CN114874033A - 一种残留植物源病原菌的有机固体废弃物的无害化处理系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种残留植物源病原菌的有机固体废弃物的无害化处理系统和方法蔬菜废弃物无害化生物转化方法。该方法通过物料预处理、物料调配、生物转化过程控制和无害化评价等步骤，调节具体工艺参数和系数等达到无害化所需条件。用于灭活蔬菜废弃物中植物源病原菌，消除后续利用过程中的安全风险。本发明提供的转化方法，是基于能量密度和物料的物理、化学和生物特点设计而成，通过逐步调节物料和工艺参数实现超高温的过程，适用范围包括但不限于蔬菜废物，其它可能存在安全风险的有机废弃物均可通过本方法，达到病原菌灭活的目的。
Description
技术领域
本发明属于固废资源化领域，涉及有机固体废弃物的无害化处理与资源化循环利用，特别涉及一种残留植物源病原菌有机固体废弃物的无害化处理方法。
背景技术
我国农作物生产受气候条件和耕作模式等影响，植物病害呈逐年加重趋势，其废弃物中残存病原菌的危害不容忽视，植物病株残体可携带病原菌进入土壤，病原菌可在潮湿土壤中存活2-3年，长期生存形成侵染源。高温高湿、重茬连作、地洼土黏、田间积水、土壤偏酸、偏施氮肥等情况下，会加重病原菌对植物的危害程度。部分植物源病原菌随同饲料喂食家畜后，在粪便中仍具有相当的存活力。这类有机固体废弃物在循环利用中，若无害化不彻底势必给后续农业生产带来潜在的安全风险，进而造成巨大的经济损失。
有机固体废弃物处理利用的途径主要有好氧堆肥和厌氧干发酵，发酵过程的最高温度分别限制为55℃和65℃，温度过高易因影响反应过程导致发酵失败。这样的高温条件可以消除废弃物中的部分病原微生物，但难以实现对耐受温度超过70℃的病原微生物的有效灭活，处理产物施入农田仍可能带来安全风险，无法满足农业生产安全的需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种残留植物源病原菌的有机固体废弃物的无害化处理系统和方法，以促进有机固体废物在农业生产中的安全循环利用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案流程如下图1所示。
具体操作步骤包括：
1)物料预处理
a1)物料筛选：针对待处理的有机固体废弃物主物料，选择可以与主物料进行共堆肥，混合后的物料可以满足下述a2)和b2)参数设置的辅助物料；
b1)物料粉碎：将所述主物料和辅助物料进行粉碎处理，粉碎后物料的粒径可以用于设置所需混合物料的下述a2)和b2)参数；
2)物料调配
a2)调节初始混合物料的物理结构，以自由空域(Free air space,FAS)为主要参考标准，设置堆肥前初始物料的FAS值在55％-65％；
b2)调节初始混合物料的化学构成，包括水溶性碳含量和易生物降解有机质含量等指标，其中水溶性碳含量调节为8％-12％，易生物降解有机质含量调节范围为45％-55％；所述易生物降解有机质包括脂肪、蛋白、糖分等易被微生物降解的组分；
c3)在上述物理化学参数调节的基础上，通过添加商品菌剂，优化反应过程，保证高温的持续时间和反应的顺利进行；
所述商品菌剂由具有不同降解功能的微生物菌株复合而成，包括芽孢杆菌(Bacillus sp.)、乳酸菌(Lactobacillus sp.)、酵母菌(Yeast sp.)、放线菌(Actinomycetes sp.)、木霉菌(Trichoderma sp.)等，如菌剂VT1020，购自沃土天地生物科技股份有限公司；所述菌剂的添加比例为混合物料质量的3‰-5‰；
d4)含水率调节：初始混合物料的含水率在55％-65％(具体可为60％)；
3)生物转化与过程控制
将调配好的混合物料添加到反应器中，在室温(15-20℃)进行强制通风条件下的生物转化。在整个生物转化过程中，按需要进行翻堆处理和水分调节。
所述翻堆处理依据为物料的FAS情况进行，FAS值超出55％-65％范围时进行翻堆。所述水分调节是使物料含水率为55％-65％。
上述方法还可根据生产需要，可增加物料回流和除臭流程的操作流程。
上述方法还包括对上述无害化处理后得到的产物进行无害化评价的步骤。
上述生物转化方法可以实现在开始反应的3天内最高反应温度超过70℃，并持续1-2天，有效灭活植物源病原菌，同时满足在生物转化产品的发芽率指数不小于80％时，达到生物毒性无害化标准。
其中，上述方法步骤a1)中所述辅助物料可为作物秸秆、畜禽粪便、稻壳、锯末等废弃物均可选用。
上述方法步骤b1)中，所述主物料和辅助物料的粒径通常调节至5-15mm。
上述方法步骤3)中，所述生物转化的时间可为7-12天。
所述强制通风的通风速率为0.15-0.2L·min-1·kgDM-1。
上述方法步骤3)中，在所述生物转化过程中，可以确保发酵温度在3天内升到70℃以上，并维持反应正常进行。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
1、本发明方法可以有效灭活蔬菜废物中的病原菌，且应用超高温条件灭活病原菌不会对生物转化过程及转化产生不利影响，可以保证后续利用的安全。
2、本发明提供的转化方法，是基于能量密度和物料的物理、化学和生物特点设计而成，通过逐步调节物料和工艺参数实现超高温的过程，适用范围包括但不限于蔬菜废物，其它可能存在安全风险的有机废弃物均可通过本方法，达到病原菌灭活的目的。
附图说明
图1为本发明方法的工程实施示意图。
图2为本发明不同实施例中反应温度随发酵进程的变化。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
以蔬菜废弃物为主物料，以适当的农作物秸秆和畜禽粪便为辅料，将物料粒径调节到5-15mm；按适当的C/N和含水率调节配比参数，并完成初始物料混合后，设置初始物料的自由空域设置为65％，水溶性碳含量为12％，易生物降解有机质含量为55％，菌剂添加比例为混合物料质量的3‰(菌剂为VT1020，购自沃土天地生物科技有限公司)。将混合均匀的物料添加到反应器中，在温度为15-20℃的室温条件下进行为期12天的强制通风(通风速率为0.2L·min-1·kgDM-1)条件下的生物转化过程，在第3、7天进行翻堆操作，同时调节生物转化过程中物料含水率为60％左右。
按照上述操作进行的生物转化过程，温度第2天即达到72.5℃，70℃以上高温持续1.4天。生物转化产品中根霉菌和灰霉菌的活菌数量为0(初始物料中病原菌数量在106CFU/g以上，采用方法为平板计数法)，达到完全灭活效果。
发芽率指数(GI值)在第12天即达到83.02％，达到完全腐熟的标准。GI值随发酵进程的变化见表1。
温度测定方法为：在反应器盖子上固定有Pt100的温度传感器，内与物料接触，外与温度记录仪相连，每30分钟记录一次实时温度。
发芽率指数测定方法为：取5g堆肥鲜样加入50ml去离子水，200rpm震荡30min后过滤，取5ml浸提液加到铺有滤纸的9cm培养皿中，每个培养皿均匀摆放10粒水萝卜种子，25℃培养48h后，测定发芽率和根长，每个处理重复3次。以去离子水为对照。
发芽率指数(GI值)计算公式：
实施例2
以蔬菜废弃物为主物料，以适当的农作物秸秆和畜禽粪便为辅料，将物料粒径调节到5-15mm；按适当的C/N和含水率调节配比参数，并完成初始物料混合后，设置初始物料的自由空域设置为60％，水溶性碳含量为10％，易生物降解有机质含量为50％，菌剂添加比例为混合物料质量的4‰(菌剂为VT1020，购自沃土天地生物科技股份有限公司)。将混合均匀的物料添加到反应器中，在温度为15-20℃的室温条件下进行为期7天的强制通风(通风速率为0.15L·min-1·kgDM-1)条件下的生物转化过程，在第3天进行翻堆操作同时调节含水率为60％左右。
按照上述操作进行的生物转化过程，温度自第2天即达73.2℃，70℃以上高温持续时间超过2天。生物转化产品中根霉菌和灰霉菌的活菌数量为0(初始物料中病原菌数量在106CFU/g以上，采用方法为平板计数法)，达到完全灭活效果。
发芽率指数(GI值)自第7天即已达到80.39％，达到完全腐熟的标准。GI值随发酵进程的变化见表1。
实施例3
以蔬菜废弃物为主物料，以适当的农作物秸秆和畜禽粪便为辅料，，将物料粒径调节到5-15mm；按适当的C/N和含水率调节配比参数，并完成初始物料混合后，设置初始物料的自由空域设置为65％，水溶性碳含量为12％，易生物降解有机质含量为55％，菌剂添加比例为混合物料质量的5‰(菌剂为VT1020，购自沃土天地生物科技股份有限公司)。将混合均匀的物料添加到反应器中，在温度为15-20℃的室温条件下进行为期7天的强制通风(通风速率为0.2L·min-1·kgDM-1)条件下的生物转化过程，在第3天进行翻堆操作同时调节含水率为60％左右。
按照上述操作进行的生物转化过程，温度自第2天即达72.8℃，70℃以上高温持续时间超过2天。生物转化产品中根霉菌和灰霉菌的活菌数量为0(初始物料中病原菌数量在106CFU/g以上，采用方法为平板计数法)，达到完全灭活效果。
同时发芽率指数(GI值)自第7天即已高于83.65％，达到完全腐熟的标准。GI值随发酵进程的变化见表1。
对比例1
以蔬菜废弃物为主物料，以适当的农作物秸秆和畜禽粪便为辅料，按适当的C/N和含水率调节配比参数，并完成初始物料混合后，设置初始物料的容重为0.4kg·L-1，水溶性碳含量为6％，易生物降解有机质含量为30％。将混合均匀的物料添加到反应器中，在温度为15-20℃的室温条件下进行为期30天的强制通风(通风速率为0.2L·min-1·kgDM-1)条件下的生物转化过程，在第3、7、12、22天进行翻堆操作同时调节含水率为60％左右。
按照上述操作进行的生物转化过程，温度可达60℃以上未达到70℃，60℃以上可以持续10天，但不能生物转化产品的植物性病原菌不能达到完全灭活效果，仍可检出病原菌活性，数量维持在101-102CFU/g。发芽率指数(GI值)自第22天即高于85.06％，可达到完全腐熟的标准。GI值随发酵进程的变化见表1。
表1不同例证中GI值随发酵进程的变化
由表1可知，采用本技术可以加速堆肥的腐熟过程。
对比例2按传统堆沤方式处理的蔬菜废弃物
以蔬菜废弃物为主物料，以适当的农作物秸秆和畜禽粪便为辅料，混合均匀后进行堆沤，30天后进行指标测定。
堆沤物料呈烂湿状，味道恶臭，取自中心部位的样品腐熟度可以达到50％左右，病原菌仍有活性，但数量维持在101-102/g，取自边缘部位的样品腐熟度为30％左右，病原菌数量为103-104CFU/g，存在较大的安全风险。
Claims (6)
1.一种残留植物源病原菌的有机固体废弃物的无害化处理方法，包括下述步骤：
1)物料预处理
a1)物料筛选：针对待处理的有机固体废弃物主物料，选择可以与主物料进行共堆肥，混合后的物料可以满足下述a2)和b2)参数设置的辅助物料；
b1)粒径调节：将所述主物料和辅助物料进行粉碎处理，粉碎后物料的粒径可以用于设置所需混合物料的下述a2)和b2)参数；
2)物料调配：
a2)调节初始混合物料的物理结构，以自由空域为主要参考标准，设置堆肥前初始物料的自由空域值在55％-65％；
b2)调节初始混合物料的化学构成，包括水溶性碳含量和易生物降解有机质含量，其中水溶性碳含量调节为8-12％，易生物降解有机质含量调节范围为45％-55％；
c3)在上述物理化学参数调节的基础上，添加菌剂，保证处理过程中高温的持续时间和反应的顺利进行；
d4)含水率调节：初始混合物料的含水率在55％-65％；
3)生物转化与过程控制
将调配好的混合物料添加到反应器中，在室温进行强制通风条件下的生物转化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤a1)中所述辅助物料为作物秸秆、畜禽粪便、稻壳、锯末。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤b1)中，所述主物料和辅助物料的粒径调节至5-15mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤c3)中，所述菌剂由具有不同降解功能的微生物菌株，包括下述至少一种：芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、木霉菌；所述菌剂的添加比例为混合物料质量的3‰-5‰。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述生物转化的时间为7-12天。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述强制通风的通风速率为0.15-0.2L·min-1·kgDM-1。
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| CN106220260A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-12-14 | 河北省农林科学院农业资源环境研究所 | 蔬菜残体、农作物秸秆和畜禽粪便联合堆肥工艺 |
| CN107382395A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-11-24 | 中国农业大学 | 一种处理蔬菜废弃物的超高温堆肥方法 |
-
2021
- 2021-02-05 CN CN202110159149.4A patent/CN114874033A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 常瑞雪: "《蔬菜废弃物超高温堆肥工艺构建及其过程中的氮素损失硏究》", 《蔬菜废弃物超高温堆肥工艺构建及其过程中的氮素损失硏究》 * |
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