專利名稱：有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于有機(jī)物堆肥化處理的有效的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑及其制造方法。
最近在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，為了維持和增進(jìn)持久的地力和確保農(nóng)產(chǎn)品的安全，在可能范圍內(nèi)減少化肥和農(nóng)藥使用的趨勢正在加強(qiáng)。然而，肥料是作物發(fā)育不可缺少的營養(yǎng)源。為此，近年來，使用有機(jī)性廢料的代用品取代化肥引入注目，重新認(rèn)識了堆肥的生產(chǎn)。
由于使用有機(jī)物原料的一般堆肥，可分為狹義的堆肥(落葉、山野草、稻桿、麥桿等)和廄肥(家畜糞便、畜舍墊料等)二類。
然而，作為堆肥的有機(jī)物原料現(xiàn)在有家畜糞尿和木材廢料、都市垃圾、下水污泥、造紙淤渣、糞便處理污泥、食品制造渣滓、家庭廢物等，在使這些有機(jī)物原料堆肥化時，需要使有機(jī)物分解發(fā)酵。
這些有機(jī)物的分解發(fā)酵是通過微生物使有機(jī)物作為能源發(fā)生二氧化碳?xì)怏w而進(jìn)行的，由于上述的分解發(fā)酵，有機(jī)物的堆肥化隨著有機(jī)物的碳氮比例(C/N比)接近于菌本身的碳氮比例而結(jié)束。
歷來，有機(jī)物的堆肥化按照其有機(jī)物原料碳氮比例(C/N比)的差異而分別考慮處理方式。
例如，像樹皮那樣碳氮比例大的有機(jī)物原料就具有微生物難以分解發(fā)酵的性質(zhì)，僅屋外堆肥那樣的自然堆肥(2～3年)后，需要長時間(約1年)的發(fā)酵處理。為此，在碳氮比例大的有機(jī)物堆肥化中，為促進(jìn)堆肥化而添加干燥雞糞和硫酸銨、尿素等作為微生物的營養(yǎng)源。
此外，菌體的碳氮比例(C/N比)約為5～6，木質(zhì)的碳氮比例為數(shù)百到一千幾百，稻草類的碳氮比例近于60～70。
有機(jī)物的堆肥化已知要經(jīng)過三個階段在第一階段中，由于微生物易于引起分解發(fā)酵，從糖、淀粉、蛋白質(zhì)開始，由中溫性細(xì)菌、絲狀菌在約40℃進(jìn)行分解(一次發(fā)酵)。
在第二階段中，由嗜熱性細(xì)菌、絲狀菌、放線菌，在約80℃的高溫下進(jìn)行分解半纖維素和纖維素(二次發(fā)酵)。
在第三階段中，在反復(fù)進(jìn)行攪拌和再堆積過程中，再通過中溫菌經(jīng)相當(dāng)長的時間的有機(jī)物的分解發(fā)酵，達(dá)到約40℃，溫度下降，如再進(jìn)行攪拌，則近于常溫的堆肥化處理結(jié)束(三次發(fā)酵)。
在其間調(diào)整水分和pH值是使微生物繁殖的重要因素，將其分別調(diào)整到適當(dāng)值是重要的。
如以上所說明那樣，有機(jī)物的堆肥化需要長時間，目前的狀況是通過添加石灰質(zhì)肥料、氰氨基化鈣、成熟的堆肥和細(xì)菌等來改善堆肥化速度。
本發(fā)明的目的是提供能縮短有機(jī)物堆肥化所需的時間并安全地作用于植物的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑及其制造方法。
本發(fā)明另一目的是提供一種通過使用有機(jī)堆肥而有效地補(bǔ)充所缺乏的微量元素、防止該微量元素缺乏癥的有效的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑及其制造方法。
本發(fā)明人為實現(xiàn)上述目的而進(jìn)行了專心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)含有錳和鐵以及其存在的形式方法對于有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑起到有效的作用，以下所示內(nèi)容是本發(fā)明考慮的要點(diǎn)(1)本發(fā)明所涉及的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑是以含有作為錳成分的以MnO計算的1～30(重量)％的檸檬酸溶解性錳和以MnO計算的0.5～25(重量)％的水溶性錳以及作為余量的鐵和必要的添加成分為特征的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑，在所述有機(jī)物促進(jìn)劑中最好含有3～50(重量)％的總鐵量，此外，在所述總鐵量中最好有25(重量)％以上是有結(jié)晶水的鐵化合物。而且，作為上述添加成分的是硅酸和石膏、鋁的氫氧化物、鋁的氧化物。
此外，所述有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑最好是以塊狀、粉狀或顆粒狀、或者懸浮時的懸浮液或上清液中任一種形態(tài)存在。
(2)作為本發(fā)明的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的制備方法有二種，其中，①在反應(yīng)槽中反應(yīng)混合而合成發(fā)酵促進(jìn)劑；②將多數(shù)原料配料混合而制備發(fā)酵促進(jìn)劑。
此外，在使用本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑時，按照堆肥的有機(jī)物原料性狀對水分、pH值進(jìn)行調(diào)整是有效的，其特性也根據(jù)情況的不同而加工成塊狀、粒狀、粉狀并配合有機(jī)物原料性質(zhì)進(jìn)行使用是有效的。
本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的特征是含錳和鐵，它與歷來的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑在本質(zhì)上完全不同。
錳由檸檬酸溶解性錳和水溶性錳組成，鐵的總鐵量中的25(重量)％以上是有結(jié)晶水的鐵化合物才有效。此外，作為所述有結(jié)晶水的鐵化合物，有氫氧化亞鐵、氫氧化高鐵或鐵的復(fù)鹽是有效的。
對這些成分可以按某種理由推斷，它們造成適于微生物活動的環(huán)境，同時，起到微生物營養(yǎng)源或維生素劑的作用。
這里作為錳成分需含有以MnO計算的1～30(重量)％的檸檬酸溶解性錳和以MnO計算的0.5～25(重量)％的水溶性錳。其理由是，如不足1(重量)％；則對有機(jī)物的發(fā)酵促進(jìn)效果小，另一方面，如超過30(重量)％，則易于出現(xiàn)過?，F(xiàn)象。
作為鐵成分，在上述有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑中最好含有3～50(重量)％。其理由是如不是3(重量)％，則對有機(jī)物的發(fā)酵促進(jìn)效果?。涣硪环矫妫绯^50(重量)％又易于出現(xiàn)過?，F(xiàn)象。
此外，總鐵量中的25(重量)％以上是含結(jié)晶水的鐵化合物的理由是由于含有結(jié)晶水，使與外部水分的浸潤性得到改進(jìn)，溶出的鐵對微生物的活動起有效的作用。
如使用這樣的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑于例如下水污泥的堆肥化處理時，在一次發(fā)酵中的最高溫度上升10℃，其處理日數(shù)從30天到15天，縮短約一半，對有機(jī)物的堆肥化處理是有效的。
而且，將有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑懸浮于水中，使用其懸浮水或上清液以對一次發(fā)酵高溫期的攪拌時給水以補(bǔ)充水分不足，對有機(jī)物的堆肥化促進(jìn)都是有效的。從此可推斷，在可溶性成分中具有有用于有機(jī)物發(fā)酵的有效成分。
又，本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑含有作為植物有效成分的鐵和錳，因此有下列的優(yōu)點(diǎn)對作為有機(jī)物堆肥化處理中的缺陷、由于促進(jìn)土壤還原而導(dǎo)致溶出的鐵和錳的不足部分加以補(bǔ)充，使用于堆肥化處理后也可防止因錳、鐵缺乏而引起的葉綠體形成不完全而導(dǎo)致葉的黃白化癥，起到對植物發(fā)揮有效的肥效，增進(jìn)地力的作用。
使用本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑對環(huán)境也有改善的效果。也就是，與歷來方法相比，臭氣減少得快。這是間接表明對發(fā)酵的促進(jìn)現(xiàn)象，同時，由于該物體含有在物理上的多孔性以及含有對硫酸根等臭氣的化學(xué)上的有效元素，有利于臭氣在物理上和化學(xué)上的消除效果。
其次，對本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的制造方法進(jìn)行說明。
所述有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑制造方法有(1)在反應(yīng)槽中反應(yīng)混合而合成發(fā)酵促進(jìn)劑的方法和(2)將多數(shù)原料配料混合而制造發(fā)酵促進(jìn)劑的方法。其中，認(rèn)為，在硫酸酸性液中反應(yīng)混合而合成發(fā)酵促進(jìn)劑的方法非常有效。
方法一的特征是將作為主成分的錳原料和鐵原料在酸性溶液中與鐵的氧化劑一起進(jìn)行溶解反應(yīng)，其次，用中和劑使該溶液中和后過濾，通過將過濾殘渣干燥粉碎制成塊狀、粉狀或顆粒狀的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑。通過將上述塊狀、粉狀或顆粒狀的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑懸浮于水中而制備懸浮液形態(tài)或上清液形態(tài)的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑。
a.在此方法中，首先，將碳酸錳礦和錳鐵合金、一氧化錳焙燒礦、錳鐵的集塵灰等錳原料和氧化鐵粉(鐵鱗)和轉(zhuǎn)爐渣、含鐵錳礦、鐵礦石焙燒礦等鐵原料在酸性溶液中，最好在高溫的硫酸酸性液中與鐵的氧化劑一起進(jìn)行溶解反應(yīng)，如以碳酸鈣和熟石灰、氫氧化鉀、氫氧化鈉、一氧化錳礦等中和劑中和到要求的pH5～6的弱酸性，則溶解的鐵作為氫氧化高鐵而析出結(jié)晶。
再者，pH的調(diào)整是根據(jù)堆肥原料類別進(jìn)行調(diào)整為有效。
此外，作為含結(jié)晶水的鐵化合物，使用鐵明礬等的復(fù)鹽[含有鐵的復(fù)鹽生成元素(K、Na等)的化合物]代替上述氫氧化高鐵，例如以鉀源(K2O、K2SO4)與上述其它原料混合同樣地在高溫的硫酸酸性液中反應(yīng)，則鐵明礬析出結(jié)晶。在這種情況下，鉀也成為肥料要素。
更且，在上述酸性溶液中按照需要可適當(dāng)加入作為增量劑的硅酸(硅砂粉)和苦土(鎂鹽)等。
b.將由此所得的氫氧化高鐵和不溶性氧化錳、水溶性氧化鐵、硅砂粉、石膏等組成的混合漿料過濾，將其過濾殘渣干燥到最好含有2～5％水分，粉碎后制得粉狀或顆粒狀的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑。
在上述方法中，使用由碳酸錳礦石和二氧化錳礦石還原的一氧化錳礦作為原料，再經(jīng)硫酸量的調(diào)整，則可使作為檸檬酸溶解性錳和水溶性錳的錳和鐵復(fù)合。
在上述方法中，通過對中和步驟前后的溶液中的鐵(二價鐵、三價鐵)和K的化學(xué)分析以及X-射線衍射、紅外線吸收分析等常用分析方法，可測定氫氧化鐵和鐵明礬并算出其含有量，可兼顧配料量的計算而調(diào)整到預(yù)定成分含量。
方法二的特征是，在將多數(shù)原料配合混合的本方法中，通過將一氧化錳礦和錳渣等檸檬酸溶解性錳原料、硫酸錳和氯化錳等水溶性錳原料以及氫氧化亞鐵和氫氧化高鐵等鐵的氫氧化物以粉末狀態(tài)混合，制成有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑。
再者，作為含結(jié)晶水的鐵化合物可用鐵明礬等復(fù)鹽[含有鐵的復(fù)鹽生成元素(K、Na)等的化合物]代替，按照需要可適當(dāng)添加作為增量劑的硅酸(硅砂粉等)和苦土等。
這里，在方法二中，使氫氧化亞鐵和氫氧化高鐵、鐵的復(fù)鹽等鐵原料在適當(dāng)?shù)馗稍镆允蛊漕w粒表面殘存結(jié)晶水、殘留有水分更為有效。特別是在105℃下干燥后其水分在2％以上為最好，如此調(diào)整的一氧化錳還原礦和硫酸錳以及鐵原料配料成為有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑，可預(yù)料其對水的親和性良好，對微生物的活動有效。
如以上所說明的本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑可有效地利用化學(xué)工業(yè)中的電解二氧化錳和電解錳、化學(xué)合成二氧化錳等的副產(chǎn)品，對其成分進(jìn)行微調(diào)整后作為堆肥化促進(jìn)劑。


圖1是表示在下水污泥堆肥化處理各階段中發(fā)酵溫度的比較圖。
圖2表示在堆肥化處理各階段中的總碳量的％變化圖。
圖3表示在堆肥化處理各階段中的總氮量的％變化圖。
圖4是電解二氧化錳制造流程圖。
以下通過實施例對本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑及其制備方法加以說明以各種原料進(jìn)行了實施試驗，都具有同樣的傾向，茲舉出作為其代表例的、關(guān)于最近將成為社會問題的下水污泥為例。
實施例1本實施例所用有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的成分組成如表1所示。該有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑是按以下列方法制備的使碳酸錳礦石和轉(zhuǎn)爐渣以及鐵鱗粉和二氧化錳礦石混合，在15％硫酸酸性溶液中，在90℃和pH2條件下攪拌反應(yīng)5小時，以碳酸鈣中和到pH5.5后，過濾，將殘渣餅干燥到含水25％后，破碎到2毫米以下，制成粒狀有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑。
將如此配制的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑用于下水污泥的堆肥化處理。其配料量如表2所示，并將沒有試用有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的情況作為比較例。
這里的下水污泥的堆肥化處理是通過用標(biāo)準(zhǔn)堆肥的所謂連續(xù)堆肥化處理法進(jìn)行的，除碳氮比例法外使用蚯蚓的生物學(xué)判定法幼植物試驗法對腐熟度進(jìn)行核對，以便確定腐熟度。
表1成份含量(重量％)檸檬酸溶解性錳(MnO)18.0水溶性錳(MnO) 10.0總鐵量(t-Fe) 25.0氫氧化高鐵[Fe(OH)3] 13.0硅酸(SiO2)11.0鋁(Al2O3)5.0石灰(CaO) 15.0苦土(MgO) 6.0燒灼減重(1000℃×2小時) 35.0
表2實施例 比較例原料 重量(t) 含水率(％)重量(t) 含水率(％)A處理場污泥30 45 3445B處理場污泥18 57 2357C處理場污泥15 70 1370發(fā)酵促進(jìn)劑 7 25 0 0合計 70平均52％ 70 平均53％圖1是表示在下水污泥的堆肥化處理中各階段發(fā)酵溫度比較圖。
圖2和3表示在堆肥化的各處理階段中總碳量％和總氮量％的變化。
根據(jù)這些附圖和腐熟度判定，在實施例中，在第11天(二次發(fā)酵)堆肥化結(jié)束，而與22天才結(jié)束的比較例相比僅為其一半，可知促進(jìn)了堆肥化，也就是，當(dāng)用本發(fā)明有機(jī)發(fā)酵促進(jìn)劑時，發(fā)酵溫度上升，促進(jìn)堆肥化。
再者，所得堆肥的pH在實施例中為8.2，而比較例為7.9，差不多相同。此外，在實施例和比較例中其水分都低約10％，在實施例中為42.5％，而在比較例中為42.0％。
實施例2在電解二氧化錳的副產(chǎn)品中混入用于調(diào)整通常原料中鐵量的鱗鐵粉，用硫酸抽提，其后按照通常方法將所得的副產(chǎn)物濾餅在太陽下干燥后破碎，調(diào)制成3毫米以下的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑。表3表示該有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的成分含量。而在圖4中列出通常電解二氧化錳的制備流程。
將如此所得的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑用于下水污泥的堆肥化處理。下水污泥使用D處理場污泥，調(diào)整水分，使與開始時的水分相同。其配料量示于表4，堆肥化方法與實施例1相同。
表3成分 含量(重量％)檸檬酸溶解性錳(MnO)9.0水溶性錳(MnO) 5.0總鐵量(t-Fe) 16.1氫氧化高鐵[Fe(OH)3] 13.0硅酸(SiO2)9.0鋁(Al2O3)6.5苦土(MgO) 1.5石灰(CaO) 5.0燒灼減重(1000℃×2小時) 33.0
表4實施例 比較例重量(t) 含水率(％) 重量(t) 含水率(％)D處理廠污泥63 51 70 51發(fā)酵促進(jìn)劑 735 --水分添加 3100--合計 73 平均51％ 70平均51％表5混合污泥 一次發(fā)酵 二次發(fā)酵 三次發(fā)酵 產(chǎn)品總碳量％ 24.820.0 17.0 16.0 15.6實施例總氮量％ 2.8 2.7 2.5 2.3 2.0總碳量％ 24.515.0 14.8 14.5 15.6比較例總氮量％ 2.7 2.3 1.9 1.8 1.8
表5列出在堆肥化的處理各處理階段中的總碳量％和總氮量％。從表5可知，用本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑時，與實施例1一樣，在現(xiàn)有技術(shù)歷來的二次發(fā)酵時已大致成熟。
在用感覺判定臭氣度時，實施例1的一次發(fā)酵的后半期已基本無臭氣，與此相反，在比較例到三次發(fā)酵的中期還有臭氣發(fā)生。
按照以上說明那樣的本發(fā)明有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑可縮短有機(jī)物堆肥化處理所需的時間并安全地作用于植物，作為有機(jī)物堆肥促進(jìn)劑是有效的。使用于堆肥化處理后也對植物發(fā)揮有效的肥力并增進(jìn)地力的作用，因此，可期待能有效使用電解二氧化錳工業(yè)等副產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑，其特征在于，含有作為錳成分的以MnO計算的1～30(重量)％的檸檬酸溶解性錳和以MnO計算的0.5～25(重量)％的水溶性錳以及作為余量的鐵和必要的添加成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑，其特征在于，其中含有的總鐵量為3～50(重量)％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑，其特征在于，在所述總鐵量中有25(重量)％以上是含結(jié)晶水的鐵化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一頂?shù)乃鲇袡C(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑，其特征在于，所述的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑是以塊狀、粉狀或顆粒狀、或者懸浮時的懸浮液或上清液中任一種形態(tài)存在。
5.有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的制備方法，其特征在于，使作為主成分的錳原料和鐵原料在酸性溶液中與鐵的氧化劑一起進(jìn)行溶解反應(yīng)，其次，用中和劑使該溶液中和后過濾，通過將該過濾殘渣干燥、粉碎而制成塊狀、粉狀或顆粒狀有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的制備方法，其特征在于，所用酸性溶液是硫酸溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的制備方法，其特征在于，所述中和的pH值是5～6。
8.有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑是由作為主成分的檸檬酸溶解性錳和水溶性錳原料以及鐵的氫氧化物以粉末狀態(tài)混合而制成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑及其制法。本發(fā)明的有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑的特征是，含有作為錳成分的以MnO計的1～30(重量)％的檸檬酸溶解性錳和以MnO計的0.5～25(重量)％的水溶性錳、作為余量的鐵以及按需的添加成分。在所述有機(jī)物發(fā)酵促進(jìn)劑中總鐵量最好為3～50(重量)％，而總鐵量中最好有25(重量)％以上是含結(jié)晶水的鐵化合物。本發(fā)明發(fā)酵促進(jìn)劑能縮短有機(jī)物堆肥化處理所需的時間，并能安全地作用于植物。
文檔編號C05F7/00GK1141903SQ9610450
公開日1997年2月5日 申請日期1996年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月6日
發(fā)明者竹原尚夫, 清水川諒一, 東?？?申請人:日本重化學(xué)工業(yè)株式會社