CN116784422A - 处理餐厨垃圾制备低盐有机肥和高盐蛋白质饲料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理餐厨垃圾制备低盐有机肥和高盐蛋白质饲料的方法：餐厨垃圾固液分离，液体部分收集备用，固体部分除去不能降解的杂质组分得到固体可降解有机废弃物后与农作物秸秆混匀，得C/N比18～35:1的混合有机废弃物；混合有机废弃物与液体部分混匀得含水量50wt.％～70wt.％的混合物料；向混合物料中接种耐盐微生物并培养一段时间后投放1～2龄期的白星花金龟幼虫进行养殖；待1～2龄期的白星花金龟幼虫均变成3龄老熟幼虫后，将老熟幼虫与虫砂分离处理：虫砂经晾晒风干或烘干后得到低盐颗粒有机肥，老熟幼虫经窒息死亡并干燥后得到高盐蛋白质饲料。
Description
技术领域
本发明涉及餐厨垃圾处理与资源化利用技术领域，具体涉及一种利用白星花金龟幼虫和耐盐微生物的虫菌共生体系生态处理餐厨垃圾，从而制备得到低盐有机肥和高盐蛋白质饲料经济产品的方法。
背景技术
餐厨垃圾具有高盐、高含水率和高有机质的“三高”特点，既是资源又是污染物，用则利弃则害，处理得当可“变废为宝”，处理不当则污染环境、危害健康。传统的填埋、焚烧、饲料化等非生物技术存在二次污染等问题，而目前推广应用的厌氧发酵、好氧堆肥等生物技术绿色环保，但其运营管理水平要求高，有机肥的含盐量较高，需要通过水洗等工艺降低盐含量。
近年来，通过昆虫(白星花金龟幼虫、黑水虻和黄粉虫等)过腹处理餐厨垃圾受到人们的关注。专利申请CN103976153A和CN108605898A公开了一种利用微生物(复合菌剂、球盖菇菌种)和白星花金龟幼虫处理餐厨废弃物的方法，由于餐厨垃圾成分复杂，专利申请CN110896925A公开了一种采用黄粉虫、黑水虻和白星花金龟联合转化餐厨废弃物。上述方法简单、能耗低，然而因餐厨垃圾的“三高”特性和低碳氮比(C/N)比等，常规的微生物和白星花金龟幼虫(或其它昆虫)难以有效处理转化，存在幼虫死亡率高等问题，且获得的有机肥盐含量较高，一定程度上限制了其推广应用。
餐厨垃圾和农作物秸秆废弃物有效治理是近年来的“两大难题”，若这些废弃物资源得不到有效利用和处理，就会造成极大的资源浪费和环境压力。专利申请CN102987076A、CN111903878A和CN114149277A公开了一种利用白星花金龟转化农业固体有机废弃物的方法，获得虫体和虫砂等经济产品。上述方法，以农作物秸秆等为主料，畜禽粪便(或添加菌剂)为辅料，经发酵腐熟后(15-90天不等)，再用白星花金龟幼虫处理转化，时间周期长、过程繁琐。
综上所述，利用白星花金龟幼虫处理单一的餐厨垃圾或农作物秸秆有机废弃物，均存在一定的技术难题，须要有实操可行性强的解决方案。而将餐厨垃圾和农作物秸秆耦合，调控两类有机废弃物的水分、养分和C/N比等，并采用白星花金龟幼虫和耐盐微生物虫菌共生的协同转化处理鲜有报道。
发明内容
本发明提供了一种处理餐厨垃圾制备低盐有机肥和高盐蛋白质饲料的方法，充分挖掘白星花金龟幼虫与耐盐微生物的特性，遵循自然法则，将餐厨垃圾和农作物秸秆一体化生态治理，实现两类有机废弃物的资源化利用和无害化处理。本发明方法无需腐熟，用时短、效率高，绿色低碳、无二次污染，以害治废，变废为宝，实现减污降碳协同增效，应用前景广阔。
一种处理餐厨垃圾制备低盐有机肥和高盐蛋白质饲料的方法，包括步骤：
(1)餐厨垃圾固液分离，液体部分收集备用，固体部分除去不能降解的杂质组分得到固体可降解有机废弃物；
(2)将所述固体可降解有机废弃物与农作物秸秆混匀，得到C/N比为18～35:1的混合有机废弃物；
(3)将所述混合有机废弃物与步骤(1)中所述液体部分混匀，得到含水量为50wt.％～70wt.％的混合物料；
(4)向所述混合物料中接种耐盐微生物并培养一段时间，然后投放1～2龄期的白星花金龟幼虫进行养殖；
(5)待1～2龄期的白星花金龟幼虫均变成3龄老熟幼虫后，将老熟幼虫与虫砂分离处理：虫砂经晾晒风干或烘干后得到低盐颗粒有机肥，老熟幼虫经窒息死亡并干燥后得到高盐蛋白质饲料。
本发明将餐厨垃圾与农作物秸秆耦合，并可回用餐厨垃圾中的液体组分，无需对餐厨垃圾中的液体组分进行后续单独处理，开发了利用“虫菌共生体系”(白星花金龟幼虫+耐盐微生物)协同处理，获得低盐有机肥和高盐蛋白质饲料等经济产品，并可延伸至生态种植业和养殖业，助力农业生态绿色低碳发展。
在一实施例中，步骤(2)中，所述固体可降解有机废弃物的颗粒尺寸大小为0.1～1.0cm，所述农作物秸秆的颗粒尺寸大小为0.5～1.0cm。
步骤(2)中，所述农作物秸秆可包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆等中的一种或多种。
步骤(4)中，所述耐盐微生物包括耐盐COD降解菌、海洋抑制菌、海洋净水菌中的一种或多种。在一实施例中，步骤(4)中：所述耐盐COD降解菌为上海碧莱清生物科技有限公司出售的用于污水处理降COD的好氧型耐盐菌(执行标准：Q/BANB103-2019)，购买链接：https://detai l.1688.com/offer/615544881302.html？_t＝1687162836320&spm＝a2615.7691456.co_0_0_wangpu_score_0_0_0_0_0_0_0000_1.0；所述海洋抑制菌为德国Coral Surprise品牌的CS海水全菌中用于抑制有害(标记为Health)的菌剂(执行标准：Q/KARS J1.1-2022)，购买链接：https://item.taobao.com/item.htm？spm＝a1z09.2.0.0.27b02e8dlVOyM9&id＝662633165166&_u＝iatn7tr a122；所述海洋净水菌为德国Coral Surprise品牌的CS海水全菌中用于净水抑藻(标记为Purify)的菌剂(执行标准：Q/KARS J1.1-2022)，购买链接：https://item.taobao.com/item.htm？spm＝a1z09.2.0.0.27b02e8dlVOyM9&id＝662633165166&_u＝iatn7tra122。
综合考虑幼虫活性和除盐效果，作为优选，步骤(4)中，以所述混合物料的质量为基准，所述耐盐微生物的接种量为0.1wt.％～0.5wt.％，耐盐微生物的接种量过多易造成幼虫死亡，所述耐盐微生物中活菌数≥100亿个/克。
在一优选例中，步骤(4)中，向所述混合物料中接种耐盐微生物并培养一段时间的具体操作包括：将所述混合物料均匀平铺到养殖箱中，平铺的混合物料厚度为5～8cm，接种耐盐微生物后培养2～5天，使耐盐微生物有足够时间活化。
作为优选，步骤(4)中，所述培养和所述养殖的温度为20～35℃。
基于幼虫对物料的转化率，步骤(4)中，1龄期的白星花金龟幼虫的投放量与所述混合物料的质量比优选为1.0～3.0:10，2龄期的白星花金龟幼虫的投放量与所述混合物料的质量比优选为2.0～3.0:5。
在一实施例中，步骤(4)中，养殖期间每10天用筛网筛除虫砂，并定期用步骤(1)中所述液体部分调节所述混合物料的含水量在50wt.％～70wt.％之间，若养殖期间所述混合物料完全转化，则补加所述混合物料。
优选的，步骤(5)中，所述低盐颗粒有机肥中盐含量以Cl-计为1.5wt.％～2.1wt.％，有机质含量为28wt.％～36wt.％，腐殖酸含量为5.0wt.％～7.5wt.％。
优选的，步骤(5)中，所述高盐蛋白质饲料中蛋白质含量为48.5wt.％～55.0wt.％，盐含量以Cl-计为0.2wt.％～0.5wt.％。
总而言之，为了克服现有技术存在的餐厨垃圾有机肥的盐含量高以及处理效率低(昆虫死亡率高)、周期长等问题，本发明提供了一种利用白星花金龟幼虫与耐盐微生物构建的“虫菌共生体系”生态转化餐厨垃圾的方法，利用农作物秸秆调节餐厨垃圾碳氮比至合适值，并充分利用餐厨垃圾液体部分，无需腐熟过程，在此基础上，利用耐盐微生物适应高盐环境并富集盐分和白星花金龟幼虫腐食性的特点，以此处理高盐、高含水率和高有机质的“三高”餐厨垃圾，并获得低盐有机肥和高盐蛋白质饲料(添加剂)等经济产品。
本发明提供了一种利用白星花金龟幼虫与耐盐微生物的虫菌共生协同体系转化餐厨垃圾的方法，包括餐厨垃圾有机废弃物预处理、耐盐微生物接种、白星花金龟幼虫投放、虫菌共生体系生物转化以及成品虫和虫砂的后处理等过程。本发明与现有技术相比，有益效果有：
1、虫菌共生体系可解决餐厨垃圾制备有机肥高盐的难题，且获得低盐有机肥和高盐蛋白质饲料经济产品。
2、餐厨垃圾耦合农作物秸秆有效调节养殖原料的水分、养分和C/N比，节约用水和处理周期，且白星花金龟幼虫的存活率(死亡率低于11％)和转化率高。
3、实现餐厨垃圾和农作物秸秆等废弃物的减量化、无害化、资源化和低(零)碳化，以害治废，变废为宝，具有减污降碳协同增效的优势。
附图说明
图1为本发明的一种处理餐厨垃圾制备低盐有机肥和高盐蛋白质饲料的方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明通过白星花金龟幼虫与耐盐微生物的虫菌共生协同体系对餐厨垃圾进行生态处理，获得低盐有机肥和高盐蛋白质饲料等经济产品，对于解决日益严重的餐厨垃圾环境污染以及利用餐厨垃圾制备的有机肥通常为高盐含量的难题具有十分重要的现实意义。
参见图1，一种处理餐厨垃圾制备低盐有机肥和高盐蛋白质饲料的方法，包括步骤：
(1)餐厨垃圾固液分离，液体部分收集备用，固体部分除去不能降解的杂质组分得到固体可降解有机废弃物，杂质组分可回收或进行无害化处理；
(2)将所述固体可降解有机废弃物粉碎后与农作物秸秆颗粒混匀，得到C/N比为18～35:1的混合有机废弃物；
(3)将所述混合有机废弃物与步骤(1)中所述液体部分混匀，得到含水量为50wt.％～70wt.％的混合物料；
(4)向所述混合物料中接种耐盐微生物并培养一段时间，然后投放1～2龄期的白星花金龟幼虫进行养殖；所述耐盐微生物包括耐盐COD降解菌、海洋抑制菌、海洋净水菌中的一种或多种；
(5)待1～2龄期的白星花金龟幼虫均变成3龄老熟幼虫后，将老熟幼虫与虫砂分离处理：虫砂经晾晒风干或烘干后得到低盐颗粒有机肥，老熟幼虫经窒息死亡并干燥后得到高盐蛋白质饲料。
具体的，在以下实施例中，本发明提供的利用白星花金龟幼虫与耐盐微生物的虫菌共生协同体系转化餐厨垃圾的方法包括以下步骤：
1)将接收的餐厨垃圾固液分离后，固体经分选、除杂、粉碎等工艺得到尺寸大小为0.1～1.0cm的颗粒料，将其与粉碎的农作物秸秆辅料(尺寸大小为0.5～1.0cm)混合。参见表1实验方案2、4、5和6，农作物秸秆为水稻秸秆，其与餐厨垃圾可降解固体颗粒料的质量比为50:50，所得混合物的C/N比为20～22:1。本发明还以尺寸大小为0.1～1.0cm的纯餐厨垃圾可降解固体颗粒料(实验方案1，C/N比为13～15:1)和尺寸大小为0.5～1.0cm的纯水稻秸秆颗粒料(实验方案3，C/N比为43～45:1)为对比。
用餐厨垃圾固液分离的液体调节上述混合物(或纯餐厨垃圾可降解固体颗粒料，或纯水稻秸秆颗粒料)的含水量在50wt.％～70wt.％之间，然后将含水混合物料颗粒均匀平铺到养殖箱中，铺展厚度在5～8cm之间。
2)向上述含水混合物料中接种耐盐微生物，耐盐微生物的接种量为0.25wt.％(以上述含水混合物料的质量为基准)，所述耐盐微生物中活菌数≥100亿个/克，同时设置不接种耐盐微生物的实验方案4作为对比，温度控制在20～35℃，培养2～3天；然后投放1～2龄期的白星花金龟幼虫，其中，1龄幼虫的投放量与含水混合物料的质量比为1:5，2龄幼虫的投放量与含水混合物料的质量比为2:5。耐盐微生物随着幼虫进食进入其肠道中，形成“虫菌”共同体。
3)养殖期间，每10天用筛网筛出虫砂；将3龄的老熟幼虫挑出，一部分作为种源幼虫，另一部分加工成商品幼虫；同时，每5天用餐厨垃圾固液分离的液体调节含水混合物料的含水量在50wt.％～70wt.％之间；待含水混合物料完全转化后，继续向养殖箱中补加含水混合物料。
4)养殖末期(大约1～2个月)，幼虫均变成3龄老熟幼虫，将老熟幼虫与虫砂分离处理；虫砂经晾晒风干或烘干后，得到低盐颗粒有机肥，可应用于农业种植中；老熟幼虫经真空干燥箱窒息死亡并干燥，粉碎后得到高盐蛋白质饲料(添加剂)，可直接应用于畜禽和渔业养殖中，无需额外加盐。
表1展示了不同耦合原料和耐盐微生物对高盐蛋白质饲料(幼虫)和低盐颗粒有机肥(虫砂)的主要指标影响。
表1
备注：表1中，[1]、[2]、[3]均表示原料比，具体为水稻秸秆与餐厨垃圾可降解固体的质量比，对应的C/N比分别为13～15:1、20～22:1和43～45:1，实验方案1～3均接种M3(耐盐COD降解菌，上海碧莱清生物科技有限公司出售的用于污水处理降COD的好氧型耐盐菌，执行标准：Q/BANB103-2019，购买链接：https://detail.1688.com/offer/615544881302.html？_t＝1687162836320&spm＝a2615.7691456.co_0_0_wangpu_score_0_0_0_0_0_0_0000_1.0)；[4]M0为不接种耐盐微生物；[5]M1为海洋抑制菌(德国Co ralSurprise品牌的CS海水全菌中用于抑制有害(标记为Health)的菌剂，执行标准：Q/KARSJ1.1-2022，购买链接：https://item.taobao.com/item.ht m？spm＝a1z09.2.0.0.27b02e8dlVOyM9&id＝662633165166&_u＝iatn7tra122)；[6]M2为海洋净水菌(德国Coral Surprise品牌的CS海水全菌中用于净水抑藻(标记为Purify)的菌剂，执行标准：Q/KARS J1.1-2022，购买链接：https://item.taobao.com/item.htm？spm＝a1z09.2.0.0.27b02e8dlVOyM9&id＝662633165166&_u＝iatn7tra122)；实验方案4、5和6均为水稻秸秆:餐厨垃圾可降解固体质量比50:50的养殖原料，即实验方案4、5、6与实验方案2除不接种耐盐微生物或接种的耐盐微生物种类不同外其余均相同。表1中盐含量均以Cl-计。
从表1可以看到，本发明方法所获得的低盐颗粒有机肥中盐含量以Cl-计为1.56wt.％～2.12wt.％(明显低于实验方案1盐含量2.46wt.％)，有机质含量为28.51wt.％～35.76wt.％，腐殖酸含量为5.05wt.％～7.32wt.％(远高于常规堆肥的腐殖酸含量1.0wt.％～2.0wt.％)，无需造粒和进一步除盐，可直接作为缓释有机肥用于蔬菜和农作物种植；本发明方法所获得的高盐蛋白质饲料中蛋白质含量为48.71wt.％～54.39wt.％(高于实验方案1蛋白质含量48.22wt.％)，盐含量以Cl-计为0.21wt.％～0.45wt.％，可直接饲喂鸡、鸭、鹅、猪、鱼等畜禽和渔业养殖，无需额外加盐。
本发明利用白星花金龟幼虫与耐盐微生物虫菌共生协同体系处理餐厨垃圾的创新技术，可有效解决餐厨垃圾和农作物秸秆等有机废弃物处理难的问题，具有处理方法新颖、简单、周期短、成本低的特点，对环境无二次污染，减污降碳协同增效，助力我国农业绿色低碳发展。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种处理餐厨垃圾制备低盐有机肥和高盐蛋白质饲料的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)餐厨垃圾固液分离，液体部分收集备用，固体部分除去不能降解的杂质组分得到固体可降解有机废弃物；
(2)将所述固体可降解有机废弃物与农作物秸秆混匀，得到C/N比为18～35:1的混合有机废弃物；
(3)将所述混合有机废弃物与步骤(1)中所述液体部分混匀，得到含水量为50wt.％～70wt.％的混合物料；
(4)向所述混合物料中接种耐盐微生物并培养一段时间，然后投放1～2龄期的白星花金龟幼虫进行养殖；
(5)待1～2龄期的白星花金龟幼虫均变成3龄老熟幼虫后，将老熟幼虫与虫砂分离处理：虫砂经晾晒风干或烘干后得到低盐颗粒有机肥，老熟幼虫经窒息死亡并干燥后得到高盐蛋白质饲料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固体可降解有机废弃物的颗粒尺寸大小为0.1～1.0cm，所述农作物秸秆的颗粒尺寸大小为0.5～1.0cm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述耐盐微生物包括耐盐COD降解菌、海洋抑制菌、海洋净水菌中的一种或多种，所述耐盐COD降解菌为上海碧莱清生物科技有限公司出售的用于污水处理降COD的好氧型耐盐菌，所述海洋抑制菌为德国CoralSurprise品牌的CS海水全菌中用于抑制有害的菌剂，所述海洋净水菌为德国CoralSurprise品牌的CS海水全菌中用于净水抑藻的菌剂。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，以所述混合物料的质量为基准，所述耐盐微生物的接种量为0.1wt.％～0.5wt.％，所述耐盐微生物中活菌数≥100亿个/克。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，向所述混合物料中接种耐盐微生物并培养一段时间的具体操作包括：将所述混合物料均匀平铺到养殖箱中，平铺的混合物料厚度为5～8cm，接种耐盐微生物后培养2～5天。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述培养和所述养殖的温度为20～35℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，1龄期的白星花金龟幼虫的投放量与所述混合物料的质量比为1.0～3.0:10，2龄期的白星花金龟幼虫的投放量与所述混合物料的质量比为2.0～3.0:5。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，养殖期间每10天用筛网筛除虫砂，并定期用步骤(1)中所述液体部分调节所述混合物料的含水量在50wt.％～70wt.％之间，若养殖期间所述混合物料完全转化，则补加所述混合物料。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中：
所述低盐颗粒有机肥中盐含量以Cl-计为1.5wt.％～2.1wt.％，有机质含量为28wt.％～36wt.％，腐殖酸含量为5.0wt.％～7.5wt.％；
所述高盐蛋白质饲料中蛋白质含量为48.5wt.％～55.0wt.％，盐含量以Cl-计为0.2wt.％～0.5wt.％。
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