園林綠化廢棄物的高效發(fā)酵堆肥初探

賀有勝

烏魯木齊市植物園 新疆 烏魯木齊 830000

多年來，園林綠化在城市環(huán)境建設中發(fā)揮著巨大作用，同時在養(yǎng)護過程中也產(chǎn)生了大量的綠化廢棄物， 如樹枝、落葉、草坪剪落物及其它植物殘體。在我國絕大多數(shù)城市，通常的處理方式是就地焚燒或隨生活垃圾一起填埋，這樣既浪費資源，又破壞生態(tài)環(huán)境[1-3]。

目前，發(fā)達國家和地區(qū)對綠化廢棄物的處置和利用途徑有三種：1、發(fā)酵堆肥2、綠地有機覆蓋物 3、廢棄物發(fā)電。對園林部門來說，一方面，綠化廢棄物按普通垃圾焚燒或填埋，既浪費了資源，也加大了環(huán)境的污染。另一方面，每年又要花費巨資去購買大量的有機肥和土壤改良劑[4-6]。因此，在上述的處理途徑中，利用廢棄物發(fā)酵去制成有機肥料，就成了園林部門切實可行的處理方式。

但因綠化廢棄物存在著自身特性，并不完全適用于傳統(tǒng)的堆肥發(fā)酵方式，所以很有必要在傳統(tǒng)發(fā)酵方式的基礎上，通過實驗摸索出如何利用微生物菌發(fā)酵堆肥的新途徑[7-8]。鑒于此，在2020年開始對草屑、落葉及木屑這三種原料進行了微生物菌發(fā)酵堆肥的實驗。在2021年開始探索在堆肥發(fā)酵的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，如何利用各種市售的機械設備來替代人工操作[1]。

1 傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵方式及存在問題

所謂傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵方式，其實就是數(shù)千年來種植業(yè)常用的堆肥制作方法，即將收集到的種植業(yè)廢棄物（如稻草、莖蔓、野草、樹木落葉等）以及養(yǎng)殖業(yè)的排泄物（如禽畜糞便等）作為堆肥的原料，混合后堆置于露天進行發(fā)酵，然后覆蓋上破席、稻草、泥土或塑膠布，以避免肥份喪失。為保證堆肥發(fā)酵腐熟均勻，每隔1個月需要翻倒一次[9-10]。

這種采取簡單混合、人工堆放、自然發(fā)酵的方式，也稱作“堆漚肥”。但由于廢棄物中所含的纖維素、木質(zhì)素等不易降解成分較多，運用此種方式，則存在著發(fā)酵時間長、堆肥效率低，且發(fā)酵期間異味重，降解不徹底、養(yǎng)分流失嚴重等缺陷，嚴重影響到綠化廢棄物堆肥發(fā)酵的應用普及[11-12]。因此，去嘗試利用微生物菌高效發(fā)酵制肥就成了首選方式。

2 高效微生物菌堆肥發(fā)酵實驗

2.1 原理

高效微生物菌可以將綠化廢棄物降解為有機材料。在高效生物因子（各種分解酶、多種微生物活菌）的作用下，經(jīng)過好氧和厭氧發(fā)酵，原料中原先不易降解的粗纖維（纖維素、半纖維素）、木質(zhì)素、木聚糖長分子鏈、木質(zhì)化合物的酯鍵發(fā)生酶解，把高分子碳水化合物轉(zhuǎn)化成植物可吸收利用的低分子碳水化合物，把不易腐爛的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為植物可吸收的營養(yǎng)成分，同時產(chǎn)生多種微生物代謝產(chǎn)物，利于植物營養(yǎng)吸收、根部保護和土壤改良[10-11]。

2.2 實驗

根據(jù)微生物菌發(fā)酵的技術原理，分別于2020年7月（夏季）和9月（秋季），對草屑、落葉及木屑三種原料進行了兩輪發(fā)酵堆肥實驗。期間氣溫分別在25-37℃之間和12-28℃之間。

2.2.1 實驗材料及設施

草屑、落葉、木屑三種原料，EM菌原粉、紅糖以及適量腐熟羊糞。草屑為我園草坪剪落物，碎屑長度為7-13cm。落葉為秋后園內(nèi)樹木自然落葉后收集，木屑為園內(nèi)樹木枯枝經(jīng)粉碎機處理，碎屑長度為5-7cm。EM菌粉采用湖北某廠產(chǎn)品，規(guī)格為1KG/袋。紅糖為市售散裝，為微生物發(fā)酵繁殖提供營養(yǎng)物質(zhì)。適量的羊糞調(diào)節(jié)發(fā)酵堆料中的炭氮比。

水泥發(fā)酵堆池3座（每種原料各使用1座），半下沉式，尺寸（㎜）3700*2500*1700，地下深度500㎜，容積約為15m3；打藥水車1臺，容量3m3，用于菌液的稀釋及存儲；手推噴霧式打藥機1臺，容量0.3m3，可調(diào)節(jié)出水霧化狀態(tài)，用于噴灑發(fā)酵菌液。

2.2.2 菌液配制

取EM菌原粉3kg，加紅糖4.5kg，水(自來水靜置1日以上)300kg，在常溫條件下，充分混合均勻后封閉于容器內(nèi)自然發(fā)酵，期間可開蓋攪動兩次，3-5日后可得到發(fā)酵原液。使用前，將原液灌入打藥車水罐中，與水按比例1:10稀釋后形成發(fā)酵菌液備用[2]。

2.2.3 原料與菌液拌和

先在發(fā)酵堆池地坪上平鋪一層原料，約20cm堆高，均勻撒施少量熟羊糞，將制備好的發(fā)酵菌液，利用打藥機霧狀噴頭均勻噴灑在原料上，再蓋一層相同堆高的原料，再撒施少量的熟羊糞，再噴灑菌液......依此類推，直至原料與菌液的拌和物堆滿整個發(fā)酵堆池。噴灑菌液時，需保證噴透噴勻，拌和物適宜含水量在50-60%，實操中判斷方法是：用手抓緊拌和物未見有水滲滴，松手能散開即可。

2.2.4 發(fā)酵腐熟

當拌和物堆滿壓實后，用塑料薄膜覆蓋密封。為使拌和物發(fā)酵時空氣流通，保證好氣性微生物繁殖快，在堆制發(fā)酵7日后，堆體需要翻倒一次。同時，采用霧狀噴灑的方式補充一次發(fā)酵菌液（僅限此次），用量為初噴時的1/3。以后在夏季每隔7日翻倒1次，在秋季每隔10日翻倒1次，各需翻倒2次即可。

2.2.5 堆放后熟

拌和物在發(fā)酵腐熟基本完成后，從堆池中移出，推送至周轉(zhuǎn)堆場進行堆放后熟，最終完成腐熟。腐熟標準為發(fā)酵后的物料變成黃褐色或灰褐色，無惡臭味、有較淡氨氣味，用手可搓碎[3]。

2.3 結果與結論

2.3.1 腐熟過程的發(fā)酵溫度及堆體變化

在第一周內(nèi)，草屑、落葉堆體的中心溫度最高為54℃，堆體比初堆時塌陷約至3/4。木屑堆體中心溫度最高為49℃，堆體塌陷約至4/5；第二、三周內(nèi)，草屑、落葉堆體中心溫度最高可達65℃，比初堆時塌陷約至2/3。木屑堆體中心溫度最高可達60℃，比初堆時塌陷約至3/4；第四周內(nèi)，草屑、落葉溫度最高為41℃，比初堆時塌陷約至1/2，木屑溫度最高為37℃，比初堆時塌陷約至2/3；隨后階段，堆體中心溫度變化不大，至腐熟基本完成時，草屑、落葉堆體塌陷至1/3，木屑堆體塌陷至1/2。實驗結果表明，整個發(fā)酵周期明顯分為中溫→高溫→降溫三個變化階段，這為今后的發(fā)酵操作提供了科學依據(jù)。

2.3.2 發(fā)酵成品周期

根據(jù)實驗結果，微生物菌發(fā)酵周期為：草屑、落葉在夏季約為35天，秋季約為48天，木屑在夏季約為45天，秋季約為63天。而傳統(tǒng)發(fā)酵的周期按經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：草屑、落葉約為8個月，木屑約為1年半；由此可見，與傳統(tǒng)發(fā)酵方式相比，微生物菌發(fā)酵技術可以迅速縮短發(fā)酵時間，極大提高堆肥的生產(chǎn)效率，且腐熟化程度更高，有害病蟲和雜草種子更少。

3 機械化處理實驗

在上述實驗過程中，發(fā)現(xiàn)各工序的人工操作比重過大，導致生產(chǎn)效率低下，人工成本高，非常不利于今后量產(chǎn)化和工廠化的發(fā)展目標。因此，很有必要根據(jù)發(fā)酵工藝特點，去探索如何在各個發(fā)酵環(huán)節(jié)中實施機械化、流程化操作，并設計出一套科學合理的操作流程[4]。

3.1 工序流程設計

根據(jù)微生物菌發(fā)酵的技術原理，結合生產(chǎn)實際狀況，設計出一整套操作流程，步驟如下：

堆料 → 選料及粉碎加工 → 菌液配制 → 原料和菌液拌和 → 拌料轉(zhuǎn)運 → 發(fā)酵腐熟 → 后熟堆放及周轉(zhuǎn)

3.2 機械化處理思路

經(jīng)過研判，在上述各流程中的許多環(huán)節(jié)都可以嘗試利用機械去替代人工，甚至可以考慮利用市場現(xiàn)售的建筑、農(nóng)業(yè)等行業(yè)專用機械去實現(xiàn)，這可以節(jié)約研發(fā)經(jīng)費和采購成本。鑒于此，在2021年6月份，開始嘗試選用幾種市售的機械設備，去實測機械化替代的可行性。

3.3 機械化實驗簡介

3.3.1 樹枝粉碎機

用于粗料粉碎加工流程，為發(fā)酵生產(chǎn)提供原料。實驗所用粉碎機為某廠產(chǎn)品HT-300，整機尺寸（㎜）2200×1200×1750，32馬力柴油機，最大進料直徑為150mm。經(jīng)過實驗，該機集切片、粉碎為一體，可粉碎直徑為1-15公分的干濕樹枝、樹葉、樹皮、樹干等物料，并加工成30-70mm的碎片[5][6]。

3.3.2 攪拌機

用于發(fā)酵原料與菌液的拌和工序，為后續(xù)的腐熟發(fā)酵提供半成品。其中，拌和的均勻程度至關重要，直接會影響到發(fā)酵成品的質(zhì)量高低。經(jīng)過分析，決定嘗試使用建筑用混凝土攪拌機來替代人工拌和。

實驗所用攪拌機為某廠產(chǎn)品JZM-350，外形尺寸（㎜）4200×2050×2690，出料容量為350L，生產(chǎn)率13m3/h，攪拌筒轉(zhuǎn)速15r/min。攪拌電機5.5KW，提升電機4.5KW，水泵電機0.55KW。該機為滾筒式混凝土攪拌機，正轉(zhuǎn)攪拌，反轉(zhuǎn)出料[7][8]。

3.3.3 上料轉(zhuǎn)運車

用于發(fā)酵拌和物的轉(zhuǎn)運及上料工序。實驗所用設備為自制的有機廢棄物發(fā)酵轉(zhuǎn)運及上料裝置，外形尺寸（㎜）2300×1500×2800，上料容量為300L，最大提升高度2700㎜，提升電機5.5kW，旋轉(zhuǎn)電機4.5kW。該裝置包括廢棄物上料車和上料斗，車上固定連接有第一承載板和第二承載板，第二承載板的頂部固定連接有導軌柱。使用時，將上料斗主體降低至最低處，將拌和物直接輸送到上料斗內(nèi)，并操控上料車至發(fā)酵堆池的上料處，升起上料斗至需要的高度，此時控制上料斗主體旋轉(zhuǎn)并將內(nèi)部的拌和物進行上料處理。

3.3.4 抓草機

主要用于發(fā)酵腐熟工序，包括發(fā)酵物后期翻倒、腐熟料出倉轉(zhuǎn)移等操作。在最初實驗中，這兩項工序均為人工操作，費時費力效率低。經(jīng)過分析，決定嘗試使用小型農(nóng)用抓草機來替代[9]。

實驗所用抓草機為山東某廠生產(chǎn)的ZL904型小型農(nóng)用抓草機，整機尺寸（㎜）4130×1480×1930，額定載重量400kg，額定抓容量0.5m3，卸載高度≤2.0m，發(fā)動機功率16.2kW ，最小轉(zhuǎn)向圓半徑4000mm。該機采用液壓轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動，操作輕便自如，多功能拖拉裝載，一機多用。

3.4 結論

經(jīng)過實測可知，機械設備和人工操作相比，生產(chǎn)效率普遍得到提高，人工縮減顯著。其中，原料拌和工序與堆料翻倒工序的生產(chǎn)效率提高約至4倍，人工縮減約至2成。在某些工序，生產(chǎn)質(zhì)量得到顯著提高：如拌和工序中，最初實驗采用的是菌液噴霧式人工拌和方式，明顯存在著拌和不勻不透、菌液浪費嚴重的缺陷，在使用攪拌機機械拌和方式后得到徹底克服。又比如翻倒工序，最初實驗采用的是人工翻倒方式，不僅費力費時，而且翻倒不徹底，采用機械方式后，缺陷得到完美解決。因此，在微生物高效發(fā)酵堆肥生產(chǎn)中，以機械化設備取代人工操作，有著很強的可行性和實用性[10]。

4 生產(chǎn)基地規(guī)劃簡介

計劃明年（2023年）在植物園后園建設一處綠化廢棄物的發(fā)酵堆肥生產(chǎn)基地，規(guī)劃占地面積約為6.24畝，初步達到滿足約60萬m2綠地的綠化廢棄物處理的需求。形成從原料收集堆放、粉碎發(fā)酵、成品儲存等相對完備、安全規(guī)范、科學有序的配套運行體系。

4.1 原料堆放區(qū)

規(guī)劃面積約為2.27畝，分門別類的整齊堆放以草屑、落葉及木屑為主的綠化廢棄物原料。

4.2 粉碎處理區(qū)

共配備1-2臺粉碎機，用于枯樹枝干的粉碎加工。

4.3 菌液拌和區(qū)

規(guī)劃面積約為0.64畝，用于發(fā)酵原液的制備、稀釋菌液的配制及原料與菌液的拌和等。共規(guī)劃有3個原液發(fā)酵罐、2個菌液稀釋池以及2臺拌和物攪拌機。

4.4 腐熟發(fā)酵區(qū)

規(guī)劃面積約為2.12畝，用于拌和物的腐熟發(fā)酵處理。計劃配備1臺農(nóng)用抓草機，另外規(guī)劃10個腐熟發(fā)酵池，均為長方形半下沉式混凝土防滲池體，尺寸（㎜）1175×4000，深度500㎜，池間均有寬度為3m的道路相連，便于機械操作與運輸。

4.5 堆肥后熟周轉(zhuǎn)區(qū)

規(guī)劃面積約為1.21畝，用于腐熟堆肥的后熟與周轉(zhuǎn)堆放[11][12]。

5 結語

利用園林綠化廢棄物進行發(fā)酵制肥，可使其得到科學合理地處置和利用，但如何在發(fā)酵技術和流程上進行改進與創(chuàng)新，使發(fā)酵堆肥在生產(chǎn)上達到優(yōu)質(zhì)、高效的量產(chǎn)目標，就成為各地園林部門共同面對的一項課題。在過去的兩年間，雖然在高效發(fā)酵技術和機械化處理方面取得了初步成效，但還有更多的問題需要在今后的生產(chǎn)實踐中得到深化研究，如原料配方的優(yōu)化，發(fā)酵期間水分、空氣、溫度、酸堿度、碳氮比等因素的控制，更多工序的機械化替代以及操作流程優(yōu)化等。總之，希望通過上述種種努力，能夠為綠化廢棄物的高效發(fā)酵堆肥技術的應用普及，建設節(jié)約型的城市園林綠化做出貢獻。