CN109454091B - 一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法，该方法是将腐殖土经过破碎处理及调整营养成分后，接种好氧产酸微生物进行好氧堆肥处理；经过好氧堆肥处理的腐殖土依次采用有机酸溶液和水浸提处理后，干化处理；该方法能使腐殖土含盐量、有机质、重金属等达到《绿化种植土壤》(CJ/T 340‑2016)标准，对于腐殖土大范围资源化利用具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种陈腐垃圾填埋场腐殖土的处理方法，特别涉及一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土实现有机质降解以及重金属脱除的方法，属于陈腐垃圾处理技术领域。
背景技术
陈腐垃圾，也叫矿物垃圾，是指填埋场或堆放多年的城市生活垃圾。自20世纪70年代以来，我国逐渐开始采用填埋方法处理处置城市生活垃圾。近年随着大规模土地开发，这些填埋场地已成为稀缺资源，具有巨大的开发价值。但是由于非正规填埋场在运转期内未采取有效地防护措施，产生的水、气及臭味等污染，不仅对周边居民的生活造成了严重影响，还对地下水造成了危害。陈腐垃圾资源化处置是填埋场治理面临的最为重要的问题，尤其是含量最高的腐殖土处置尤为关键，开挖后的陈腐垃圾中50-70％为筛下物腐殖土。腐殖土富含有机质可作为绿化用地用土，但是其利用作为绿化种植土壤或绿化养护用土需满足《绿化种植土壤》(CJ/T 340-2016)标准，其主要包括pH、有机质、含盐量等5项主控指标，CEC、有效磷等14项肥力指标，总镉、总汞等8项重金属含量指标，而一般的腐殖土中主要超标指标为含盐量、有机质、重金属等。
中国专利(CN107350275A)采用回转窑协同处置陈腐垃圾中腐殖土和塑料，腐殖土热脱附的主要热源来自塑料燃烧产生的热能。如果单独处置腐殖土需采用外来热源，耗能较大，且需配备回转窑处理系统，针对腐殖土中含盐量和部分重金属处理效果不佳。
中国实用新型专利(CN205518964U)采用喷淋搅拌装置对腐殖土进行处置，通过添加改良剂与腐殖土进行搅拌混合，实现腐殖土中重金属的固化，使腐殖土得到改良。但是此法只能固定土壤中重金属，无法降低其总量，其腐殖土中有机质、总盐量没有得到有效处理，无法作为绿化用地，需要后续处理处置。
发明内容
针对现有技术中处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种利用好氧堆肥与浸提技术联合处理腐殖土的方法，能使其含盐量、有机质、重金属等达到《绿化种植土壤》(CJ/T 340-2016)标准，对于腐殖土大范围资源化利用具有重要的意义。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法，该方法是将腐殖土经过破碎处理及调整营养成分后，接种好氧产酸微生物进行好氧堆肥处理；经过好氧堆肥处理的腐殖土依次采用有机酸溶液和水浸提处理后，干化处理。
优选的方案，所述腐殖土破碎至粒径≤2cm。
优选的方案，所述腐殖土采用生物质原料调节C/N比为20～25:1。优选的C/N比为微生物提供营养环境。生物质原料如粪尿及草木灰等。
优选的方案，所述好氧产酸微生物包括青霉属真菌和/或曲霉属真菌，如黑曲霉菌、米曲霉菌、青霉菌等。
优选的方案，所述好氧堆肥处理条件：堆肥成宽度为2～3m，高度为1～2m的条垛形，采用翻抛机动态翻抛搅拌及静态通风相结合，堆肥前3天每天翻抛一次，3天以后每2天翻抛一次，好氧堆肥的温度为40～60℃，时间为7～10d。在优选的好氧堆肥处理条件下，有利于提高好氧发酵效率。
优选的方案，所述有机酸溶液包括柠檬酸、酒石酸、腐殖酸中至少一种多元有机酸。优选的有机酸对重金属等溶出率高，且可以自然降解，对环境无污染。
优选的方案，所述有机酸溶液的质量百分比浓度为3～5％。
优选的方案，经过好氧堆肥处理的腐殖土与有机酸溶液按体积比1:1～2混合，按6h～8h/次，浸提1～3次，有机酸溶液浸提后的腐殖土和水按的体积比为1:1～2混合，按6h～8h/次，浸提2～3次。在优选的条件下可以最大程度浸出可溶性盐类和重金属离子。
本发明通过好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土主要解决腐殖土盐量、有机质、重金属超标的问题，首先将腐殖土通过好氧堆肥，能充分利用微生物来降解腐殖土中有机质，再利用特殊的浸提剂将腐殖土中可溶性的盐类和重金属离子转移至液相，从而使腐殖土中有机质、含盐量和重金属含量同时有效降低，通过控制过程参数可达到《绿化种植土壤》(CJ/T 340-2016)标准，实现腐殖土有效资源利用，适合推广使用。
本发明的技术方案将好氧堆肥与浸提技术完美结合，通过选择好氧产酸微生物来进行腐殖土的好氧处理，好氧产酸微生物不但可以降解腐殖土中的有机质，而且可以产生有机酸物质，如在好氧堆肥过程中好氧产酸微生物将糖转化成多种有机酸，再使草酰醋酸和乙酰辅酶A缩合成柠檬酸等，这些有机酸物质可以活化腐殖土中的重金属及盐类，有利于后续的浸提过程金属离子的溶出，从而可有效提高重金属、盐类浸提效率，且降低浸提剂的消耗量。
本发明的好氧堆肥过程中，溶解性的有机物可透过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物直接吸收；不溶胶体和固体有机物，先附着在微生物体外，依靠微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。在通过微生物的自身合成和氧化分解后，可实现有机质的有效降解。
本发明的浸提技术主要利用有机酸浸提剂的络合增溶作用，提高土壤中钙、镁盐的溶解度，钙、镁离子与土壤胶体中金属阳离子盐置换，置换出的阳离子盐溶于水中，随浸提废液排出。
本发明的好氧产酸微生物可以直接购买，如南京便诊生物科技有限公司、广东环凯微生物科技有限公司，也可以从陈腐垃圾中提取，再通过常规培养增殖获得。如先从腐殖土中提取好氧产酸微生物，再经过简单摇瓶培养和增殖，最后扩大培养。本发明优先采用从陈腐垃圾中提取的好氧产酸微生物，这些真菌通过了自然驯化。先将购买或提取的好氧产酸微生物接种于斜面上，28～35℃培养4～6d后，用无菌水冲洗斜面接种到摇瓶培养液中，置于恒温振荡培养箱中，培养4～6d。经扩大培养后菌液中青霉属、曲霉属真菌数量达到105～107cfu/ml，最终分批接种到腐殖土中。摇瓶培养液主要营养成分包括15％蔗糖、0.2％硝酸盐、0.1％磷酸二氢钾、0.25％七水硫酸镁。
本发明的好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法包括以下具体步骤：
1)陈腐垃圾腐殖土破碎、筛分后，粒径≤2cm筛下腐殖土中加入粪尿、草木灰等，调节腐殖土中C/N比为20～25:1，并接种好氧产酸微生物。将腐殖土堆放成条垛形(宽2～3m，高1～2m)，采用翻抛机动态翻抛搅拌、静态通风相结合，堆肥前3天每天翻抛一次，后每2天翻抛一次，实时监测好氧堆肥过程各项指标，控制好氧堆肥的温度为40～60℃，堆肥时间为7～10d。好氧产酸微生物为原场地陈腐垃圾中提取、驯养、增殖而成。
2)浸提剂选用清水/柠檬酸/酒石酸/腐殖酸中一种或几种，浸提液中浸提剂的质量浓度为3～5％，腐殖土和浸提液的体积比为1:1～1:2，浸提时间为6h～8h/次，浸提次数为1～3次。先用有机酸初次浸提，再用清水二次或三次浸提、清洗，腐殖土自然晾晒、脱水干化后资源化利用。浸提废水可采用絮凝沉淀+离子交换技术或回灌填埋场方式进行处理处置。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1、本发明的技术方案采用好氧堆肥+浸提联合处理方法，协同增效作用明显，能满足腐殖土中有机质、含盐量、重金属的有效降低，处理后的腐殖土能满足《绿化种植土壤》(CJ/T 340-2016)标准，可作为绿化用地使用。
2、好氧堆肥微生物取自陈腐垃圾中本土微生物，通过控制堆肥的温度、时间、通风量等，可有效提高微生物存活率和好氧堆肥效率；且好氧堆肥采用动态机械搅拌和静态通风相结合的方式，充分利用太阳能，能耗低、周期短、能有效降低腐殖土中有机质含量。
3、有机酸可有效提高土壤中钙、镁盐的溶解度，促进钙、镁离子与土壤胶体中金属阳离子盐置换。微生物好氧堆肥过程可产生较多的有机酸、活化腐殖土中重金属溶出，结合浸提技术可有效提高重金属、盐类浸提效率，降低浸提剂的使用量。本发明选择的有机酸浸提剂易降解，对环境友好，无二次污染风险。
附图说明
图1为工艺流程图。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步详细说明本发明内容，而不是限制权利要求的保护范围。
实施例1：
微生物菌剂制备：将陈腐垃圾中提取分离的青霉属、曲霉属真菌接种于斜面上，28-35℃培养6d。摇瓶培养液采用去离子水中加入15％蔗糖、0.2％硝酸盐、0.1％磷酸二氢钾、0.25％七水硫酸镁，摇动容器直至溶质溶解，高温灭菌。用无菌水冲洗斜面微生物接种到摇瓶培养液中，置于恒温振荡培养箱中，培养6d。经扩大培养后混合菌液中青霉属、曲霉属数量达到106cfu/ml，最终分批接种到腐殖土中。
应用实验：先将陈腐垃圾翻耕、晾晒、破碎筛分得到粒径≤2mm筛下腐殖土。腐殖土中加入1％的粪尿+草木灰，调节腐殖土中C/N比为25:1。将腐殖土堆放成条垛形(宽2.5m，高1.2m)，每吨腐殖土中撒播45L的微生物菌液，采用翻抛机动态翻抛搅拌、静态通风相结合，堆肥的前3天每天翻抛一次，后每2天翻抛一次，实时监测好氧堆肥过程各项指标，控制好氧堆肥的温度为40～55℃，堆肥时间为10d。
将腐熟的腐殖土转入固定池体中堆放，先用有机酸浸提1次，将有机酸配制成质量浓度为5％浸提液，以1:1的体积比加入腐殖土中，浸提8h后，浸提废液排出；再用清水浸提1次，浸提时间为6h，浸提废水排出并统一收集后回灌填埋场。腐殖土自然晾晒、脱水干化。治理后腐殖土中有机质、含盐量、重金属含量降减率分别为90％、95％、95％，有机质、含盐量、重金属含量均满足《绿化种植土壤》(CJ/T 340-2016)标准，可用作绿化用土资源化利用。
实施例2：
微生物菌剂制备：将购买的黑曲霉菌种接种于斜面上，28-35℃培养5d。摇瓶培养液采用去离子水中加入15％蔗糖、0.2％硝酸盐、0.1％磷酸二氢钾、0.25％七水硫酸镁，摇动容器直至溶质溶解，高温灭菌。用无菌水冲洗斜面微生物接种到摇瓶培养液中，置于恒温振荡培养箱中，培养5d。经扩大培养后混合菌液中黑曲霉菌数量达到107cfu/ml，最终分批接种到腐殖土中。
应用实验：先将陈腐垃圾翻耕、晾晒、破碎筛分得到粒径≤2mm筛下腐殖土。腐殖土中加入1.5％的粪尿+草木灰，调节腐殖土中C/N比为20:1。将腐殖土堆放成条垛形(宽3m，高1.5m)，每吨腐殖土中撒播50L的微生物菌液，采用翻抛机动态翻抛搅拌、静态通风相结合，堆肥的前3天每天翻抛一次，后每2天翻抛一次，实时监测好氧堆肥过程各项指标，控制好氧堆肥的温度为45～60℃，堆肥时间为8d。
将腐熟的腐殖土转入固定池体中堆放，先用有机酸浸提1次，将有机酸配制成质量浓度为4％浸提液，以1:1.2的体积比加入腐殖土中，浸提6h后，浸提废液排出；再用清水浸提2次，浸提时间为6h，浸提废水排出并统一收集后回灌填埋场。腐殖土自然晾晒、脱水干化。治理后腐殖土中有机质、含盐量、重金属含量降减率分别为91％、96％、95％，有机质、含盐量、重金属含量均满足《绿化种植土壤》(CJ/T 340-2016)标准，可用作绿化用土资源化利用。
对比实施例1：
将实施例2中陈腐垃圾翻耕、晾晒、破碎筛分得到粒径≤2mm筛下腐殖土。腐殖土中加入1.5％的粪尿+草木灰，调节腐殖土中C/N比为20：1将腐殖土堆放成条垛形(宽3m，高1.5m)，每吨腐殖土中撒播50L的黑曲霉菌液(黑曲霉菌数量达到107cfu/ml)，采用翻抛机动态翻抛搅拌、静态通风相结合，堆肥的前3天每天翻抛一次，后每2天翻抛一次，实时监测好氧堆肥过程各项指标，控制好氧堆肥的温度为45-60℃，堆肥时间为8d。治理后的的腐殖土中有机质、含盐量、重金属含量降减率分别为90％、30％、5％，含盐量和重金属含量均超过《绿化种植土壤》(CJ/T 340-2016)标准，无法用作绿化用土。
对比实施例2：
将实施例2中陈腐垃圾翻耕、晾晒、破碎筛分得到粒径≤2mm筛下腐殖土。将腐殖土转入固定池体中堆放，先用有机酸浸提1次，将有机酸配制成质量浓度为5％浸提液，以1:1.2的体积比加入腐殖土中，浸提6h后，浸提废液排出；再用清水浸提2次，浸提时间为6h，浸提废水排出并统一收集后回灌填埋场。腐殖土自然晾晒、脱水干化。治理后的的腐殖土中有机质、含盐量、重金属含量降减率分别为10％、83％、82％，有机质含量超过《绿化种植土壤》(CJ/T 340-2016)标准，无法用作绿化用土。
对比实施例3：
将实施例1中陈腐垃圾翻耕、晾晒、破碎筛分得到粒径≤2mm筛下腐殖土。腐殖土中加入1.5％的粪尿+草木灰，调节腐殖土中C/N比为20:1将腐殖土堆放成条垛形(宽3m，高1.5m)，每吨腐殖土中撒播50L的常规微生物发酵菌液(主要含细菌、放线菌、真菌等，微生物数量达到107cfu/ml)，采用翻抛机动态翻抛搅拌、静态通风相结合，堆肥的前3天每天翻抛一次，后每2天翻抛一次，实时监测好氧堆肥过程各项指标，控制好氧堆肥的温度为45-60℃，堆肥时间为8d。
将腐殖土转入固定池体中堆放，先用有机酸浸提1次，将有机酸配制成质量浓度为5％浸提液，以1:1.2的体积比加入腐殖土中，浸提6h后，浸提废液排出；再用清水浸提2次，浸提时间为6h，浸提废水排出并统一收集后回灌填埋场。腐殖土自然晾晒、脱水干化。
治理后的的腐殖土中有机质、含盐量、重金属含量降减率分别为55％、85％、85％。有机质、含盐量、重金属降减率明显低于实施例2中各项指标，说明采用常规微生物好氧发酵对于有机质的分解、含盐量和重金属活化去除效果均没有好氧产酸微生物好。
Claims (5)
1.一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法，其特征在于：将腐殖土经过破碎处理及调整营养成分后，接种好氧产酸微生物进行好氧堆肥处理；经过好氧堆肥处理的腐殖土依次采用有机酸溶液和水浸提处理后，干化处理；所述好氧产酸微生物包括青霉属真菌和/或曲霉属真菌；所述有机酸溶液包括柠檬酸、酒石酸、腐殖酸中至少一种多元有机酸；
所述有机酸溶液的质量百分比浓度为3～5％；
经过好氧堆肥处理的腐殖土与有机酸溶液按体积比1:1～2混合，按6h～8h/次，浸提1～3次，有机酸溶液浸提后的腐殖土和水按的体积比为1:1～2混合，按6h～8h/次，浸提2～3次。
2.根据权利要求1所述的一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法，其特征在于：所述腐殖土破碎至粒径≤2cm。
3.根据权利要求1或2所述的一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法，其特征在于：所述腐殖土采用生物质原料调节C/N比为20～25:1。
4.根据权利要求1所述的一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法，其特征在于：所述好氧产酸微生物包括黑曲霉菌、米曲霉菌、青霉菌中至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种好氧堆肥与浸提技术联用处理陈腐垃圾填埋场腐殖土的方法，其特征在于：所述好氧堆肥处理条件：堆肥成宽度为2～3m，高度为1～2m的条垛形，采用翻抛机动态翻抛搅拌及静态通风相结合，堆肥前3天每天翻抛一次，3天以后每2天翻抛一次，好氧堆肥的温度为40～60℃，时间为7～10d。
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