CN113045364B - 一种园林废物的预处理及堆肥方法 - Google Patents

一种园林废物的预处理及堆肥方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种园林废物的预处理及堆肥方法。本方法先添加微生物复合菌剂对园林废物进行生物预处理，然后再堆肥；本发明的微生物复合菌剂含有黑曲霉CGMCC 3.17612、哈茨木霉CGMCC 3.17877、黄孢原毛平革菌CGMCC 3.7212和枯草芽孢杆菌CGMCC1.15792。园林废物经过预处理后其可溶性碳浓度高，生物可利用性高，显著提高堆肥过程中的总有机碳、总氮和木质纤维素的矿化度，同时预处理过程中添加的微生物复合菌剂经过预处理后其数量迅速增殖，并促进堆肥的迅速升温从而提高园林废物的发酵效率。

Description

一种园林废物的预处理及堆肥方法
技术领域
本发明属于固体废物资源化处理领域，具体涉及一种园林废物的预处理及堆肥方法。
背景技术
我国园林废物量大面广，已成为城市绿化面临的重要环境问题。园林废弃物是园林植物自然凋落或人工修剪所产生的植物残体，主要包括树叶、草屑、树木与灌木剪枝等。据统计，全国城市建成区绿化覆盖率39.59％，绿地率35.72％。随着城市绿化覆盖率的不断上升，园林废弃物的数量日益增加，如果任意处理，不仅影响城市面貌，而且还可能引起环境污染。因此如何处置这些数量日益庞大、每天源源不断产生的园林废弃物，已成为城市环境绿化面临的严峻问题。
园林废弃物主要成分为木质纤维，自然条件下可生物降解周期长，处理处置困难。传统的园林废弃物处置方式主要有填埋与焚烧与高温好氧堆肥。填埋占地面积多、场址选择难度较大；焚烧投资大、工艺设备复杂、运行管理费用高，二次污染严重。因此，传统的填埋与焚烧方式处理园林废弃物与节约友好型的生态园林建设目标格格不入。
高温好氧堆肥技术作为传统的资源化技术，是实现园林废弃物高效循环利用的最佳途径。但园林废弃物中主要成分为木质素、纤维素，微生物降解周期长，导致园林废弃物高温好氧堆肥效率低，严重限制了其规模化推广与应用。因此在堆肥前进行预处理或在堆体中接种微生物菌剂是提高园林废物堆肥发酵效率的可行方法。目前园林废物高温好氧堆肥预处理方法主要为酸解和碱解，即通过添加酸和碱破坏园林废物木质纤维结构并提高其生物可利用性。但是酸解和碱解是在强酸或强碱条件下反应，其极端的反应环境会影响后端堆肥过程。
发明内容
本发明的目的在于克服现有园林废物堆肥发酵效率低、发酵周期长的缺陷，提供一种可提高园林废物生物可利用性的预处理方法及以处理后的园林废物进行堆肥的方法。
本发明的园林废物的预处理及堆肥方法，包括以下步骤：
a.生物预处理：将园林废物粉碎，浸泡于水中，添加氮素和微生物复合菌剂，混匀，静置5-20d；所述的微生物复合菌剂含有黑曲霉CGMCC 3.17612、哈茨木霉CGMCC3.17877、黄孢原毛平革菌CGMCC 3.7212和枯草芽孢杆菌CGMCC1.15792；
b.生物堆肥：将预处理后的园林废物与辅料混合，加水调节初始含水率为50％-60％，添加微生物复合菌剂，混合均匀后进行好氧堆肥，当堆肥温度达到60℃后翻堆一次，之后每2-7天翻一次堆，堆肥30-70d。
优选，所述的微生物复合菌剂是将黑曲霉CGMCC 3.17612、哈茨木霉CGMCC3.17877、黄孢原毛平革菌CGMCC 3.7212和枯草芽孢杆菌CGMCC1.15792以菌体数量比1：1：1：1混合得到的。所述的微生物复合菌剂活菌数为1×108-1×109cfu·mL-1。
优选，所述的步骤a中微生物复合菌剂的添加量为园林废物质量的1％-5％。
优选，所述的氮素为硫酸铵、硝酸钾或尿素；所述的氮素的添加量为园林废物质量的0.5％-2％。
优选，所述的辅料为城市污泥或鸡粪，所述的园林废物与辅料以质量比2：1-1：2的比例混合。辅料含氮量较高。
优选，所述的步骤b中微生物复合菌剂的添加量为堆肥原料质量的2％-5％。
优选，所述的步骤a中，所述的氮素的添加量为园林废物质量的2％，所述的微生物复合菌剂的添加量为园林废物质量的5％。
优选，所述的步骤b，具体为：将预处理后的园林废物与鸡粪以质量比1：1的比例混合，加水调节初始含水率为56％-57％，添加微生物复合菌剂，添加量为堆肥原料质量的2％，混合均匀后进行好氧堆肥，当堆肥温度达到60℃后翻堆一次，之后每3-5天翻一次堆，堆肥70d。
优选，所述的步骤b，具体为：将预处理后的园林废物与城市污泥以质量比1：1的比例混合，加水调节初始含水率为56％-57％，添加微生物复合菌剂，添加量为堆肥原料质量的5％，混合均匀后进行好氧堆肥，当堆肥温度达到60℃后翻堆一次，之后每3-4天翻一次堆，堆肥70d。
本发明的有益效果是：1)本发明提供的园林废物生物预处理方法不需经过酸碱和高温处理，反应条件温和，园林废物经过初步的处理后其可溶性碳浓度高，生物可利用性高；2)本发明提供的园林废物生物预处理方法能显著提高堆肥过程中的总有机碳、总氮和木质纤维素的矿化度，同时预处理过程中添加的微生物复合菌剂经过预处理后其数量迅速增殖，并促进堆肥的迅速升温从而提高园林废物的发酵效率。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
以下实施例中所涉及的黑曲霉为保藏编号为CGMCC 3.17612的黑曲霉(Aspergillus niger)，哈茨木霉为保藏编号为CGMCC 3.17877的哈茨木霉(Trichodermaharzianum)，黄孢原毛平革菌为保藏编号为CGMCC 3.7212的黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，枯草芽孢杆菌为保藏编号为CGMCC1.15792的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)；以上的菌种均购买自中国普通微生物菌种保藏管理中心。
微生物复合菌剂的配制及其效果：
将园林废物用粉碎机粉碎后(粉碎后长度约5-15cm)，加水至上层水刚好淹没园林废物，添加园林废物质量的0.5％的硫酸氨、添加园林废物质量的1％的菌剂，培养5d后检测纤维素酶、漆酶和过氧化物酶活性，结果如表1所示。其中的菌剂分别设置如下复配比例：(1)菌剂1：为黑曲霉一个菌种；(2)菌剂2：由黑曲霉和哈茨木霉以菌体数量比1：1混合组成；(3)菌剂3：由黑曲霉、哈茨木霉和黄孢原毛平革菌以菌体数量比1：1：1混合组成；(4)菌剂4：由黑曲霉、哈茨木霉和黄孢原毛平革菌和枯草芽孢杆菌以菌体数量比1：1：1：1混合组成。菌剂1-4中活菌总数均控制约为1×108cfu·mL-1。
由表1结果可知，菌剂4的纤维素酶、漆酶和过氧化物酶活性均显著的高于菌剂1-3，因此后续选择用菌剂4作为以下实施例中的微生物复合菌剂。
表1不同菌剂的纤维素酶、漆酶和过氧化物酶活性情况
Figure BDA0002985100720000031
实施例1：园林废物的生物预处理方法及效果
将园林废物用粉碎机粉碎后(粉碎后长度约5-15cm)放入分解槽中，加水至上层水刚好淹没园林废物，按一定的比例(以园林废物质量为100％计)洒施添加氮素及微生物复合菌剂，翻耙混匀；生物降解时间为20d，过程中分析测定纤维素酶和漆酶活性；其处理分别为：A：园林废物+0.5％硫酸铵+1％微生物复合菌剂；B：园林废物+1％尿素+1％微生物复合菌剂；C：园林废物+2％硫酸铵+5％微生物复合菌剂；D：园林废物+2％尿素+5％微生物复合菌剂。每隔5d测定纤维素酶、漆酶及过氧化物酶活性。
纤维素酶制备与酶活力测定方法为：经3000r·min-1离心10min，上清液为粗酶液，取0.1mL上清液加入1.9mL质量分数为1％的CMC-Na溶液，在50℃下水解20min，加入1.5mLDNS进行沸水浴10min，定容至25mL，在520nm处比色，在上述条件下产生1μmol·min-1还原糖所需的酶量为一个酶活单位(u)。
漆酶酶活以样品与愈创木酚反应30min后光密度的改变值表示，以每分钟光密度增加0.01为一个酶活力单位(u·mL-1)。
过氧化物酶利用天青B对酶活进行测定，以每分钟每毫升粗酶液降解0.1个D值为1个酶活单位。
园林废物生物预处理后的酶活如表2。从表2可知，在浸泡的园林废物中添加氮素及微生物复合菌剂后，随着氮素及菌剂添加量增加，水体中酶活均明显增加，说明添加氮素及微生物复合菌剂后浸泡的园林废物可被微生物降解。
表2园林废物生物预处理后的酶活
Figure BDA0002985100720000041
Figure BDA0002985100720000051
实施例2：生物预处理方法在园林废物堆肥中的应用
(1)物料混合：堆肥原料由生物预处理方法(对应为实施例1中A、B、C、D处理方式)处理20天后的园林废物和鸡粪分别按质量比2:1和1:1比例混合而成，并加入适量水调节初始含水率；调理后的物料C/N分别约为29.35和25.42，初始含水率为56％-57％。以粉碎后未经生物预处理的园林废物和鸡粪分别按质量比2:1和1:1比例混合作为堆肥原料，并加水调节初始含水率为56％-57％，作为对照。
(2)高温好氧堆肥：在堆肥原料中按质量比2％的比例添加微生物复合菌剂，混合均匀后进行好氧堆肥，温度达到60℃后翻堆一次，之后每3～5天翻一次堆，堆肥周期持续70d。
(3)粉碎筛分：堆肥结束后，收集样品，风干后粉碎过筛。
(4)堆肥产品检测：堆肥过程中测定堆肥温度变化情况，堆肥结束后测定堆肥样品中C/N、木质素和纤维素降解率及腐殖质含碳量，其结果见表3和表4。从表3可知，生物预处理后的园林废物堆肥最高温度明显高于对照，其高温期时间也明显延长。从表4可知，生物预处理后园林废物堆肥中C/N明显下降，纤维素、木质素降解率明显提高，堆肥中腐殖质碳含量也明显提高，并且其提高量随着园林废物与鸡粪的比例减小而增大，其原因是因为物料中C/N随着园林废物与鸡粪的添加比例减小而减小，也就是其氮含量增加。因此园林废物浸泡生物预处理有利于提高堆肥发酵效率，进而提高其腐殖化程度，从而提高了堆肥产品质量。
表3微生物复合菌剂对堆肥温度的影响
Figure BDA0002985100720000052
Figure BDA0002985100720000061
表4微生物复合菌剂对堆肥发酵效率的影响
Figure BDA0002985100720000062
实施例3：生物预处理方法在园林废物堆肥中的应用
(1)物料混合：堆肥原料由生物预处理方法(对应为实施例1中A、B、C、D处理方式)处理后的园林废物和城市污泥分别按质量比2:1和1:1比例混合而成，并加入适量水调节初始含水率；调理后的物料C/N约为31.24和26.82，初始含水率为56％-57％。以粉碎后未经生物预处理的园林废物和城市污泥分别按质量比2:1和1:1比例混合作为堆肥原料，并加水调节初始含水率为56％-57％，作为对照。
(2)高温好氧堆肥：在堆肥原料中按质量比5％的比例添加微生物复合菌剂，混合均匀后进行好氧堆肥，温度达到60℃后翻堆一次，之后每3～4天翻一次堆，堆肥周期持续70d。
(3)粉碎筛分：堆肥结束后，收集样品，风干后粉碎过筛。
(4)堆肥产品检测：堆肥过程中测定堆肥温度变化情况，堆肥结束后测定堆肥样品中C/N、木质素和纤维素降解率及腐殖质含碳量％，其结果见表5和表6。从表5可知，生物预处理后的园林废物堆肥最高温度明显高于对照，其高温期时间也明显延长。从表6可知，生物预处理后的园林废物堆肥中C/N均低于对照，纤维素、木质素降解率高于对照，堆肥中腐殖质碳含量也明显提高，说明园林废物浸泡生物预处理有利于提高堆肥发酵效率，进而提高其腐殖化程度，从而提高堆肥产品质量。
表5微生物复合菌剂对堆肥温度的影响
Figure BDA0002985100720000071
表6微生物复合菌剂对堆肥发酵效率的影响
Figure BDA0002985100720000081

Claims (1)

1.一种园林废物的预处理及堆肥方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.生物预处理：将园林废物粉碎，浸泡于水中，添加氮素和微生物复合菌剂，混匀，静置10-20d；所述的氮素为尿素，所述的氮素的添加量为园林废物质量的2％；所述的微生物复合菌剂是将黑曲霉CGMCC 3.17612、哈茨木霉CGMCC 3.17877、黄孢原毛平革菌CGMCC3.7212和枯草芽孢杆菌CGMCC1.15792以菌体数量比1：1：1：1混合得到的，所述的微生物复合菌剂活菌数为1×108-1×109cfu·mL-1，所述的微生物复合菌剂的添加量为园林废物质量的5％；
b.生物堆肥：将预处理后的园林废物与鸡粪以质量比1：1的比例混合，加水调节初始含水率为56％-57％，添加上述微生物复合菌剂，添加量为堆肥原料质量的2％，混合均匀后进行好氧堆肥，当堆肥温度达到60℃后翻堆一次，之后每3-5d翻一次堆，堆肥70d；或者，将预处理后的园林废物与城市污泥以质量比1：1的比例混合，加水调节初始含水率为56％-57％，添加微生物复合菌剂，添加量为堆肥原料质量的5％，混合均匀后进行好氧堆肥，当堆肥温度达到60℃后翻堆一次，之后每3-4d翻一次堆，堆肥70d。
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