CN112939657A - 一种生物酶法全降解有机废弃物的方法及牡蛎壳粉有机肥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物酶法全降解有机废弃物的方法及牡蛎壳粉有机肥，所述方法包含：牡蛎壳预处理：将废弃牡蛎壳进行冲洗、晾干，再经行煅烧，之后进行超微破碎制备成牡蛎壳粉；有机废弃物前处理：在投料过程中，将有机废弃物进行分类，除去混杂在里面的无机物，之后进行机械破碎，得到有机混合物；酶全降解过程：在所述有机混合物中添加混合酶制剂，经发酵得到液体有机肥；混合物干燥：将制备的液体有机肥进行微波干燥，得到脆性固体，轻压即得到粉状有机肥；复配包装：将制备的牡蛎壳与粉状有机肥进行复配，得到成品。本发明所制备的复配有机肥营养丰富、肥力高、易吸收、无虫害烂根危害且具有调酸补钙作用的新型肥料。

Description

一种生物酶法全降解有机废弃物的方法及牡蛎壳粉有机肥

技术领域

本发明涉及有机废弃物处理技术，尤其是一种生物酶法全降解有机废弃物的方法及牡蛎壳粉有机肥。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市规模逐渐扩大，人口增多以及国民生活水平的逐渐增高，我国城市生活垃圾逐年随之增长。据统计我国城市生活垃圾每年以8％～10％的速度递增。城市生活垃圾以居民生活垃圾、商业垃圾、市政管理垃圾为主，其中厨余垃圾、绿化垃圾的主要成分是淀粉类、植物纤维、动物脂肪等有机物质，该类垃圾是人们在是生产生活过程中产生的一种废弃物，占城市垃圾的50％以上。

厨余垃圾和其他城市垃圾相比较，具有水分、有机物、盐分以及油脂含量高，易发酵、营养元素丰富等特点。在日常生活中，该类物质容易腐烂变质产生臭气，滋生病菌并且为蝇、虫等动物提供良好的生活坏境。现今，我国对于该类物质的处理方法主要是倾倒、焚烧、填埋、传统堆肥等。倾倒容易破环水***。焚烧则需要大量的焚烧材料，耗能较大，产生的粉尘则对空气造成污染，填埋会造成土壤、地下水***的污染。传统堆肥占地面积大，无法将物质完全分解。、生活垃圾的危害已经凸显出来；不仅侵占土地资源、污染空气、水体，甚至还有滋生病菌、传染疾病的隐患。对于餐厨垃圾的处理“无害化、减量化、稳定化、资源化”是世界处理的目标。将厨余垃圾、绿化垃圾、水产品加工废弃物等有机废弃物通过复合酶解的方式制备成有机肥，用于种植与贫瘠土壤改良是较为理想的处理方式。

公开号为CN103553726A的发明专利申请公开了一种厨余垃圾制备有机肥料的方法，其工艺流程包括投料，发酵，调配。公开号为CN109053283A的发明专利申请公开了一种利用餐厨垃圾制备有机肥的办法，包括以下步骤：(1)分选破碎，(2)过滤去浮油，(3)酶解处理，(4)油脂分离，(5)一次发酵，(6)二次发酵， (7)造粒。申请公开号为CN109438080A的发明专利申请公开了一种沼渣餐厨有机垃圾综合利用生产生物有机肥的方法，将沼渣及餐厨垃圾进行预处理，调节含水量，滤出多余水分，然后向预处理垃圾中加入10％的辅料；将称量好的菌剂与所述辅料按1:10的比例进行混合，搅拌均匀；将扩充生物发酵菌剂与预处理垃圾进行称量混合，然后加入生石灰、腐熟剂和杀菌除臭剂进行搅拌，搅拌均匀得到发酵物；将搅拌好的发酵物进行堆放，采用好氧的方式进行堆放发酵，每隔1至3天用翻堆机翻抛一次，翻抛5到8次，保持温度在35-55℃之间；发酵物堆放15-20天后即可得到生物有机肥。这些专利申请存在以下技术缺陷：1) 需要调节含水量、分离水油；2)需要进行发酵，发酵时间过长；3)需要多次堆肥，翻堆，耗费大量资源。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种生物酶法全降解有机废弃物的方法，利用生物酶实现全降解有机废弃物，该方法适用处理对象广，没有物料来源限制，对厨余垃圾、绿化垃圾、水产品加工废弃物等皆适用。

本发明中，对有机废弃物中的无机物进行去除，剩余物料直接进行酶解，剩余物料为有机残渣、残留汁液、油层等的固、液混合物，之所以无需调整固液比，或者分离油水相，原因在于：加入的酶性质为水解酶，在水环境中可以更好的分解物料，加入的脂肪酶可以将甘油三酯更好的水解为甘油和脂肪酸等小分子物质。本发明中分出废弃物中的无机物，原因是无机组分不能被酶解，例如石头、铁丝。同时这些无机物难以经过破碎得到细小物料，例如动物骨骼残骸。除去混杂在里面的无机物，之后进行机械破碎，破碎粒度为小于1mm。如果不破碎，则酶解过程必须翻料才能实现全降解，且酶解时间需延长10-20 倍。

本发明中，复合酶制剂优选为脂肪酶、蛋白水解酶、纤维素酶的混合物，分别针对残渣、油脂、纤维素等物质进行酶解。相对于所述有机混合物的质量比例为，脂肪酶：蛋白水解酶：纤维素酶＝0.3-0.4％：0.7-0.8％：0.1-0.2％，酶解时间：1-3小时，酶解温度：45℃～55℃，酶解pH为7.0～9.0，有机废弃物全部降解，获得液体有机肥，实现了将固体有机废弃物全部液化，同时将液态有机物中的分解为寡糖、甘油三酯、氨基酸等小分子物质。更优选的，相对于所述有机混合物的质量比例为，脂肪酶：蛋白水解酶：纤维素酶＝0.3％：0.75％：0.1％，酶解时间：2小时，酶解温度：45℃～55℃，酶解pH为7.5～8.5。例如：脂肪酶：蛋白水解酶：纤维素酶＝0.3％：0.75％：0.1％。所述的酶解处理时间：2小时。所述的酶解温度：50℃。所述的酶解pH为8.0。

本发明制备的液体有机肥可以补充尿素、磷酸二铵、硫酸钾等化肥，制备出营养丰富的液体有机肥。

液体有机肥常规的干燥方法主要有机械脱水法、加热烘干法、喷雾干燥等，机械脱水法是对物料施加压力，将水挤出，但是压力的施加更适于在原料的前处理阶段，这种方法不适应于后期的粉末制备的有机肥且脱水后物料的含水量依然很高；加热烘干法操作简便但是其干燥方式不彻底，造成液体有机肥干燥过程中容易出现抱团，产生坚硬的块体，后期难以破碎获得均一粉体。发酵后的液体有机肥喷雾干燥存在易降低物质活性和结构。本发明为了解决上述干燥方式中存在的干燥不彻底、不均一、破坏物质活性、粉体抱团等问题，采用具有速率快、干燥均匀、节能耗等优势的微波干燥方式去有机肥，但是，一般的微波干燥物料水分还会剩余20％左右，无法一次性干燥完成。

为此，本发明采用的微波方式为：在真空干燥器中进行，真空度为20～40 kPa，先用300～400MHz的微波加热5～8min，再用500～600MHz的微波加热4～6min，最后用800～900MHz的微波加热1～5min，通过上述方式实现水分的最大化去除，同时还意外获得脆性固体。这种脆性固体轻微用力，即可捏碎得到粉末状有机肥。因此，本发明中对干燥后的混合物，无需破碎工序和破碎设备，包装运输时轻压即得到粉状有机肥，其粒径为小于1mm。优选的，微波干燥条件为：真空干燥器的真空度为30kPa，先用350MHz的微波加热7min，在用575MHz的微波加热5min，最后用850MHz的微波加热 3min。

复配包装过程中，有机肥和牡蛎壳的复配比例可以采用任意合适比例，例如质量比例1：1。包装采用现有方法。所述牡蛎壳为经过煅烧、超微破碎制备成的牡蛎壳粉，常规牡蛎壳不具有微孔结构。煅烧温度在600℃时，牡蛎壳的孔径结构开始出现，800℃时，形成大小均一、密集分布的2～10微米的蜂窝状孔洞。经过超微破碎后获得牡蛎壳粉，从而可以与有机肥充分融合。

具体方案如下：

一种生物酶法全降解有机废弃物的方法，包括：

牡蛎壳预处理：将废弃牡蛎壳进行冲洗、干燥，再经行煅烧，之后进行超微破碎制备成牡蛎壳粉；

有机废弃物前处理：在投料过程中，将有机废弃物进行分类，除去混杂在里面的无机物，之后进行机械破碎，得到有机混合物；

复合酶全降解过程：在所述有机混合物中添加复合酶制剂，经发酵得到液体有机肥；

混合物干燥：将制备的液体有机肥进行微波干燥，得到脆性固体，轻压即得到粉状有机肥；

复配包装：将制备的牡蛎壳与粉状有机肥进行复配，得到成品。

进一步的，所述牡蛎壳预处理中，煅烧温度为600℃～800℃，煅烧时间为 20-40min，煅烧使得牡蛎壳中出现2～10微米的蜂窝状孔洞；

任选的，超微破碎后的牡蛎壳粒径为10～25微米。

进一步的，所述有机废弃物前处理中，所述有机废弃物由厨余垃圾、绿化垃圾、水产品加工废弃物中至少一种组成。

进一步的，所述有机废弃物前处理中，投料过程中对于有机废弃物的含水量没有要求，不需要调整物料含水量；不需要对有机废弃物进行固液分离，或者油水分离，仅仅去掉无机物。

进一步的，所述复合酶全降解过程，采用的复合酶制剂为脂肪酶、蛋白水解酶、纤维素酶的混合物，相对于所述有机混合物的质量比例为，脂肪酶：蛋白水解酶：纤维素酶＝0.3-0.4％：0.7-0.8％：0.1-0.2％，酶解时间：1-3小时，酶解温度：45℃～55℃，酶解pH为7.0～9.0，有机废弃物全部降解，获得液体有机肥。

进一步的，所述复合酶全降解过程，不需要翻肥操作，直接进行酶解反应，反应结束获得液体有机肥；

任选的，所述液体有机肥加入化肥，从而获得营养丰富的液体有机肥。

进一步的，所述混合物干燥中，微波干燥条件为：真空干燥器的真空度为 20-40kPa，先用300-400MHz的微波加热5-8min，再用500-600MHz的微波加热4-6min，最后用800-900MHz的微波加热1-5min，得到脆性固体，其水分质量含量低于10％。

本发明还保护运用所述生物酶法全降解有机废弃物的方法，制备得到的牡蛎壳粉有机肥，所述牡蛎壳粉有机肥中有机质完全分解，无残留。

本发明还保护所述牡蛎壳粉有机肥在水果种植中的用途。

进一步的，所述牡蛎壳粉提高荔枝的果实单果重，增加可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比和固酸比，提升荔枝的风味品质；或者所述牡蛎壳粉提高黄地脐橙的果实产量，减少黑斑果、裂果、烂果的数量，提高果实的可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、维生素C、出汁率和水分含量，提高黄地脐橙的果实品质。

有益效果：

1.本发明的一种生物酶法全降解有机废弃物的方法，利用厨余垃圾、绿化垃圾、水产品加工废弃物等有机废弃物和废弃牡蛎壳作为生产原料，依次经过牡蛎壳的预处理-高温煅烧-超微破碎，有机废弃物的预处理-破碎-酶解-微波干燥，最后将牡蛎壳和干燥有机肥按照合适比例复配成为营养丰富、肥力高、易吸收、无虫害烂根危害具有调酸补钙的复配新型肥料。

2.本发明在牡蛎壳进行高温煅烧、破碎后，得到的牡蛎壳粉有2-10微米的蜂窝状孔径结构，含有钙、镁、锌、铜、锰等多种微量元素，可以起到蓄肥缓释的作用，微量元素能促进植物生长，改良土壤酸度，改善植株及果实品质等。

3.本发明在酶解后得到的液体有机废弃物，可以通过调节补充尿素、磷酸二铵、硫酸钾等化肥制备出的是营养丰富的液体有机肥。

4.本发明中将复合酶添加在有机废弃物中，使得有机废弃物中的残渣、油脂、纤维素等物质分解为寡糖、甘油三酯、氨基酸等小分子物质，易于植物根系的吸收。

5.通过本发明制备的牡蛎壳粉复配有机肥，经过酶解后，有机质完全分解，无残留，工艺过程绿色环保，实现了资源的高值化利用，解决了有机物、牡蛎壳所带来的环境污染问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1是本发明一个实施例1提供的工艺流程图；

图2是本发明一个实施例3提供的荔枝果实对照图；

图3是本发明一个实施例4提供的黄地脐橙田间实验结果图；

图4是本发明一个实施例4提供的黄地脐橙营养物质的检测结果图；

图5是本发明一个实施例4提供的黄地脐橙对照组的烂果图；

图6是本发明一个实施例4提供的黄地脐橙对照组的裂果图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面的实施例中，如未明确说明，“％”均指重量百分比。

实施例1

制备有机肥，参考图1，步骤如下：

(1)牡蛎壳预处理：废弃牡蛎壳为牡蛎取出肉体后的壳体，将15Kg废弃牡蛎壳进行冲洗、晾干，再经行800℃高温煅烧30min，得13.15Kg煅烧牡蛎壳，得率为87.6％，之后进行超微破碎制备成牡蛎壳粉，超微破碎后的牡蛎壳粒径为 10～25微米，得率为100％。

(2)有机废弃物前处理：有机废弃物由厨余垃圾、绿化垃圾、水产品加工废弃物组成，厨余垃圾、水产品加工废弃物的水分含量普遍为50％～100％，与之相比较，绿化垃圾含水量则较少。在投料过程中，将有机废弃物进行分类，除去混杂再里面的无机物，例如石头、动物骨骼残骸、铁丝等无法破碎的物质。无需调整含水量。投放量为15Kg，之后进行机械破碎，得到有机残渣、残留汁液、油层等的固、液混合物，得率为98％。

(3)复合酶全降解过程：该阶段投放脂肪酶0.09g，蛋白水解酶0.22g，纤维素酶0.03g。初始温度55℃，酶解时间2小时，酶解pH 8，即得液体有机肥，得率为100％。

(4)混合物干燥：将制备的14.7Kg液体有机肥进行微波干燥，微波干燥条件为：真空干燥器的真空度为30kPa。先用350MHz的微波加热7min，在用550MHz的微波加热5min，最后用850MHz的微波加热3min。制备出12.64Kg，得率为86.1％，所得物质为轻微用力可捏碎的粉末状有机肥。

(5)复配包装：将制备的牡蛎壳与粉状有机肥进行1：1质量比比例复配，总重量为25Kg，包装材料为邻苯基苯酚，得到肥料成品。

实施例2

采用实施例1制备的液体有机肥，在常压条件下以550MHz的微波加热15 min，经过测定发现水分残余含量为25wt％。

随后，开始优化干燥条件。重新取实施例1制备的液体有机肥，在真空条件下，真空度为30kPa，以550MHz的微波加热15min，发现该条件下的水分剩余含量为20wt％，虽然水分减少，但是发现物料有轻微的烧焦，说明物料干燥时间过长。故继续优化条件。

重新取实施例1制备的液体有机肥，继续探索，发现在真空度为30kPa，以550MHz的微波条件加热5min，该水分含量为20wt％左右，但是随着时间的延长并水分含量没有较少。

重新取实施例1制备的液体有机肥，继续探索，在真空度为30kPa时，先用350MHz的微波加热7min，发现该条件下的水分含量约35wt％左右，物料呈现较为湿润粘稠的触感，继续加热，在经过550MHz的微波条件加热5min，该物料的水分含量减少至15wt％，将其继续放在靠近食品微波干燥条件的850 MHz的微波加热3min时，该水分含量降低至10wt％以下，该条件下物料干燥均匀细致，并未发现表面烧焦，水分含量也适于长期保存。

实施例3

运用实施例1制备的肥料成品，将牡蛎壳粉有机肥施用在南岛无核荔枝的种植过程中，验证效果。

实验施肥时间为2020年3月11日。

试验地：该荔枝基地地处集美区后溪镇二农社区，地理坐标为北纬24°39′ 7″，东经118°1′17″；海拔高度为46米，属南亚热带海洋性气候，光热充足，年平均气温21℃左右，绝对最高气温40℃，年平均降雨量1100毫米左右。

果树处理方式为：对照组施加基础化肥，实验组和对照组保持一致，除此之外，还施用10kg牡蛎壳粉有机肥，各处理面积为5m²。

施肥方式是以树干的滴水线为半圆，均匀撒施，之后再滴水线外缘挖一条深30cm的小沟，较少复合肥的损耗。

采收时间为2020年7月11日。采收同一高度、大小相仿、颜色和成熟度一致的荔枝果实测定果实的糖酸比、固酸比。

测定方法：可溶性固形物和可滴定酸采用ATAGO-水果糖酸比一体机进行测定。可溶性糖含量参考曹健康的《果蔬采后生理生化实验指导》蒽酮试剂法。

结果如表1所示，表1的田间实验结果显示，本发明所述的牡蛎壳粉有机肥，可以显著提高南岛无核荔枝的果实单果重，增加可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、固酸比，可以有效的提升荔枝的风味品质。图2为对照组和实验组的果实对比图，可以看到实验组果实体积更大，表皮红色更深。

表1牡蛎壳粉有机肥用在南岛无核荔枝的田间实验结果表

实施例4

运用实施例1制备的肥料成品，将牡蛎壳粉有机肥施用在黄地脐橙的种植过程中，验证效果。

实验施肥时间为2020年3月15日。

试验地：该脐橙基地位于集美区后溪镇黄地村，地理坐标为北纬24°74′ 3″，东经117°9′87″；平均海拔高度为400米，属南亚热带海洋性气候，光热充足，年平均气温20℃左右，绝对最高气温35℃，年平均降雨量1100毫米左右。

果树处理方式为：对照组施加基础化肥，实验组和对照组保持一致，除此之外，还施用10kg牡蛎壳粉有机肥，处理面积为50m²，施肥方式是以树干的滴水线为半圆，均匀撒施。

采收时间为2020年12月2日。采收后测定果实的相关指标，测定方法和指标如下所示；

果实对比指标采用计数法。

可溶性固形物和可滴定酸采用ATAGO-水果糖酸比一体机进行测定，可溶性糖可溶性糖含量参考曹健康的《果蔬采后生理生化实验指导》蒽酮试剂法。

水分含量采用MA35水分含量测定仪进行测定，出汁率采用榨汁法，维生素C含量测定参考《果蔬采后生理生化实验指导》中分光光度计法。

测定指标结果如图3、4所示。其中，从图3可以看出，本发明所述的牡蛎壳粉有机肥，可以显著提高黄地脐橙的果实产量，减少黑斑果、裂果、烂果的数量，果实产量增加16％。从图4可以看出，本发明所述的牡蛎壳粉有机肥，可以显著提高黄地脐橙的果实品质，果实的可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、维生素C、出汁率、水分等的含量液均有增加。

图5为对照组和实验组的果实对比图，可以看到，实验组的果实更大，颜色更加鲜亮。图6为对照组出现的烂果和裂果情况，实验组中烂果个数比例为 2.5％，相较于对照组的9.2％显著降低了6.7％。裂果是脐橙种植存在的另一个主要问题，在实验中，对照组的裂果率为7.2％(个数比例)，实验组的裂果率为 4.0％(个数比例)，添加制备的复合肥之后，裂果情况明显得到改善，说明本发明所述的牡蛎壳粉有机肥，显著改善了脐橙的裂果、烂果问题，有效提升了果实产量。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种生物酶法全降解有机废弃物的方法，其特征在于：包括：

牡蛎壳预处理：将废弃牡蛎壳进行冲洗、干燥，再经行煅烧，之后进行超微破碎制备成牡蛎壳粉；

有机废弃物前处理：在投料过程中，将有机废弃物进行分类，除去混杂在里面的无机物，之后进行机械破碎，得到有机混合物；

复合酶全降解过程：在所述有机混合物中添加复合酶制剂，经发酵得到液体有机肥；

混合物干燥：将制备的液体有机肥进行微波干燥，得到脆性固体，轻压即得到粉状有机肥；

复配包装：将制备的牡蛎壳与粉状有机肥进行复配，得到成品。

2.根据权利要求1所述生物酶法全降解有机废弃物的方法，其特征在于：所述牡蛎壳预处理中，煅烧温度为600℃～800℃，煅烧时间为20-40min，煅烧使得牡蛎壳中出现2～10微米的蜂窝状孔洞；

任选的，超微破碎后的牡蛎壳粒径为10～25微米。

3.根据权利要求1所述生物酶法全降解有机废弃物的方法，其特征在于：所述有机废弃物前处理中，所述有机废弃物由厨余垃圾、绿化垃圾、水产品加工废弃物中至少一种组成。

4.根据权利要求1所述生物酶法全降解有机废弃物的方法，其特征在于：所述有机废弃物前处理中，投料过程中对于有机废弃物的含水量没有要求，不需要调整物料含水量；不需要对有机废弃物进行固液分离，或者油水分离，仅仅去掉无机物。

5.根据权利要求4所述生物酶法全降解有机废弃物的方法，其特征在于：所述复合酶全降解过程，采用的复合酶制剂为脂肪酶、蛋白水解酶、纤维素酶的混合物，相对于所述有机混合物的质量比例为，脂肪酶：蛋白水解酶：纤维素酶＝0.3-0.4％：0.7-0.8％：0.1-0.2％，酶解时间：1-3小时，酶解温度：45℃～55℃，酶解pH为7.0～9.0，有机废弃物全部降解，获得液体有机肥。

6.根据权利要求5所述生物酶法全降解有机废弃物的方法，其特征在于：所述复合酶全降解过程，不需要翻肥操作，直接进行酶解反应，反应结束获得液体有机肥；

任选的，所述液体有机肥加入化肥，从而获得营养丰富的液体有机肥。

7.根据权利要求1-6任一项所述生物酶法全降解有机废弃物的方法，其特征在于：所述混合物干燥中，微波干燥条件为：真空干燥器的真空度为20-40kPa，先用300-400MHz的微波加热5-8min，再用500-600MHz的微波加热4-6min，最后用800-900MHz的微波加热1-5min，得到脆性固体。

8.运用权利要求1-7任一项所述生物酶法全降解有机废弃物的方法，制备得到的牡蛎壳粉有机肥，其特征在于：所述牡蛎壳粉有机肥中有机质完全分解，无残留。

9.权利要求8所述牡蛎壳粉有机肥在水果种植中的用途。

10.根据权利要求9所述牡蛎壳粉有机肥在水果种植中的用途，其特征在于：所述牡蛎壳粉提高荔枝的果实单果重，增加可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比和固酸比，提升荔枝的风味品质；或者所述牡蛎壳粉提高黄地脐橙的果实产量，减少黑斑果、裂果、烂果的数量，提高果实的可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比、维生素C、出汁率和水分含量，提高黄地脐橙的果实品质。

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