CN112010683A - 一种有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法 - Google Patents

一种有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有机固体废弃物快速生物干化‑好氧发酵处理方法，该方法中，先将有机废弃物筛选除杂、挤压脱水，然后进行灭菌预处理、生物干化、好氧发酵，最终制备成腐熟肥料。该方法将预灭菌、生物干化处理和好氧发酵处理相结合，通过调控微生物数量与功能活性，实现有机固体废弃物短期存放、运输和处理过程无异味排放，生物干化‑好氧发酵处理过程中的回料还可重复使用，最终得到发芽指数大于70％、含水率低于40％的腐熟肥料，但整个处理周期不超过7天，解决了有机固体废弃物处理过程易产臭、已有生物干化技术或机械脱水效率低、好氧发酵周期长的问题，为有机固体废弃物处理提供了快速、环保、可大批量处理、产品高质资源化的集成工艺方法。

Description

一种有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法
技术领域
本发明涉及有机固体废弃物发酵领域，具体涉及一种有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法。
背景技术
随着我国垃圾分类政策的逐步实施，我国厨余垃圾等有机固体废弃物呈现持续大量产生、且相似性升高的特征，例如厨余垃圾、餐厨垃圾、污泥、底泥等有机固体废弃物普遍具有含水率高的特点，如不及时处理，容易发臭，影响周围环境。但由于有机固体废弃物分布极为分散，就地建设处理设备往往应用效率极低，而集中处理则必须符合处理能力强、可处理量大的要求，因此，对于有机固体废弃物处理设备和工艺首先要控制有机固废稳定化、减少产臭，同时应缩短处理周期达到快速减量化，才能满足我国目前的有机固体废弃物产生现状。
目前集中收集处理或短期存放的厨余垃圾等易腐有机固体废弃物，普遍采用物理挤压等脱水方式，由于有机固体废弃物中的孔隙水仍很难排出，易形成局部厌氧，不仅难以达到有机固体废弃物的高效减量化，还会产生大量恶臭气味。生物干化是利用微生物降解有机物所产生的生物热能，通过过程调控手段促进水分蒸发，从而实现快速去除水分的一种有机废弃物减量化处理工艺，但普遍存在脱水周期长的问题，如公开号为CN105217912A的专利公开了一种城市污泥节能高效快速生物干化技术，但生物干化从含水率60％降至35％的周期仍超过30天。好氧发酵堆肥是有机固体废弃物的资源化处理方式之一，好氧堆肥从物料的堆积到腐熟，微生物的生化过程比较复杂，通常，自然堆肥过程中微生物群落演替较为缓慢，导致堆肥周期较长，如公开号为CN106220863A的专利文献公开了一种利用污泥与秸秆混合堆肥的方法，该方法堆肥时间周期为100～130d；又如公开号为CN109180240A的专利公开了一种快速好氧堆肥的方法，虽然有效降低堆肥升温和高温时长，但1～3周的后腐熟阶段导致整个堆肥周期近一个月。
此外，虽然在国内外有机废弃物的处理方法和工艺技术种类繁多，但我国目前仍存在处理率低、资源化利用程度受限的问题。以秸秆和畜禽粪便为例，秸秆目前有效利用率为52.7％，畜禽粪便有效利用率仅为30.1％。这主要是由于有机废弃物来源的复杂性和单项处理技术的局限性，没有从单纯的处理转向综合处理、利用与处置，基于有机固体废弃物共性特征，组合处理技术优势，形成快速稳定化、无害化、减量化和资源化的系统方法。
发明内容
针对现有有机固体废弃物分类收集转运过程易腐败产臭气不易存放、生物干化(减量化)和好氧发酵(资源化)处理周期长的问题，本发明提出一种有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，具体技术方案如下：
一种有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，该方法包括如下步骤：
(1)将有机废弃物筛选除杂、挤压脱水，压缩成含水率为75～90％的块状；
(2)将块状有机废弃物放置在110～130℃、0.04～0.15MPa环境下灭菌预处理0.5～2小时，得到活菌数低于102CFU/g的有机废弃物；
(3)选取生物干化调理剂，并将其破碎至粒径小于2cm，与有机废弃物的第一阶段产物混合，搅拌均匀；
(4)向物料中接种生物干化接种剂，并将混合物料温度控制在45～65℃，物料反应器的氧浓度控制在10～20％，并对物料进行搅拌，保证所有物料与空气充分接触，干化1～3天，得到干化产物；
(5)选取含水率为45～55％、微生物数量大于107CFU/g的干化产物，加入好氧发酵腐熟剂进行好氧发酵，发酵过程中进行翻堆和鼓风，翻堆频率0.5～2天翻一次，通风速率为0.05～0.2m3·min-1·m-3；
(6)选取其中发芽率大于70％、含水率低于40％的肥料，即为腐熟肥料。
进一步地，所述的生物干化调理剂选自辅料或有机废弃物生物干化处理后的回料，所述的辅料包括锯末、木屑、秸秆、园林垃圾、枯枝落叶中任意一种或多种，当选择辅料作为生物干化调理剂时，其加入的质量为有机废弃物的第一阶段产物的5～20％；当选择回料作为生物干化调理剂时，其加入的质量为有机废弃物的第一阶段产物的0.5～4倍。
进一步地，所述的接种剂的接种量为所处理的有机固体废弃物的0.1wt‰～1wt％；
所述的生物干化接种剂为VT1000菌剂或者由耐盐细菌、油脂降解细菌、嗜热放线菌、吸水链霉菌、淀粉降解菌、蛋白质降解菌组成的复合菌剂；所述的接种剂为浓度高于109CFU/mL或CFU/g的菌液或菌粉。
进一步地，所述的好氧发酵腐熟剂选自有机废弃物好氧发酵处理后的腐熟堆肥产品或复合腐熟菌剂，所述的复合腐熟菌剂为先将浓度高于109CFU/mL的木质素降解真菌、纤维素降解链霉菌、耐高温放线菌混合成菌剂，然后再将草炭、壳聚糖、麸皮、玉米面和二氧化锰等比例混合成吸附剂，然后再把菌剂和吸附剂1:1混合制成固态腐熟剂，按物料重量的1％～5％比例接种到好氧堆肥物料中；当选择好氧发酵处理后的腐熟堆肥产品作为好氧发酵腐熟剂时，腐熟堆肥产品与干化后的有机废弃物质量比按1:10～4:1。
进一步地，所述的步骤(4)中接种剂接种方式为：在生物干化初期及生物干化过程每12h分段接种。
进一步地，所述的步骤(4)的干化过程中的搅拌频率为1～40min/h。
进一步地，所述的好氧发酵具体为槽式、条垛式、滚筒式、筒仓式或塔式。
本发明的有益效果如下：
本发明的有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法将预灭菌技术、生物干化处理技术和好氧发酵处理技术相结合，通过调控微生物数量与功能活性，实现有机固体废弃物短期存放、运输和处理过程无异味排放，生物干化-好氧发酵处理过程中的回料还可以重复使用，最终得到发芽指数大于70％、含水率低于40％的腐熟肥料，但整个处理周期不超过7天，解决了有机固体废弃物处理过程易产臭、已有生物干化技术或机械脱水效率低、好氧发酵周期长的问题，为有机固体废弃物处理提供了快速、环保、可大批量处理、产品高质资源化的集成工艺方法。
附图说明
图1为本发明的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，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。
本发明的实施例中，灭菌预处理通过湿热灭菌锅来实现，生物干化处理采用50kg有机废弃物反应器生物干化仓来实现，好氧发酵选用100L堆肥反应器。且生物干化处理和好氧发酵过程都具有加热系统、搅拌系统、智能监测系统、曝气系统、排气及尾气处理系统。
另外，整个干化发酵过程中涉及的各个参数的测定具体如下：
一、温度测定
有机废弃物温度采用数字温度计测定，多点不同深度测定，取平均值。
二、含水率测定
采用四分法，多点不同深度取样，称取10.00g样品放入105℃烘箱中12h，称量样品干重，计算样品含水率。
三、发芽指数(GI)测定
(1)将堆肥样品与蒸馏水按1g:10ml配制混合液振荡2h浸提，浸提液在5000r/min下离心20min，取上清液过滤待用。
(2)将一张滤纸平铺于干净无菌的培养皿中，滤纸上均匀整齐摆放好20粒种子。准确移取5ml滤液于培养皿中。每个样品做3个重复，并设蒸馏水作对照。
(3)将培养皿置于25℃恒温箱中培养48h后取出，记录发芽种子的个数，发芽种子的个数与种子总数的比值即发芽率。用游标卡尺测定每个发芽种子的根长并计算根长的算术平均数，即种子平均根长。
堆肥样品的发芽指数GI(％)，按照以下公式进行计算。
发芽指数GI(％)＝(w1·l1)/(w2·l2)×100％
式中：
GI——发芽指数；
w1——堆肥浸提液培养的种子发芽率；
l1——堆肥浸提液培养的种子平均根长；
w2——蒸馏水培养的种子发芽率；
l2——蒸馏水培养的种子平均根长。
四、微生物数量测定
采用稀释涂布平板法，取环境样品10g，放入装有90ml无菌水并放有小玻璃珠的250ml三角瓶中，用手或置摇床上振荡20min，使微生物细胞分散，静置20-30s，即成10-1稀释液；再用1ml无菌吸管，吸取10-1稀释液1ml，移入装有9ml无菌水的试管中，吹吸3次，让菌液混合均匀，即成10-2稀释液；再换一支无菌吸管吸取10-2稀释液1ml，移入装有9ml无菌水的试管中，也吹吸三次，即成10-3稀释液；以此类推，连续稀释，制成10-4、10-5、10-6、10-7、10-8、10-9等一系列稀释菌液。
先将牛肉膏蛋白胨琼脂培养基熔化后趁热倒入无菌平板中，待凝固后编号，然后用无菌吸管吸取0.1ml菌液对号接种在不同稀释度编号的琼脂平板上(每个编号设三个重复)。再用无菌刮铲将菌液在平板上涂抹均匀，每个稀释度用一个灭菌刮铲，更换稀释度时需将刮铲灼烧灭菌。在由低浓度向高浓度涂抹时，也可以不更换刮铲。将涂抹好的平板平放于桌上20-30min，使菌液渗透入培养基内，然后将平板倒转，保温培养，至长出菌落后即可计数。
微生物数量＝对应平板中菌落数×稀释倍数/样品质量(CFU/g)
五、pH/EC测定
准确称取5.00g有机废弃物于250ml三角瓶中，倒入50ml蒸馏水，盖好封口膜，置于25℃摇床0.5h，取出静置过滤，取上清，测定pH和电导率(EC)。
参照图1的流程图，本发明的有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法的实施例如下：
利用居民社区分散收集的厨余垃圾快速生物干化-好氧发酵，具体操作步骤如下：
(1)经筛选除杂、初步挤压脱水后的厨余垃圾含水率为75％，发芽指数为52％，经121℃湿热法灭菌0.5h，灭菌后的出料含水率84％，微生物数量小于10CFU/g。放入底层装有过滤网的垃圾桶中，3天后，转移至生物干化处理设备，存放转移过程中通过嗅觉测定法，未感知到明显臭味，灭菌后的出料含水率为78％，微生物数量小于102CFU/g，发芽指数为45％。
(2)将稳定的高湿有机废弃物与锯末和生物干化回料混合，按照加入的有机废弃物质量添加15％的锯末和和10％的有机废弃物回料，混合物料含水率为60％，置于50kg有机废弃物反应器生物干化仓结合接种剂脱水减量化处理2天。接种剂选用VT1000菌剂和耐盐细菌、油脂降解细菌、嗜热放线菌、吸水链霉菌、淀粉降解菌、蛋白质降解菌等微生物组成的菌液，接种量为2‰，浓度高于109CFU/mL，每12h接种一次，生物干化仓在智能监控系统调控下，搅拌系统正转15min，反转15min，停30min，抽气区间55～60℃，混合物料温度在45～65℃、氧浓度在10～20％。2天后，干化后的有机固体废弃物含水率45％，微生物数量大于107CFU/g，发芽指数为55％。
(3)将干化后的有机固体废弃物置于100L堆肥反应器，选用包括木质素降解真菌、纤维素降解链霉菌、耐高温放线菌等的腐熟菌剂，浓度高于109CFU/mL，将草炭、壳聚糖、麸皮、玉米面和二氧化锰按等比例混合制备的吸附剂，腐熟菌剂与吸附剂1:1混合制备成固态腐熟剂，向混合物料中接种1％的固态腐熟剂，进行槽式好氧堆肥，通风速率为0.1m3·min-1·m-3，5天后得到腐熟堆肥，种子发芽率81％，含水率34％，pH为7.38，EC为3.42ms/cm。达到堆肥腐熟标准《NY-525-2012有机肥》。
可见，该有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法解决了有机固体废弃物收集转运及处理过程易产臭、生物干化技术或机械脱水效率低、生物干化和好氧发酵周期长的问题。
为了进一步验证本发明的方法制备得到的腐熟堆肥产品的效果，进行田间试验。选取种植水稻的试验田，分三个处理，一个是对照组不施肥，第二组是施用快速生物干化好氧发酵腐熟堆肥产品，第三组是施用常规化肥。经一个种植期后，不同处理生育期水稻株高差异较大，分蘖期对照组平均株高48.5厘米，第二组54.4厘米，第三组53.7厘米，第二组第三组显著高于对照组株高；拔节期三组平均株高分别为61.2、68.9、69.4厘米，第二组第三组显著高于对照组株高，施堆肥处理和化肥处理差异不显著；黄熟期三组平均株高分别为95.9、108.4、103.8厘米。由此可见，施用生物干化好氧发酵腐熟堆肥产品可以显著促进作物株高，略高于施化肥效果。
进一步测定水稻产量，结果表明，第一组(对照)水稻产量为507±21公斤/亩，第二组(实验组)产量为603±30公斤/亩，第三组(施化肥)产量为585±14公斤/亩。与对照组相比，施用生物干化好氧发酵的腐熟堆肥产品可以显著提升水稻产量(P<0.05)，且高于施化肥组的水稻产量。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)将有机废弃物筛选除杂、挤压脱水，压缩成含水率为75～90％的块状；
(2)将块状有机废弃物放置在110～130℃、0.04～0.15MPa环境下灭菌预处理0.5～2小时，得到活菌数低于102CFU/g的有机废弃物；
(3)选取生物干化调理剂，并将其破碎至粒径小于2cm，与有机废弃物的第一阶段产物混合，搅拌均匀。
(4)向物料中接种生物干化接种剂，并将混合物料温度控制在45～65℃，物料反应器的氧浓度控制在10～20％，并对物料进行搅拌，保证所有物料与空气充分接触，干化1～3天，得到干化产物；
(5)选取含水率为45～55％、微生物数量大于107CFU/g的干化产物，加入好氧发酵腐熟剂进行好氧发酵，发酵过程中进行翻堆和鼓风，翻堆频率0.5～2天翻一次，通风速率为0.05～0.2m3·min-1·m-3；
(6)选取其中发芽率大于70％、含水率低于40％的肥料，即为腐熟肥料。
2.根据权利要求1所述的有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，其特征在于，所述的生物干化调理剂选自辅料或有机废弃物生物干化处理后的回料，所述的辅料包括锯末、木屑、秸秆、园林垃圾、枯枝落叶中任意一种或多种，当选择辅料作为生物干化调理剂时，其加入的质量为有机废弃物的第一阶段产物的5～20％；当选择回料作为生物干化调理剂时，其加入的质量为有机废弃物的第一阶段产物的0.5～4倍。
3.根据权利要求1或2所述的有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，其特征在于，
所述的接种剂的接种量为所处理的有机固体废弃物的0.1wt‰～1wt％；
所述的生物干化接种剂为VT1000菌剂或者由耐盐细菌、油脂降解细菌、嗜热放线菌、吸水链霉菌、淀粉降解菌、蛋白质降解菌组成的复合菌剂；所述的接种剂为浓度高于109CFU/mL或CFU/g的菌液或菌粉。
4.根据权利要求3所述的有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，其特征在于，所述的好氧发酵腐熟剂选自有机废弃物好氧发酵处理后的腐熟堆肥产品或复合腐熟菌剂，所述的复合腐熟菌剂为先将浓度高于109CFU/mL的木质素降解真菌、纤维素降解链霉菌、耐高温放线菌混合成菌剂，然后再将草炭、壳聚糖、麸皮、玉米面和二氧化锰等比例混合成吸附剂，然后再把菌剂和吸附剂1:1混合制成固态腐熟剂，按物料重量的1％～5％比例接种到好氧堆肥物料中；当选择好氧发酵处理后的腐熟堆肥产品作为好氧发酵腐熟剂时，腐熟堆肥产品与干化后的有机废弃物质量比按1:10～4:1。
5.根据权利要求1所述的有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，其特征在于，所述的步骤(4)中接种剂接种方式为：在生物干化初期及生物干化过程每12h分段接种。
6.根据权利要求1所述的有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，其特征在于，所述的步骤(4)的干化过程中的搅拌频率为1～40min/h。
7.根据权利要求1所述的有机固体废弃物快速生物干化-好氧发酵处理方法，其特征在于，所述的好氧发酵具体为槽式、条垛式、滚筒式、筒仓式或塔式。
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