利用微生物絮凝剂从厌氧发酵残留液中制备有机肥的肥效研究

石春芳， 王志勇， 刘菊梅， 曹菊梅

(1.内蒙古科技大学 数理与生物工程学院， 内蒙古 包头 014010； 2.内蒙古大学 生命科学学院， 呼和浩特 010021； 3.内蒙古包头市土壤肥料工作站， 内蒙古 包头 014010； 4.内蒙古包头北郊污水处理厂， 内蒙古 包头 014010)

利用微生物絮凝剂从厌氧发酵残留液中制备有机肥的肥效研究

石春芳1, 2， 王志勇3， 刘菊梅1， 曹菊梅4

(1.内蒙古科技大学 数理与生物工程学院， 内蒙古 包头 014010； 2.内蒙古大学 生命科学学院， 呼和浩特 010021； 3.内蒙古包头市土壤肥料工作站， 内蒙古 包头 014010； 4.内蒙古包头北郊污水处理厂， 内蒙古 包头 014010)

为了探讨生活垃圾厌氧发酵残留液经微生物絮凝剂絮凝沉淀后，沉淀物制备生物有机肥的可行性，试验采用实验室制备的微生物絮凝剂对生活垃圾厌氧发酵残留液进行絮凝处理，将沉淀物烘干制得生物有机肥，检测其有效成分并探讨其与植物生长状况的关系。试验结果表明，利用微生物絮凝剂絮凝生活垃圾厌氧发酵残留液后制备的有机肥肥效最好，对吊兰的生长有促进作用。

厌氧发酵残留液； 微生物絮凝剂； 有机肥； 絮凝

厌氧发酵残留物是指废弃物如农村固体废弃物、城市生活垃圾、食品工业废弃物、养殖废弃物等经过厌氧发酵产沼气后所产生的废液和残渣，目前主要应用于肥料利用、饲料利用、生物农药、培养料液四个方面[1]。在制备产品时，由于残留液固形物含量高，自然沉降性能差，需使用一定量的絮凝剂，企业常使用聚丙烯酰胺作为絮凝剂。聚丙烯酰胺是一类常规使用的水处理剂，具有用量少、絮凝效果强、絮凝时间短等特点，但在其使用后，聚丙烯酰胺分解成的单体丙烯酰胺具有神经毒性，若利用聚丙烯酰胺处理过的厌氧发酵残留液制成的成品作为肥料、饲料或农药使用的话，可能存在潜在二次污染的风险，不利于厌氧发酵残留物作为土地利用的推广应用。而微生物絮凝剂(MBF)是一类新型水处理剂，是微生物在生长代谢过程中产生的一类次级代谢产物，可絮凝沉淀溶液中悬浮的颗粒、菌体细胞及胶体粒子，具有安全、无毒、易生物降解等特点，已成为絮凝剂研究的一个新热点。在各类废水处理中，微生物絮凝剂的应用研究已有大量报道[2-5]，但将其用于厌氧发酵残留液的报道较少。

试验利用实验室自制微生物絮凝剂对生活垃圾厌氧发酵液进行絮凝，对制备的生物有机肥的肥效进行研究，考察其对植物生长促进作用的效果。

1 材料与方法

1.1 材料

微生物絮凝剂：实验室自制。

厌氧发酵残留液：东胜某生活垃圾厌氧发酵处理厂。

1.2 方法

1.2.1 有机肥的制备方法

(1)利用微生物絮凝剂对厌氧发酵残留液自然沉降后的上部液进行絮凝，将获得的沉淀物置于恒温干燥箱中烘干15～20 min，烘干温度85℃～90℃，烘干物置于研钵内，研碎获得有机肥1(YJF-1)；

(2)利用微生物絮凝剂分别对厌氧发酵残留液自然沉降后下部泥状液进行絮凝，获得的沉淀物按照上述方法制备得到有机肥2(YJF-2)；

(3)将厌氧发酵残留液自然沉降后的下部泥状液置于恒温干燥箱，烘干15～20 min，烘干温度85℃～90℃，烘干物置于研钵内，研碎获得有机肥3(YJF-3)。

1.2.2 肥效测定方法

全氮采用半微量凯氏定氮法、全磷采用钼锑抗分光光度法、全钾采用原子吸收火焰光度法、锌锰铁采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定。

1.2.3 有机肥对植物生长的影响

称取上述3种有机肥各1 g溶于水中，加入到水培溶液中，混匀。植物选择水培植物吊兰，每隔2 d对吊兰的叶长、根长、净重进行测定，共测定14 d。以不加有机肥的吊兰作为对照。

2 结果与分析

2.1 有机肥的制得率及有效成分

利用1.2.1中所述方法制备有机肥YJF-1，YJF-2，YJF-3的制得率分别为130 g·L-1，136 g·L-1，66 g·L-1，有机肥YJF-1，YJF-2的制得率约为有机肥YJF-3制得率的2倍，说明微生物絮凝剂对厌氧发酵残留液有絮凝作用且效果明显。

自制有机肥的有效成分含量如表1所示，有机肥YJF-1，YJF-2氮磷钾含量明显高于有机肥YJF-3，可能微生物絮凝剂在絮凝沉淀厌氧发酵液的过程中，自身也沉降于沉淀中，最终制得的有机肥氮磷钾含量较高。

表1 有机肥的有效成分 (mg·kg-1)

2.2 植物生长状况

按照1.2.3中所述方法，水培溶液中加入不同有机肥及不加有机肥的吊兰生长状况见图1～图3。从图中数据可以发现，添加有机肥YJF-1的吊兰生长速率最快，其次为添加有机肥YJF-2的吊兰，均高于添加有机肥YJF-3的吊兰和对照。其中，添加有机肥YJF-3的吊兰的生长速率稍高于对照。

图1 吊兰叶片的生长状况

图2 吊兰根的生长状况

图3 吊兰净重比较

这些结果表明厌氧发酵残留液经微生物絮凝剂絮凝后制得的有机肥对植物的生长促进作用明显，其原因之一是有机肥YJF-1和有机肥YJF-2中的氮磷钾含量显著高于有机肥YJF-3中氮磷钾的含量，作为植物生长过程中需求量很大的氮磷钾，在一定范围内，其含量越高，植物的生长速率越快； 原因之二是锌锰铁的含量在有机肥YJF-1和有机肥YJF-2中比在有机肥YJF-3中高，但总含量均不高，添加入水培液后，起到了植物生长促进剂的作用，何成杰[6]等人的研究也发现添加Mn(Ⅱ)和不添加Mn(Ⅱ)的各项生长指标差异显著，可促进菹草生长； 姚波[7]等指出Fe最为浮游植物生长必需的微量元素，其供应量与水体中浮游植物的生物量、生长速率及种群组成均存在一定的关系，若Fe含量受限会导致植物生长缓慢； 王丹[8]等发现微量元素养分平衡剂可以促进甘草的生长、提高有效成分含量。

3 结论

利用微生物絮凝剂絮凝处理厌氧发酵残留液后制得的有机肥制得率及肥效均较自然沉降后制得的有机肥高，对水培植物的生长有良好的促进作用，有机肥中含有大量的营养成分及一定量的促进植物生长的微量元素，可作为土壤肥料及盐碱化土壤改良剂使用，应用前景广阔。实际应用中，微生物絮凝剂的制备可直接利用沼液作为絮凝菌的培养基来降低成本，李静[9]等研究者的研究结果发现将以牛粪和秸秆为底物进行沼气厌氧发酵后的沼液作为制备微生物絮凝剂的替代培养基时，絮凝菌可正常产生微生物絮凝剂。

[1] 许卫娜.沼气发酵残留物对苹果产量和品质以及土壤生态环境的影响[D].杨凌：西北农林科技大学, 2008.

[2] 徐长绘, 张大明.印染废水的微生物絮凝剂处理[J].印染, 2014, 03:12-16.

[3] 叶永丽, 扈晓鹏, 高旭东, 等.微生物絮凝剂在食品工业中的应用进展[J].中国酿造, 2014, 04:1-4.

[4] 张 峰, 尹 华, 叶锦韶, 等.微生物絮凝剂的制备及其对城市污水厂污泥的脱水[J].环境工程学报, 2014, 05:1927-1932.

[5] 李文鹏, 任晓莉, 项学敏, 等.微生物絮凝剂对造纸废水的处理效果研究[J].工业水处理, 2013, 11:13-16.

[6] 何成杰, 朱端卫, 郭怀成, 等.外源Mn(Ⅱ)对菹草(Potamogeton crispus L.)生长及其铁锰含量的影响[J].环境科学研究, 2010, 06:690-695.

[7] 姚 波, 席北斗, 胡春明, 等.铁限制对浮游植物生长和群落组成的影响研究综述[J].生态环境学报, 2010, 02:459-465.

[8] 王 丹, 万春阳, 王文全, 等.微量元素养分平衡剂对甘草生长、生理特性以及有效成分含量的影响[J].中国中药杂志, 2011, 15:2027-2031.

[9] 李 静, 马 放, 赵 光, 等.利用沼液制备微生物絮凝剂及产絮条件优化[J].中国给水排水, 2014, 15:14-19.

Producing Fertilizer from Anaerobic Fermentation Slurry Adopting Microbial Flocculants and Its Fertilizer Efficiency /

SHI Chun-fang1, 2， WANG Zhi-yong3， LIU Ju-mei1， CAO Ju-mei4/

(1. School of Mathematics, Physics and Biological Engineering; Inner Mongolia University of Science & Technology，Baotou 014010，China; 2. College of Life Sciences, Inner Mongolia University, Hohhot 010021, China; 3. Soil and Fertilizer Station of Baotou, Baotou 014010, China； 4.Baotou North Suburb Wastewater Treatment Plant, Baotou 014010，China)

In this study, anaerobic fermentation slurry of domestic waste was treated with microbial flocculants producing sedimentation. And the sedimentation was dried and organic fertilizer was obtained. The active ingredients of the obtained fertilizer were detected, and its effect on plant growth was investigated. The result showed that the microbial flocculants treated fermentation slurry could produce high quality of organic fertilizer, and have a promoting effect on growth of Chlorophytum.

anaerobic fermentation slurry; bioflocculant; organic fertilizer; flocculation

2015-11-06

项目来源： 包头市科技计划项目(2014Z1010-3)； 内蒙古自治区自然科学基金(2015MS0332)

石春芳(1978-)，女，蒙族，内蒙包头人，副教授，主要从事环境生物技术方面的科研工作，E-mail:13848273693@163.com

Q939

A

1000-1166(2016)06-0018-03