CN104438283B

CN104438283B - 一种利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法

Info

Publication number: CN104438283B
Application number: CN201410619362.9A
Authority: CN
Inventors: 唐和清; 田小龙; 朱丽华; 唐年; 周国熠
Original assignee: WUHAN KINGHOME ENVIRONMENT BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN KINGHOME ENVIRONMENT BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2034-11-06
Also published as: CN104438283A

Abstract

本发明提供了一种利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，针对好氧降解过程中不同降解阶段的微生物特点及降解环境特点，提出两类复合微生物菌剂，其中，I型复合微生物菌剂包括按质量比(47～50)：(24～27)：(13～16)：(7～16)的纤维素木质素分解菌、光合细菌、嗜温性放线菌以及酵母菌，II型复合微生物菌剂包括按质量比(34～37)：(50～53)：(11～15)的嗜热性细菌、嗜热性放线菌以及嗜热性真菌；I型复合微生物菌剂和II型复合微生物菌剂分多阶段投加。本发明不仅能提高对固废垃圾降解的彻底性，同时可以缩短使其达到稳定化的时间，大大提高降解效率。

Description

一种利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法

技术领域

本发明属于垃圾处理技术领域，尤其涉及一种利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法。

背景技术

传统的城市垃圾处理方式普遍以填埋法为主。由于人口的增长，土地资源的稀缺，于是利用城市垃圾土著微生物的厌氧降解方式开始发展。但是，厌氧处理方式往往会产生大量H₂S、NH₃等有毒有害气体，严重影响大气环境以及垃圾场周边居民的生活，例如谢冰等(东北地区垃圾填埋场的垃圾降解行为及稳定化研究[D],哈尔滨工业大学,2009)研究了东北地区垃圾填埋场的垃圾降解行为及稳定化过程重点谈到了此类问题，这种方式降解还会产生大量渗滤液造成严重的水污染，同时这种方式使垃圾达到稳定化的过程往往需要很长时间才能完成。近些年来好氧技术逐渐受到人们的关注。邵靖邦等(矿化垃圾资源化利用与填埋场绿化技术研讨会论文集[C]，2011:26-33)提到因为好氧降解过程速度快，往往只需要2-5年的时间即可完成垃圾填埋场的稳定化过程。在垃圾降解过程中不易产生有毒有害气体，渗滤液含量由于好氧的高温环境，也会大大减少。苏俊等(公开号CN 102310076)研发出一种好氧修复方法，通过注入空气来实现一种好氧气氛，利用垃圾堆体里的土著微生物来进行好氧降解。但是，好氧降解城市固体垃圾的研究在国内的研究仍然较少，仍处于起步阶段。考虑到城市人口的快速增长导致城市固体垃圾存量越来越大，继续开发能够进一步强化好氧降解城市固体垃圾废物稳定化技术的新方法。

在垃圾堆体的好氧降解过程中，垃圾中的难降解有机物的有效降解直接决定了整个堆体有效降解的时间，是堆肥充分腐熟的关键。由于土著微生物的数量较少、对难降解有机物比如纤维素、木质素等的降解能力低下，加入特定的外源性微生物来加速好氧降解过程是一种更有效的降解方式。但是，现有的利用微生物降解有机物或者污染物的研究主要是通过利用土著微生物或一次性接种微生物的方式。众所周知，不同微生物之间，其特性(例如适温性，降解有机物能力等)千差万别，在降解过程中，垃圾堆体中的各项物理及化学指标都会发生变化，尤其是温度，对微生物的影响尤其显著。另外，真菌的适温性普遍比细菌和放线菌都差，但真菌类微生物对纤维素、木质素等难降解有机物的降解能力较强。这些因素导致了目前的好氧降解技术在实际应用过程中，效果并不理想。本发明针对好氧降解过程中不同降解阶段的微生物特点及降解环境特点，提出两类复合微生物菌剂，采取了多阶段投加方式，来加速对城市有机垃圾固废好氧降解的稳定化过程。这一技术可以理解为一种程序化微生物加速好氧降解固体垃圾稳定化的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，旨在解决现有好氧技术降解城市垃圾废物实际效果并不理想的问题。

本发明利用多种微生物复合并分阶段投加至垃圾堆体中，以加速好氧降解城市固体垃圾废物的好氧降解过程，包括以下步骤：

(1)往所述垃圾堆体中投加I型复合微生物菌剂，充分混合后堆置2～5天；其中，所述I型复合微生物菌剂包括按质量比(47～50)：(24～27)：(13～16)：(7～16)的纤维素木质素分解菌、光合细菌、嗜温性放线菌以及酵母菌，接种量为垃圾堆体质量的0.2～0.5％；堆置期间，垃圾堆体的降解条件为：含氧量为16～21％，含水率为50～65％，温度为35～45℃，pH为6～8,通过渗滤液回灌和曝气速率来调节堆体温度；

(2)自接种I型复合微生物菌剂第4天起，停止控温。垃圾堆体继续发酵放热，当堆体温度上升至55℃时，往垃圾堆体投加II型复合微生物菌剂，充分混合后堆置8～10天；其中，所述II型复合微生物菌剂包括按质量比(34～37)：(50～53)：(11～15)的嗜热性细菌、嗜热性放线菌以及嗜热性真菌，接种量为垃圾堆体质量的0.3～0.6％；堆置期间，垃圾堆体的降解条件为：含氧量为16～21％，含水率为50～65％，温度为55～65℃，pH为6～8,通过渗滤液回灌和曝气速率来调节堆体温度；

(3)当垃圾堆体的温度下降至35℃时，再添加I型复合微生物菌剂，接种量为垃圾堆体质量的0.05～0.3％；堆置期间，垃圾堆体的降解条件为：含氧量为16～21％，含水率为50～65％，温度为35～45℃，pH为6～8。

优选地，在步骤(1)中，所述纤维素木质素分解菌、光合细菌、嗜温性放线菌以及酵母菌的质量比为50：25：15：10。

优选地，在步骤(1)中，所述垃圾堆体的初始降解条件为：含氧量为20％，含水率为60％，温度35～45℃，pH为6～8。

优选地，在步骤(1)中，所述I型复合微生物菌剂的接种量为垃圾堆体质量的0.5％。

优选地，在步骤(2)中，所述嗜热性细菌、嗜热性放线菌以及嗜热性真菌的质量比为35：50：15。

优选地，在步骤(2)中，所述II型复合微生物菌剂的接种量为垃圾堆体质量的0.5％。

优选地，在步骤(2)中，所述垃圾堆体的降解条件为：含氧量为20％，含水率为60％，温度为55～65℃，pH为6～8。

优选地，在步骤(3)中，所述I型复合微生物菌剂的接种量为垃圾堆体质量的0.3％。

优选地，在步骤(3)中，所述垃圾堆体降解条件为：含氧量为20％，含水率为60％，温度为35～45℃，pH为6～8。

本发明克服现有技术的不足，提供一种利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，针对好氧降解过程中不同降解阶段的微生物特点及降解环境特点，提出两类复合微生物菌剂，其中，I型复合微生物菌剂包括按质量比(47～50)：(24～27)：(13～16)：(7～16)的纤维素木质素分解菌、光合细菌、嗜温性放线菌以及酵母菌，II型复合微生物菌剂包括按质量比(34～37)：(50～53)：(11～15)的嗜热性细菌、嗜热性放线菌以及嗜热性真菌；I型复合微生物菌剂和II型复合微生物菌剂分多阶段投加。

在本发明中，利用不同类型微生物特点，在不同好氧处理阶段发挥其各自降解有机物的特点，避免了高温对能高效降解难降解有机物的真菌类微生物的抑制作用。同时利用适温性更好的菌种在高温阶段集中降解有机物，然后在最后阶段再对残余难降解有机物如纤维素、木质素等有机物及其残留其他有机物，进行最后的降解。这种方式不仅能提高对固废垃圾降解的彻底性，同时可以缩短使其达到稳定化的时间，大大提高降解效率。此技术将在城市垃圾固废和园林绿化废物的减量化和资源化处理发挥重要作用，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为利用本发明添加了微生物的好氧降解法与普通好氧降解法来处理固废垃圾时，固废垃圾中有机质含量的变化图；其中，横坐标为处理时间(单位，天)，纵坐标为有机质含量(单位：％)。

图2为利用本发明添加了微生物的好氧降解法与普通好氧降解法来处理固废垃圾时，固废垃圾渗滤液中COD值的变化图；其中，横坐标为处理时间(单位，天)，纵坐标为COD值(单位：mg/L)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

(1)城市固废垃圾的前处理

选取新鲜垃圾8kg，用活性污泥调节垃圾堆体可降解有机物含量为55％，C/N比为30。将垃圾放入好氧堆肥反应器，保持含氧量为16～21％，含水率为50～65％，温度为35～45℃，pH为6～8。

(2)I型复合微生物菌剂和II型复合微生物菌剂的制备

I型复合微生物菌剂包括按质量比(47～50)：(24～27)：(13～16)：(7～16)的纤维素木质素分解菌、光合细菌、嗜温性放线菌以及酵母菌；其中主要菌种包含：鬼伞菌(Coprinus)、木霉菌(Trichoderma)、褐腐菌(Polyporusostreiformis)、黑曲霉(Aspergillus niger)、毛霉菌(Mucor)、密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)、白腐真菌(Phanerochaet)、球形红假单胞菌(Rps.sphaeroides)、红螺菌(Rhodospirillum rubrum)、微球菌(Micrococcus)、纤维素单胞菌(Cellulomonas)、酵母菌(Saccharomyces)等中的几种或全部。

II型复合微生物菌剂包括按质量比(34～37)：(50～53)：(11～15)的嗜热性细菌、嗜热性放线菌以及嗜热性真菌；其主要菌种包含：芽孢杆菌(Bacillus)、类芽孢杆菌(Paenibacillus)、诺卡氏菌(Nocardia)、分枝杆菌(Mycobacterium)、微单孢菌(Micromonospora)链霉菌(Streptomyces)、嗜热毛壳菌(Chaetomium thermophile)、嗜热侧孢霉(Sporotrichum thermophile)、嗜热子囊菌(Thermoascus aurantiacus)等中的几种或全部。

(3)城市固废垃圾的堆置，此阶段分三步完成：

第一步：接种I型复合微生物菌剂，使微生物菌剂与垃圾堆体充分混合，接种量为垃圾堆体质量的0.2～0.5％，进行自然发酵。随着堆体温度缓慢逐渐升高，在堆置反应3天后，温度升高到接近45℃。通过调节曝气速率以及渗滤液回灌的方式，将堆体温度控制在35～45℃之间，保持含氧量为20％，维持含水量为60％。此阶段降解过程持续4天。

第二步：自接种I型复合微生物菌剂第4天起，停止控温。待温度升高到55℃时，接种II型复合微生物菌剂，使微生物菌剂与垃圾堆体充分混合，接种量为垃圾堆体的质量比为0.5％。通过调节曝气量与采取渗滤液回灌来维持堆体降解温度在55～65℃,保持含氧量为20％，维持含水为60％。此阶段降解过程持续10天。

第三步：自接种II型复合微生物菌剂第10天起，停止控温。随着第二阶段的结束，堆体温度逐渐下降，待温度逐渐下降至35℃时，再加入I型复合微生物菌剂，接种量为垃圾堆体质量的0.1～0.3％，将垃圾堆体温度控制在35～45℃之间，保持含氧量为20％，维持含水量为60％。此阶段降解过程持续8天。

在固废垃圾堆体降解过程中，每天采样测定其固体有机质含量以及渗滤液COD值。

对比实施例

选取新鲜垃圾8kg，装入好氧堆肥反应器中，固废垃圾中有机质含量为55％；含水率为60％；含氧量为20％；C/N比为30，pH在6-8之间。采取不添加外源微生物的普通好氧降解方式来处理有机垃圾固废，降解过程维持22天。

效果实施例

采集实施例1和效果实施例的数据，并分别制图，如图1和2所示，从图1和图2可以看出，与普通好氧降解城市固废垃圾方法相比，由于本发明的方法不仅投加了合适的外源微生物，而且采取了合理的分阶段降解方式，无论是有机质含量还是渗滤液中COD值随时间的变化都更为迅速地下降。这主要是因为：采用普通好氧降解方式时，土著微生物数量少且其降解能力有限，导致固体垃圾降解速率受到了限制；采用本发明的方法时，分阶段地引入了能高效降解难降解有机物的微生物，不仅增加了有效微生物的数量，而且提高了其降解能力，更为重要的是嗜温性微生物-嗜热性微生物-嗜温性微生物的交替投加，充分利用不同微生物的各自特点，实现了最有效地降解固废垃圾。在降解过程持续22天后，采用本发明的降解方法时，有机质的降解率为58.81％，明显高于普通好氧法时的有机质降解率29.34％。至于渗滤液中的COD值，两种处理方式都是先上升后下降，表明固体垃圾正在被逐渐分解；普通好氧法的COD值在第18天出现峰值，而本发明的微生物强化好氧法的COD值在第8天就出现峰值，表明采用本发明的处理方式时垃圾固废分解速率显著加快。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明利用不同类型微生物特点，在不同阶段发挥其各自降解有机物的特点，避免了高温对其能高效降解难降解有机物的真菌类微生物的抑制作用。

(2)本发明利用适温性更好的菌种在高温阶段集中降解有机物，然后在最后阶段再对残余难降解有机物如纤维素、木质素等有机物及其残留其他有机物，进行最后的降解。

(3)本发明不仅能提高对固废垃圾降解的彻底性，同时可以缩短使其达到稳定化的时间，大大提高降解效率。

(4)本发明在城市垃圾固废和园林绿化废物的减量化和资源化处理发挥重要作用，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)往城市固体垃圾堆体中投加I型复合微生物菌剂，充分混合后堆置2～5天；其中，所述I型复合微生物菌剂包括按质量比(47～50)：(24～27)：(13～16)：(7～16)的纤维素木质素分解菌、光合细菌、嗜温性放线菌以及酵母菌，接种量为垃圾堆体质量的0.2～0.5％；堆置期间，垃圾堆体的降解条件为：含氧量为16～21％,含水率为50～65％，温度为35～45℃，pH为6～8,通过渗滤液回灌和曝气速率来调节堆体温度；

(2)自接种I型复合微生物菌剂第4天起，停止控温；垃圾堆体继续发酵放热，当堆体温度上升至55℃时，往垃圾堆体投加II型复合微生物菌剂，充分混合后堆置8～10天；其中，所述II型复合微生物菌剂包括按质量比(34～37)：(50～53)：(11～15)的嗜热性细菌、嗜热性放线菌以及嗜热性真菌，接种量为垃圾堆体质量的0.3～0.6％；堆置期间，垃圾堆体的降解条件为：含氧量为16～21％，含水率为50～65％，温度为55～65℃，pH为6～8，通过渗滤液回灌和曝气速率来调节堆体温度；

(3)停止控温，堆体温度下降至35℃时，再添加I型复合微生物菌剂，接种量为垃圾堆体质量的0.1～0.3％；堆置期间，垃圾堆体的降解条件为：含氧量为16～21％，含水率为50～65％，温度为35～45℃，pH为6～8。

2.如权利要求1所述的利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述纤维素木质素分解菌、光合细菌、嗜温性放线菌以及酵母菌的质量比为50：25：15：10。

3.如权利要求2所述的利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述垃圾堆体的初始降解条件为：含氧量为20％，含水率为60％，温度35～45℃，pH为6～8。

4.如权利要求3所述的利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述I型复合微生物菌剂的接种量为垃圾堆体质量的0.5％。

5.如权利要求1所述的利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述嗜热性细菌、嗜热性放线菌以及嗜热性真菌的质量比为35：50：15。

6.如权利要求5所述的利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述II型复合微生物菌剂的接种量为垃圾堆体质量的0.5％。

7.如权利要求6所述的利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述垃圾堆体的降解条件为：含氧量为20％，含水率为60％，温度为55～65℃，pH为6～8。

8.如权利要求1所述的利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述I型复合微生物菌剂的接种量为垃圾堆体质量的0.3％。

9.如权利要求8所述的利用微生物加速好氧降解城市固体垃圾废物的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述垃圾堆体降解条件为：含氧量为20％，含水率为60％，温度为35～45℃，pH为6～8。