专利名称：有机物发酵促进剂及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于有机物堆肥化处理的有效的有机物发酵促进剂及其制造方法。
最近在农业领域中，为了维持和增进持久的地力和确保农产品的安全，在可能范围内减少化肥和农药使用的趋势正在加强。然而，肥料是作物发育不可缺少的营养源。为此，近年来，使用有机性废料的代用品取代化肥引入注目，重新认识了堆肥的生产。
由于使用有机物原料的一般堆肥，可分为狭义的堆肥(落叶、山野草、稻杆、麦杆等)和厩肥(家畜粪便、畜舍垫料等)二类。
然而，作为堆肥的有机物原料现在有家畜粪尿和木材废料、都市垃圾、下水污泥、造纸淤渣、粪便处理污泥、食品制造渣滓、家庭废物等，在使这些有机物原料堆肥化时，需要使有机物分解发酵。
这些有机物的分解发酵是通过微生物使有机物作为能源发生二氧化碳气体而进行的，由于上述的分解发酵，有机物的堆肥化随着有机物的碳氮比例(C/N比)接近于菌本身的碳氮比例而结束。
历来，有机物的堆肥化按照其有机物原料碳氮比例(C/N比)的差异而分别考虑处理方式。
例如，像树皮那样碳氮比例大的有机物原料就具有微生物难以分解发酵的性质，仅屋外堆肥那样的自然堆肥(2～3年)后，需要长时间(约1年)的发酵处理。为此，在碳氮比例大的有机物堆肥化中，为促进堆肥化而添加干燥鸡粪和硫酸铵、尿素等作为微生物的营养源。
此外，菌体的碳氮比例(C/N比)约为5～6，木质的碳氮比例为数百到一千几百，稻草类的碳氮比例近于60～70。
有机物的堆肥化已知要经过三个阶段在第一阶段中，由于微生物易于引起分解发酵，从糖、淀粉、蛋白质开始，由中温性细菌、丝状菌在约40℃进行分解(一次发酵)。
在第二阶段中，由嗜热性细菌、丝状菌、放线菌，在约80℃的高温下进行分解半纤维素和纤维素(二次发酵)。
在第三阶段中，在反复进行搅拌和再堆积过程中，再通过中温菌经相当长的时间的有机物的分解发酵，达到约40℃，温度下降，如再进行搅拌，则近于常温的堆肥化处理结束(三次发酵)。
在其间调整水分和pH值是使微生物繁殖的重要因素，将其分别调整到适当值是重要的。
如以上所说明那样，有机物的堆肥化需要长时间，目前的状况是通过添加石灰质肥料、氰氨基化钙、成熟的堆肥和细菌等来改善堆肥化速度。
本发明的目的是提供能缩短有机物堆肥化所需的时间并安全地作用于植物的有机物发酵促进剂及其制造方法。
本发明另一目的是提供一种通过使用有机堆肥而有效地补充所缺乏的微量元素、防止该微量元素缺乏症的有效的有机物发酵促进剂及其制造方法。
本发明人为实现上述目的而进行了专心研究，结果发现含有锰和铁以及其存在的形式方法对于有机物发酵促进剂起到有效的作用，以下所示内容是本发明考虑的要点(1)本发明所涉及的有机物发酵促进剂是以含有作为锰成分的以MnO计算的1～30(重量)％的柠檬酸溶解性锰和以MnO计算的0.5～25(重量)％的水溶性锰以及作为余量的铁和必要的添加成分为特征的有机物发酵促进剂，在所述有机物促进剂中最好含有3～50(重量)％的总铁量，此外，在所述总铁量中最好有25(重量)％以上是有结晶水的铁化合物。而且，作为上述添加成分的是硅酸和石膏、铝的氢氧化物、铝的氧化物。
此外，所述有机物发酵促进剂最好是以块状、粉状或颗粒状、或者悬浮时的悬浮液或上清液中任一种形态存在。
(2)作为本发明的有机物发酵促进剂的制备方法有二种，其中，①在反应槽中反应混合而合成发酵促进剂；②将多数原料配料混合而制备发酵促进剂。
此外，在使用本发明有机物发酵促进剂时，按照堆肥的有机物原料性状对水分、pH值进行调整是有效的，其特性也根据情况的不同而加工成块状、粒状、粉状并配合有机物原料性质进行使用是有效的。
本发明有机物发酵促进剂的特征是含锰和铁，它与历来的有机物发酵促进剂在本质上完全不同。
锰由柠檬酸溶解性锰和水溶性锰组成，铁的总铁量中的25(重量)％以上是有结晶水的铁化合物才有效。此外，作为所述有结晶水的铁化合物，有氢氧化亚铁、氢氧化高铁或铁的复盐是有效的。
对这些成分可以按某种理由推断，它们造成适于微生物活动的环境，同时，起到微生物营养源或维生素剂的作用。
这里作为锰成分需含有以MnO计算的1～30(重量)％的柠檬酸溶解性锰和以MnO计算的0.5～25(重量)％的水溶性锰。其理由是，如不足1(重量)％；则对有机物的发酵促进效果小，另一方面，如超过30(重量)％，则易于出现过剩现象。
作为铁成分，在上述有机物发酵促进剂中最好含有3～50(重量)％。其理由是如不是3(重量)％，则对有机物的发酵促进效果小；另一方面，如超过50(重量)％又易于出现过剩现象。
此外，总铁量中的25(重量)％以上是含结晶水的铁化合物的理由是由于含有结晶水，使与外部水分的浸润性得到改进，溶出的铁对微生物的活动起有效的作用。
如使用这样的有机物发酵促进剂于例如下水污泥的堆肥化处理时，在一次发酵中的最高温度上升10℃，其处理日数从30天到15天，缩短约一半，对有机物的堆肥化处理是有效的。
而且，将有机物发酵促进剂悬浮于水中，使用其悬浮水或上清液以对一次发酵高温期的搅拌时给水以补充水分不足，对有机物的堆肥化促进都是有效的。从此可推断，在可溶性成分中具有有用于有机物发酵的有效成分。
又，本发明有机物发酵促进剂含有作为植物有效成分的铁和锰，因此有下列的优点对作为有机物堆肥化处理中的缺陷、由于促进土壤还原而导致溶出的铁和锰的不足部分加以补充，使用于堆肥化处理后也可防止因锰、铁缺乏而引起的叶绿体形成不完全而导致叶的黄白化症，起到对植物发挥有效的肥效，增进地力的作用。
使用本发明有机物发酵促进剂对环境也有改善的效果。也就是，与历来方法相比，臭气减少得快。这是间接表明对发酵的促进现象，同时，由于该物体含有在物理上的多孔性以及含有对硫酸根等臭气的化学上的有效元素，有利于臭气在物理上和化学上的消除效果。
其次，对本发明有机物发酵促进剂的制造方法进行说明。
所述有机物发酵促进剂制造方法有(1)在反应槽中反应混合而合成发酵促进剂的方法和(2)将多数原料配料混合而制造发酵促进剂的方法。其中，认为，在硫酸酸性液中反应混合而合成发酵促进剂的方法非常有效。
方法一的特征是将作为主成分的锰原料和铁原料在酸性溶液中与铁的氧化剂一起进行溶解反应，其次，用中和剂使该溶液中和后过滤，通过将过滤残渣干燥粉碎制成块状、粉状或颗粒状的有机物发酵促进剂。通过将上述块状、粉状或颗粒状的有机物发酵促进剂悬浮于水中而制备悬浮液形态或上清液形态的有机物发酵促进剂。
a.在此方法中，首先，将碳酸锰矿和锰铁合金、一氧化锰焙烧矿、锰铁的集尘灰等锰原料和氧化铁粉(铁鳞)和转炉渣、含铁锰矿、铁矿石焙烧矿等铁原料在酸性溶液中，最好在高温的硫酸酸性液中与铁的氧化剂一起进行溶解反应，如以碳酸钙和熟石灰、氢氧化钾、氢氧化钠、一氧化锰矿等中和剂中和到要求的pH5～6的弱酸性，则溶解的铁作为氢氧化高铁而析出结晶。
再者，pH的调整是根据堆肥原料类别进行调整为有效。
此外，作为含结晶水的铁化合物，使用铁明矾等的复盐[含有铁的复盐生成元素(K、Na等)的化合物]代替上述氢氧化高铁，例如以钾源(K2O、K2SO4)与上述其它原料混合同样地在高温的硫酸酸性液中反应，则铁明矾析出结晶。在这种情况下，钾也成为肥料要素。
更且，在上述酸性溶液中按照需要可适当加入作为增量剂的硅酸(硅砂粉)和苦土(镁盐)等。
b.将由此所得的氢氧化高铁和不溶性氧化锰、水溶性氧化铁、硅砂粉、石膏等组成的混合浆料过滤，将其过滤残渣干燥到最好含有2～5％水分，粉碎后制得粉状或颗粒状的有机物发酵促进剂。
在上述方法中，使用由碳酸锰矿石和二氧化锰矿石还原的一氧化锰矿作为原料，再经硫酸量的调整，则可使作为柠檬酸溶解性锰和水溶性锰的锰和铁复合。
在上述方法中，通过对中和步骤前后的溶液中的铁(二价铁、三价铁)和K的化学分析以及X-射线衍射、红外线吸收分析等常用分析方法，可测定氢氧化铁和铁明矾并算出其含有量，可兼顾配料量的计算而调整到预定成分含量。
方法二的特征是，在将多数原料配合混合的本方法中，通过将一氧化锰矿和锰渣等柠檬酸溶解性锰原料、硫酸锰和氯化锰等水溶性锰原料以及氢氧化亚铁和氢氧化高铁等铁的氢氧化物以粉末状态混合，制成有机物发酵促进剂。
再者，作为含结晶水的铁化合物可用铁明矾等复盐[含有铁的复盐生成元素(K、Na)等的化合物]代替，按照需要可适当添加作为增量剂的硅酸(硅砂粉等)和苦土等。
这里，在方法二中，使氢氧化亚铁和氢氧化高铁、铁的复盐等铁原料在适当地干燥以使其颗粒表面残存结晶水、残留有水分更为有效。特别是在105℃下干燥后其水分在2％以上为最好，如此调整的一氧化锰还原矿和硫酸锰以及铁原料配料成为有机物发酵促进剂，可预料其对水的亲和性良好，对微生物的活动有效。
如以上所说明的本发明有机物发酵促进剂可有效地利用化学工业中的电解二氧化锰和电解锰、化学合成二氧化锰等的副产品，对其成分进行微调整后作为堆肥化促进剂。
图1是表示在下水污泥堆肥化处理各阶段中发酵温度的比较图。
图2表示在堆肥化处理各阶段中的总碳量的％变化图。
图3表示在堆肥化处理各阶段中的总氮量的％变化图。
图4是电解二氧化锰制造流程图。
以下通过实施例对本发明有机物发酵促进剂及其制备方法加以说明以各种原料进行了实施试验，都具有同样的倾向，兹举出作为其代表例的、关于最近将成为社会问题的下水污泥为例。
实施例1本实施例所用有机物发酵促进剂的成分组成如表1所示。该有机物发酵促进剂是按以下列方法制备的使碳酸锰矿石和转炉渣以及铁鳞粉和二氧化锰矿石混合，在15％硫酸酸性溶液中，在90℃和pH2条件下搅拌反应5小时，以碳酸钙中和到pH5.5后，过滤，将残渣饼干燥到含水25％后，破碎到2毫米以下，制成粒状有机物发酵促进剂。
将如此配制的有机物发酵促进剂用于下水污泥的堆肥化处理。其配料量如表2所示，并将没有试用有机物发酵促进剂的情况作为比较例。
这里的下水污泥的堆肥化处理是通过用标准堆肥的所谓连续堆肥化处理法进行的，除碳氮比例法外使用蚯蚓的生物学判定法幼植物试验法对腐熟度进行核对，以便确定腐熟度。
表1成份含量(重量％)柠檬酸溶解性锰(MnO)18.0水溶性锰(MnO) 10.0总铁量(t-Fe) 25.0氢氧化高铁[Fe(OH)3] 13.0硅酸(SiO2)11.0铝(Al2O3)5.0石灰(CaO) 15.0苦土(MgO) 6.0烧灼减重(1000℃×2小时) 35.0
表2实施例 比较例原料 重量(t) 含水率(％)重量(t) 含水率(％)A处理场污泥30 45 3445B处理场污泥18 57 2357C处理场污泥15 70 1370发酵促进剂 7 25 0 0合计 70平均52％ 70 平均53％图1是表示在下水污泥的堆肥化处理中各阶段发酵温度比较图。
图2和3表示在堆肥化的各处理阶段中总碳量％和总氮量％的变化。
根据这些附图和腐熟度判定，在实施例中，在第11天(二次发酵)堆肥化结束，而与22天才结束的比较例相比仅为其一半，可知促进了堆肥化，也就是，当用本发明有机发酵促进剂时，发酵温度上升，促进堆肥化。
再者，所得堆肥的pH在实施例中为8.2，而比较例为7.9，差不多相同。此外，在实施例和比较例中其水分都低约10％，在实施例中为42.5％，而在比较例中为42.0％。
实施例2在电解二氧化锰的副产品中混入用于调整通常原料中铁量的鳞铁粉，用硫酸抽提，其后按照通常方法将所得的副产物滤饼在太阳下干燥后破碎，调制成3毫米以下的有机物发酵促进剂。表3表示该有机物发酵促进剂的成分含量。而在图4中列出通常电解二氧化锰的制备流程。
将如此所得的有机物发酵促进剂用于下水污泥的堆肥化处理。下水污泥使用D处理场污泥，调整水分，使与开始时的水分相同。其配料量示于表4，堆肥化方法与实施例1相同。
表3成分 含量(重量％)柠檬酸溶解性锰(MnO)9.0水溶性锰(MnO) 5.0总铁量(t-Fe) 16.1氢氧化高铁[Fe(OH)3] 13.0硅酸(SiO2)9.0铝(Al2O3)6.5苦土(MgO) 1.5石灰(CaO) 5.0烧灼减重(1000℃×2小时) 33.0
表4实施例 比较例重量(t) 含水率(％) 重量(t) 含水率(％)D处理厂污泥63 51 70 51发酵促进剂 735 --水分添加 3100--合计 73 平均51％ 70平均51％表5混合污泥 一次发酵 二次发酵 三次发酵 产品总碳量％ 24.820.0 17.0 16.0 15.6实施例总氮量％ 2.8 2.7 2.5 2.3 2.0总碳量％ 24.515.0 14.8 14.5 15.6比较例总氮量％ 2.7 2.3 1.9 1.8 1.8
表5列出在堆肥化的处理各处理阶段中的总碳量％和总氮量％。从表5可知，用本发明有机物发酵促进剂时，与实施例1一样，在现有技术历来的二次发酵时已大致成熟。
在用感觉判定臭气度时，实施例1的一次发酵的后半期已基本无臭气，与此相反，在比较例到三次发酵的中期还有臭气发生。
按照以上说明那样的本发明有机物发酵促进剂可缩短有机物堆肥化处理所需的时间并安全地作用于植物，作为有机物堆肥促进剂是有效的。使用于堆肥化处理后也对植物发挥有效的肥力并增进地力的作用，因此，可期待能有效使用电解二氧化锰工业等副产品。
权利要求
1.有机物发酵促进剂，其特征在于，含有作为锰成分的以MnO计算的1～30(重量)％的柠檬酸溶解性锰和以MnO计算的0.5～25(重量)％的水溶性锰以及作为余量的铁和必要的添加成分。
2.根据权利要求1所述的有机物发酵促进剂，其特征在于，其中含有的总铁量为3～50(重量)％。
3.根据权利要求2所述的有机物发酵促进剂，其特征在于，在所述总铁量中有25(重量)％以上是含结晶水的铁化合物。
4.根据权利要求1～3任一顶的所述有机物发酵促进剂，其特征在于，所述的有机物发酵促进剂是以块状、粉状或颗粒状、或者悬浮时的悬浮液或上清液中任一种形态存在。
5.有机物发酵促进剂的制备方法，其特征在于，使作为主成分的锰原料和铁原料在酸性溶液中与铁的氧化剂一起进行溶解反应，其次，用中和剂使该溶液中和后过滤，通过将该过滤残渣干燥、粉碎而制成块状、粉状或颗粒状有机物发酵促进剂。
6.根据权利要求5所述的有机物发酵促进剂的制备方法，其特征在于，所用酸性溶液是硫酸溶液。
7.根据权利要求5所述的有机物发酵促进剂的制备方法，其特征在于，所述中和的pH值是5～6。
8.有机物发酵促进剂的制备方法，其特征在于，所述有机物发酵促进剂是由作为主成分的柠檬酸溶解性锰和水溶性锰原料以及铁的氢氧化物以粉末状态混合而制成的。
全文摘要
本发明涉及有机物发酵促进剂及其制法。本发明的有机物发酵促进剂的特征是，含有作为锰成分的以MnO计的1～30(重量)％的柠檬酸溶解性锰和以MnO计的0.5～25(重量)％的水溶性锰、作为余量的铁以及按需的添加成分。在所述有机物发酵促进剂中总铁量最好为3～50(重量)％，而总铁量中最好有25(重量)％以上是含结晶水的铁化合物。本发明发酵促进剂能缩短有机物堆肥化处理所需的时间，并能安全地作用于植物。
文档编号C05F7/00GK1141903SQ9610450
公开日1997年2月5日 申请日期1996年4月1日 优先权日1995年4月6日
发明者竹原尚夫, 清水川谅一, 东海俊彦 申请人:日本重化学工业株式会社