CN112939643A

CN112939643A - 有机固体废弃物好氧发酵调理剂、制备方法及其使用方法

Info

Publication number: CN112939643A
Application number: CN202110125555.9A
Authority: CN
Inventors: 蔡璐; 曹梦珂; 王洋彦; 郭函彤; 王侃
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo University
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2041-01-29
Also published as: CN112939643B

Abstract

本发明公开了一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂、制备方法及其使用方法，所述调理剂包括：水泥、浮石、砂子、偏高岭土和生物炭，各组分的质量分数分别为：水泥为27％‑31％，浮石为15％‑25％，砂子为43％‑50％，偏高岭土为2.5％‑3.5％，生物炭为1.5％‑2.5％；该调理剂与有机固体废弃物联合好氧发酵效果好；原料组分简单，制作工艺简便，体积小、密度低，好氧发酵过程结束后易于筛分出来并进行循环利用；与传统调理剂相比，本发明的调理剂的应用成本更低，且不存在占用场地及运输问题，可以随时制取，满足应用需求。

Description

有机固体废弃物好氧发酵调理剂、制备方法及其使用方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化技术领域，尤其涉及一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂、制备方法及其使用方法。

背景技术

伴随着社会经济的发展，有机固体废弃物的总量也逐步上升。这些废弃物如不能进行有效处理将会对环境造成严重的污染。好氧发酵是废弃物无害化处理和资源化利用的有效手段，在国内外广泛地被研究和应用。通过好氧发酵过程能实现有机固体废弃物的减量化，提升废弃物的无害化水平，并能实现资源化利用。好氧发酵过程需要添加调理剂，目前常用的调理剂包括木屑、锯末、秸秆等，但上述调理剂容易受季节性、地域性限制，对于大规模的废弃物好氧发酵处理来说，调理剂需求量大，上述调理剂密度小，体积大，不易于运输储存，提高了好氧发酵的成本。

中国发明专利(CN201310077278.4)利用木炭作为辅料，中国发明专利(CN200810137214.8)利用沸石作为辅料，堆肥后对辅料进行回收，但是回收率难以保证。中国发明专利(CN201811125692.7)公布了一种堆肥调理剂，但是其组分复杂，制作过程繁琐。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明一个目的在于提供一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂，该调理剂原料组分简单，制作工艺简便，体积小、密度低，好氧发酵过程结束后易于筛分出来并进行循环利用，发酵成本低。

为了实现上述目的，本发明的一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂，所述调理剂包括：水泥、浮石、砂子、偏高岭土和生物炭，各组分的质量分数分别为：水泥为27％-31％，浮石为15％-25％，砂子为43％-50％，偏高岭土为2.5％-3.5％，生物炭为1.5％-2.5％。

另外，根据本发明的有机固体废弃物好氧发酵调理剂，还可以具有如下技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述水泥为矿渣硅酸盐水泥PS52.5。

在本发明的一个实施例中，所述浮石为多孔火山石，其直径为5-8mm。

在本发明的一个实施例中，所述偏高岭土的细度为1250目。

在本发明的一个实施例中，所述生物炭以小麦秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆三者中至少一者为原料，在低氧条件下经过热解而形成的固体黑色产物。

在本发明的一个实施例中，所述热解温度为300℃-800℃。

与现有的技术相比，本发明的调理剂具有以下优点和技术效果：

1.与有机固体废弃物联合好氧发酵效果好；

2.原料组分简单，体积小、密度低，好氧发酵过程结束后易于筛分出来并进行循环利用；

3.与传统调理剂相比，本发明的调理剂的应用成本更低，且不存在占用场地及运输问题，可以随时制取，满足应用需求。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述有机固体废弃物好氧发酵调理剂的制备方法；

为了实现上述目的，本发明的有机固体废弃物好氧发酵调理剂的制备方法，包括如下步骤：

S10：将水泥、浮石、砂子、偏高岭土和生物炭置于混料器中，混合均匀后加入适量的水，搅拌均匀直至混合物料成砂浆态；

S20：将砂浆态混合物倒入表面涂上一层脱模剂的模具中，并填满整个模具；

S30：将装有砂浆混合物的模具置于恒温鼓风烘箱内烘烤，待砂浆成型后拆模获得调理剂。

在本发明的一个实施例中，在步骤S30中，所述模具置于35±1℃恒温鼓风烘箱7-8天。

与现有的技术相比，本发明的调理剂制备方法具有以下优点和技术效果：

1.该调理剂制备原材料获取方便；制备原料配比灵活，可根据不同堆肥原料进行调节；

2.制备过程简便，无需高级精密仪器；物料入模时需压实保证调理剂强度；

4.小规模生产制作仅需简单人工倒模和脱模操作，大规模生产可实现无人工自动化；原材料料为稳定无机物，大量生产不会对环境造成影响。

本发明的再一个目的在于提出一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂的使用方法；

为了实现上述目的，本发明的一种所述的有机固体废弃物好氧发酵调理剂的使用方法，包括如下步骤：

T10：将调理剂和有机固体废弃物混合，调整好混合物料的含水率；

T20：将混合物置于好氧发酵反应器中，且在好氧发酵过程中进行多次翻抛，经发酵30-40天后得到好氧发酵产品；

T30：待好氧发酵结束后，使用筛分器将调理剂从好氧发酵产品中筛分出来，以便下次使用。

在本发明的一个实施例中，在步骤T20中，混合物经过多次翻抛后，使得混合物的状态质地疏松、干湿均匀，且团状体直径小于5cm。

与现有的技术相比，本发明的调理剂使用方法具有以下优点和技术效果：

使用该可循环调理剂，堆体高温期持续时间长，脱水效率高，无害化程度高，含水率、挥发分、pH和电导率变化均符合好氧发酵规律，种子发芽指数较高，且该调理剂可回收利用，促进了资源循环使用，可降低好氧发酵工程的运行成本；该可循环调理剂供应源经济稳定，具有优良的生物发酵调节作用，适合实际工程应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为调理剂四种型号调理剂力学性能图；

图2为不同有机废弃物好氧发酵过程中温度变化曲线图；

图3为不同有机废弃物好氧发酵过程中含水率变化曲线图

图4为不同有机废弃物好氧发酵过程中挥发分变化曲线图

图5为不同有机废弃物好氧发酵过程中pH值变化曲线图

图6为不同有机废弃物好氧发酵过程中电导率值变化曲线图

图7为农业废弃物好氧发酵过程中种子发芽指数变化曲线图；

图8为不同有机废弃物好氧发酵过程中低位热值柱状图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂，包括：水泥、浮石、砂子、偏高岭土和生物炭，各组分的质量分数分别为：水泥为27％-31％，浮石为15％-25％，砂子为43％-50％，偏高岭土为2.5％-3.5％，生物炭为1.5％-2.5％。

在本发明的一个实施例中，所述水泥包括矿渣硅酸盐水泥PS52.5。

在本发明的一个实施例中，所述浮石包括多孔火山石，其直径为5-8mm。

在本发明的一个实施例中，所述偏高岭土的细度为1250目；偏高岭土是以高岭土矿石为原料，经过选矿、破碎、磨矿和煅烧等工序而制成的，是一种具有极高火山灰活性的物质。

在本发明的一个实施例中，所述生物炭为优质粉状活性炭，以小麦秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆三者中至少一者为原料，在低氧条件下经过热解而形成的固体黑色产物。

在本发明的一个实施例中，所述热解温度为300℃-800℃。

1.与有机固体废弃物联合好氧发酵效果好；

本发明的有机固体废弃物好氧发酵调理剂的制备方法，包括如下步骤：

在本发明的一个实施例中，模具为不锈钢模具，主要由20条厚度为2mm的钢片和一块表面平整的大理石块组成。

在本发明的一个实施例中，所用的脱模剂为混凝土转用油性脱模剂，外观为乳黄色液体，对钢模无腐蚀性，pH中性，为现有技术。

在本发明的一个实施例中，水为实验室用去离子水。

混料器为土木工程实验常用的水泥净浆搅拌器NJ-160或功能类似的搅拌器。

倒模过程中需用捣棒对砂浆进行压实，使砂浆充满整个模具，脱模后形成块状调理剂。

有机固体废弃物包括污泥、畜禽粪便、厨余垃圾、农作物秸秆等。

本发明的一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂的使用方法，包括如下步骤：

好氧发酵过程在好氧发酵装置中完成，装置需可进行通风或翻抛操作；

好氧发酵过程物料的翻抛方式可以采用人工翻堆或者机械翻堆，翻堆或翻抛后堆体上层和下层的物料重新混合，改善堆体物料结构；翻堆或翻抛后物料状态质地疏松，干湿均匀，团状体直径小于5cm。

好氧发酵过程的物料的含水率、pH值、电导率值、C/N比、种子发芽指数、E4/E6和养分指标等均采用相关标准方法进行检测和计算；

其中，好氧发酵过程的物料的温度由堆体温度传感器测定。

好氧发酵过程的物料的含水率采用重量法在干燥箱内烘干后测定。

好氧发酵过程的物料的挥发分(VS)采用重量法在马弗炉内灼烧后测定。

好氧发酵过程的物料的pH值由pH计测定样品浸提液所得。

好氧发酵过程的物料的电导率值由电导率仪测定样品浸提液所得。

一、调理剂物理性能测试

1.原材料

试验所用的水泥为矿渣硅酸盐水泥PS52.5；浮石为多孔火山石，直径在5-8毫米左右；偏高岭土是以高岭土矿石为原料，经过选矿-破碎-磨矿-煅烧等工序制作而成，是一种具有极高火山灰活性的物质，细度为1250目；生物炭为优质粉状活性炭，以小麦秸秆、玉米秸秆或水稻秸秆为原料，经活化精制处理而成，具体是在低氧条件下经300℃-800℃下热解得到的固体黑色产物。处理而成。所用的模具为自主设计的不锈钢模具，主要由20条厚度为2mm的钢片和一块表面平整的大理石块组成。每组各组分的比例如表1所示。

表1各组原料配比

2.实验方案

2.1密度测试。将矿渣硅酸盐水泥、浮石、偏高岭土、生物炭按照表1的比例混合，放入置于混料器中，混合均匀后加入适量的水，搅拌均匀，直到混合物料呈砂浆态，此时将砂浆态混合物倒入表面刷了一层脱模剂的模具中，保证模具内部充实，表面平整；将倒有砂浆的模具置于温度为35±1℃恒温鼓风烘箱6-7天，待砂浆成型后拆模，得到调理剂，并测试每个调理剂的密度。

2.2力学性能测试，将调理剂置于20kN万能试验机中测试，保证测试的上下底面平整。

3.试验结果

3.1调理剂密度

本实验中的复合调理剂的密度在1.67-2.10g/cm3之间，其中①型密度最小，为1.67g/cm3，③型密度最大，为2.10g/cm3。复合调理剂的密度低于普通混凝土的密度(2.5g/cm3)，接近于土壤密度范围。

3.2调理剂的力学性能测试结果

如图1所示为调理剂力学性能测试曲线。结果显示，①型调理剂：当加载到29.25kN时，调理剂出现破坏，此时的极限受压强度为32.50MPa；②型调理剂：当加载到43.45kN时，调理剂出现破坏，此时的极限受压强度为48.28MPa；③型调理剂：当加载到36.69kN时，调理剂出现破坏，此时的极限受压强度为40.76MkPa；④型调理剂：当加载到41.69kN时，调理剂出现破坏，此时的极限受压强度为46.32MPa。

综合比较调理剂的力学性能及发酵调理效果，本发明采用③型调理剂，好氧发酵试验均使用③型调理剂。

二、③型调理剂在不同有机废弃物下的好氧发酵试验

在污泥好氧发酵过程中，污泥、调理剂和锯末以60:5:5质量比进行混合；在农业废弃物(畜禽粪便和沼渣)好氧发酵过程中，畜禽粪便、沼渣、秸秆和调理剂以10:5:3:1质量比进行混合；在餐厨垃圾好氧发酵过程中，餐厨垃圾、锯末和调理剂以6:1:1质量比进行混合；三组好氧发酵试验通风量均为0.15m³/(min·m³)；期间使用温度传感器测定堆体温度，采用pH计测定pH值，采用电导率仪测定电导率(EC)，采用容重法测定含水率和挥发分，采用油菜种子在25℃恒温培养48小时后测定种子发芽指数。三组试验中添加的可循环调理剂均为③型调理剂。

2.1调理剂在不同有机废弃物(污泥、畜禽类粪便和沼渣、餐厨垃圾)下的堆体温度变化

好氧发酵过程三组堆体的温度的变化规律如图2所示。

试验结果显示，添加③型调理剂进行好氧发酵后，三组堆体的高温期(>50℃)持续均较长，分别满足《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》(HJ-BAT-002)、《畜禽粪便无害化处理规范》(GB/T36195-2018)以及《城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程》(CJJ52-1993T)中的无害化标准，可有效实现有机固体废弃物的无害化。其中，污泥组第0天进入高温期，高温期持续11天；农业废弃物组(畜禽粪便和沼渣)第1天进入高温期，高温期持续8天；餐厨垃圾组第4天进入高温期，高温期持续12天。

试验结果显示，添加③型调理剂进行好氧发酵后，三组堆体的高温期持续均较长，分别满足《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》(HJ-BAT-002)、《畜禽粪便无害化处理规范》(GB/T36195-2018)以及《城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程》(CJJ52-1993T)中的无害化标准，可有效实现有机固体废弃物的无害化。其中，污泥组第0天进入高温期，高温期(>55℃)持续10天；农业废弃物组(畜禽粪便和沼渣)第1天进入高温期，高温期(>50℃)持续8天；餐厨垃圾组第4天进入高温期(>55℃)，高温期持续12天。

2.2调理剂在不同有机废弃物(污泥、畜禽类粪便和沼渣、餐厨垃圾)下的堆体含水率变化

好氧发酵过程三组堆体的含水率的变化规律如图3所示。

试验结果显示，添加③型调理剂进行好氧发酵后，三组堆体的含水率均显著下降(P<0.05)，污泥组堆体含水率从59.6％降低至43.7％，降幅为26.68％；农业废弃物组(畜禽粪便和沼渣)堆体含水率从64.55％降低至37.33％，降幅为42.17％；餐厨垃圾组堆体含水率从68.79％降低至20.19％，降幅为70.65％；含水率指标分别满足《农用污泥污染物控制标准》(GBA284-2018)、《有机肥料》(NY 525-2012)以及《城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程》(CJJ52-1993T)中相关规定。

2.3调理剂在不同有机废弃物(污泥、畜禽类粪便和沼渣、餐厨垃圾)下的堆体挥发分(VS)变化

好氧发酵过程三组堆体的VS值的变化规律如图4所示。

试验结果显示，添加③型调理剂进行好氧发酵后，三组堆体的VS值均下降，污泥组堆体VS值从42.00％降低至33.6％，降幅为20.00％；农业废弃物组(畜禽粪便和沼渣)堆体VS值从80.98％降低至65.02％，降幅为19.71％；餐厨垃圾组堆体VS值从96.41％降低至93.43％，降幅为3.10％。VS指标分别满足《农用污泥污染物控制标准》(GBA284-2018)、《有机肥料》(NY 525-2012)以及《城镇垃圾农用控制标准》(GB 8172-1987)中相关规定。

2.4调理剂在不同有机废弃物(污泥、畜禽类粪便和沼渣、餐厨垃圾)下的堆体pH值变化

好氧发酵过程三组堆体的pH值变化规律如图5所示。

试验结果显示，添加③型调理剂进行好氧发酵后，三组堆体的pH值均由原先的酸性有所升高，变化幅度处于常规波动范围，污泥组堆体pH值从6.38升高至6.68；农业废弃物组(畜禽粪便和沼渣)堆体pH值从6.21升高至8.31；餐厨垃圾组堆体pH值从4.36升高至6.88。好氧发酵产物pH值符合《农用污泥污染物控制标准》(GBA284-2018)、《有机肥料》(NY525-2012)以及《城镇垃圾农用控制标准》(GB 8172-1987)中相关规定。

2.5调理剂在不同有机废弃物(污泥、畜禽类粪便和沼渣、餐厨垃圾)下的堆体电导率(EC)值变化

好氧发酵过程三组堆体的EC值变化规律如图6所示。

试验结果显示，添加③型调理剂进行好氧发酵后，三组堆体的EC值变化幅度均处于常规波动范围，污泥组堆体EC值从1.37mS/cm升高至1.67mS/cm；农业废弃物组(畜禽粪便和沼渣)堆体EC值从5.08mS/cm降低至5.01mS/cm；餐厨垃圾组堆体EC值从0.46mS/cm升高至0.78mS/cm，均低于2mS/cm，若进行土地利用时，好氧发酵产物的电导率在适宜范围内。

2.6调理剂在农业废弃物下(污泥、畜禽类粪便和沼渣、餐厨垃圾)的堆体种子发芽指数变化

好氧发酵过程农业废弃物组堆体的种子发芽指数变化规律如图7所示。

试验结果显示，添加③型调理剂进行好氧发酵后，农业废弃物组(畜禽粪便和沼渣)堆体的种子发芽指数均升高。未添加可循环调理剂的样品种子发芽指数从19.8％升高到111.6％，增幅为463.6％，添加③型调理剂的样品种子发芽指数从20.1％升高到155.6％，增幅为674.13％，添加③型调理剂样品种子发芽率比未添加可循环调理剂的样品种子发芽指数高210.49％。

2.7调理剂在不同有机废弃物(污泥、畜禽类粪便和沼渣、餐厨垃圾)下的堆体低位热值变化

好氧发酵过程三组堆体的低位热值变化规律如图8所示。

试验结果显示，添加③型调理剂进行好氧发酵后，由于有机质的生物降解，三组堆体的低位干基热值均有所降低，污泥组堆体低位干基热值从3055.67kcal/kg降低至2521.33kcal/kg；农业废弃物组(畜禽粪便和沼渣)堆体低位干基热值从3358.67kcal/kg降低至2830.00kcal/kg；餐厨垃圾组堆体低位干基热值从4629.33kcal/kg降低至3703.00kcal/kg。结合上述废弃物的好氧发酵产物含水率值，产物可实现自持焚烧。

2.8调理剂在不同有机废弃物好氧发酵回收率

好氧发酵结束后，污泥组调理剂回收率为98％(回收率为好氧发酵结束后回收调理剂质量在好氧发酵前加入调理剂质量占比)；农业废弃物组调理剂回收率为98％，餐厨垃圾组调理剂回收率为100％。

Claims

1.一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂，其特征在于，包括：水泥、浮石、砂子、偏高岭土和生物炭，各组分的质量分数分别为：水泥为27％-31％，浮石为15％-25％，砂子为43％-50％，偏高岭土为2.5％-3.5％，生物炭为1.5％-2.5％。

2.根据权利要求1所述的有机固体废弃物好氧发酵调理剂，其特征在于，水泥为矿渣硅酸盐水泥PS52.5。

3.根据权利要求1所述的有机固体废弃物好氧发酵调理剂，其特征在于，浮石为多孔火山石，其直径为5-8mm。

4.根据权利要求1所述的有机固体废弃物好氧发酵调理剂，其特征在于，偏高岭土的细度为1250目。

5.根据权利要求1所述的有机固体废弃物好氧发酵调理剂，其特征在于，生物炭以小麦秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆三者中至少一者为原料，在低氧条件下经过热解而形成的固体黑色产物。

6.根据权利要求5所述的有机固体废弃物好氧发酵调理剂，其特征在于，热解温度为300℃-800℃。

7.一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的有机固体废弃物好氧发酵调理剂的制备方法，其特征在于，在步骤S30中，模具置于35±1℃恒温鼓风烘箱7-8天。

9.一种有机固体废弃物好氧发酵调理剂的使用方法，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的有机固体废弃物好氧发酵调理剂的使用方法，其特征在于，在步骤T20中，混合物经过多次翻抛后，使得混合物的状态质地疏松、干湿均匀，且团状体直径小于5cm。