CN103601536A - 一种利用生物菌及蚯蚓粪生产生物有机肥的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，包括微生物处理阶段和生物处理阶段，其中：微生物处理阶段是将选育好的有益微生物投放在污泥中进行一次发酵；生物处理阶段是将一次发酵产物投入到蚓床上，经过蚯蚓的肠道内有益优势菌群再次整合，消耗部分有机质，将重金属剥离，收集蚯蚓粪便，即为生成的生物有机肥。该生物有机肥中含拮抗微生物，可抑制土传病害，而普通有机肥不存在这种微生物。

Description

一种利用生物菌及蚯蚓粪生产生物有机肥的方法

技术领域

本发明属于环保农业技术领域，涉及一种利用生物菌及蚯蚓粪生产生物有机肥的方法。

背景技术

有机肥是主要来源于植物和（或）动物，施于土壤以提供植物营养为其主要功能的含碳物料。其经生物物质、动植物废弃物、植物残体加工而来，消除了其中的有毒有害物质，富含大量有益物质，包括：多种有机酸、肽类以及包括氮、磷、钾在内的丰富的营养元素。不仅能为农作物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性，是绿色食品生产的主要养分。

目前，有机肥的制备方法主要包括：

鸡粪、牛粪，猪粪等畜禽粪便经过发酵生产有机肥。

利用沼气渣、菌渣制作有机肥。

利用腐殖酸等矿物质制作有机肥。

以上制备方法的主要缺点是只经过简单的堆渥发酵，将畜禽粪、沼气渣菌渣等进行腐熟，没有达到该生物有机肥可以提高化肥利用率，净化修复土壤，降低农作物冰寒发生，保护环境，提高农产品品质和食品安全等不可替代的作用。

污泥中含有丰富的有机质和氮磷钾等营养物质，与畜禽粪便相比较，污泥的有机质与畜禽粪便基本相当，根据各项调研研究污泥的营养成分较高，适合于土地利用。目前对于污泥处理，主要有如下几种方法：

①污泥低温热解技术

双麻交互循环式低温热解处理技术和设备是通过热载体提供热源将污泥进行热解，再利用流化床高效热值传递，以分解污泥中的油和含碳物质，最终生产出燃料油和活性炭。目前，该设备已在镇江句容市城市污水处理厂进行了实际应用。据相关负责人介绍，该设备每天能处理20吨左右的污泥，产生活性炭和燃料油。该技术处理量较小，不能够大面积解决大量污泥污染的情况。

②耗氧堆肥技术

我国目前污泥处理方式百花齐放，但以"好氧堆肥"为主，处理后的污泥有机质主要作为非食物链如园林绿化的肥料，但未能进入农用，主要难点在于重金属超标。

③改良优化，完善污泥脱水工艺

新型立式模块化压滤成套设备是通过对一系列适用于不同物化性质污泥的脱水调理剂进行研究，并依据优化的污泥压滤技术而设计制造成的。该技术在山东济阳污水处理厂得到成功应用，处理规模达到20吨/天（按80%含水率计），处理后的污泥含水量达到50%，但是并不能资源化利用，还需将处理后的污泥饼卫生填埋到填埋厂，不能够资源利用。

④污泥焚烧

虽然焚烧法与其它方法相比具有突出的优点，但是另一方面随着焚烧工艺的使用，它所存在的若干问题也日渐暴露出来。其一，焚烧需要消耗大量的能源。而能源价格又不断上涨，焚烧的成本和运行费均很高；其二，存在烟气污染、噪声、震动、热和辐射以及产生成为环境热点的二恶英污染问题。各发达国家都在制定更严格地固体焚烧炉烟气的排放标准，这也将给剩余污泥的焚烧提出更高的要求。所以污泥焚烧也不适应国情的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，不但以纯生物方式制备出有机肥，而且很好地处理了污泥，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，

一种利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，包括微生物处理阶段和生物处理阶段，其中：

微生物处理阶段是将选育好的有益微生物投放在污泥中进行一次发酵；

生物处理阶段是将一次发酵产物投入到蚓床上，经过蚯蚓的肠道内有益优势菌群再次整合，消耗部分有机质，将重金属剥离，收集蚯蚓粪便，即为生成的生物有机质。

其中，所述微生物处理阶段中，有益微生物以中温性、需氧性种类为主，通常是一些无芽孢细菌，如放线菌、真菌、酵母菌。

微生物的选育标准是：利用微生物在一定条件下产生自发变异，通过分离、筛选，排除劣质形状的菌株，选择出维持原有生产水平或者具有更优良生产性能的高产菌株，通过自然选育达到纯化与复壮菌种、保持稳定生产性能的目的。

自然选育分以下几步进行：

1、通过形态表现来淘汰不良菌株

主要从菌落大小，生长速度、颜色、孢子形成等可直接观察到形态特征，将高产型菌落逐步筛选出来。

2、通过目的的代谢产物产量的考察

在第一步初筛的基础上，对选出的高产菌落进行复筛，进一步淘汰不良菌株。

3、将菌株进行扩繁，使微生物菌量增大，再将扩繁后的微生物菌投放到污泥中。

一次发酵的具体参数为：加入微生物菌后微生物迅速繁殖，释放出热量投放24小时候热量达到30℃。经过连续发酵72小时候后达到高温阶段，温度达到50℃以上。高温阶段持续12小时候，进入降温和腐熟阶段，温度逐渐递减。

经为微生物处理后的残余物质，为腐熟有机质，将其投入到蚯蚓蚓床上经过蚯蚓的肠道内的有益优势菌群再次整合，将重金属剥离，并消耗掉部分有机质，具体过程是：

将一次发酵产物（湿度约为60%的腐熟有机质）堆置成高150Cm,宽90cm长100m的长行子，将工程蚯蚓按照每行80kg投入长行子中。工程蚯蚓在长行子表面15cm深度活动。经过5天时间消耗掉表面15cm有机质。继续给蚯蚓长行子上覆盖20cm厚度左右的一次发酵产物，蚯蚓会继续在新的有机质中活动。在蚯蚓处理腐熟有机质的过程中，会不断成熟产卵，所产的卵会继续孵化成下一代工程蚯蚓。

所述污泥包括制药药渣、生活污泥、畜禽粪便、农作物秸秆以及造纸污泥中的一种或多种。

所述生物处理阶段的蚯蚓作为医药原料或者饲料。

所述生物有机质用于加工有机肥料、饲料、有机食品、医药原料（地龙）以及日用化学品等的原料。

与现有技术相比，本发明通过生物菌和工程蚯蚓转化污泥有机质，杀灭蛔虫卵、大肠菌群、钝化重金属使之变成生物有机质。用该生物有机质作为原料可以加工成有机肥料、饲料、有机食品、医药原料（地龙）以及日用化学品等。本发明可将污水处理厂污泥进行处理，解决污泥处理难的问题，规避了污泥填埋、焚烧、发酵等技术的不完善性。本发明将秸秆、污水处理厂污泥、造纸污泥、牛粪等各种有机废弃物经好氧微生物菌群发酵后，经蚯蚓体内砂囊磨碎，其表面面积大大增加，便于微生物对其快速转化，在整个消化过程中，微生物与蚯蚓相互依存，互相促进，既利于蚯蚓吸收营养，又利于有益微生物的迅速增加。实验表明，蚯蚓粪中的微生物总量甚至会超过进入蚯蚓体时的数量。经检测，蚯蚓粪生产的生物有机肥有益微生物含量在2000万个/克—2亿个/克。再在蚯蚓粪中添加有益微生物，使该有机肥具有拮抗微生物，正常情况下含有至少两种拮抗微生物（球孢链霉菌和丁香苷链霉菌），对土传真菌植物病害有一定的控制作用。

附图说明

图1为蚯蚓粪原始状态电镜图。

图2为蚯蚓粪团粒结构电镜图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种利用生物菌及蚯蚓粪生产生物有机肥的方法，包括微生物处理阶段和生物处理阶段，其中：

一、微生物处理阶段就是将选育好的有益微生物投放在污泥中进行一次发酵。

二、生物阶段就是将一次发酵产物投入到生物养殖床上，经过蚯蚓的肠道内有有益优势菌群再次整合，消耗部分有机质，将重金属剥离，从而生成生物有机肥，用于加工肥料、饲料、有机食品、医药原料（地龙）以及日用化学品等。

具体地，添加微生物菌后，污泥微生物发酵过程可分为以下几个阶段：

①污泥发热阶段：堆积初期微生物利用污泥中可溶性物质迅速繁殖，同时有机物（如淀粉、其次是纤维素）分解迅速，释放出热量使有机质温度不断提高。而温度的升高，又促进微生物的活化，加快生化反应。此阶段微生物以中温性、需氧性种类为主，通常是一些无芽孢细菌。

②污泥高温阶段：有机质温度升高到50℃以上进入高温阶段。有机质中残余的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外，复杂的有机化合物(如纤维素、半纤维素等)也开始遭受到强烈的分解，并开始出现能溶解于弱碱中的黑色物质。

③降温和腐熟发酵阶段：当高温持续一段时间后，易于分解的或较易分解的有机质已大部分分解，剩下难分解物（木质素）和新形成的腐殖质。此时微生物活动碱弱，产热量减少，温度逐渐降低，中温性微生物又复成为优势种。残余物质进一步分解，腐殖质积累不断加大，有机质进入腐熟阶段。

④生物处理阶段：经为微生物处理后的残余物质，为腐熟有机质，将有机质投入到蚯蚓蚓床上经过蚯蚓的肠道内的有益优势菌群再次整合，将重金属剥离，并消耗掉部分有机质。

收集蚯蚓粪便，即为生成的生物有机质，可用于加工有机肥料、饲料、有机食品、医药原料（地龙）以及日用化学品等的原料。

蚯蚓本身可收集用于医药原料或者饲料。

制备所得生物有机肥的性质如下：

1、物理性质

其为一种黑色、均一、有自然泥土味的细碎类物质，其物理性质由原材料的性质及蚯蚓消化的程度决定，该生物有机肥能增强土壤团粒结构,改善土壤物理性状。因表面有蜂蜜一样的物质,微生物繁殖旺盛。具有很好的孔性、通气性、排水性和高的持水量，如图1所示为蚯蚓粪原始状态电镜图，图2为蚯蚓粪团粒结构电镜图，可以看出，该生物有机肥原料为蚯蚓粪便，蚯蚓粪便自然形态是坚固的团粒结构，团粒间有缝隙而具有保水、通气等物理特性。

因其有很大的表面积，使得许多有益微生物得以生存，并具有良好的吸收和保持营养物质的能力，同时经过蚯蚓消化，有益于蚯蚓粪中水稳性团聚体的形成。

2、化学性质

和普通有机肥相比，该生物有机肥中可溶性盐的含量、阳离子交换性能和腐殖酸含量有明显增加，也就是有机质转化成了稳定的腐殖质类复合物质。有效菌活数≤0.2亿/g,有机质≤40%。许多有机废弃物，尤其是畜禽粪便，一般呈碱性，而大多数植物喜好的生长介质偏酸（pH：6-6.5），在蚯蚓消化过程中，由于微生物新陈代谢过程中产生有机酸，使废弃物的pH降低，趋于中性。该生物有机肥中营养物质的含量随原材料不同而有差异，但一般来说，植物生长所必须的一些营养元素及微量元素在该生物有机肥中不仅都存在，而且含量高，是植物易于吸收的形式。

3、生物学性质

该生物有机肥中富含细菌、放线菌和真菌，这些微生物不仅使复杂物质矿化为植物易于吸收的有效物质，而且还合成一系列有生物活性的物质，如糖、氨基酸、维生素等，这些物质的产生使该生物有机肥具有许多特殊性质。

本发明前期利用生物菌进行好氧堆肥处理，后期加入蚯蚓，进行二次处理，核心技术就是生物菌群及蚯蚓的协作处理。直接决定污泥的无害化处理效果和资源化产出。处理后产品其重金属铅、镉、铜、锌、砷、汞含量较菌种发酵处理产品进一步大幅下降，且能达到国家控制标准。运用有益生物菌+蚯蚓协同处理污泥大幅降解重金属，这就为污泥堆肥产品进入农用市场提供了广阔空间，拓宽了资源化利用范围。

本发明与几种主流污泥处理技术的对比结果如下表所示：

污泥处理方法对比表

自然界的秸秆、污水处理厂污泥、造纸污泥、牛粪等各种有机废弃物经EM微生物菌群发酵后，在蚯蚓消化系统蛋白酶、脂防酶、纤维酶和淀粉酶的作用下，迅速分解，转化成为自身或易于其他生物利用的营养物质，经排泄后成为蚯蚓粪。再次给蚯蚓粪中加入一定量的有益生物菌生产生物有机肥。从本质上讲蚯蚓粪和有益微生物菌都是是大自然的产物，真正能全面地满足植物生长的各种需求和营养成分，对植物有难以置信的神奇肥效。在任何浓度下，即使是非常娇贵的种子或者是花坛植物都不会因过量而受到灼伤。

本发明的原理包括：

1、该生物有机肥抑制植物土传病害的机理

经发酵后的有机质，含有大量的微生物，这些微生物经蚯蚓消化后，再次加入有益生物菌，其有益菌的数量成倍增加，而营养依赖型病原菌受到控制。使该生物有机肥施入土壤后，迅速对土壤中有机营养物质的活性进行调控，一些病原菌的繁殖体由于得不到足够的营养而不能生长繁殖，从而抑制病原菌对寄主植物根系的伤害。

该生物有机肥抑制土传病害的另一方面体现在该生物有机肥中含有一定数量的拮抗微生物，其中经检测和鉴定的有球孢链霉菌和丁香苷链霉菌。链霉菌能产生抗生素及其他次生代谢物，并利用可溶性有机质产生胞外水能酶，通过渗入介质中的菌丝将所分泌的水解酶集结为很高的浓度，使其在土壤中具有很强的竞争力，从而抑制其他病害菌的繁殖，减少植物土传病害的发生。

2、该生物有机肥微生物作用机理

主要有以下五个方面：一是通过有益微生物的生命活动，固定转化空气中不能利用的分子态氮为化合态氮，解析土壤中不能利用的化合态磷和钾为可利用态的磷和钾，并可解析土壤中的10多种中，微量元素；二是通过有益微生物的生命活动，分泌生长素、细胞分裂素、赤霉素、吲哚酸等植物激素，促进作物生长，调控作物代谢，按遗传密码生产优质产品；三是通过有益微生物在根际大量繁殖，产生大量粘多糖，与植物分泌的粘液及矿物胶体、有机胶体相结合，形成土壤团粮结构，增进土壤蓄肥、保水能力。四是该生物有机肥中的大量微生物增加了土壤中的微生物数量和活性，增强了病土中与病原菌进行营养和能源竞争的微生物的竞争力，限制了病原菌繁殖潜力的充分发挥；五是该生物有机肥中的有益微生物还能产生拮抗活性强、抗菌谱广的抗生素，限制病原菌的生长，使植物土传病害得到抑制。

3、该生物有机肥腐植酸的作用机理

腐植酸的主要元素有碳、氢、氧、氮、硫是一种多价酚型芳香族化合物与氮化合物的缩聚物，分子量分布较宽，为几万至几百万之间。结构组成相当复杂，含有酚羟基、羟基、醇羟基、醌羟基、烯醇基、磺酸基、胺基、游离的醌基、半醌基、醌氧基、甲氧基等多种功能团。各组成间通过键合、氢键、吸附等化学、物理作用纠结在一起。由于这些活性基因的存在，决定了腐植酸性的酸性、亲水性、离子交换性、络合性和较高的吸附能力、缓冲、催化力。腐植酸具有的生物活性和特殊的结构性能，在植物生长中起到了奇特的作用，对植物酶类物质活动和呼吸作用有很大影响。可提高植物的抗病和抗逆能力；有利于改良土壤理化性质，改善团粒结构；抑制、缓解大量使用化肥造成的土壤板结；促进土壤微生物的活动和繁殖；分解土壤中的有机物，为植物提供养分。

本发明该生物有机肥的应用范围：

该生物有机肥质轻、粒细均匀，无异味，干净卫生，保水保肥，营养全面，结构及功能特殊，可全面应用于各种植物。由于该生物有机肥价格相对较高，而且数量有限，目前的主要应用范围有：

虾塘、跳鱼塘育肥

有机茶种植                  有机水果、蔬菜种植

土壤改良介质                草坪卷营养土或追肥

无土栽培基质                花圃、花卉营养土或追肥

轻型屋顶花园                高尔夫球场、足球场营养土或追肥

名贵细小种子培养基          家庭盆花、温室花卉、高档花卉栽培基质

新栽培或新移植的树木、灌木促生营养土。

本发明生物有机肥的使用方法：

1、用于虾塘、跳鱼塘育肥时，亩施100-300公斤。

2、在花盆中按1：3（1份生物有机肥3份园土）的比例拌入生物有机肥后种花，1—2年内不需追施任何肥料，也无需集翻盆换土。或每2—3个月在盆土表面轻轻拌入1—2杯（约2两）生物有机肥。

3、每个蔬菜坑放半杯生物有机肥或1—2个月施一次（每棵半杯或每尺一杯）。

4、作为配方营养土，一般按1份生物有机肥3份土壤的混合比例使用。

5、新栽培成新移植的树木、灌木，可按1份生物有机肥3份园土的比例混合遍施洞内，再把植物植入坑内，覆土浇水即可。

6、新草坪：以每平方米1—2斤生物有机肥轻轻施入表皮土壤，然后用碎稻草覆盖好已点进草坪种的土壤，并保持其湿度。

7、球场、运动场草坪：以每10平方米4斤生物有机肥均匀散施在草坪表层即可。

8、果实、花或生病的盆栽植物：把1份蚯蚓粪浸泡在3份水中保持24小时以上制成混合物（茶水），施于植物、果实或花的表面。

9、茶叶种植：每2—3个月每棵施200—300克于根部，覆土即可。

10、一般经济作物，每亩每茬施用100—200kg，并建议把70%作基肥，30%作追肥，同时可按1:1—1:3的比例相应减少化肥的用量，施用二年以后，可进一步降低化肥使用量。果树的用量可提高到200—300公斤/亩·年。花卉可降到100公斤/亩·年左右。其他作物的用量可根据地力（肥沃）情况适当增减。

本发明生物有机肥与普通有机肥的根本区别：

1、普通有机肥因未完全发酵，存在施用后二次发酵而导致烧苗的问题，而且有异味，甚至异臭，而改生物有机肥经过微生物发、蚯蚓过腹、二次添加生物菌的工艺所以不存在这些问题。

2、普通有机肥未把各种养分全部转化成简单、易溶于水的简单物质，不易被植物摄取，而该生物有机肥极易被植物吸收。

3、该生物有机肥，保水性、排水性强，长期使用不会分散压密，这是普通有机肥无法办到的。

4、生物有机肥富含腐植酸和大量的有益微生物菌、18种氨基酸和多种微量元素，而这些在普通有机肥中含量都很少。

5、该生物有机肥中含拮抗微生物，可抑制土传病害，而普通有机肥不存在这种微生物。

Claims (10)

1.一种利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，包括微生物处理阶段和生物处理阶段，其中：

微生物处理阶段是将选育好的有益微生物投放在污泥中进行一次发酵；

生物处理阶段是将一次发酵产物投入到蚓床上，经过蚯蚓的肠道内有益优势菌群再次整合，消耗部分有机质，将重金属剥离，收集蚯蚓粪便，即为生成的生物有机肥。

2.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述微生物处理阶段中，有益微生物以中温性、需氧性种类为主。

3.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述微生物处理阶段中，有益微生物为无芽孢细菌。

4.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述微生物处理阶段中，有益微生物为放线菌、真菌或酵母菌。

5.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述微生物处理阶段中，微生物的选育标准是：利用微生物产生自发变异，通过分离、筛选，排除劣质形状的菌株，选择出维持原有生产水平或者具有更优良生产性能的高产菌株，通过自然选育达到纯化与复壮菌种、保持稳定生产性能的目的；

自然选育分以下几步进行：

第一步，通过形态表现来淘汰不良菌株

从菌落大小，生长速度、颜色以及孢子形成直接观察到的形态特征，将高产型菌落逐步筛选出来；

第二步，通过目的的代谢产物产量的考察

在第一步初筛的基础上，对选出的高产菌落进行复筛，进一步淘汰不良菌株；

第三步，将菌株进行扩繁，使微生物菌量增大，再将扩繁后的微生物菌投放到污泥中。

6.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述一次发酵的具体参数为：加入微生物菌后微生物迅速繁殖，释放出热量投放24小时候热量达到30℃；经过连续发酵72小时候后达到高温阶段，温度达到50℃以上；高温阶段持续12小时候，进入降温和腐熟阶段，温度逐渐递减。

7.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述生物处理阶段过程中：

将一次发酵产物堆置成高150Cm，宽90cm长100m的长行子，将工程蚯蚓按照每行80kg投入长行子中，工程蚯蚓在长行子表面15cm深度活动；经过5天时间消耗掉表面15cm有机质，继续给蚯蚓长行子上覆盖20cm厚度左右的一次发酵产物，蚯蚓继续在新的有机质中活动；在蚯蚓处理腐熟有机质的过程中，不断成熟产卵，所产的卵继续孵化成下一代工程蚯蚓。

8.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述污泥包括制药药渣、生活污泥、畜禽粪便、农作物秸秆以及造纸污泥中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述生物处理阶段的蚯蚓作为医药原料或者饲料。

10.根据权利要求1所述利用生物菌及蚯蚓粪生产有机肥的方法，其特征在于：所述生物有机肥用于加工有机肥料、饲料、有机食品、医药原料以及日用化学品等的原料。

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