CN113831177A - 用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备、应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及厨余垃圾处理领域，公开了一种用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备、应用方法，先利用溶菌酶消除厨余垃圾中的大部分微生物，再添加富含微生物的腐殖质，调整微生物结构，改变有机质降解转化途径；经过初级堆肥使厨余垃圾含水率降低，有机质减少，遏制其腐败变质，延长保存时间，再经次级静堆使其达到腐熟状态，得到有机肥。

Description

用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备、应用方法
技术领域
本发明涉及厨余垃圾处理领域，具体涉及一种用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备、应用方法。
背景技术
厨余垃圾主要是指以家庭为单位产生的垃圾，具有量少、分散、油盐含量低、 有机质含量高的特点，具有较大的经济附加价值。目前处理厨余垃圾的方法包括填 埋、焚烧、厌氧发酵、堆肥，其中堆肥处理厨余垃圾是一种简便、高效、资源化利 用率高的方式。
高温好氧堆肥是利用微生物降解有机质转化为小分子物质，合成新的细胞物质，得到一类常温下理化性质稳定、颗粒粒径小、微生物结构稳定、有机质含量较多的 非均质深褐色混合物。高温好氧堆肥存在堆肥周期长、能耗大、堆肥初期腐败微生 物活性不强、优势菌群不明显等缺点，且堆肥过程中伴随着氨、硫化氢、甲硫醇等 挥发性恶臭物质生成，污染环境，降低堆肥产物营养价值。
额外添加微生物能有效解决堆肥初期微生物活性差的问题，但是微生物的筛选、分离、纯化、保藏工艺比较复杂，对操作和操作环境要求严格，还存在新加入的微 生物对堆肥条件不适应等问题。同时，堆肥反应是多种微生物共同作用的结果，单 一或几种优势菌种的加入可能对堆肥有益效果不明显，而复合菌种因性质的差异， 对环境因素要求的不同，保藏更加困难。现有技术没有较好的方法改善这个问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备、应用方法，先利用溶菌酶消除厨余垃圾中的大部分微生物，再添加富含微生物的腐 殖质，调整微生物结构，改变有机质降解转化途径；经过初级堆肥使厨余垃圾含水 率降低，有机质减少，遏制其腐败变质，延长保存时间，再经次级静堆使其达到腐 熟状态，得到有机肥。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备方法，包括以下步骤
步骤A1：将上一周期堆肥后期得到的腐殖质在40℃处理2h～5h后取出，冷却至 室温；所述腐殖质经过干燥处理后含水率降低，微生物活性减弱，部分微生物进入 休眠状态，有机质利用率降低，有利于长时间保存；
步骤A2：将腐殖质用水稀释至含水率为50％～60％后，加入重金属钝化剂，重金属钝化剂与未加水腐殖质的质量比为1:(400～1000)，混合均匀，得到腐殖质处理 物；腐殖质用40℃～50℃的温水稀释，使腐殖质含水率与初级堆肥物料相近，微生 物在适宜的环境中活性逐渐恢复。
具体地，步骤一中的腐殖质是由上一周期后腐熟阶段、堆体温度为35℃～40℃、含水率为20％～25％的物质截留的，含有丰富微生物群落和有机质。
具体地，所述重金属钝化剂为石灰石、贝壳中的任意一种；优选石灰石，重金 属钝化剂的作用机制是：石灰石经过800℃～1000℃的高温煅烧及粉碎，得到较高含 量的氧化钙以及较大的比表面积，能够有效钝化和吸附腐殖质中的重金属，改变重 金属的形态，降低其生物活性，避免重金属富集对后续工艺造成影响。
一种用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的应用方法，将腐殖质处理物用于厨余垃圾的初级堆肥，包括以下步骤：
步骤B1：厨余垃圾经过预处理后与秸秆、溶菌酶制剂混合，得到预处理产物， 搅拌2h～4h，调节含水率为50％～70％，碳氮比为25:1～35:1；
进一步地，上述秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆中的一种；优选油菜 秸秆，油菜秸秆含水率低，容重小，体积大，少量与厨余垃圾混合即可调节含水率、 碳氮比，垃圾间孔隙增大，避免物料压实导致局部进行厌氧反应；
具体地，所述溶菌酶制剂为溶菌酶、甘氨酸的混合溶液；将溶菌酶和甘氨酸溶 于缓冲溶液中，搅拌至无沉淀残留，得到所述的溶菌酶制剂；
其中，所述溶菌酶浓度为1.0～5.0g/L，酶活性大于105U/g的市售蛋清溶菌酶； 所述甘氨酸浓度为2.0～10.0g/L；所述缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液，浓度 为0.02g/L，pH为6.0～7.0；溶菌酶制剂与厨余垃圾的质量比为1:(600～1200)。
步骤B2：向预处理产物中加入弱碱性物质、表面活性剂，搅拌均匀，得到堆肥 原料；
具体地，所述弱碱性物质包括氢氧化铜、氢氧化镁、氢氧化铜中的一种，当弱 碱性物质选用氢氧化铜时，氢氧化铜与溶菌酶的质量比为1:(10～25)，二价铜离 子在碱性环境中对溶菌酶的活性有强烈的抑制作用，同时弱碱性物质改善堆肥环境 的pH，减少恶臭物质的挥发；
所述表面活化剂包括硬脂酸、十二烷基硫酸钠中的一种；当表面活化剂选用硬 脂酸时，硬脂酸与溶菌酶的质量比为1:(1～50)，优选的硬脂酸与溶菌酶的质量比 为1:(1～10)；
其中，硬脂酸是阴离子型表面活化剂，无毒，通过静电作用与溶菌酶分子作用， 改变溶菌酶的构象，减少溶菌酶对后续加入的腐殖质中微生物性质的影响，此外， 表面活化剂良好的分散作用和乳化性，能为堆肥过程中微生物的生长提供良好的附 着点，有利于微生物的生长。
步骤B3：堆肥原料与腐殖质处理物混合后进入初级堆肥反应仓；堆肥4天～8天，每1天～2天翻堆一次，自然通风，得到干化料，即初级堆肥产物；
具体地，所述腐殖质处理物与堆肥原料的质量比为1:(50～200)；所述干化料 的含水率为40％～50％，碳氮比为18:1～25:1，减重30％～35％，性质稳定，可长时间保 存。
本发明中腐殖质选择微生物生命力旺盛、群落丰富的后腐熟阶段，微生物主要 包括芽孢杆菌属(Lactobacillus sp.)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter sp.)、魏 斯氏菌属(Weissella sp.)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus sp.)等，腐殖质活 化后与堆肥原料混合，能快速适应堆肥环境，短时间内起温，将堆肥原料中的有机 质转化为小分子物质和热量，微生物利用小分子有机物和热量快速增殖，形成良性 循环，有机质短时间内大量降解，水分降低。
腐殖质经过脱水处理后水分含量降低，微生物活性受到抑制，不再进行有机质 分解，腐殖质中的微生物、有机质等成分得以保存。
本发明中溶菌酶将厨余垃圾原料中的大部分微生物溶解，减少微生物对厨余垃圾的不良降解，降低恶臭物质的产生和有机质的浪费，保留更多营养成分在堆体中。 溶菌酶主要作用于革兰氏菌的肽聚糖层，革兰氏阳性菌(G+)的肽聚糖层在菌体表 面，溶菌酶能直接破坏肽聚糖层使G+死亡；而革兰氏阴性菌(G-)在最外层有脂多 糖层，甘氨酸良好的渗透作用协助溶菌酶到达肽聚糖层，破坏肽聚糖层的稳定性使 G-死亡。
溶菌酶与厨余垃圾混合一段时间后，加入的金属离子、表面活性剂会强烈抑制 溶菌酶的活性，溶菌酶对后续加入的腐殖质中微生物的活性影响可忽略不计；随着 堆肥反应的进行，堆体温度升高、pH值增大，溶菌酶失活。
具体地，在完成步骤B1、B2、B3的初级堆肥后进行次级堆肥，包括以下步骤：
步骤C1：将干化料与锯末、水混合，并调节混合物的含水率为45％～60％、碳氮 比为25:1～30:1，得到次级堆肥物料；
步骤C2：次级堆肥物料与除臭剂混合，放置于反应仓中静置堆肥15天～20天， 得到有机肥。
具体地，步骤C1中锯末的含水率为15％～18％、碳氮比为300:1～350:1；所述干化料与锯末混合后，再加水调节含水率，水由固液分离得到的废水、堆肥产生的渗 滤液、生活用水组成。
具体地，所述除臭剂包括膨润土、沸石、活性炭任意一种，优选膨润土，膨润 土与干化料的质量比为1:(500～800)；次级堆肥产物在静置堆肥时，温度维持在 35℃～40℃。
本发明中次级堆肥以初级堆肥产物为主料，添加调理剂和水调节堆肥参数，采 用静堆的方式完成厨余垃圾的腐熟。通过添加微生物改变垃圾中微生物的群落结构， 优势菌群大量增殖，有效转变有机质降解方向，减少恶臭物质的生成，在除臭剂的 双重作用下，臭气的排放可忽略；废水通过回喷装置实现重复利用，减少废水排放 造成的环境污染和资源浪费。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
(1)本发明采用两次堆肥的方法有效提高发酵塔的利用率，提高厨余垃圾处理 效率；厨余垃圾经过初级堆肥后得到含水率较低、基本无臭的干化料，延长了厨余 垃圾的存放时间，扩宽了厨余垃圾的应用方向，厨余垃圾中因含有较多的水而热值 低，不适于直接焚烧或填埋，经过初级堆肥后含水率降低，热值超过3000kJ/kg， 达到焚烧的限值，可用于焚烧发电。
(2)本发明中通过添加腐殖质提供堆肥所需的微生物，微生物群落结构稳定， 多是嗜温型微生物，快速适应堆肥环境，活性强，快速分解有机质，转化为小分子 物质；不需要纯化、分离、保藏，操作简单，微生物种类多，适应能力强，多是本 源微生物。
(3)堆肥产生的渗滤液通过回喷装置，作用于腐殖质的稀释活化，在堆肥过程 中无渗滤液排出，实现物料循环利用，方法简单，效果明显，经济效益好。
(4)本发明经由二次堆肥使厨余垃圾完全腐熟，得到有机质含量高、营养丰富、 微生物菌群多样的有机肥，经过测定符合国标NY/T 525-2021。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施方式作详细的说明。
实施例1
厨余垃圾经过预处理后与油菜秸秆、溶菌酶制剂混合，搅拌3h，调节含水率为70％，碳氮比为30:1，再加入氢氧化铜、硬脂酸，充分混匀，得到堆肥原料；将活 化后的腐殖质处理物与堆肥原料按照质量比1:50混合进入初级堆肥反应仓；堆肥4 天，每1天翻堆一次，自然通风，得到含水率在50％，碳氮比在25:1的干化料；
将干化料与锯末、水混合，调节含水率在60％，碳氮比在30:1，得到次级堆肥 物料；次级堆肥物料与除臭剂混合，放置于反应仓中静置堆肥15天，得到有机肥。
上述的溶菌酶制剂包括浓度为2.0g/L蛋清溶菌酶、浓度为2.0g/L甘氨酸、浓 度为0.02g/L，pH为6.5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液；溶菌酶制剂与厨余垃圾的质 量比为1:600；
上述的氢氧化铜与溶菌酶的质量比为1:10；硬脂酸与溶菌酶的质量比为1:2；
腐殖质用温水稀释至含水率为50％，加入石灰石，石灰石与干腐殖质的质量比为1:400；
上述的除臭剂优选膨润土，与干化料的质量比为1:500。
实施例2
厨余垃圾经过预处理后与油菜秸秆、溶菌酶制剂混合，搅拌3h，调节含水率为70％，碳氮比为30:1，再加入氢氧化铜、硬脂酸，充分混匀，得到堆肥原料；将活 化后的腐殖质处理物与堆肥原料按照质量比1:100混合进入初级堆肥反应仓；堆肥 4天，每1天翻堆一次，自然通风，得到含水率在50％，碳氮比在25:1的干化料。
将干化料与锯末、水混合，调节含水率在60％，碳氮比在30:1，得到次级堆肥 物料；次级堆肥物料与除臭剂混合，放置于反应仓中静置堆肥18天，得到有机肥。
上述的溶菌酶制剂包括浓度为3.0g/L蛋清溶菌酶、浓度为6.0g/L甘氨酸、浓 度为0.02g/L，pH为6.5缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液；溶菌酶制剂与厨余 垃圾的质量比为1:80。
上述的氢氧化铜与溶菌酶的质量比为1:18；硬脂酸与溶菌酶的质量比为1:5。
上述的腐殖质用温水稀释至含水率为50％，加入石灰石，石灰石与干腐殖质的质量比为1:600。
上述的除臭剂优选膨润土，与干化料的质量比为1:600。
实施例3
厨余垃圾经过预处理后与油菜秸秆、溶菌酶制剂混合，搅拌3h，调节含水率为70％，碳氮比为30:1，再加入氢氧化铜、硬脂酸，充分混匀，得到堆肥原料；将活 化后的腐殖质处理物与堆肥原料按照质量比1:100混合进入初级堆肥反应仓；堆肥 8天，每2天翻堆一次，自然通风，得到含水率在30％，碳氮比在18:1的干化料。
将干化料与锯末、水混合，调节含水率在60％，碳氮比在30:1，得到次级堆肥 物料；次级堆肥物料与除臭剂混合，放置于反应仓中静置堆肥20天，得到有机肥。
上述的溶菌酶制剂包括浓度为5.0g/L蛋清溶菌酶、浓度为10.0g/L甘氨酸、浓 度为0.02g/L，pH为6.5缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液；溶菌酶制剂与厨余 垃圾的质量比为1:1000。
上述的氢氧化铜与溶菌酶的质量比为1:22；硬脂酸与溶菌酶的质量比为1:8。
上述的腐殖质用温水稀释至含水率为50％，加入石灰石，石灰石与干腐殖质的质量比为1:400。
上述的除臭剂优选膨润土，与干化料的质量比为1:500。
结果分析：
经过对实施例1～3中厨余垃圾二次堆肥制备的有机肥进行检测，得到结果如表1所示，各项指标均符合国家标准，有机质含量高，营养价值丰富，重金属含量在指 标范围内，当做肥料施用于土壤中，可丰富土壤中N、P、K等营养元素，肥效时间 长，调节土壤性状，在作物不减产的情况代替化肥使用。
Figure BDA0003206956700000061
Figure BDA0003206956700000071
表1-厨余垃圾二次堆肥制备的有机肥技术指标检测
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且 在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。 因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发 明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要 件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式 仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技 术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形 成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备方法，包括以下步骤：
步骤A1：将上一周期堆肥后期得到的腐殖质在40℃处理2h～5h后取出，冷却至室温；
步骤A2：将腐殖质用水稀释至含水率为50％～60％后，加入重金属钝化剂，重金属钝化剂与未加水腐殖质的质量比为1:(400～1000)，混合均匀，得到腐殖质处理物。
2.根据权利要求1所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备方法，其特征在于：步骤一中的腐殖质是由上一周期后腐熟阶段、堆体温度为35℃～40℃、含水率为20％～25％的物质截留的。
3.根据权利要求1所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的制备方法，其特征在于：所述重金属钝化剂包括石灰石、贝壳中的任意一种。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的应用方法，将腐殖质处理物用于厨余垃圾的初级堆肥，包括以下步骤：
步骤B1：厨余垃圾经过预处理后与秸秆、溶菌酶制剂混合，得到预处理产物，搅拌2h～4h，调节含水率为50％～70％，碳氮比为25:1～35:1；
步骤B2：向预处理产物中加入弱碱性物质、表面活性剂，搅拌均匀，得到堆肥原料；
步骤B3：堆肥原料与腐殖质处理物混合后进入初级堆肥反应仓；堆肥4天～8天，每1天～2天翻堆一次，自然通风，得到干化料。
5.根据权利要求4所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的应用方法，其特征在于：所述溶菌酶制剂为溶菌酶、甘氨酸的混合溶液；将溶菌酶和甘氨酸溶于缓冲溶液中，搅拌至无沉淀残留，得到所述的溶菌酶制剂；
其中，所述溶菌酶浓度为1.0～5.0g/L，酶活性大于105U/g的市售蛋清溶菌酶；所述甘氨酸浓度为2.0～10.0g/L；所述缓冲溶液为柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液，浓度为0.02g/L，pH为6.0～7.0；溶菌酶制剂与厨余垃圾的质量比为1:(600～1200)。
6.根据权利要求4所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的应用方法，其特征在于：所述弱碱性物质包括氢氧化铜、氢氧化镁、氢氧化铜中的一种，当弱碱性物质选用氢氧化铜时，氢氧化铜与溶菌酶的质量比为1:(10～25)；所述表面活化剂为硬脂酸、十二烷基硫酸钠中一种；当表面活化剂选用硬脂酸时，硬脂酸与溶菌酶的质量比为1:(1～50)，优选的硬脂酸与溶菌酶的质量比为1:(1～10)。
7.根据权利要求4所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的应用方法，其特征在于：所述腐殖质处理物与堆肥原料的质量比为1:(50～200)；所述干化料的含水率为40％～50％，碳氮比为18:1～25:1。
8.根据权利要求4-7中任一项所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的应用方法，其特征在于：在完成步骤B1、B2、B3的初级堆肥后进行次级堆肥，包括以下步骤：
步骤C1：将干化料与锯末、水混合，并调节混合物的含水率为45％～60％、碳氮比为25:1～30:1，得到次级堆肥物料；
步骤C2：次级堆肥物料与除臭剂混合，放置于反应仓中静置堆肥15天～20天，得到有机肥。
9.根据权利要求8所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的应用方法，其特征在于：步骤C1中锯末的含水率为15％～18％、碳氮比为300:1～350:1；所述干化料与锯末混合后，再加水调节含水率，水由固液分离得到的废水、堆肥产生的渗滤液、生活用水组成。
10.根据权利要求8所述用于厨余垃圾二次堆肥的腐殖质的应用方法，其特征在于：所述除臭剂包括膨润土、沸石、活性炭任意一种，当除臭剂选用膨润土时，与干化料的质量比为1:(500～800)；次级堆肥产物在静置堆肥时，温度维持在35℃～40℃。
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