CN102826878B - 一种将厨余垃圾转化成肥料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种将厨余垃圾转化成肥料的方法。本发明的将厨余垃圾转化成肥料的方法，包括如下步骤：将禽畜粪便、作物秸秆和厨余垃圾混合，得到混合物；将所述混合物进行发酵，得到肥料。本发明在以猪粪和秸秆作为堆肥主料的基础上，加入合适比例的厨余垃圾，解决了其单独堆肥通风不畅、升温较慢和产生大量渗滤液等问题。发酵罐堆肥试验表明，秸秆、猪粪堆肥中添加厨余垃圾可以加速堆肥的温度上升速度，同时可以大幅度减少渗滤液产生；添加各比例厨余垃圾堆肥产品发芽率指数均大于80％，且堆肥产品均达到腐熟度标准要求。从温度、渗滤液、腐熟度和臭气排放方面综合考虑，厨余垃圾添加比例控制在30％～60％为宜。此外能够有效减少生活垃圾清运量，节约资源，控制恶臭气体的产生，实现节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及一种将厨余垃圾转化成肥料的方法。
背景技术
厨余垃圾是来源于居民生活过程中的废弃物。近年来，随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，厨余垃圾的产生量不断增加，带来的环境污染问题日益加剧，如何有效处理厨余垃圾已成为国内外必须面对的重大环境难题。
目前国内外比较成熟的厨余垃圾处理技术主要有以下几个方法：1、填埋。填埋可以实现垃圾的减量化，但厨余垃圾主要以碳水化合物及菜叶、果皮为主，含水率高，填埋易产生大量渗滤液，严重污染地下水；2、焚烧。焚烧也是去除垃圾的有效方法之一，但是厨余垃圾中有机物和水分含量高，焚烧热值低，污染大气；3、厌氧发酵。该法处理厨余垃圾仍是一项新技术，在有机物去除率和甲烷产率方面尚需要很多改进；4、好氧堆肥技术。与前三者相比，该方法在有效实现厨余垃圾的无害化、减量化、资源化方面占据优势。但由于厨余垃圾本身含水高，加上有机物分解产生的水分充满堆体，导致堆肥过程中升温慢，产生大量的渗滤液，恶臭污染严重，大大制约了堆肥的处理进程。
发明内容
本发明的目的是提供一种将厨余垃圾转化成肥料的方法。
本发明所提供的将厨余垃圾转化成肥料的方法，包括如下步骤：将禽畜粪便、作物秸秆和厨余垃圾混合，得到混合物；将所述混合物进行发酵，得到肥料。
上述方法中，所述混合物的CN比为20∶1～30∶1或25∶1～30∶1或25∶1～29∶1。
上述方法中，所述混合物的含水率为60％～75％(质量百分含量)或60％～70％(质量百分含量)。
上述任一所述方法中，所述混合物中，所述厨余垃圾占所述混合物的质量百分比为0％-100％，具体为20％-70％，再具体为30％-60％或40％-60％，且不为0％和100％。
上述任一所述方法中，所述混合物中禽畜粪便和作物秸秆的质量比为3.3∶1。
上述任一所述方法中，所述厨余垃圾的CN比为18-25，具体为21.72；所述厨余垃圾的含水率为75％-85％，具体为75.2％；
上述任一所述方法中，所述禽畜粪便的CN比为10-15，具体为12.34；所述禽畜粪便的含水率为65％-75％，具体为71.2％；
上述任一所述方法中，所述作物秸秆的CN比为50-60，具体为59.70；所述作物秸秆的含水率为6％-10％，具体为8.30％。
上述任一所述方法中，所述混合物的初始温度为26℃-33℃。
上述任一所述方法中，所述发酵为好氧发酵；所述好氧发酵是通过向发酵容器内通风实现的；所述通风的方式为通风半小时再暂停半小时的间歇式，所述通风量为0.06m3·min-1·m-3。
上述任一所述方法中，所述发酵的时间为28天；所述禽畜粪便为猪粪或牛粪；所述作物秸秆为玉米秸秆或小麦秸秆。
由上述任一所述方法得到的肥料也属于本发明的保护范围。
所述肥料的发芽率指数大于80％，所述肥料的电导率在4.00mS·cm-1以下，所述肥料的E4/E6介于3.0-6.0之间，所述肥料的WSC低于4.00g/kg，所述肥料的C/N为10.5-13.5。
厨余垃圾是来源于居民生活过程中的废弃物。从来源上看，与农业生产过程中作物生产、蔬菜生产、果类生产等产生的农业废弃物具有同源性；此外厨余垃圾的干燥物中含有的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维及其它矿物质等组分与秸秆、畜禽粪便等农村废弃物中含有的组分极为相似。秸秆作为堆肥常用的原料，可有效地吸附水分，减少渗滤液的产生；畜禽粪便所含有机质成分简单，容易被微生物利用，有利于堆肥过程中温度的上升。两者可以有效地解决厨余垃圾单独堆肥面临的难题。但目前国内外很多研究通过添加合适的蓬松剂来解决厨余垃圾易粘结、含水高以及供氧效率低等问题。
本发明在以猪粪和秸秆作为堆肥主料的基础上，加入合适比例的厨余垃圾，解决了其单独堆肥通风不畅、升温较慢和产生大量渗滤液等问题。发酵罐堆肥试验表明，秸秆、猪粪堆肥中添加厨余垃圾可以加速堆肥的温度上升速度，同时可以大幅度减少渗滤液产生；添加各比例厨余垃圾堆肥产品发芽率指数均大于80％，且堆肥产品均达到腐熟度标准要求。从温度、渗滤液、腐熟度和臭气排放方面综合考虑，厨余垃圾添加比例控制在30％～60％为宜。
本发明操作简单、易行，不仅加速堆肥升温速率，减少了渗滤液的产生，而且堆肥产品能带来可观的经济效益。更为重要的是，本发明在有效减少生活垃圾清运量，节约资源，控制恶臭气体的产生以实现节能减排等方面具有重大的实践意义和价值。
附图说明
图1为不同处理在好氧堆肥过程中温度和渗滤液产生量的变化。
图2为不同处理在好氧堆肥过程中EC和E4/E6的变化。
图3为不同处理在好氧堆肥过程中WSC和C/N的变化。
图4为不同处理在好氧堆肥过程中GI的变化。
图5为不同处理在好氧堆肥过程中NH3质量分数和硫化物释放量的变化。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中的厨余垃圾来自海淀区上庄镇白水洼村垃圾转运站，由生活垃圾进行大类粗分后选取厨余垃圾。
下述实施例中各种参数的检测方法如下：
堆肥的温度：由温度自动监控系统测得，每半小时自动记录一次发酵罐内温度值。
渗滤液的量：每天定时导出渗滤液，并称重。
发芽率指数(GI)：将样品按1g∶10mL水浸提过滤(即浸泡后取滤液)，取5mL浸提液加入直径为9cm且铺有滤纸的培养皿内，点播20粒饱满的水萝卜种子，放置20℃培养箱中培养，第48小时测种子发芽率指数GI，每个处理重复3次，对照为蒸馏水。GI(％)＝(处理浸提液培养种子发芽率×根长)/(对照种子发芽率×根长)×100％。
电导率：将样品按1g∶10mL水浸提过滤，用DDS-11A型电导测定仪测定滤液EC值(mS·cm-1)。
E4/E6：将样品按1g∶10mL水浸提过滤，用722型可见分光光度计于465nm和665nm处分别测定吸光度值并取两者之比。
WSC：用重铬酸钾氧化法测定水溶性碳(WSC)。
C/N：将样品彻底风干后，用植物粉碎机粉碎并过0.149mm筛，采用重铬酸钾容量法-外加热法测定总有机碳(TOC)，采用凯氏定氮法测定总氮(TN)，C/N为总有机碳质量/总氮质量。
NH3的排放量：利用大气采样器(KB-6A型)，采集发酵罐内堆体扩散气体，用4％硼酸吸收氨气，以甲基红溴甲酚绿作为指示剂，硫酸滴定吸收氨气后的硼酸溶液，利用消耗硫酸的体积，计算单位重量物料的氨气释放量(氨气排放质量占发酵罐中物料质量的百分数)。
甲硫醚的释放量：利用气体取样器抽取发酵罐顶部的气体，测定其中甲硫醚和硫化氢的含量。利用气相色谱HP6890采用外标法测定，检测器为FPD(火焰光度检测器)，chromsorb-G(60-80目)担体上涂渍25％β，β-氧二丙腈的硬质玻璃柱3m×Φ3mm；检测器温度为200℃，进样口温度为150℃；柱箱温度为70℃；氮气(载气)流量为70ml/min，氢气(燃气)流量为140ml/min，空气流量为50ml/min，均为北温气体厂制备，纯度达99.9％。
硫化氢的释放量：与甲硫醚检测方法相同。
上述参数中，温度、发芽率指数、电导率、E4/E6总体、WSC和C/N表示肥料的腐熟度；NH3的排放、硫化物(包括甲硫醚和硫化氢)的排放表示堆肥过程中臭气排放。
实施例1、
一、堆肥方法
将禽畜粪便、作物秸秆和厨余垃圾混合，得到原料；将所述原料置于具有温度和通风全自动控制和温度自动采集功能的发酵罐(80L)中，进行强制通风条件下密闭静态高温发酵罐试验。
共设8个处理。每个处理的条件如表1所示。
表1、各个处理的条件
上述通风量，是指每分钟内向每升发酵罐中通入0.06L空气。
二、各种指标的检测结果
从堆肥的温度上升速度、渗滤液的量、腐熟度和臭气物质等方面论证厨余垃圾与秸秆畜禽粪便同时堆肥的可行性，并确定添加厨余垃圾的最佳物料配比。
各种参数的检测结果如表2-10和图1-5所示。
表2、腐熟度指标——温度变化(℃)
| 处理1 | 处理2 | 处理3 | 处理4 | 处理5 | 处理6 | 处理7 | 处理8 | |
| 0天 | 26.06 | 26.62 | 28.19 | 27.38 | 27.25 | 32.25 | 28.00 | 27.15 |
| 4天 | 59.35 | 61.90 | 61.00 | 64.73 | 61.95 | 57.95 | 65.48 | 56.19 |
| 8天 | 54.96 | 65.39 | 61.60 | 62.40 | 35.71 | 66.12 | 70.17 | 65.39 |
| 12天 | 43.14 | 53.25 | 44.92 | 51.19 | 42.00 | 56.56 | 62.66 | 42.73 |
| 16天 | 48.17 | 40.29 | 37.05 | 35.44 | 37.85 | 35.92 | 52.38 | 51.98 |
| 20天 | 34.58 | 34.06 | 32.19 | 32.02 | 34.15 | 32.19 | 40.36 | 40.83 |
| 24天 | 23.00 | 24.08 | 22.58 | 23.19 | 23.54 | 21.38 | 23.38 | 24.96 |
| 28天 | 24.94 | 25.12 | 23.69 | 24.25 | 25.94 | 24.38 | 26.69 | 28.62 |
表3、渗滤液产生情况
表4、腐熟度指标——EC值(mS/cm)
| 处理1 | 处理2 | 处理3 | 处理4 | 处理5 | 处理6 | 处理7 | 处理8 | |
| 0天 | 1.17 | 1.27 | 1.20 | 1.24 | 1.46 | 1.50 | 1.60 | 1.95 |
| 7天 | 1.03 | 1.12 | 1.18 | 1.18 | 1.16 | 1.30 | 1.38 | 1.68 |
| 14天 | 1.17 | 1.26 | 1.39 | 1.43 | 1.53 | 1.54 | 1.63 | 1.74 |
| 21天 | 1.14 | 1.18 | 1.32 | 1.33 | 1.47 | 1.53 | 1.93 | 1.72 |
| 28天 | 1.03 | 1.17 | 1.25 | 1.27 | 1.22 | 1.57 | 1.66 | 1.63 |
表5、腐熟度指标——E4/E6值
| 处理1 | 处理2 | 处理3 | 处理4 | 处理5 | 处理6 | 处理7 | 处理8 | |
| 0天 | 2.94 | 2.72 | 3.14 | 2.82 | 3.21 | 3.03 | 1.23 | 2.36 |
| 7天 | 3.69 | 5.06 | 4.89 | 5.14 | 2.80 | 2.45 | 5.42 | 4.21 |
| 14天 | 4.87 | 5.71 | 4.93 | 5.29 | 4.48 | 5.02 | 5.58 | 4.16 |
| 21天 | 5.24 | 5.82 | 5.54 | 4.89 | 5.24 | 5.57 | 5.41 | 4.12 |
| 28天 | 5.38 | 4.07 | 4.44 | 4.28 | 3.59 | 3.92 | 4.17 | 3.91 |
表6、腐熟度指标——WSC值(g/kg原料)
| 处理1 | 处理2 | 处理3 | 处理4 | 处理5 | 处理6 | 处理7 | 处理8 | |
| 0天 | 16.13 | 18.63 | 18.16 | 13.44 | 16.15 | 15.86 | 14.02 | 18.07 |
| 7天 | 13.22 | 13.29 | 12.29 | 12.12 | 11.90 | 11.47 | 11.69 | 14.31 |
| 14天 | 10.09 | 10.04 | 9.29 | 8.30 | 7.30 | 7.72 | 8.22 | 9.90 |
| 21天 | 6.30 | 5.47 | 5.27 | 5.70 | 5.40 | 5.49 | 6.24 | 6.43 |
| 28天 | 3.25 | 3.35 | 3.95 | 3.93 | 3.28 | 3.12 | 3.02 | 3.20 |
表7、腐熟度指标——C/N值
| 处理1 | 处理2 | 处理3 | 处理4 | 处理5 | 处理6 | 处理7 | 处理8 |
| 0天 | 30.56 | 28.54 | 27.85 | 27.11 | 26.44 | 25.58 | 25.12 | 21.72 |
| 7天 | 23.67 | 21.32 | 23.94 | 20.87 | 20.71 | 24.7 | 21.04 | 20.03 |
| 14天 | 17.96 | 15.42 | 17.72 | 19.08 | 19.97 | 17.91 | 15 | 16.62 |
| 21天 | 14.62 | 15.43 | 15.56 | 14.49 | 13.29 | 13.57 | 13.19 | 13.44 |
| 28天 | 13.45 | 12.18 | 12.07 | 10.8 | 10.56 | 11.98 | 11.08 | 12.62 |
表8、腐熟度指标——发芽率指数值(％)
| 处理1 | 处理2 | 处理3 | 处理4 | 处理5 | 处理6 | 处理7 | 处理8 | |
| 0天 | 48.25 | 61.43 | 73.93 | 76.09 | 78.59 | 70.58 | 63.08 | 81.42 |
| 7天 | 99.67 | 112.07 | 122.07 | 122.92 | 135.42 | 129.78 | 122.28 | 138.35 |
| 14天 | 172.30 | 178.82 | 185.82 | 149.93 | 124.43 | 159.05 | 195.05 | 199.01 |
| 21天 | 166.74 | 158.54 | 151.04 | 133.80 | 126.30 | 133.22 | 133.22 | 148.51 |
| 28天 | 159.68 | 136.76 | 115.76 | 117.17 | 121.17 | 100.38 | 84.88 | 111.50 |
表9、臭气排放——氨气排放量(％)
| 处理1 | 处理2 | 处理3 | 处理4 | 处理5 | 处理6 | 处理7 | 处理8 | |
| 1天 | 0.76 | 0.00 | 1.28 | 0.17 | 0.00 | 0.03 | 0.02 | 0.00 |
| 2天 | 1.90 | 6.41 | 5.34 | 3.06 | 2.38 | 1.86 | 2.97 | 1.29 |
| 4天 | 0.44 | 0.84 | 1.66 | 0.10 | 1.88 | 1.71 | 1.30 | 2.35 |
| 7天 | 0.48 | 0.29 | 0.36 | 0.63 | 0.24 | 1.03 | 3.64 | 0.72 |
| 9天 | 0.19 | 0.33 | 0.47 | 1.29 | 1.61 | 1.77 | 1.47 | 3.33 |
| 11天 | 0.14 | 0.31 | 0.42 | 0.51 | 0.84 | 0.42 | 0.56 | 1.44 |
| 14天 | 0.09 | 0.11 | 0.24 | 0.14 | 0.24 | 0.17 | 0.18 | 0.55 |
| 18天 | 0.12 | 0.19 | 0.24 | 0.33 | 0.35 | 0.40 | 0.40 | 0.38 |
| 21天 | 0.02 | 0.04 | 0.11 | 0.25 | 0.33 | 0.10 | 0.24 | 0.37 |
| 25天 | 0.08 | 0.02 | 0.05 | 0.05 | 0.08 | 0.08 | 0.07 | 0.09 |
表10、臭气排放——第8天的硫化物排放量(单位名称：μg/kg原料)
| 处理1 | 处理2 | 处理3 | 处理4 | 处理5 | 处理6 | 处理7 | 处理8 | |
| 甲硫醚 | 0.00 | 0.17 | 0.20 | 0.45 | 0.39 | 0.45 | 1.02 | 1.41 |
| 硫化氢 | 2.21 | 1.02 | 1.08 | 1.02 | 0.96 | 0.94 | 1.26 | 1.44 |
0％～70％厨余垃圾添加比例的堆肥处理在第2天均升温到50℃以上，100％厨余垃圾比例堆肥在第3天才升温到50℃以上；此外，0％厨余垃圾添加比例堆肥50℃以上时间仅保持4d，而其它处理保持5d以上。根据我国粪便无害化标准(GB7959-57)，满足堆肥卫生学要求。同时也表明，秸秆、猪粪堆肥与厨余垃圾联合堆肥可以加速堆肥的温度上升和持续时间。
不添加厨余垃圾的猪粪和秸秆堆肥和厨余垃圾单独堆肥这两个处理在堆肥过程中有渗滤液产生，分别为堆肥原料湿基的9.7％和19.1％，而其它处理堆肥渗滤液产生率很低，仅为0～0.2％。这主要是因为，添加厨余垃圾的秸秆和畜禽粪便堆肥过程温度高，持续时间长，水分均以蒸发的形式损失掉，可以大幅度减少渗滤液产生。
从图2可以看出，在整个堆肥过程中，电导率总体上很平稳，不同处理堆肥的电导率都在4.00mS·cm-1以下，且随着厨余垃圾比例增加而逐渐增加。由此可见，添加厨余垃圾的腐熟堆肥施用于土壤后，基本不会对作物的生长产生毒害，按电导率的指标衡量，所有处理的堆肥均达到了腐熟。
在堆肥过程中，E4/E6总体呈现上升趋势，到堆肥腐熟时堆肥产品E4/E6值均介于3.0-6.0之间。由于堆肥原料中有机质含量很高，导致堆体的生物化学过程比较强烈，大量的小分子有机酸不断生成，而E4/E6比值在堆肥第21天时有一个飞跃，普遍达到5.0。同时，E4/E6的升高也说明了堆肥过程在不断形成更大分子量的腐殖酸。按E4/E6的指标衡量，不同处理下的堆肥都基本腐熟。
由图3可以看出，在腐熟阶段，各堆肥处理的WSC都低于4.00g/kg的临界值，表明堆肥已经基本腐熟，添加厨余垃圾的堆肥各处理之间无明显差异。
在堆肥过程中，C/N总体变化规律趋于线性下降，这是因为随着好氧堆肥的进行，碳和氮同时在减少，而碳的损失比氮要高，因此导致体系中C/N比不断减少，直到微生物对有机垃圾的降解反应达到稳定为止。堆肥初始阶段原料的C/N为25～30，堆肥腐熟结束时，不同处理的堆肥的固相C/N最终为10.5-13.5，表明各堆肥处理均已腐熟，且达到稳定状态。
一般认为，当GI大于50％时堆肥对植物基本没有毒害，当GI大于80％时，堆肥对植物完全没有毒性。在堆肥过程中，各处理发芽率指数GI呈先上升后下降的趋势，到腐熟阶段，厨余垃圾添加比例为70％的处理其堆肥产品的GI值为84.88％，其他处理最终堆肥产品的GI值均大于100％。表明所有处理的堆肥产品施入土壤对植物已完全没有毒性，堆肥已腐熟。
堆肥过程NH3排放呈现先升高后降低的规律，随着好氧堆肥的进行，NH3的浓度逐渐降低。在堆肥升温期，20％～30％厨余垃圾添加比例堆肥氨气排放浓度较高，而厨余垃圾添加量40％以上和不添加厨余垃圾堆肥氨气的产生量较低。随着堆肥进行，由于氨气的挥发，堆肥氨气产生迅速减少，到堆肥高温阶段后期至腐熟期(第9天以后)，NH3的排放量较小，堆肥臭味也较低。
由于好氧发酵过程中通风不畅或者堆肥颗粒内部有厌氧环境存在，因此整个堆肥过程均有硫化氢和甲硫醚检出。由图5可以看出，随着厨余垃圾添加比例的增加，甲硫醚的释放量呈逐渐增加趋势，70％～100％厨余垃圾添加比例的处理甲硫醚释放量最大，达到了1.02～1.50μg/kg。而没有添加厨余垃圾堆肥处理中未检出甲硫醚存在。不添加厨余垃圾堆肥处理硫化氢的释放量最高，达到了2.25μg/kg，其它堆肥处理硫化氢的释放量变化不大，基本稳定在1.0～1.5μg/kg范围内。
综上所述，1、在20-70％添加比例范围内，添加厨余垃圾促进秸秆畜粪堆肥的升温速度，同时可以大幅度减少渗滤液产生。2、添加各比例厨余垃圾堆肥产品均达到腐熟度标准要求。3、添加各比例厨余垃圾堆肥产品发芽率指数表明堆肥产品施入土壤对植物已完全没有毒性，堆肥已腐熟。4、20％～30％厨余垃圾添加比例堆肥氨气排放浓度较高，40％以上和不添加厨余垃圾堆肥氨气的产生量较低。5、0％～60％厨余垃圾添加比例堆肥甲硫醚释放量较低，而20％～60％厨余垃圾添加比例的硫化氢释放量较低。6、综合分析结果表明，厨余垃圾与猪粪、秸秆联合堆肥是可行的，最适宜的厨余垃圾添加比例为30％～60％。
Claims (7)
1.一种将厨余垃圾转化成肥料的方法，包括如下步骤：将禽畜粪便、作物秸秆和厨余垃圾混合，得到混合物；将所述混合物进行发酵，得到肥料；
所述混合物的CN比为20:1～30:1；
所述混合物中，所述厨余垃圾占所述混合物的质量百分比为30%-60%；
所述发酵为好氧发酵；所述好氧发酵是通过向发酵容器内通风实现的；所述通风的方式为通风半小时再暂停半小时的间歇式，所述通风量为0.06m3·min-1·m-3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混合物的含水率为60%～75%（质量百分数）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混合物中禽畜粪便和作物秸秆的质量比为3.3:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述厨余垃圾的CN比为18-25；所述厨余垃圾的含水率为75%-85%；
所述禽畜粪便的CN比为10-15；所述禽畜粪便的含水率为65%-75%；
所述作物秸秆的CN比为50-60；所述作物秸秆的含水率为6%-10%。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：所述混合物的初始温度为26℃-33℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述发酵的时间为28天；所述禽畜粪便为猪粪或牛粪；所述作物秸秆为玉米秸秆或小麦秸秆。
7.由权利要求1-6中任一所述的方法得到的肥料；
所述肥料的发芽率指数大于80%，所述肥料的电导率在4.00mS·cm-1以下，所述肥料的E4/E6介于3.0-6.0之间，所述肥料的WSC低于4.00g/kg，所述肥料的C/N为10.5-13.5。
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