CN114933491B - 一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法 - Google Patents

一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法，属于固体有机废弃物处理与资源化技术领域。本发明首先在堆肥前添加几丁质脱乙酰菌剂对水产废弃物进行预处理，促进水产废弃物中壳聚糖生成。随后将预处理完毕的水产废弃物与有机固体废弃物混拌堆肥，在保证合理含水率和碳氮比的基础上，堆肥前期间歇性供氧以减缓微生物代谢活性，减少微生物对腐殖酸前体化合物的消耗，为腐殖酸形成提供底物。此外，壳聚糖属于聚葡萄糖胺类大分子，环保无毒，不仅能够为腐殖酸形成提供前体，且具有极强的吸附性，能在维持原生微生物正常活性条件下固定腐殖酸，降低堆肥发酵中腐殖酸的损失，保证堆肥品质。

Description

一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的 方法
技术领域
本发明属于固体有机废弃物处理与资源化技术领域，具体涉及一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法。
背景技术
有机固体废弃物就是指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或者放弃的固态的有机类物品和物质。有机固体废弃物不当处理不仅造成资源浪费，其弃置过程中产生的废气、渗滤液等也将对环境造成二次污染，严重威胁生态环境和人类健康。堆肥作为一种环保的有机废弃物资源化手段，能够有效回收有机废弃物中养分，生产优质的腐熟产品。腐殖酸作为堆肥最重要的副产物之一，具有提高土壤肥力、减轻污染毒性、促进作物生长的作用。
然而，在传统堆肥工艺中，常将多类型有机固体废弃物混拌处理，有机固体废弃物的组成成分多样，在堆肥反应初期，结构复杂、难降解的有机质无法被微生物有效分解，如氨基酸、多酚等小分子腐殖酸前体化合物又极易被微生物生长代谢所消耗，严重影响了关键产物腐殖酸的形成。
此外，堆肥体系中微生物生长代谢是一个持续不间断的过程。小分子有机物在聚合形成腐殖酸的同时，微生物代谢也在水解腐殖酸为自身生长提供能源。在堆肥反应后期，体系中可被微生物直接利用的有机化合物逐渐减少乃至匮乏，为维持自身正常代谢，微生物水解腐殖酸的速度将大于小分子有机物合成腐殖酸的速度，导致堆肥产物腐殖酸含量降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法，该方法能有效提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量。
本发明提供了一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法，包括以下步骤：
1)在水产废弃物中接种产几丁质脱乙酰酶菌株，进行预堆肥，得到预处理产物；所述水产废弃物含有几丁质；
2)将有机固体废弃物粉碎后和所述预处理产物混合，得到混合物，调整所述混合物的C/N至25～30、含水量为60％～70％，进行堆肥，得到堆肥产物；在堆肥第0～13d内，进行间歇性通气。
优选的，所述水产废弃物包括蟹壳、虾皮和贝类中的一种或几种。
优选的，所述产几丁质脱乙酰酶菌株每小时的几丁质脱乙酰酶活性≥1×104U/g。
优选的，所述产几丁质脱乙酰酶菌株的总有效活菌数为1×107～1×109CFU/mL；所述产几丁质脱乙酰酶菌株的体积和水产废弃物的质量比为(1～1.5)mL：(1～1.5)kg。
优选的，所述预处理堆肥的时间为6～10d。
优选的，所述有机固体废弃物包括农业废弃物、园林垃圾、禽畜粪便、餐厨垃圾、生活垃圾和市政污泥中的一种或几种。
优选的，所述间歇性通气的条件包括：在堆肥第0～13d内，每天通气的次数为2～3次，每次通气3～4h后停止通气1～1.5h，通气量为0.05～0.15L/min。
优选的，在堆肥的第14d开始，每天通气1次，每次通气的时间为2～4h，通气量为0.05～0.15L/min。
本发明提供了一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法，本发明通过向含有几丁质的水产废弃物中接种产几丁质脱乙酰酶菌株，进行预堆肥，得到含有粗品壳聚糖的预处理产物；再将有机固体废弃物粉碎后和所述含有粗品壳聚糖的预处理产物混合，调整C/N至25～30、含水量为60％～70％，进行堆肥，得到堆肥产物；在堆肥第0～13d内，进行间歇性通气。
本发明首先在堆肥前添加产几丁质脱乙酰酶菌对水产废弃物进行预处理，促进水产废弃物中壳聚糖生成。随后将预处理完毕的水产废弃物与有机固体废弃物混拌堆肥，在保证合理含水率和碳氮比的基础上，堆肥前期(堆肥第0～13d)间歇性供氧以减缓微生物代谢活性，减少微生物对腐殖酸前体化合物的消耗，为腐殖酸形成提供底物。同时壳聚糖在结构上具有活跃的氨基(-NH2)和羟基(-OH)基团可作为配位和反应位点，能够与金属离子配位反应，过渡金属离子和吸附有机物质，壳聚糖能最大程度发挥吸附特性，能够固定腐殖酸前体化合物及形成的腐殖酸。此外，由于壳聚糖为长链的多聚氨基葡萄糖，在微生物的作用下能够进一步降解为壳二糖和葡萄糖胺，这很好地为腐殖酸形成提供了前体化合物，恢复通气后，可促使微生物持续将前体化合物转化为腐殖酸，有利于提高腐殖酸产量。此外，在本发明中，粗品壳聚糖源自水产废弃物，水产废弃物不仅来源丰富，绿色环保，而且预处理成本低廉，可实现以废治废。
试验结果表明，采用本发明提供的方法进行堆肥，经过10d预处理堆肥和60d的堆肥实验，腐殖酸含量提高了31.82％～55.68％。
具体实施方式
本发明提供了一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法，包括以下步骤：
1)在水产废弃物中接种产几丁质脱乙酰酶菌株，进行预堆肥，得到预处理产物；所述水产废弃物含有几丁质；
2)将有机固体废弃物粉碎后和所述预处理产物混合，得到混合物，调整所述混合物的C/N至25～30、含水量为60％～70％，进行堆肥，得到堆肥产物；在堆肥第0～13d内，进行间歇性通气。
本发明首先在水产废弃物中接种产几丁质脱乙酰酶菌株，进行预堆肥，得到预处理产物；所述水产废弃物含有几丁质。
在本发明中，所述水产废弃物中的几丁质(N-乙酰氨基葡聚糖)脱乙酰基能够产生壳聚糖(N-氨基葡聚糖)。在本发明中，所述水产废弃物优选的包括蟹壳、虾皮和贝类中的一种或几种。在本发明中了，所述水产废弃物优选的经过粉碎和干燥处理；所述干燥优选的包括晒干；所述水产废弃物的粒径优选为1～3cm，更优选为2cm；所述水产废弃物的含水量优选为3％～8％，更优选为5％。本发明实现了富含几丁质的水产废弃物资源化再利用，以废治废。
在本发明中，所述产几丁质脱乙酰酶菌株每小时的几丁质脱乙酰酶活性优选的≥1×104U/g；所述产几丁质脱乙酰酶菌株的总有效活菌数优选为1×107～1×109CFU/mL，更优选为1×108CFU/mL；所述产几丁质脱乙酰酶菌株的体积和水产废弃物的质量比优选为(1～1.5)mL：(1～1.5)kg。
本发明对所述产几丁质脱乙酰酶菌株没有特殊限制，能够降解几丁质的菌均可。
在本发明中，所述产几丁质脱乙酰酶菌株的来源包括经过富集筛选得到；所述产几丁质脱乙酰酶菌株的原始来源优选的包括腐烂的水产废弃物或养殖水产的废水。筛选所述产几丁质脱乙酰酶菌株采用的培养基优选的包括专性培养基；所述专性培养基以水为溶剂，优选的包括以下质量浓度的组分：几丁质8g/L，磷酸氢二钾1g/L，磷酸二氢钾0.3g/L，硫酸镁0.5g/L，氯化钠0.5g/L，对硝基-N-乙酰苯胺0.4g/L和琼脂20g/L。在本发明中，所述筛选的方法优选的包括以下步骤：将所述待筛选的菌株接种于所述专性培养基，进行培养，以能够使整个专性培养基的平板变黄的菌株作为目标菌株。在本发明中，所述培养的温度优选为45～50℃。
本发明对所述产几丁质脱乙酰酶菌株没有种群限制，采用本发明所述专性培养基确定具有脱乙酰基功能的菌株均可用于水产废弃物的预处理，最优选为酶活力最高的菌株。在本发明中，所述产几丁质脱乙酰酶菌株优选为地衣芽孢杆菌，更优选为地衣芽孢杆菌CGMCC1.9048，来源于中国普通微生物保藏中心。
在本发明中，所述在水产废弃物中接种产几丁质脱乙酰酶菌株优选的包括在水产废弃物中接种含有产几丁质脱乙酰酶菌株的专性培养基；所述水产废弃物和含有产几丁质脱乙酰酶菌株的专性培养基的比例为100g：(0.5～1.5)mL，优选为100g：1mL。
在本发明中，水产废弃物来源的预处理产物含粗品壳聚糖，壳聚糖属于聚葡萄糖胺类大分子，环保无毒，不仅能够为腐殖酸形成提供前体，且具有极强的吸附性，能在维持原生微生物正常活性条件下固定腐殖酸，降低堆肥发酵中腐殖酸的损失，保证堆肥品质。
在本发明中，所述预处理堆肥的时间优选为6～10d。在本发明中，所述预处理堆肥的温度优选为45～50℃。
本发明在进行预堆肥后，优选的还包括对预处理堆肥后的产物进行固液分离，收集固体组分；所述固液分离优选的包括过滤；过滤所用滤纸孔径优选为30～50μm，更优选为40μm。
得到预处理产物后，本发明将有机固体废弃物粉碎后和所述预处理产物混合，得到混合物，调整所述混合物的C/N至25～30、含水量为60％～70％，进行堆肥，得到堆肥产物；在堆肥第0～13d内，进行间歇性通气。
在本发明中，所述有机固体废弃物优选的包括农业废弃物、园林垃圾、禽畜粪便、餐厨垃圾、生活垃圾和市政污泥中的一种或几种，更优选的包括农业废弃物、园林垃圾、禽畜粪便、餐厨垃圾、生活垃圾和市政污泥中的一种。在本发明中，所述有机固体废弃物粉碎后的粒径优选为1～3cm，更优选为2cm。本发明对所述粉碎的方法没有特殊限制，采用剪切、研磨均可。在本发明中，所述有机固体废弃物优选的还经过干燥处理至含水率优选≤10％；所述干燥的方式优选的包括晒干。
在本发明中，所述所述混合物的C/N比优选为27；所述混合物的含水量优选为65％。在本发明中，调整C/N比优选的通过添加葡萄糖和/或尿素实现。
在本发明中，所述堆肥的时间优选为50～70d，更优选为60d，所述堆肥的时间以腐熟期停止为准。
在本发明中，所述间歇性通气的条件优选的包括：在堆肥第0～13d内，每天通气的次数为2～3次，每次通气3～4h后停止通气1～1.5h，通气量为0.05～0.15L/min；所述通气量更优选为0.1L/min。
在本发明中，在堆肥的第14d开始，每天通气1次，每次通气的时间优选为2～4h，通气量优选为0.05～0.15L/min，更优选为0.1L/min。
在本发明中，所述通气通入的气体优选为空气。
在本发明中，所述间歇性通气作用是为微生物正常生长代谢提供有氧环境；前期堆肥体系当中营养充沛，微生物正值数量激增阶段，需要适当加大供氧量。在本发明中，所述通气时的通气量优选为0.05～0.15L/min，更优选为0.1L/min。
得到堆肥产物后，本发明优选的还包括提取所述堆肥产物中的腐殖酸；所述腐殖酸的提取方法优选的包括以下步骤：
对所述堆肥产物进行粉碎和干燥，得到待提取物；
将所述待提取物和提取溶液混合，进行震荡提取，得到提取产物；
对所述提取产物进行离心，得到上清液，对所述上清液进行过滤，得到滤液；所述滤液中含有腐殖酸。
在本发明中，所述粉碎的方式优选的包括研磨；所述干燥的方式优选的包括风干。
在本发明中，待提取物的干重和提取溶液的体积比优选为1：(15～25)，更优选为1:20；所述提取溶液以水为溶剂，优选的包括以下摩尔浓度的组分：0.1MNa4P2O7·10H2O和0.1M NaOH。
在本发明中，所述震荡提取的频率优选为180～200rpm；所述震荡提取的时间优选为20～24h；所述震荡提取的时间优选为20～30℃，更优选为25℃。
在本发明中，所述离心的转速优选为8000～10000rpm；所述离心的时间优选为8～10min。
在本发明中，所述过滤采用滤膜进行；所述滤膜的孔径优选为0.45μm。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
实验材料：鸡粪来源于养鸡场鲜样；选择蟹壳作为水产废弃物，从浙江省宁波市水产市场获取；高效几丁质脱乙酰菌为地衣芽孢杆菌CGMCC1.9048，几丁质脱乙酰酶活性达2.46×104U/g(该酶活力定义为每小时产生1μg对硝基苯胺所需要的酶量)；
本实施例的方法由下述步骤组成：
1、堆肥开始前，将获得的蟹壳晾晒粉碎至2cm左右片状，接种具有脱乙酰功能的几丁质脱乙酰菌剂，总有效活菌数优选为1×108CFU/mL，菌剂体积和蟹壳的质量比例为1mL：1kg。
2、将预处理完毕的蟹壳和鸡粪混拌，调节C/N比为27：1，用蒸馏水调节堆体的含水率为65％，得到堆肥物料进行堆肥。
3、按照正常堆肥时期调控温度，堆肥初期间歇性通气，通气量为0.1L/min，待堆肥进入腐熟期，结束堆肥，提取腐熟期堆体腐殖酸。
实施例2
实验材料：鸡粪来源于养鸡场鲜样；选择虾皮作为水产废弃物，从浙江省宁波市水产市场获取；高效几丁质脱乙酰菌为地衣芽孢杆菌CGMCC1.9048，几丁质脱乙酰酶活性达2.46×104U/g(该酶活力定义为每小时产生1μg对硝基苯胺所需要的酶量)；
本实施例的方法由下述步骤组成：
1、堆肥开始前，将获得的蟹壳晾晒粉碎至2cm左右片状，接种具有脱乙酰功能的几丁质脱乙酰菌剂，总有效活菌数优选为1×108CFU/mL，菌剂体积和虾皮的质量比例为1mL：1kg。
2、将预处理完毕的蟹壳和鸡粪混拌，调节C/N比为27：1，用蒸馏水调节堆体的含水率为65％，得到堆肥物料进行堆肥。
3、按照正常堆肥时期调控温度，堆肥初期间歇性通气，通气量为0.1L/min，待堆肥进入腐熟期，结束堆肥，提取腐熟期堆体腐殖酸。
实施例3
实验材料：厨余垃圾来源于大学食堂；选择虾皮作为水产废弃物，从浙江省宁波市水产市场获取；高效几丁质脱乙酰菌为地衣芽孢杆菌CGMCC1.9048，几丁质脱乙酰酶活性达2.46×104U/g(该酶活力定义为每小时产生1μg对硝基苯胺所需要的酶量)；
本实施例的方法由下述步骤组成：
1、堆肥开始前，将获得的蟹壳晾晒粉碎至2cm左右片状，接种具有脱乙酰功能的几丁质脱乙酰菌剂，总有效活菌数优选为1×108CFU/mL，菌剂体积和虾皮的质量比例为1mL：1kg。
2、将预处理完毕的蟹壳和鸡粪混拌，调节C/N比为27：1，用蒸馏水调节堆体的含水率为65％，得到堆肥物料进行堆肥。
3、按照正常堆肥时期调控温度，堆肥初期间歇性通气，通气量为0.1L/min，待堆肥进入腐熟期，结束堆肥，提取腐熟期堆体腐殖酸。
实施例4
实验材料：厨余垃圾来源于大学食堂；选择蟹壳作为水产废弃物，从浙江省宁波市水产市场获取；高效几丁质脱乙酰菌为地衣芽孢杆菌CGMCC1.9048，几丁质脱乙酰酶活性达2.46×104U/g(该酶活力定义为每小时产生1μg对硝基苯胺所需要的酶量)；
本实施例的方法由下述步骤组成：
1、堆肥开始前，将获得的蟹壳晾晒粉碎至2cm左右片状，接种具有脱乙酰功能的几丁质脱乙酰菌剂，总有效活菌数优选为1×108CFU/mL，菌剂体积和蟹壳的质量比例为1mL：1kg。
2、将预处理完毕的蟹壳和鸡粪混拌，调节C/N比为27：1，用蒸馏水调节堆体的含水率为65％，得到堆肥物料进行堆肥。
3、按照正常堆肥时期调控温度，堆肥初期间歇性通气，通气量为0.1L/min，待堆肥进入腐熟期，结束堆肥，提取腐熟期堆体腐殖酸。
对比例1
实验材料：鸡粪来源于养鸡场鲜样；选择蟹壳作为水产废弃物，从浙江省宁波市水产市场获取；
本实施例的方法由下述步骤组成：
1、将晒干粉碎至2cm左右片状的蟹壳和鸡粪混拌，调节C/N比为27：1，用蒸馏水调节堆体的含水率为65％，得到堆肥物料进行堆肥。
2、按照正常堆肥时期调控温度，堆肥初期间歇性通气，通气量为0.1L/min，待堆肥进入腐熟期，结束堆肥，提取腐熟期堆体腐殖酸。
经过60d堆肥处理发现，对比对照实施例1与对比例1结果可知，经过阶段处理的实施例1腐殖酸含量提高了34.60％。说明本发明的方法能够有效提高腐殖酸产量并减少腐殖酸损失。
对比例2
实验材料：鸡粪来源于养鸡场鲜样；选择虾皮作为水产废弃物，从浙江省宁波市水产市场获取；
本实施例的方法由下述步骤组成：
1、将晒干粉碎至2cm左右片状的虾皮和鸡粪混拌，调节C/N比为27：1，用蒸馏水调节堆体的含水率为65％，得到堆肥物料进行堆肥。
2、按照正常堆肥时期调控温度，堆肥初期间歇性通气，通气量为0.1L/min，待堆肥进入腐熟期，结束堆肥，提取腐熟期堆体腐殖酸。
经过60d堆肥处理发现，对比对照实施例1与对比例1结果可知，经过阶段处理的实施例1腐殖酸含量提高了31.82％。说明本发明的方法能够有效提高腐殖酸产量并减少腐殖酸损失。
对比例3
实验材料：厨余垃圾来源于大学食堂；选择蟹壳作为水产废弃物，从浙江省宁波市水产市场获取；
本实施例的方法由下述步骤组成：
1、将晒干粉碎至2cm左右片状的蟹壳和鸡粪混拌，调节C/N比为27：1，用蒸馏水调节堆体的含水率为65％，得到堆肥物料进行堆肥。
2、按照正常堆肥时期调控温度，堆肥初期间歇性通气，通气量为0.1L/min，待堆肥进入腐熟期，结束堆肥，提取腐熟期堆体腐殖酸。
经过60d堆肥处理发现，对比对照实施例1与对比例1结果可知，经过阶段处理的实施例1腐殖酸含量提高了53.65％。说明本发明的方法能够有效提高腐殖酸产量并减少腐殖酸损失。
对比例4
实验材料：厨余垃圾来源于大学食堂；选择虾皮作为水产废弃物，从浙江省宁波市水产市场获取；
本实施例的方法由下述步骤组成：
1、将晒干粉碎至2cm左右片状的蟹壳和鸡粪混拌，调节C/N比为27：1，用蒸馏水调节堆体的含水率为65％，得到堆肥物料进行堆肥。
2、按照正常堆肥时期调控温度，堆肥初期间歇性通气，通气量为0.1L/min，待堆肥进入腐熟期，结束堆肥，提取腐熟期堆体腐殖酸。
经过60d堆肥处理发现，对比对照实施例1与对比例1结果可知，经过阶段处理的实施例1腐殖酸含量提高了50.45％。说明本发明的方法能够有效提高腐殖酸产量并减少腐殖酸损失。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种利用水产废弃物提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸含量的方法，包括以下步骤：
1)在水产废弃物中接种产几丁质脱乙酰酶菌株，进行预堆肥，得到预处理产物；所述水产废弃物含有几丁质；
2)将有机固体废弃物粉碎后和所述预处理产物混合，得到混合物，调整所述混合物的C/N至27：1、含水量为65％，进行堆肥，得到堆肥产物；
在堆肥第0～13d内，进行间歇性通气；
所述产几丁质脱乙酰酶菌株为地衣芽孢杆菌CGMCC1.9048；
所述产几丁质脱乙酰酶菌株的总有效活菌数为1×108CFU/mL；所述产几丁质脱乙酰酶菌株的体积和水产废弃物的质量比为1mL：1kg；
所述间歇性通气的条件包括：在堆肥第0～13d内，每天通气的次数为2～3次，每次通气3～4h后停止通气1～1.5h，通气量为0.05～0.15L/min；
在堆肥的第14d开始，每天通气1次，每次通气的时间为2～4h，通气量为0.05～0.15L/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水产废弃物包括蟹壳、虾皮和贝类中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产几丁质脱乙酰酶菌株每小时的几丁质脱乙酰酶活性≥1×104U/g。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预堆肥的时间为6～10d。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机固体废弃物包括农业废弃物、园林垃圾、禽畜粪便、餐厨垃圾、生活垃圾和市政污泥中的一种或几种。
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