高温好氧灭菌工艺技术简介

高温好氧灭菌工艺技术简介一、工艺技术处于国际领先水平“碧韵源”牌有机肥是精选纯植原料：菜枯提取物30%（菜枯提取完氨基酸剩余物）、烟粉末25%、甜菜提取物40%（提取完糖剩余物）和微生物菌种5%。通过引进台湾先进的高温好氧灭菌技术，同时与公司研发的“高温好氧二次发酵”等多项发明专利系统结合起来，形成“基于高温好氧复合微生物快速生产高品质有机肥”先进工艺，通过高温发酵系统对有机肥原料进行完全的发酵、分解、杀菌、净化和浓缩，一次发酵只需24小时，可使有机肥原料体积减少40%左右，生产出颜色、气味、养份均佳的优质有机类肥料。有生产过程不需传统的堆场，不产生恶臭，无蝇虫传播，不受天气和场地的影响。1、工艺流程将有机肥原料碳氮比调节至30：1，水分调节到40%—50%之间。A、接种高温菌种：将待处理原料置于发酵机中搅拌均匀，将备用的高温发酵菌剂按照待处理原料：高温发酵菌剂=40：1的质量比例添加到待处理原料中，搅拌均匀，成为高温菌种接种料，备用；B、杀菌：向备用的高温菌种接种料中通入100℃蒸汽，在2小时内将高温菌种接种料加热至80-90℃，并保持2小时，杀死高温菌种接种料内的草籽、肥虫卵和大肠杆菌等多种有害菌，成为灭菌料，备用；C、一次发酵：向灭菌接种料中通入蒸汽，进行加热，控制温度在60-70℃，保持14小时，并每隔60分钟输入空气15分钟；经过一次发酵后的灭菌接种料成为一次发酵料，备用；D、二次发酵：将一次发酵料从发酵机中卸出，堆放成宽2m、高1m的长条形垛状，进行二次发酵，发酵过程中每隔两天翻一次堆；经过4-5天（夏秋两季为4天，春冬两季为5天）的二次发酵后的一次发酵料，即成为高品质有机肥料。2、工作原理：从B步骤升温开始到D步骤的发酵完成，两次发酵过程总共要经过三个阶段：①、第一阶段为升温发酵阶段：发酵温度由室温经过1小时升至40-50℃期间，发酵时间为2小时；在此过程中，当发酵温度达到25℃以上时，中低温微生物菌群进入旺盛的繁殖期，开始活跃地对有机物进行分解和代谢，以芽孢菌和霉菌等嗜温好氧性微生物为主的菌群将单糖、淀粉、蛋白质等易分解的有机物迅速分解，产生大量的热，从而在低温发酵阶段的后期出现一个“起爆期”，即温度由缓慢上升到突然急速上升的过程。由于灭菌料的PH值为5-6，为微酸环境，高碳源是此阶段微生物容易利用的物质，使得微生物迅速增殖，积累热量到中温阶段。②、第二阶段为高温发酵阶段：当经过2小时升温后，发酵温度逐渐由50℃升至90℃，并在80-90度阶段保持2小时进行杀菌，随后将温度保持在60-70度14小时，全高温发酵时间为18小时；在此过程中，当发酵温度上升到50℃以上时，即进入高温发酵阶段。此时，除少部分残留下来的和新形成的水溶性的有机物继续分解外，复杂的有机物，如半纤维素、纤维素等开始强烈的分解，同时腐殖质开始形成，出现能溶于碱的黑色物质。此时嗜热真菌、好热放线茵、好热芽孢杆菌等微生物的活动占了优势。当发酵温度升至80-90℃，发酵时间为2小时；在此过程中，大量的中温菌类死亡或进人休眠状态，高温菌种迅速繁殖，在各种酶的作用下，有机质实现快速分解。随着微生物的死亡和休眠，酶的作用消退，热量会逐渐降低，此时，休眠的中温微生物又重新活跃起来并产生新的热量，经过反复几次，腐殖质基本形成，一次发酵料中的有机肥原料处理物质初步稳定。与此同时，在上述一次发酵全过程中，每隔30分钟将原料搅拌30分钟，并在搅拌过程中输入空气（即：补氧）15分钟（保证出气口含氧量不低于12%；输入空气的作用，一是给微生物提供新陈代谢所需的氧气，二是带走部分水分，三是控制温度）。③、第三阶段为降温阶段：在一次发酵完成后，发酵从发酵机中卸出，进后发酵的后期，只剩下较难分解的有机物和新形成的腐殖质，发热量减少，温度幵始下降。当温度下降到40℃以下，中低温微生物重新开始繁殖，剩下的难分解的木质素及纤维素在真菌作用下，少量被降解，此时，即进入物料的腐熟阶段；在该阶段中，料失重及产热量很小，木质素降解产物与死亡微生物中的蛋白质结合形成对植物生长及其重要的腐殖酸；同时将有机肥原料中的有机质和N、P、K发酵快速分解出来，至此发酵基本完成。二次降温发酵时间为4-5天（夏秋季为4天，春冬两季为5天），经过上述两次发酵三个阶段后的一次发酵料，即成为高品质有机肥料。二、高温好氧二次发酵与其它技术比较：如何利用同样的原材料，生产出比一般技术更高品质的有机肥产品？有机肥原料中病原菌的杀除和原料中有机质、养分的分解是三项最重要的指标。有机物的高温好氧实际上就是添加外源微生物的作用下进行好氧发酵的过程。在发酵过程中，粪便中的溶解性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物吸收利用，非溶解性的大分子物质由微生物所分泌的胞外酶分解为小分子溶解性物质，再由细胞吸收利用。微生物通过自身的生命活动氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并释放出微生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体和胞外酶，继续进行一系列的生化作用。通过高温的作用将有害病菌、草籽和虫卵等杀死，而高温复合菌随着温度的升高而繁殖速度越快，糖类、胶类、蛋白质等有机物首先得到降解，接着是纤维素和还原性物质，有机质基本形成。随着温度的降低，酶的作用逐渐消退，在降温的二次发酵阶段，最后被分解是部分木质素，其降解物与死亡的微生中的蛋白质结合形成腐殖酸等物质，至此发酵基本完成。这种方法比依靠国内普通中低温菌种自身的繁殖产生热效率要提高几十倍，但中低温菌种自身不耐高温的缺陷又使得它没有获得外源高温的可能性。在此发酵过程中因快速将糖类、蛋白质类、淀粉类等物质分解，没有长时间发酵的营养损耗，所以代谢的产物品质要比其它技术高出一倍，成本不足原来的1/4。1、鸡粪所包括病原菌及寄生虫致死温度种类致死温度时间（分）1伤寒菌60302沙门氏菌56603赤痢菌属55604大肠菌5515-205葡萄球菌50106化肥性连锁球菌54107结核菌8015-208白喉菌55459牛流产菌，猪流产菌61310赤痢米巴551011无钩条虫75512旋毛虫80813美洲钩虫455014蛔虫卵、虫卵6015-202、高温好氧二次发酵技术与其他工艺对比表生产方式自然堆肥低温菌种50度一般技术中温菌种70度高温好氧高温菌种100度发酵时间长180天以上90天5天左右处理所需空间大较大小处理方式须人工翻动自动搅拌自动搅拌处理种类单一单一可多项综合动物性处理能力困难困难能处理全密闭生成困难困难可厂房设置受限制受限制灵活气味有臭味有臭味无恶臭品质不稳定不稳定稳定获利慢较慢快环境影响高较低低杀菌完全否否是产品品质有机质40%总养分＞4%有机质45%总养分5%有机质＞60%总养分＞7%3、高温好氧二次发酵艺的优势：①解决了产物有害杂质、病菌含量高的问题采用的菌种是否耐高温是关键，是关系到原材料内的病原菌是否能被完全杀死。如果是中低温菌种，在杀死病原的同时菌种同时也会被杀死了。这样就会导致原材料内的有机质和养分不能被分解出来，发酵不完全，降低了肥料的品质，同时生产出的有机类肥料内不含有有益微生物，对培肥地力，促进土壤有益微生物菌群的形成十分不利。比较其它处理方法生产出的机类肥料含有大量的病菌，在施用的时候导致病原菌很多引起农作物病虫害过多的连锁反应。高温菌种则以其耐高温的特性解决了中低温菌种的缺点。②解决了产物品质低的问题生产出的有机类肥料品质差异很大，中低菌种生产出的有机类肥料有机质都在40%左右，总养分在5以内；T-T高温复合菌种以其很强的快速繁殖分解能力，保证了所生产出的有机类肥料有机质在60%以上，总养分在7%以上，是其它处理方法产出的肥料高出一倍，在市场有着很强的竞争力。③解决了处理成本高的问题中低温菌种因其没有配套的发酵系统，大部分工艺由人工完成。又因其发酵时间长，原料和半成品堆积的场地要求很大，所以投资成本尤其是土地成本过高，这些都是高温好氧快速发酵系统的优势所在。④解决了处理机动性不高的问题这一套系统基于相同的工作原理，有可处理容积0.5立方米到150立方米不同的几十种型号，同时高温加热的方式有小型的电加热，和大中型的蒸气加热，灵活性高，占地少，且产出物缩容后无臭可随时运走，城市和乡村所有场所都非常实用。二、高温好氧发酵的关键因素合适的物料配比及严格的过程参数控制是获得高品质产物的必要条件。影响好氧发酵的因素很多，经研究主要是下六个方面。1、含水率水分为微生生长所必需，含水率是畜禽粪污等有机废弃物处理生态系统的一个重要物理因素。水分的主要作用是：溶解有机物、为微生物提供养分、参与微生物的新陈代谢、蒸发时带走部分热量、调节堆体温度。在畜禽粪污等有机废弃物处理过程中，按质量计40%—50%的水率最有利于微生物分解。水分超过70%时温度难以上升，分解速度明显降低，因为水分过多，取代空气而占据了堆料孔隙，限制了好氧微生物与氧气的接触，将出现厌氧状况，使好氧微生物活性降低，影响好氧畜禽粪污等有机废弃物处理效果。水分低于40%时不能满足微生物生长需要，有机物也难以分解。2、碳氮比物料必须达到适宜碳氮比，才能进行理想的畜禽粪污等有机废弃物处理发酵。微生物生长需要碳源，蛋白质合成需要氮源，微生物合成一份蛋白质大约需要30份碳,因此对于好氧发酵来讲碳氮比为30是最理想的比例。碳氮比过低，微生物对有机物的生物氧化过程造成了严重的氮素损失，特别是当PH值和温度高时，畜禽粪污等有机废弃物中的氮以NH3的形式挥发损失，散发出臭味。碳氮比高于35时，微生物必须经过多次生命循环，氧化掉过量的碳，直至达到一个合适的碳氮比供其进行新陈代谢，因而碳氮比高会降低降解速率。物料的碳氮比可以通过添加含碳高或含氮高的材料来加以调整，秸秆、杂草、枯枝和树叶等物质含纤维、木质素、果胶等较多，碳氮比值较高，可以作为高碳添加材料，而畜禽粪便中含氮量高，可作为髙氮添加物质。常见有机畜禽粪污等有机废弃物的氮含量和碳氮例比如表所示。各种畜禽粪污等有机废弃物的氮含量和碳氮比（以质量计）物质N含量%C/N物质N含量%C/N大便5.5-6.56-10厨房垃圾2.1525小便15-180.8羊厩肥8.78―家禽肥料6.3一猪厩肥3.757-15农家庭院垃圾2.1514混合垃圾1.0534活性污泥5.0-6.05-8屠宰场废7-102物马齿笕4.58牛厩肥1.78-26嫩草4,012厩肥2.325杂草2.419麦秸0.31283、通气状况好氧发酵是利用好氧微生物在有氧状态下对有机质、糖类、蛋白质等进行的快速降解，因此，通气是保证好氧发酵顺利进行的重要因素之一。通风供氧起到三个作用，一是给微生物提供新陈代谢所需的氧气，二是带走部分水分，三是控制温度。如果通气量不足将抑制好氧微生物的活动，使发酵周期变长，影响产物的质量。如果通气太旺，微生物活动旺盛，有机质分解加剧，腐殖质积累减少，同时通气过于旺盛还会带走大量的热量，影响发酵温度。本工艺主要采用强制通风来散发热量，改变物料的含水率，实现温控。4、温度堆体温度变化是发酵进程的宏观反映，也是影响微生物活动和发酵工艺过程的重要因素。畜禽粪污等有机废弃物处理发酵的目的是为了温度快速上升、并在适宜的温度维持一段时间，使有机物降解并杀死其中的病原菌，温度上升是微生物代谢产热积累的结果，反映了微生物代谢强度和畜禽粪污等有机废弃物处理物质转化速度。不同种类微生物对温度有不同的要求，一般而言，嗜温菌最适合的温度为嗜热菌发酵最适合温度是45度-60度。过低的温度大大延长腐熟时间，而过高的温度大于70度时，将对中低温微生物产生有害的影响，理想温度为50度到70度。在此温度范围中，既能保持较高数量的高温分解菌，加快有机物的分解，又有利于去除病原菌微生物实现无害化。5、有机物含量有机物是微生物赖以生存和繁殖的重要因素。大量的研究表明，在高温好氧畜禽粪污等有机废弃物处理中，适合处理的有机物含量范围为30%到80%。当有机物含量低于30%时，畜禽粪污等有机废弃物处理过程中产生的热量太低