CN114480194B - 微生物结合全仿生模拟的固体废弃物资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种荧光假单胞菌N1(Pseudomonas fluorescens)，及其在微生物结合全仿生模拟的固体废弃物资源化的利用方法，属于生物发酵和土壤修复技术领域。模拟有机碳在土壤中循环转化的光温气热条件，将固体废弃物混合堆放在土壤内或山丘间，根据固废的碳氮比、酸碱性、含水量进行基本混配，按照厌氧发酵原理，不进行翻堆，通过在堆制过程利用仿生盖头导入高碳、高盐、碱性或酸性废液，控制厌氧发酵流程停止在产酸阶段，使产生的有机酸与固废充分混匀，利用酸性物质释放固废中的营养物质，从而成为酸性物质螯合的营养元素，最终达到固体废弃物的资源化利用的目的。

Description

微生物结合全仿生模拟的固体废弃物资源化利用方法
技术领域
本发明涉及一种荧光假单胞菌N1及其在结合全仿生模拟的固体废弃物资源化利用中的应用，属于生物发酵和土壤污染修复技术领域。
背景技术
固体废弃物中含有大量的养分，但由于硅酸盐封盖、碱性条件等，大多不能被作物直接吸收利用，采用传统的堆肥发酵工艺，成本高、效率低，没有大规模消纳能力，而不能被广泛推广使用。
土壤中各类营养物质，形成了天然的循环系统，尤其在特定的环境条件下，如沼泽、海洋潮汐地，会出现大量的富含植物可吸收的营养碳矿，如草炭矿、泥炭矿等。
工农业的固体废弃物已经逐渐成为世界难题，多数世界标准和国家标准，多采用填埋处理，不仅可能有毒害物质泄漏，还会给未来留下滑坡、水土保持等隐患。亟需一种可大批量消耗使用的方法进行处理。如能将这些固体废弃物进行基质化，将实现工矿农业的大循环，并能利用植物生长特性，对其中的有毒有害物质进行植物修复。
发明内容
本发明针对上述背景，开发出一种模拟仿生沼泽盖头、大规模堆制固体废弃物基质化的方法，利用仿生盖头控制固体废弃物混合物堆制过程中的光温气热条件，仿生环境有机碳形成过程；通过探头测定混合物内部的碳氮比、pH变化、盐度变化及水分含量，利用放生盖头注入废液调整混合物的产酸发酵条件；通过混合物内部的硅酸盐解析、酸性化合物分泌量，可溶性养分的数值确定产酸环节是否完成。完成后取出用于栽培各类作物。
具体的，本发明涉及一种利用仿生模拟有机碳矿自然生成过程，结合生物发酵产酸条件，利用废液中的碳氮比、酸碱度、盐度调控产酸量，并用于剥离固体废弃物中的硅酸盐表层和活化各营养成分的方法。
本发明涉及一种微生物结合全仿生模拟的固体废弃物资源化利用方法，该微生物采用的是荧光假单胞菌N1(Pseudomonas fluorescens)。包括如下步骤：
(1)底部堆放粒度为2-5mm的煤矸石，堆放厚度为5-10m；
(2)在第一层煤矸石上面堆放仿生沼泽混合物，具体为污泥，餐厨垃圾和粉煤灰的混合物，调整混合物的含水量，使发酵水分满足厌氧发酵的基本要求；同时将混合物的含水量控制在40％-60％，碳氮比调整到(25-35)：1，pH值4.6-6.0，盐度20％-30％，堆制厚度为2-5m，厌氧发酵；
(3)交替重复步骤(1)-(2)，根据堆放处理量进行多层堆制，提高堆放效率和处理总量；
(4)在堆放层的最上层，铺设仿生沼泽盖头，所述仿生沼泽盖头由固体废弃物组成，厌氧发酵过程中，通过所述仿生沼泽盖头为下方堆放层输送功能微生物淋洗液、碳氮比淋洗液、pH值调整淋洗液和高盐淋洗液，同时利于利用所述仿生沼泽盖头调整底部堆放层的湿热储能，仿生沼泽上设置阳光膜聚能；
(5)在所述仿生沼泽盖头底部设置感应探头，及时反馈发酵堆放物的温度、湿度，温度过高或过低时通过输送一定温度的上述淋洗液控制。
进一步的，步骤(1)的煤矸石可替代为煤矸石和镁渣；步骤(2)的粉煤灰可用脱硫灰替代。
进一步的，步骤(2)的仿生沼泽混合物为厨余垃圾：污泥：粉煤灰(或脱硫灰)的体积比为10：5：3；碳氮比调整到35：1；。
进一步的，步骤(4)的仿生沼泽盖头，组成成分包括秸秆、菇渣、园林废弃物；优选为秸秆和菇渣。
进一步的，步骤(5)的温度维持在16℃至35℃；湿度维持在由40％至60％。
进一步的，步骤(4)的所述微生物淋洗液中，微生物为产酸厌氧发酵微生物，优选为荧光假单胞菌N1(Pseudomonas fluorescens)，每天喷淋水量为1.00m3/m3土，持续50-60天；碳氮比淋洗液为碳氮比35：1的常规溶液，丰富的碳氮比保证厌氧发酵停留在产酸阶段；pH淋洗液，是根据探头反馈加入，小于4.6时，加入碱性废液，pH大于6.0时，加入酸性废液。
本发明还涉及一种微生物协同煤矸石改性固体废弃物制成栽培基质的方法，包括如下步骤：
(1)将镁渣，添加煤矸石充分混匀，过筛，添加量为镁渣体积的10-15％，上述混合后的物料的粒度控制在2-5mm，堆放5-10天；
(2)再加入醋糟，添加量为镁渣体积的20-30％，混匀，并使用木醋液将pH值调至5.5-6.5；
(3)加入磷矿粉，添加量为上述总物料体积的5-10％，混匀；
(4)在物料表面喷入解磷菌+黄单孢菌，并将其碳氮比调节到25：1左右，每天喷淋水量为0.50-1.00m3/m3土，持续30-40天，使解磷菌持续释放有机酸，形成栽培用基质。
进一步的，所述解磷菌优选为荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)，所述黄单孢菌优选为野油菜黄单孢菌(Xanthomonascampestris)。
进一步的，所述解磷菌优选为荧光假单胞菌N1(Pseudomonas fluorescens),其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为CGMCC No.23192。
本发明根据固废的酸碱性、营养特定、亲水性能、颗粒大小、微生态适应性等特性利用功能微生物处理后进行混配，置于底部带有防渗膜的苗钵内进行栽培，适应植物的生根及快速生长的同时与周围土壤完全隔离，直至固废基质被植物根系包裹，并检测固废基质内的各类污染物含量达到国家标准。生根后的植物套用苗钵进行移栽，移栽后根据不同绿化要求，对底部进行开孔大小处理，使主根系扎入相应地块，从而固定植物，利于其向上伸长；须根系包裹固废基质，将基质中的有害物质进行吸收、钝化，这样形成的植物带基质可以随意移动，且成活率高，亦可在本地块使用，形成景观。各类固废将通过植物生长回归土地，回归自然，实现大规模减量固废，并利用植物修复各类污染物的目的。
本发明以功能微生物为主要工具，对固废原料进行改性处理，基于对功能微生物的准确把握，和不断试验，改性后的基质原料，可灵活搭配，满足植物不同时期，和不同生长特性，类似土壤测土配方施肥原理。这样得来的基质原料，配置的基质将很大程度促进植物生根生长，持续性好，并给植物修复提供了基质平台，良好的植物生长能够带来更佳的修复效果。同时，该技术生产的植物，以营养钵包裹进行生产，不占据耕地、不进行表层土挖掘，破坏苗圃原生态，既可以通过对营养钵周边株行距填充未经处理的固废进行生态恢复，亦可直接销售经根系包裹的基质，成为附加值较高的，高成活率带土球植物，用于道路绿化和矿山生态恢复。
本申请的有益效果：
1.本申请模拟自然碳循环规律，设置仿生沼泽地盖头，堆放固体废弃物；堆放过程，设置厌氧发酵光温气热条件，通过外接固体废液，调整发酵方向，停留在产酸阶段，严格控制向甲烷、二氧化碳的小分子气体环节过渡；酸性有机物逐步渗透到固体废弃物内部，去除硅酸盐对营养物质的阻滞，活化各类营养成分，使固体废弃物转换为高品质的耕土。
2.我们首次研究了固体废弃物通过生物改性变成植物栽培基质的方法，具体将镁渣与煤矸石粉碎成一定的粒径，通过解磷微生物改性后，其吸附能力显著提高，改性后的煤矸石可将固废中的磷酸盐吸附出来，进而通过解磷微生物的生物降解后，释放出高浓度的能被植物直接利用的有效磷，解磷微生物在改性煤矸石及其协同其他固体废弃物镁渣等修复污染土壤，促进植物的发育是本申请的首次提出。我们发现镁渣中的大量能被植物吸收利用的微量元素都集中在难溶的硅酸盐中，通过与煤矸石混合，用微生物改性的方法，可使得镁渣中的难溶性盐被改性煤矸石吸附出来，再被解磷细菌降解成可溶性离子(K+,Na+,有效氮磷钾等)，进而被植物直接吸收利用。
3.解磷菌在生长繁殖过程中产生的有机酸，不仅能降低土壤环境中的pH值，直接将固定态磷酸盐中的磷释放到土壤中，我们发现镁渣中的大量能被植物吸收利用的微量元素都集中在难溶的硅酸盐中，通过与煤矸石混合，用微生物解磷菌改性的方法，可使得镁渣中的难溶性盐被改性煤矸石吸附出来，再被解磷细菌降解成可溶性离子(K+,Na+,有效氮磷钾等)，进而被植物直接吸收利用。试验证明，解磷菌可协同煤矸石改性固废，从而将固定态磷酸盐中的磷释放到土壤，被植物利用。
4.解磷菌在生长繁殖过程中产生的有机酸如乙酸、乳酸、苹果酸、草酸、琥珀酸、柠檬酸和葡萄糖酸等，不仅能降低土壤环境中的pH值，直接将固定态磷酸盐中的磷释放到土壤中，还能与铁、铝等离子形成螯合物，供作物吸收利用。解磷菌代谢产生的有机酸能阻断土壤磷的吸附位点，或通过与土壤矿物表面的阳离子形成复合物来提高磷的有效性。黄单孢菌可产生大量的黄原胶，本发明首次发现，其与解磷菌配合使用，可促进固体废弃物中的有效磷的释放，产生有机酸，协同煤矸石改性镁渣固废效果更优，且改进后的固废制成植物生长基质，可促进植物生长。
5.不同煤矸石的含量影响着基质有效磷含量及有机酸的产生，与对照不添加煤矸石相比，其他实验例的基质有效磷含量均较高。其中煤矸石含量在10-15体积份时的效果最好，煤矸石通过微生物改性后的吸附能力极强，直接将固定态磷酸盐中的磷释放出来。乙二酸是最能代表有机酸的类型，也是植物生长所需的重要有机酸之一，通过荧光单胞菌和黄单孢菌协同改性固体废弃物镁渣、煤矸石，将固废中的有机酸释放出来，从而促进植物生长。与其他微生物相比，其解磷，释放有机酸的效果不如使用本申请的荧光单胞菌+黄单孢菌联合使用效果更好。
6.本申请首次以全仿生模拟沼泽反应发酵固废，且得出了影响固废产酸反应的优化参数，通过不断优化参数，得出全仿生模拟沼泽反应中的含水量、盐分、碳氮比的非常重要，碳氮比调整到35：1，盐度20％，含水量60％时的发酵分解效果最高。说明在酸性固废基质环境中的解磷及促有机酸生产的效果好，该过程中的有效磷含量，产酸量均较高，同时，该参数能维持酸性环境，促进微生物的持久分解作用。
7.模拟有机碳在土壤中循环转化的光温气热条件，将固体废弃物混合堆放在土壤内或山丘间，根据固废的碳氮比、酸碱性、含水量进行基本混配，按照厌氧发酵原理，不进行翻堆，通过在堆制过程利用仿生盖头导入高碳、高盐、碱性或酸性废液，并调控氧气量，控制厌氧发酵流程停止在产酸阶段，使产生的有机酸与固废充分混匀，利用酸性物质释放固废中的营养物质，从而成为酸性物质螯合的营养元素，最终达到固体废弃物的资源化利用的目的。
保藏说明
菌种名称：荧光假单胞菌
拉丁名：Pseudomonas fluorescens
菌株编号：N1
保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心
保藏机构简称：CGMCC
地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号
保藏日期：2021年8月25日
保藏中心登记入册编号：CGMCC No.23192
附图说明
图1仿生模拟发酵试验田现场图
图2仿生沼泽混合物的混合图
图3仿生模拟发酵试验铺设图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的技术原理是：预处理后的固废基质原料根据改性结果，进行配比，遵循基本养分原理、酸碱度、盐分值、亲水性、碳氮比，接入功能菌群，调节根系生长微生态，使用苗钵盛放基质，栽入植物，并将苗钵和苗钵之间密集堆彻，适当添加未经处理的固废基质用于间隙填充，构建微保墒环境，利用植物根系微环境的保持。待有新枝萌发后，将植物带苗钵进行移栽，根据移栽目的，对苗钵底部按孔径处理，常规绿化，孔径小于5公分，以固定植株；水土保持绿化，将孔径增加到15公分以上，释放更多的根系，大部分根系仍留在固废基质内部，用于吸附、钝化各类污染有毒有害物质，进行植物修复。
本发明的黄单孢菌为野油菜黄单孢菌NRRLB-1459，但不限于该菌种，其所有黄单孢菌均可实现本发明；本发明的假单孢菌为荧光假单胞菌N1，但不限于该菌种，其所有假单孢菌均可实现本发明。上述菌株调节菌液浓度为大概109个细胞每毫升(OD600＝1.0)。
实施例1：一种微生物结合全仿生模拟的固体废弃物资源化利用方法，包括如下步骤：
(1)底部堆放粒度为3mm的煤矸石，堆放厚度为6m；
(2)在第一层煤矸石上面堆放仿生沼泽混合物，具体为污泥，餐厨垃圾和粉煤灰的混合物，调整混合物的含水量到60％，使发酵水分满足厌氧发酵的基本要求；同时将混合物碳氮比调整到35：1，pH值5.5，盐度20％，堆制厚度为3m，厌氧发酵；
(3)交替重复步骤(1)-(2)，根据堆放处理量进行多层堆制，提高堆放效率和处理总量；
(4)在堆放层的最上层，铺设仿生沼泽盖头，所述仿生沼泽盖头组成成分为粉碎后的秸秆、菇渣按照3：2的体积比混合，两个组分的粉碎粒径3cm；厌氧发酵过程中，通过所述仿生沼泽盖头为下方堆放层输送功能微生物淋洗液、碳氮比淋洗液、pH值调整淋洗液和高盐淋洗液，同时利于利用所述仿生沼泽盖头调整底部堆放层的湿热储能，仿生沼泽上设置阳光膜聚能；所述微生物淋洗液中，微生物为产酸厌氧发酵微生物，优选为荧光假单胞菌N1(Pseudomonas fluorescens)；每天喷淋水量为1.00m3/m3土，持续60天；
(5)在所述仿生沼泽盖头底部设置感应探头，及时反馈发酵堆放物的温度、湿度，温度过高或过低时通过输送一定温度的上述淋洗液控制；温度维持在30℃；湿度维持在60％。
实施例2：一种微生物结合全仿生模拟的固体废弃物资源化利用方法，包括如下步骤：
(1)底部堆放粒度为3mm的煤矸石和镁渣，煤矸石添加量为镁渣体积的10％，再加入醋糟，添加量为镁渣体积的30％；混合均匀，堆放厚度为6m；
(2)在第一层上面堆放污泥，餐厨垃圾和粉煤灰的混合物，调整混合物的含水量到60％，使发酵水分满足厌氧发酵的基本要求；同时将混合物碳氮比调整到35：1，pH值5.5，盐度20％，堆制厚度为3m，厌氧发酵；
(3)交替重复步骤(1)-(2)，根据堆放处理量进行多层堆制，提高堆放效率和处理总量；
(4)在堆放层的最上层，铺设仿生沼泽盖头，所述仿生沼泽盖头组成成分为秸秆和菇渣按照3：2的体积比混合，两个组分的粉碎粒径3cm；厌氧发酵过程中，通过所述仿生沼泽盖头为下方堆放层输送功能微生物淋洗液、碳氮比淋洗液、pH值调整淋洗液和高盐淋洗液，同时利于利用所述仿生沼泽盖头调整底部堆放层的湿热储能，仿生沼泽上设置阳光膜聚能；所述微生物淋洗液中，微生物为产酸厌氧发酵微生物，优选为荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)和野油菜黄单孢菌混合菌(等溶液体积混合)，每天喷淋水量为1.00m3/m3土，持续50天；
(5)在所述仿生沼泽盖头底部设置感应探头，及时反馈发酵堆放物的温度、湿度，温度过高或过低时通过输送一定温度的上述淋洗液控制；温度维持在30℃；湿度维持在60％。
实施例3微生物协同煤矸石材料改性固体废弃物的方法，包括如下步骤：
(1)将镁渣，添加煤矸石充分混匀，过筛，添加量为镁渣体积的10％，上述混合后的物料的粒度控制在2mm，堆放8天；
(2)再加入醋糟，添加量为镁渣体积的30％，混匀，并使用木醋液将pH值调至5.5；
(3)在物料表面喷入荧光假单胞菌N1+野油菜黄单孢菌(等溶液体积混合)，每天喷淋水量为1.00m3/m3土，持续35天。
实施例4：微生物协同煤矸石改性固体废弃物制成栽培基质的方法，包括如下步骤：
(1)将镁渣，添加煤矸石充分混匀，过筛，添加量为镁渣体积的10％，上述混合后的物料的粒度控制在3mm，堆放5天；
(2)再加入醋糟，添加量为镁渣体积的30％，混匀，并使用木醋液将pH值调至5.5；木醋液：pH值3.3，含有53.0％氨基酸总量；
(3)加入磷矿粉，添加量为上述总物料体积的8％，混匀；
(4)在物料表面喷入解磷菌和黄单孢菌，并将其碳氮比调节到25：1左右，每天喷淋水量为1.00m3/m3土，持续30天，使解磷菌持续释放有机酸，形成栽培用基质；
可进一步选择的，
(5)将上述基质装入苗钵，移栽植物，按照苗钵间无孔隙或进行渣土填充，形成微保墒环境，促进根系快速生长；
(6)待新芽萌发或新叶展开时，出售植物或原位生态恢复。
所述解磷菌优选为荧光假单胞菌，
所述黄单孢菌优选为野油菜黄单孢菌NRRLB-1459，
所述步骤(4)碳氮比调节时，氮源选择用氨水、氮肥，碳选择用秸秆农业废弃物。
所述步骤(4)还包括，参照栽培用基质的主要营养成分含量，计算并在基质中追加相应的氮肥(尿素、KNO3、NH4H2PO4等)、磷肥(过磷酸钙等(固化磷)+磷酸二氢钾)、钾肥(KNO3、KH2PO4等)。
试验一：微生物协同煤矸石材料改性固体废弃物作为基质的试验
试验方法：微生物在生长繁殖过程中产生的有机酸，不仅能降低土壤环境中的pH值，直接将固定态磷酸盐中的磷释放到土壤中，本试验主要研究微生物协同煤矸石改性固体废弃物镁渣的工艺参数条件。具体方法见是实施例3，通过对比不同配比的镁渣、煤矸石、醋糟比例，以及采用的解磷菌和黄单孢菌菌种配合改性固废，形成植物生长栽培用基质，计算测定改造35天后的，基质含水量(％)、基质通气量(每平方米面积基质的最大体积重氧量，单位m3/m2)、有效磷含量(mg/kg)及有机酸(乙二酸)含量(mg/kg)。每个处理重复三次取平均值。
表1 固体废弃物改性试验表
Figure BDA0003496306230000111
Figure BDA0003496306230000121
表2 不同改性条件对固废改造基质指标的影响
Figure BDA0003496306230000122
Figure BDA0003496306230000131
试验结果：
不同煤矸石的含量影响着基质有效磷含量及有机酸的产生，与对照4不添加煤矸石相比，其他实验例的基质有效磷含量均较高。其中煤矸石含量在10-15体积份时的效果最好，煤矸石通过微生物改性后的吸附能力极强，直接将固定态磷酸盐中的磷释放出来。有机酸(乙二酸)的含量也是在实验例8最高，乙二酸是最能代表有机酸的类型，也是植物生长所需的重要有机酸之一，通过荧光单胞菌和黄单孢菌协同改性固体废弃物镁渣、煤矸石，将固废中的有机酸释放出来，从而促进植物生长。此外，对照7来看，与其他微生物相比，其解磷，释放有机酸的效果不如使用本申请的荧光单胞菌+黄单孢菌联合使用效果更好，且比单一使用其中一种微生物，如对照1,2，改良后的固废改造基质的综合理化性质更优。
不同pH值对菌株的解磷效果影响不同，经30天改性固体废弃物，其有效磷含量相较于对照5-6，在pH值为5.0，6.0时的解磷以及产生有机酸的效果较弱，在pH为5.5时可以产生较高的溶磷量，其实验例8有效磷含量、有机酸含量在pH为5.5时的效果最高。说明在酸性固废基质环境中的解磷及促有机酸生产的效果好。
本申请首次以镁渣为憎水原材料、醋糟为亲水原材料，通过两种物料的合理配比，结合粒度调整，达到适合植物栽培用的基质含水量及通气量。通过对比试验可知，镁渣、醋糟的体积比在100:30时，对于基质的含水量及通气量效果最优。对照无煤矸石的镁渣固废物，其基质通气量显著降低，对照无醋糟的镁渣固废物，其基质含水量也显著降低。
试验二：影响固废改造基质修复能力的正交设计分析
试验方法：寻找影响固废改造基质对重金属污染土壤的修复能力、有效磷的解磷效果的因素及最优组合，为固废改造后的修复技术最优组合提供理论依据。以物料粒径A(水平1为2mm，水平2为3mm，水平3为5mm)、煤矸石添加量B(占镁渣体积的百分比)(水平1为10％，水平2为13％，水平3为15％)、解磷菌用量C(水平1为0.50m3/m3，水平2为0.80m3/m3，水平3为1.00m3/m3)三个条件为变量，其中，解磷菌为荧光假单胞菌N1，以重金属铅去除率、有效磷含量为指标，选择最优组合，L9(33)正交表。其中，铅去除率具体为模拟铅污染土壤的准备，以30％的含水率计算，将一定浓度的Pb(NO3)2溶液加入基质土壤中，控制土壤中Pb含量为200mg/L，混合均匀后放置于恒温培养箱中稳定90d，每隔10d取出，并向污染土壤中加入去离子水，通过质量法控制土壤的相对含水率为30％左右，加入上述试验水平的各物料模拟修复30天，测定Pb2+浓度以及有效磷含量。重金属铅的去除率＝(C0-C1)/C0，式中C0—试验前的初始溶液的铅浓度(mg/L)；C1—吸附后的残留液的铅浓度(mg/L)。每个处理重复三次取平均值。
表3 影响固废改造基质修复能力的正交设计表
Figure BDA0003496306230000141
Figure BDA0003496306230000151
试验结果：从上表可以看出，通过研究我们得出，影响固废改造基质修复能力的因素主要有以物料粒径A、煤矸石添加量B、解磷菌用量C。而影响固废改造基质对重金属铅污染修复能力的最优方案为A3B3C3，即对混合基质进行5mm粉碎粒径、煤矸石添加量15％、解磷菌用量1.00m3/m3。影响固废改造基质解磷效果的最优方案为A1B2C3，即对混合基质进行2mm粉碎粒径、煤矸石添加量13％、解磷菌用量1.00m3/m3。
各因素影响次序为对重金属铅污染修复能力：B(煤矸石添加量)>A(粉碎粒径)>C(解磷菌用量)。固废改造基质解磷效果：A(粉碎粒径)>C(解磷菌用量)>B(煤矸石添加量)。
试验三：全仿生模拟的固体废弃物组合搭配优化方案
试验方法：本发明的全仿生模拟的固体废弃物组合，配合微生物在生长繁殖过程中产生有机酸，不仅能降低土壤环境中的pH值，直接将固定态磷酸盐中的磷释放到土壤中，本试验主要研究全仿生模拟的固体废弃物组合搭配优化工艺参数条件。具体方法见是实施例1，通过对比不同配比组合改性固废，形成植物生长栽培用基质，计算测定改造60天后的，测定最底层固体废弃物层的中有效磷含量(mg/kg)及有机酸(乙二酸)含量(mg/kg)。每个处理重复三次取平均值。
表4 全仿生模拟固体废弃物组合优化试验
Figure BDA0003496306230000161
试验结果：
不同全仿生模拟的参数变化影响着固废的有效磷含量及有机酸的产生，与对照8，9不添加污泥或粉煤灰(或脱硫灰)相比，其他实验例的全仿生模拟配方的分解固废反应，其有效磷含量均较高。其中厨余垃圾：污泥：粉煤灰(或脱硫灰)的体积比为100：50：30时的效果最好，煤矸石通过微生物改性后的吸附能力极强，直接将固定态磷酸盐中的磷释放出来。有机酸(乙二酸)的含量也是在实验例10最高，乙二酸是最能代表有机酸的类型，也是植物生长所需的重要有机酸之一，通过微生物协同全仿生沼泽改性固体废弃物煤矸石，将固废中的有机酸释放出来，从而促进植物生长。
在反应过程中，我们发现全仿生模拟沼泽反应中的含水量、盐分、碳氮比的控制非常重要，其对固废的发酵效果影响不同，经60天改性固体废弃物试验田，得出碳氮比调整到35：1，盐度20％，含水量60％时的发酵分解效果最高。说明在酸性固废基质环境中的解磷及促有机酸生产的效果好，该过程中的有效磷含量，产酸量均较高，同时，该参数能维持酸性环境，促进微生物的持久分解作用。碳氮比过高不利于微生物的产酸反应，25-35：1时能够产生较多的有机酸，从而促进固废的分解。盐分浓度过高和过低，也影响着产酸过程，当盐分在20％左右时的产酸效果较好。仿生模拟沼泽混合物的含水量也是影响微生物发酵反应的重要因子，当含水量在60％时，其对固废的发酵反应更优。
试验四：全仿生盖头组合搭配优化方案
试验方法：本发明的全仿生盖头组合，配合微生物在生长繁殖过程中产生有机酸，利用仿生模拟有机碳矿自然生成过程，结合生物发酵产酸条件，利用废液中的碳氮比、酸碱度、盐度调控产酸量。本试验主要研究全仿生盖头的组合搭配优化工艺参数条件，具体是在固体废弃物堆放层最上层铺设仿生沼泽盖头，通过调节仿生沼泽盖头的组分，环境调节，从而控制下层仿生沼泽混合物及固废的厌氧发酵环境，为其提供最适宜的厌氧发酵条件。具体方法见是实施例1，通过对比不同配比组合盖头在仿生沼泽混合物的最上层，得出适宜固废发酵的条件。每个处理重复三次取平均值，发酵60天后，测定混合物层的氨氮含量(mg/L)、以及最底层固体废弃物层的有效磷含量(mg/kg)。
表5 全仿生盖头模拟参数优化试验表
Figure BDA0003496306230000181
试验结果：模拟仿生盖头可适度保温保湿，通过控制盖头的温度可进一步调节厌氧发酵条件，因为厌氧发酵过程中，会产生大量的热量，模拟仿生盖头可保持一定的温度，控制其温度不宜出现过高而影响微生物发酵。湿度调节也是为了进一步维持固废厌氧发酵的关键因素。通过试验，我们找的了影响仿生沼泽混合物发酵的适宜温度和湿度，即温度30℃、湿度60％时的效果较好，该调节适宜下层仿生沼泽混合物的腐熟发酵，氨氮释放量高达665.61mg/L，且固废的有效磷释放量高达853.21mg/kg。
本申请的模拟仿生盖头，是通过大量的试验对比得出的，其最优组分配比是秸秆、菇渣按3:2体积比配合，粉碎粒径为3cm时的发酵效果最优。参考对照21，22，与添加一种配料组成的模拟仿生盖头相比，本申请的模拟仿生盖头具有组合后保温保湿促发酵效果更优的特点。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.微生物结合全仿生模拟的固体废弃物资源化利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)底部堆放粒度为2-5mm的煤矸石，堆放厚度为5-10m；
(2)在第一层煤矸石上面堆放仿生沼泽混合物，具体为污泥，餐厨垃圾和粉煤灰的混合物，调整混合物的含水量，将混合物的含水量控制在40％-60％，碳氮比调整到25-35：1，pH值4.6-6.0，盐度20％-30％，堆制厚度为2-5m，厌氧发酵；
(3)交替重复步骤(1)-(2)，根据堆放处理量进行多层堆制，提高堆放效率和处理总量；
(4)在堆放层的最上层，铺设仿生沼泽盖头，所述仿生沼泽盖头组成成分为粉碎后的秸秆、菇渣，厌氧发酵过程中，通过所述仿生沼泽盖头为下方堆放层输送功能微生物淋洗液、碳氮比淋洗液、pH值调整淋洗液和高盐淋洗液，同时利用所述仿生沼泽盖头调整底部堆放层的湿热储能，仿生沼泽上设置阳光膜聚能；其中所述微生物淋洗液中，微生物为荧光假单胞菌N1 (Pseudomonas fluorescens)，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为CGMCC No.23192；每天喷淋水量为1.00m3/m3土，持续60天；碳氮比淋洗液为碳氮比35：1的常规溶液；pH淋洗液，是根据探头反馈加入，小于4.6时，加入碱性废液，pH大于6.0时，加入酸性废液；高盐淋洗液中盐分为20％；
(5)在所述仿生沼泽盖头底部设置感应探头，及时反馈发酵堆放物的温度、湿度，温度过高或过低时通过输送一定温度的上述淋洗液控制；温度维持在30℃；湿度维持在60％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)的煤矸石可替代为煤矸石和镁渣；步骤(2) 中仿生沼泽混合物中的粉煤灰可用脱硫灰替代。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的仿生沼泽混合物中厨余垃圾：污泥：粉煤灰或脱硫灰的体积比为10：5：3；碳氮比为35：1。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中粉碎后的秸秆、菇渣体积比为3:2，粉碎粒径为3cm。
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