標(biāo)
1、腐熟度：發(fā)酵的腐熟程度
1)外觀變化：直觀定性判斷標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)酵不再進(jìn)行激烈的分解，成品溫度較低;外觀呈茶褐色或黑色;結(jié)構(gòu)疏松;沒有惡臭。
2)溫度變化：通常肥堆經(jīng)過了高溫階段后，溫度將逐漸下降。當(dāng)發(fā)酵達(dá)到腐熟時(shí)，堆溫將低于40℃。
2、化學(xué)指標(biāo)
1)有機(jī)質(zhì)和揮發(fā)性固體含量的變化：隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵有機(jī)質(zhì)和揮發(fā)性固體含量呈持續(xù)下降的趨勢(shì)，最后達(dá)到基本穩(wěn)定。達(dá)到腐熟時(shí)，可下降15-30%。然而這種變化趨勢(shì)受原料來源的影響很大。僅用其來衡量發(fā)酵是否腐熟，還不充分。
2)氮、C/N比及無機(jī)氮形態(tài)的變化：在發(fā)酵過程中部分有機(jī)碳將被氧化成CO2揮發(fā)損失，肥堆質(zhì)量減少。由于氮的損失(主要是在有機(jī)氮的氨化階段，少量的氨氮會(huì)揮發(fā)損失)遠(yuǎn)低于有機(jī)碳的損失，因此，發(fā)酵腐熟后，發(fā)酵中全氮含量有上升的趨勢(shì)，而C/N比持續(xù)下降，直至穩(wěn)定。一些研究指出，當(dāng)堆料的C/N比從25～35:1下降至20:1以下時(shí)，肥堆將達(dá)到穩(wěn)定。
水溶性有機(jī)碳(C)及水溶性有機(jī)碳與有機(jī)氮之比：水溶性有機(jī)碳與水溶性有機(jī)氮的比值是發(fā)酵腐熟的良好化學(xué)指標(biāo)，該值約為5-6時(shí)表明發(fā)酵已經(jīng)腐熟，而且該值與發(fā)酵原料無關(guān)。