CN107321759A - 一种黄粉虫降解废弃膜材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种黄粉虫降解废弃膜材料的方法。本发明利用鞘翅目、拟步行科、粉甲虫属昆虫黄粉虫摄食塑料的特性，在24~26℃，湿度为60%~75%的条件下，通过添加助饲料，使其对污/废污/废水处理过程中废弃的聚氯乙烯膜进行啃食，并在其肠道内进行生物降解，最终在40天的时间里有效地降解了4.0g~5.5g废弃膜材料，每g黄粉虫的平均降解速率约为2.29~2.71mg/d。本发明解决了废弃聚氯乙烯膜材料使用过后难降解、难处理的问题，并在低能耗、不产生二次污染的情况下对废弃的聚氯乙烯薄膜进行了有效的生物降解；添加助饲料能够明显增进黄粉虫对废弃膜材料的摄食量，并加快其降解能力；同时，本身作为仓库害虫的黄粉虫的潜在生物价值也得到了有效地利用。

Description

一种黄粉虫降解废弃膜材料的方法

技术领域

本发明属于固体废弃物处理领域，涉及一种黄粉虫降解废弃膜材料的方法。

背景技术

近年来，随着城市的不断建设与发展，越来越多并且成分复杂的废水进入城市的污/废水处理厂中。而许多传统的生物水处理工艺也暴露出了许多缺点，如占地面积大、受场地限制等。在这种情况下，利用膜进行污/废水处理便得到了重视，并很快在国内外得到广泛应用，处理的对象也从中水回用、粪便污水处理等扩展到了工业废水处理等领域。但随着其规模的扩大，相关的缺点也逐渐显现，其中废弃或被污染的薄膜的处理工作成为了一个很大的问题。若处理不得当容易造成一定的二次污染。

目前处理废弃膜材料及相应塑料废弃物的技术有很多，主要为填埋及焚烧处理，除此之外还有光降解、机械处理等再生手段。但是废弃膜材料的填埋会侵占大量土地资源，同时废弃膜材料中的污染物和滋生的细菌、病毒都存在着危害周边环境的风险，而通过其他的物理法或化学法对废旧塑料制品进行处理的回收再生率低，成本较高，且处理过程同样容易排放废气，从而造成二次污染。此外对于塑料制成的聚氯乙烯薄膜而言，除其本身带有适量的毒性外，其特殊的结构也给物理和化学降解方法带来了一定的困难，这也说明从物理化学方法上寻求突破存在很大局限性。

生物处理技术就是利用生物或微生物分解氧化有机物的这一功能，并采取一定的人工措施创造有利于生物的生长、繁殖的环境，以提高其分解氧化有机物效率的一种废弃物处理方法，具有运行成本低、节能、不产生额外污染等优点。而对于本专利中的方法而言，其特别针对了废弃膜材料难以自然降解的特性，充分运用本为仓库害虫的黄粉虫，将废弃的聚氯乙烯（PVC）膜材料在温和、平稳的条件下，较为快速地将其分解成无毒无害的有机小分子及二氧化碳等无机物，具有十分优良的效果和环境意义。

相比于常规的塑料废弃物处理方法，本发明所应用的黄粉虫不具备任何对人体的毒性，生物降解过程亦不会排放任何有毒有害物质；黄粉虫消耗废弃聚氯乙烯膜材料的效率较高，且通过表征手段验证废弃聚氯乙烯膜材料在黄粉虫肠道微生物作用后确实得到了分子量降低；此外，黄粉虫摄食废弃聚氯乙烯膜材料后所排出的虫粪还可用于农作物肥料。本发明开发的利用黄粉虫幼虫生物降解废弃聚氯乙烯膜材料的方法，具有良好的处理效果，并使一种常规的农作物害虫黄粉虫得到了有益利用，可广泛应用于污/废处理中产生的废弃膜材料降解。

发明内容

本发明的目的是针对目前污/废中产生的废弃聚氯乙烯膜材料的处理困难，提供一种黄粉虫降解废弃膜材料的方法。本方法利用黄粉虫摄食塑料薄膜和残片的特性，使用四龄黄粉虫对废弃膜材料进行了啃食，并添加助饲料优化了其摄食和降解废弃聚氯乙烯膜材料的能力，与传统处理方法相比，本方法对于环境更为友好，不会产生任何二次污染且能够获得优良的处理效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种黄粉虫降解废弃膜材料的方法，是利用黄粉虫为降解生物，将待处理的污/废处理中产生的废弃聚氯乙烯膜材料进行烘干切片后，进行生物降解的方法。

本发明提出的黄粉虫降解废弃膜材料的方法，具体步骤如下：

（1）废弃膜材料的准备：将取自污/废水处理厂的废弃聚氯乙烯（PVC）膜材料洗净，并充分烘干后，用切割器将其分成片状，并取部分均匀铺在培养黄粉虫的容器底部，待用；

（2）原料黄粉虫的准备：将黄粉虫虫体放在恒温培养箱内，并添加足量的饲料以激活黄粉虫的活性，三天后通过吹风机除去可能携带虫类粪便的蜕皮，并筛选出健康且体型相当的黄粉虫，准备使用；

（3）培养条件的准备：将步骤（2）中筛选出的黄粉虫均匀放入恒温培养箱内，并在其上覆盖部分步骤（1）得到的废弃聚氯乙烯（PVC）膜材料，添加适量的助饲料，提高黄粉虫消耗该废弃膜材料的效率；每个黄粉虫培养单位虫类数量为400只；

（4）培养过程：注意恒温培养箱在培养过程中相关参数的变化，相应的温度及湿度条件不要超过所给出的范围。并在培养过程中，可定期每隔几天进行一次观察。所述恒温培养箱设定温度为24~26℃，湿度为60%~75%。

本发明中，步骤（１）中废弃聚氯乙烯薄膜的前处理，切割器切割为片状的实验用废弃聚氯乙烯膜材料边长为3cm×3cm~4cm×4cm范围内。

本发明中，所述用于生物降解废弃膜材料的实验用黄粉虫为四龄未受到抗生素污染的黄粉虫。

本发明中，所述实验用培养黄粉虫的恒温培养箱为铁制培养盒，以防止黄粉虫的啃食，长*宽*高为40cm×60cm×25cm。

本发明中，所述每个黄粉虫培养单位虫类数量为400只，所能够达到的降解效率约为每天，每g黄粉虫降解2.29~2.71mg废弃膜材料。

本发明中，所述覆盖的废弃膜材料应当适当，不能阻碍黄粉虫的呼吸，且加入的助饲料按维持黄粉虫生长需求量添加，不可干扰黄粉虫对废弃膜材料的摄食。

本发明中，所述每次定期的观察过程中，需要将死亡的黄粉虫幼虫虫体及时挑出，并且当其粪便及蜕皮积累到一定程度后，也应及时清理培养容器中的虫类粪便及蜕皮。

本发明与传统的废弃塑料膜材料处理方法相比，具有以下优点：

本发明所应用的膜材料降解生物黄粉虫不具备任何对人体的毒性，生物降解过程亦不会排放任何有毒有害物质，且黄粉虫作为一种传统作物害虫能够得到有益利用。

本发明中黄粉虫体现出良好的废弃聚氯乙烯膜材料消耗能力，且通过表征手段验证废弃聚氯乙烯膜材料在黄粉虫肠道微生物作用后确实得到了分子量降低，效果明显。

本发明中黄粉虫摄食废弃聚氯乙烯膜材料后所排出的虫粪可用于农作物肥料，环境友好。

附图说明

图1为本发明所用黄粉虫头部体视镜拍摄图；

图2为本发明所用黄粉虫虫体体视镜拍摄图；

图3为本发明所用黄粉虫摄食废弃膜材料后所排出虫粪的体式显微镜拍摄图；其中：（a）为单独摄食废弃聚氯乙烯膜材料的黄粉虫虫粪，（b）为摄食麦麸+废弃聚氯乙烯膜材料的黄粉虫虫粪；

图4为本发明所用黄粉虫摄食废弃膜材料后虫类肠道的体式显微镜拍摄图；

图5为本发明中添加助饲料对黄粉虫摄食废弃膜材料能力的影响图；

图6为本发明中添加助饲料圆白菜的条件下黄粉虫摄食废弃膜材料的衡算图；

图7为本发明中废弃膜材料与黄粉虫排出虫粪的凝胶渗透色谱图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

下列实施例中的所使用的废弃聚氯乙烯膜材料来源于污/废水厂，使用前需用烘干机进行烘干并切割成3cm×3cm~4cm×4cm的片状。

实施例1

一种生物降解废弃膜材料的方法实践，具体包括以下步骤：

（1）废弃膜材料的准备：将取自污/废水处理厂的废弃聚氯乙烯（PVC）膜材料洗净并充分烘干后，用切割器将其分成片状，并取部分均匀铺在培养黄粉虫的容器底部，待用。

（2）原料黄粉虫的准备：将从上海黄粉虫养殖场购得的虫体放在恒温培养箱内，并添加足量的饲料以激活黄粉虫的活性。三天后通过吹风机除去可能携带虫类粪便的蜕皮，并筛选出健康且体型相当的黄粉虫准备使用。

（3）培养条件的准备：将步骤（2）中筛选出的黄粉虫均匀放入恒温培养箱内，并在其上覆盖部分步骤（1）中的废弃聚氯乙烯（PVC）膜材料。

（4）培养过程：注意恒温培养箱在培养过程中相关参数的变化，相应的温度及湿度条件不要超过所给出的范围。并在培养过程中，可定期每隔几天进行一次观察。

按照上述方法，每400条黄粉虫为一个单位进行废弃聚氯乙烯膜材料的降解实验，黄粉虫的虫类图片如图1,2所示。对消耗废弃膜材料后黄粉虫所产生的虫粪进行收集，并在体式显微镜下进行观察，黄粉虫虫粪如图3中左图所示。

实施例2

将衡算周期结束后的黄粉虫取样，经过预处理和解剖后进行体式显微镜观察，预处理和解剖的具体操作过程如下：将黄粉虫幼虫在乙醇浸泡2h后冷冻干燥24h，这样面包虫肠道能够很容易与其他组织脱离，之后使用手术刀，从虫体头部后第二节处下刀除去头部，使用镊子将虫体内的肠道整段取出，置于体式显微镜下进行观察并进行照片拍摄，结果如图4所示。可以观察到，黄粉虫肠道内存在摄入的废弃聚氯乙烯膜材料。

实施例3

在喂养周期内，使用另外一个黄粉虫降解单位加入唯一助饲料麦麸用以考察麦麸对黄粉虫降解废弃聚氯乙烯膜材料的影响，麦麸的加入量为虫重的百分之20%~25%/5d，废弃膜材料的消耗速度如图5所示，在初始虫数均为400条，初始塑料质量均为6.8g左右的条件下，经过39天，以废弃聚氯乙烯膜材料作为唯一食物的黄粉虫组消耗的膜材料质量约为4.1g，额外添加麦麸的黄粉虫组消耗废弃聚氯乙烯膜材料的质量约为5.3g，说明添加麦麸有利于黄粉虫消耗废弃聚氯乙烯膜材料。作为助饲料，麦麸为黄粉虫提供了少量的水、额外的糖类以及微量元素，进而提高了其消耗膜材料的能力。

添加助饲料麦麸的情况下，黄粉虫排出虫粪的体式显微镜拍摄照片如图3（b）所示，相比图3（ａ），在添加麦麸作为助饲料的条件下，黄粉虫消化废弃聚氯乙烯膜材料后的排泄物黄色加深，且白色不规则状未消化和消化未完全的废弃膜材料明显更少，说明添加助饲料麦麸不仅能够增进黄粉虫摄食废弃聚氯乙烯膜材料的能力，而且能够增进黄粉虫幼虫对于废弃聚氯乙烯膜材料的降解能力。

实施例4

选取圆白菜作为唯一助饲料，考察了两个降解单位黄粉虫对于废弃聚氯乙烯膜材料的降解能力和圆白菜对于黄粉虫降解组的影响，并对降解过程进行了物料衡算，衡算结果如图6所示。在废弃聚氯乙烯膜材料初始质量为15.5g左右，每次投加大约四分之一片圆白菜（约7.9g）的条件下，经过衡算周期，两个降解单位黄粉虫幼虫能够消耗废弃聚氯乙烯膜材料的质量约为12.1g，而不投加圆白菜的黄粉虫幼虫仅能够消耗废弃聚氯乙烯膜材料制外卖盒6.2g左右；投加圆白菜的降解组虫重从75.61g下降到65.71g，而不投加圆白菜的对照组虫重从78.08g下降到了51.11g，差异明显。经测定，新鲜圆白菜的含水率高达90.1%，而麦麸的含水率仅为11.7%，因此麦麸能为黄粉虫提供更多的有机质进而积累为虫体内的生物质，而圆白菜提供的是更多的水分，这就是添加助饲料麦麸的降解组虫重上升而添加助饲料圆白菜的降解组虫重略微下降的原因。投加助饲料圆白菜同样能够增进黄粉虫对于废弃聚氯乙烯膜材料的摄食降解能力，但是存活率和虫重维持与喂养麦麸的情况有所差异。

实施例5

分子量大小是表征分子大小最直接、最客观的物理量，为了从分子量角度探究高聚物聚氯乙烯是否在面包虫肠道内得到了破坏解聚，即得到分子量降低，在对废弃聚氯乙烯膜材料标样及黄粉虫摄食该材料后所产虫粪进行一定预处理之后，对所得样本进行了凝胶渗透色谱分析，结果如图7所示。黄粉虫在摄食废弃聚氯乙烯膜材料39天后所产生虫粪的分子量相较于废弃聚氯乙烯膜材料标样下降明显，数均分子量Mn从122371降低到了116197，重均分子量Mw从264080降低到了241481；而在添加助饲料麦麸的情况下，数均分子量Mn从122371降低到了89998，重均分子量Mw从264080降低到了218523。说明添加麦麸不仅能够增强黄粉虫对于废弃聚氯乙烯膜材料的摄食能力，而且能够增强其对于废弃聚氯乙烯膜材料的降解能力，这与体视镜拍摄的虫粪照片结果也相符合。

以上所述仅为本发明的最佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，均为本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种黄粉虫降解废弃膜材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）废弃膜材料的准备：将取自污/废水处理厂的废弃聚氯乙烯（PVC）膜材料洗净，并充分烘干后，用切割器将其分成片状，并取部分均匀铺在培养黄粉虫的容器底部；

（2）原料黄粉虫的准备：将黄粉虫虫体放在恒温培养箱内，并添加饲料以激活黄粉虫的活性，三天后通过吹风设施除去可能携带虫类粪便的蜕皮，并筛选出健康且体型相当的黄粉虫，准备使用；

（3）培养条件的准备：将步骤（2）中筛选出的黄粉虫均匀放入恒温培养箱内，并在其上覆盖部分步骤（1）得到的废弃聚氯乙烯（PVC）膜材料，添加适量的助饲料，提高黄粉虫消耗该废弃膜材料的效率；每个黄粉虫培养单位虫类数量为400只；

（4）培养过程：注意恒温培养箱在培养过程中相关参数的变化，恒温培养箱设定温度为24~26℃，湿度为60%~75%。

2.根据权利要求1所述的一种生物降解废弃膜材料的方法，其特征在于步骤（1）中废弃聚氯乙烯薄膜的前处理，切割器切割为片状的实验用废弃聚氯乙烯膜材料边长为3cm×3cm~4cm×4cm范围内，每片恰好能容纳3~5条黄粉虫；前处理能够增大废弃膜材料与黄粉虫的接触面积，并利于黄粉虫幼虫进行啃食。

3.根据权利要求1所述的一种生物降解废弃膜材料的方法，其特征在于步骤（2）中选择的黄粉虫为四龄黄粉虫，且虫源未受到相关抗生素的污染，能够在正常生长的条件下使废弃聚氯乙烯薄膜在其肠道内得到微生物的降解。

4.根据权利要求1所述的一种生物降解废弃膜材料的方法，其特征在于步骤（3）中黄粉虫的培养容器为铁制培养盒，以防止黄粉虫的啃食，长*宽*高为40cm×60cm×25cm。

5.根据权利要求1所述的一种生物降解废弃膜材料的方法，其特征在于步骤（3）中覆盖的膜材料适当，不能阻碍黄粉虫的呼吸。

6.且加入的助饲料按恰好维持黄粉虫生长的需求量添加，不可干扰黄粉虫对废弃膜材料的摄食。

7.根据权利要求1所述的一种生物降解废弃膜材料的方法，其特征在于添加的助饲料为麦麸或圆白菜。