CN117229109B - 一种利用厨余垃圾制备肥料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用厨余垃圾制备肥料的方法，属于厨余垃圾回用领域。所述利用厨余垃圾制备肥料的方法，由以下步骤组成：制备功能性载体、制备第一添加物、制备第二添加物、混合发酵。本发明的利用厨余垃圾制备肥料的方法，在制备肥料的好氧发酵堆肥过程中，堆肥发酵物核心温度的上升速率稳定，有效避免发酵物的整体温度不均一，含水量高，发酵物局部积热，发酵物换热不均匀等问题，能够使发酵物在理想发酵温度条件下进行发酵；以及在缩短整体发酵时长，提高发酵效率，抑制发酵过程中有害病菌滋生的同时，提高整体发酵效果，提高肥料中总腐殖酸含量及氮磷钾含量，保证肥料的施用效果。
Description
技术领域
本发明涉及厨余垃圾回用领域，尤其是涉及一种利用厨余垃圾制备肥料的方法。
背景技术
厨余垃圾是在餐饮业、食品加工业和家庭生活等加工食物过程中，形成的残羹剩饭、过期食品、食物下脚料等废弃物的总称。作为城市固体废弃物的重要组成部分，厨余垃圾占城市生活垃圾的比重已超过50%，且厨余垃圾的绝对量逐年增长。
厨余垃圾具有含水量高、有机质含量高、油脂含量高、盐分含量高、腐败速度快等特点，一般来说厨余垃圾的含水率可达70-90%，油脂含量约1000-5000 mg/L；以干物质计，厨余垃圾的有机质含量超过80%，具有较高的回用价值。因此，采用传统的垃圾填埋、垃圾焚烧等方法处理厨余垃圾，不仅会导致可回收资源的大量浪费，且在处理过程中会产生大量的垃圾渗滤液、有毒异味气体等污染物，污染土壤及空气环境。由此，对厨余垃圾的资源化利用及无害化处理方法的研究具有重要意义。
现有技术中，采用厨余垃圾进行发酵制肥是对厨余垃圾的主要资源化回用方式。其主要工艺流程包括有：对厨余垃圾的收储运输，对厨余垃圾的分选、除杂，以及混合堆肥等过程，是采用发酵过程对厨余垃圾进行无害化处理，将厨余垃圾中不稳定的有机质转变成稳定的高肥力腐殖质等对植物有益的营养元素，制得的肥料能够为土壤提供大量生物有机质及氮、磷、钾等微量元素，最终实现对厨余垃圾的有效资源化回用。
但是，发明人经研究发现，由于厨余垃圾含水量高、有机质含量高、油脂含量高等特点，在制备肥料的好氧发酵堆肥过程中，堆肥发酵物核心温度的上升速率不稳定，并且最终达到的发酵温度偏低，影响发酵效果；同时，在发酵过程中，发酵物存在有整体温度不均一，含水量高，发酵物局部积热，发酵物换热不均匀等问题，进一步影响发酵效果。前述因素不仅影响发酵的整体时长，还可能在发酵过程中滋生有害病菌，影响整体发酵效果，综合导致制得的肥料中总腐殖酸含量、氮磷钾含量偏低，影响肥料的施用效果。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种利用厨余垃圾制备肥料的方法，针对于厨余垃圾含水量高、有机质含量高、油脂含量高的特点，在制备肥料的好氧发酵堆肥过程中，堆肥发酵物核心温度的上升速率稳定，有效避免发酵物的整体温度不均一，含水量高，发酵物局部积热，发酵物换热不均匀等问题，能够使发酵物在理想发酵温度条件下进行发酵；以及在缩短整体发酵时长，提高发酵效率，抑制发酵过程中有害病菌滋生的同时，提高整体发酵效果，提高肥料中总腐殖酸含量及氮磷钾含量，保证肥料的施用效果。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种利用厨余垃圾制备肥料的方法，由以下步骤组成：制备功能性载体、制备第一添加物、制备第二添加物、混合发酵。
所述制备功能性载体，由以下步骤组成：一次处理、二次处理。
所述一次处理的方法为，将含水量为3-5wt%的稻壳，粉碎至粒度为3-5mm，然后投入至2-4倍体积的硫酸溶液中，搅拌8-10h后，过滤获得固体物，采用足量去离子水洗涤固体物至中性后，110-120℃保温干燥8-10h，制得干燥物；将干燥物投入至4-5倍体积的一次处理液中，40-50℃保温搅拌12-14h后，滤出固体物，干燥，获得一次处理物。
所述一次处理中，硫酸溶液的浓度为0.12-0.15mol/L；
一次处理液为碳酸钾和磷酸镁的去离子水溶液；一次处理液中，碳酸钾的浓度为9-10wt%，磷酸镁的浓度为2-2.5wt%。
所述二次处理的方法为，将一次处理物转入至密闭高温反应器内，采用氮气完全置换高温反应器内的空气后，以1-1.5L/min的通入速率，持续通入氮气；然后以2-3℃/min的升温速率，升温至350-370℃，保温1.5-2.5h后，自然冷却；待温度降低至140-150℃时，保温1-2h后，自然冷却至常温，获得热处理物；然后将热处理物、膨润土、钾长石粉混合研磨均匀后，转入至高速混料机内，在混料温度为50-60℃，混料转速为700-800rpm条件下，喷入0.2-0.3倍体积的二次处理液，二次处理液喷完后，继续加入黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖，混料10-15min，造粒，干燥，制得功能性载体。
所述二次处理中，热处理物、膨润土、钾长石粉的重量比为1.5-2:0.8-1:0.5-0.6；
二次处理液为硅烷偶联剂KH-550的去离子水溶液；二次处理液中，硅烷偶联剂KH-550的浓度为0.8-1.2wt%；
热处理物、黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖的重量比为100:2-3:0.2-0.3:1.2-1.5。
所述制备第一添加物的方法为，按重量比1-2:2-3:2-3，将枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌混合后，接入活化培养基内，28-30℃活化培养40-48h，获得活化菌液后；按体积浓度6-7%的接种量，将活化菌液接入种子培养基内，28-30℃摇床培养22-24h，获得种子液，待用；将功能性载体投入至16-18倍体积的发酵培养基内混合均匀后，按体积浓度10-12%的接种量，将种子液接入发酵培养基内，28-30℃发酵培养24-28h，获得发酵液，发酵液经离心机离心分离，获得固体物，即第一添加物。
所述制备第一添加物中，活化培养基为MSR液体培养基；
种子培养基为YPD液体培养基；
发酵培养基为YPD液体培养基。
所述制备第二添加物的方法为，将功能性载体投入至4-5倍体积的吸附液中，浸渍吸附6-8h后滤出；然后投入至8-10倍重量的壳聚糖乙酸溶液中，分散均匀，获得分散液；然后以0.8-1.2mL/min的滴加速率，将分散液滴加至3-4倍体积的氢氧化钠溶液中；分散液滴加完成后，静置12-14h，滤出固体物，采用去离子水淋洗固体物至中性，干燥，制得第二添加物。
所述制备第二添加物中，吸附液为马尾草提取物、仙人掌提取物、银杏叶提取物的去离子水溶液；吸附液中，马尾草提取物的浓度为5-6wt%、仙人掌提取物5-6wt%、银杏叶提取物4-5wt%；
马尾草提取物的粒度为90-100目，提取比例为10-20:1；
仙人掌提取物的粒度为90-100目，提取比例为10-20:1；
银杏叶提取物的粒度为90-100目，提取比例为10-20:1。
壳聚糖乙酸溶液中，壳聚糖浓度为3.5-4wt%，乙酸浓度为2-2.5wt%。
氢氧化钠溶液的浓度为1.8-2mol/L。
所述混合发酵的方法为，剔除厨余垃圾中的塑料、一次性筷子、一次性餐勺等不易发酵分解的杂质后，粉碎至粒径为3-4cm，获得粉碎后的厨余垃圾；向粉碎后的厨余垃圾中加入木屑，调整C/N比为26-29:1，含水率为60-65wt%，获得混合物料；然后将混合物料、第一添加物、第二添加物混合均匀，堆积为堆肥堆体后静置发酵；静置发酵过程中，控制发酵环境的氧浓度不低于5%（体积百分数）；待堆肥堆体升温至50℃时，保温静置2-3d后，进行翻堆；然后每隔2.5-3.5天翻堆一次，共翻堆3-4次后，停止进行翻堆，静置发酵至堆肥堆体降温至40-45℃时，获得混合发酵物料；混合发酵物料经造粒、干燥，制得肥料。
所述混合发酵中，混合物料、第一添加物、第二添加物的重量比为100-110:5-6:7-9。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的利用厨余垃圾制备肥料的方法，通过对稻壳进行一次处理后，在二次处理过程中经高温碳化、中温活化制得热处理物后，将热处理物与膨润土、钾长石粉，以及二次处理液等结合，制得功能性载体；然后在制备第一添加物过程中，将功能性载体用于特定组合菌种的发酵过程中，制得第一添加物；在制备第二添加物过程中，将功能性载体与壳聚糖、特定组合植物提取物结合，制得第二添加物；然后将第一添加物、第二添加物与厨余垃圾混合发酵制备肥料；有效针对厨余垃圾含水量高、有机质含量高、油脂含量高的特点，在制备肥料的堆肥发酵过程中，通过对发酵物料中水分的动态调控，以及对发酵菌种、植物提取物等成分的释放，保持堆肥发酵物核心温度上升速率的稳定，有效避免发酵物的整体温度不均一，含水量高，发酵物局部积热，发酵物换热不均匀等问题，使发酵物在理想发酵温度条件下进行发酵；并同时缩短整体发酵时长，提高发酵效率及发酵效果，抑制发酵过程中有害病菌滋生；以及同步提高肥料中总腐殖酸含量及氮磷钾含量，保证肥料的施用效果。
（2）本发明的利用厨余垃圾制备肥料的方法，在肥料制备过程中，堆肥堆体静置发酵至55℃过程中的平均升温速率为12.4-14.0℃/d，翻堆后平均升温速率为4.7-5.3℃/d，最高发酵温度为57-63℃，总发酵时长19.0-20.4d；同时，在肥料制备过程中无发酵物局部积热问题发生。
（3）经试验，采用本发明的利用厨余垃圾制备肥料的方法，制得的肥料的总腐殖酸含量为26.2-26.8wt%，有机质含量为39.5-40.2wt%，氮磷钾含量为114.6-118.7g/kg，总蛋白含量为29.0-29.8g/kg。
（4）经试验，采用本发明方法制得的肥料进行辣椒种植，辣椒亩产量为1085-1118kg，维生素A含量为17.6-18.1mg/100mL，膳食纤维含量为48.5-49.7g，胡萝卜素含量为3.4-3.7g/100mL，蛋白质含量为17.1-17.9g/100mL，肥料具有好的施用效果，能够提高辣椒营养物质含量及产量。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种利用厨余垃圾制备肥料的方法，具体为：
1、制备功能性载体
1）一次处理
将含水量为3wt%的稻壳，粉碎至粒度为3mm，然后投入至2倍体积的硫酸溶液中，搅拌8h后，过滤获得固体物，采用足量去离子水洗涤固体物至中性后，110℃保温干燥8h，制得干燥物；将干燥物投入至4倍体积的一次处理液中，40℃保温搅拌12h后，滤出固体物，干燥，获得一次处理物。
其中，硫酸溶液的浓度为0.12mol/L。
一次处理液为碳酸钾和磷酸镁的去离子水溶液；一次处理液中，碳酸钾的浓度为9wt%，磷酸镁的浓度为2wt%。
2）二次处理
将一次处理物转入至密闭高温反应器内，采用氮气完全置换高温反应器内的空气后，以1L/min的通入速率，持续通入氮气；然后以2℃/min的升温速率，升温至350℃，保温1.5h后，自然冷却；待温度降低至140℃时，保温1h后，自然冷却至常温，获得热处理物；然后将热处理物、膨润土、钾长石粉混合研磨均匀后，转入至高速混料机内，在混料温度为50℃，混料转速为700rpm条件下，喷入0.2倍体积的二次处理液，二次处理液喷完后，继续加入黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖，混料10min，造粒，干燥，制得功能性载体。
其中，热处理物、膨润土、钾长石粉的重量比为1.5:0.8:0.5。
二次处理液为硅烷偶联剂KH-550的去离子水溶液；二次处理液中，硅烷偶联剂KH-550的浓度为0.8wt%。
热处理物、黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖的重量比为100:2:0.2:1.2。
2、制备第一添加物
按重量比1:2:2，将枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌混合后，接入活化培养基内，28℃活化培养40h，获得活化菌液后；按体积浓度6%的接种量，将活化菌液接入种子培养基内，28℃摇床培养22h，获得种子液，待用；将功能性载体投入至16倍体积的发酵培养基内混合均匀后，按体积浓度10%的接种量，将种子液接入发酵培养基内，28℃发酵培养24h，获得发酵液，发酵液经离心机离心分离，获得固体物，即第一添加物。
其中，活化培养基为MSR液体培养基。
种子培养基为YPD液体培养基。
发酵培养基为YPD液体培养基。
枯草芽孢杆菌，拉丁文名称为Bacillus subtilis，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥200亿cfu/g。
产朊假丝酵母，拉丁文名称为Candida utilis，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥80亿cfu/g。
植物乳杆菌，拉丁文名称为Lactobacillus plantarum，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥100亿cfu/g。
3、制备第二添加物
将功能性载体投入至4倍体积的吸附液中，浸渍吸附6h后滤出；然后投入至8倍重量的壳聚糖乙酸溶液中，分散均匀，获得分散液；然后以0.8mL/min的滴加速率，将分散液滴加至3倍体积的氢氧化钠溶液中；分散液滴加完成后，静置12h，滤出固体物，采用去离子水淋洗固体物至中性，干燥，制得第二添加物。
其中，吸附液为马尾草提取物、仙人掌提取物、银杏叶提取物的去离子水溶液；吸附液中，马尾草提取物的浓度为5wt%、仙人掌提取物5wt%、银杏叶提取物4wt%。
马尾草提取物、仙人掌提取物、银杏叶提取物均通过市售途径购买获得，粒度为90目，提取比例为10:1。
壳聚糖乙酸溶液中，壳聚糖浓度为3.5wt%，乙酸浓度为2wt%。
氢氧化钠溶液的浓度为1.8mol/L。
4、混合发酵
剔除厨余垃圾中的塑料、一次性筷子、一次性餐勺等不易发酵分解的杂质后，粉碎至粒径为3cm，获得粉碎后的厨余垃圾；向粉碎后的厨余垃圾中加入木屑，调整C/N比为26:1，含水率为60wt%，获得混合物料；然后将混合物料、第一添加物、第二添加物混合均匀，堆积为堆肥堆体后静置发酵；静置发酵过程中，控制发酵环境的氧浓度不低于5%（体积百分数）；待堆肥堆体升温至50℃时，保温静置2d后，进行翻堆；然后每隔2.5天翻堆一次，共翻堆4次后，停止进行翻堆，静置发酵至堆肥堆体降温至40℃时，获得混合发酵物料；混合发酵物料经造粒、干燥，制得肥料。
其中，混合物料、第一添加物、第二添加物的重量比为100:5:7。
实施例2
一种利用厨余垃圾制备肥料的方法，具体为：
1、制备功能性载体
1）一次处理
将含水量为4wt%的稻壳，粉碎至粒度为4mm，然后投入至3倍体积的硫酸溶液中，搅拌9h后，过滤获得固体物，采用足量去离子水洗涤固体物至中性后，115℃保温干燥9h，制得干燥物；将干燥物投入至4.5倍体积的一次处理液中，升温至45℃，搅拌13h后，滤出固体物，干燥，获得一次处理物。
其中，硫酸溶液的浓度为0.13mol/L。
一次处理液为碳酸钾和磷酸镁的去离子水溶液；一次处理液中，碳酸钾的浓度为9.5wt%，磷酸镁的浓度为2.3wt%。
2）二次处理
将一次处理物转入至密闭高温反应器内，采用氮气完全置换高温反应器内的空气后，以1.2L/min的通入速率，持续通入氮气；然后以2.5℃/min的升温速率，升温至360℃，保温2h后，自然冷却；待温度降低至145℃时，保温1.5h后，自然冷却至常温，获得热处理物；然后将热处理物、膨润土、钾长石粉混合研磨均匀后，转入至高速混料机内，在混料温度为55℃，混料转速为750rpm条件下，喷入0.25倍体积的二次处理液，二次处理液喷完后，继续加入黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖，混料12min，造粒，干燥，制得功能性载体。
其中，热处理物、膨润土、钾长石粉的重量比为1.8:0.9:0.55。
二次处理液为硅烷偶联剂KH-550的去离子水溶液；二次处理液中，硅烷偶联剂KH-550的浓度为1.1wt%。
热处理物、黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖的重量比为100:2.5:0.25:1.3。
2、制备第一添加物
按重量比1.6:2.6:2.4，将枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌混合后，接入活化培养基内，29℃活化培养45h，获得活化菌液后；按体积浓度6.5%的接种量，将活化菌液接入种子培养基内，29℃摇床培养23h，获得种子液，待用；将功能性载体投入至17倍体积的发酵培养基内混合均匀后，按体积浓度11%的接种量，将种子液接入发酵培养基内，29℃发酵培养26h，获得发酵液，发酵液经离心机离心分离，获得固体物，即第一添加物。
其中，活化培养基为MSR液体培养基。
种子培养基为YPD液体培养基。
发酵培养基为YPD液体培养基。
枯草芽孢杆菌，拉丁文名称为Bacillus subtilis，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥200亿cfu/g。
产朊假丝酵母，拉丁文名称为Candida utilis，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥80亿cfu/g。
植物乳杆菌，拉丁文名称为Lactobacillus plantarum，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥100亿cfu/g。
3、制备第二添加物
将功能性载体投入至4.5倍体积的吸附液中，浸渍吸附7h后滤出；然后投入至9倍重量的壳聚糖乙酸溶液中，分散均匀，获得分散液；然后以0.9mL/min的滴加速率，将分散液滴加至3.5倍体积的氢氧化钠溶液中；分散液滴加完成后，静置13h，滤出固体物，采用去离子水淋洗固体物至中性，干燥，制得第二添加物。
其中，吸附液为马尾草提取物、仙人掌提取物、银杏叶提取物的去离子水溶液；吸附液中，马尾草提取物的浓度为5.5wt%、仙人掌提取物5.6wt%、银杏叶提取物4.6wt%。
马尾草提取物、仙人掌提取物、银杏叶提取物均通过市售途径购买获得，粒度为95目，提取比例为20:1。
壳聚糖乙酸溶液中，壳聚糖浓度为3.8wt%，乙酸浓度为2.2wt%。
氢氧化钠溶液的浓度为1.9mol/L。
4、混合发酵
剔除厨余垃圾中的塑料、一次性筷子、一次性餐勺等不易发酵分解的杂质后，粉碎至粒径为3.5cm，获得粉碎后的厨余垃圾；向粉碎后的厨余垃圾中加入木屑，调整C/N比为27.5:1，含水率为62wt%，获得混合物料；然后将混合物料、第一添加物、第二添加物混合均匀，堆积为堆肥堆体后静置发酵；静置发酵过程中，控制发酵环境的氧浓度不低于5%（体积百分数）；待堆肥堆体升温至50℃时，保温静置2.5d后，进行翻堆；然后每隔3天翻堆一次，共翻堆3次后，停止进行翻堆，静置发酵至堆肥堆体降温至42℃时，获得混合发酵物料；混合发酵物料经造粒、干燥，制得肥料。
其中，混合物料、第一添加物、第二添加物的重量比为105:5.5:8。
实施例3
一种利用厨余垃圾制备肥料的方法，具体为：
1、制备功能性载体
1）一次处理
将含水量为5wt%的稻壳，粉碎至粒度为5mm，然后投入至4倍体积的硫酸溶液中，搅拌10h后，过滤获得固体物，采用足量去离子水洗涤固体物至中性后，120℃保温干燥10h，制得干燥物；将干燥物投入至5倍体积的一次处理液中，升温至50℃，搅拌14h后，滤出固体物，干燥，获得一次处理物。
其中，硫酸溶液的浓度为0.15mol/L。
一次处理液为碳酸钾和磷酸镁的去离子水溶液；一次处理液中，碳酸钾的浓度为10wt%，磷酸镁的浓度为2.5wt%。
2）二次处理
将一次处理物转入至密闭高温反应器内，采用氮气完全置换高温反应器内的空气后，以1.5L/min的通入速率，持续通入氮气；然后以3℃/min的升温速率，升温至370℃，保温2.5h后，自然冷却；待温度降低至150℃时，保温2h后，自然冷却至常温，获得热处理物；然后将热处理物、膨润土、钾长石粉混合研磨均匀后，转入至高速混料机内，在混料温度为60℃，混料转速为800rpm条件下，喷入0.3倍体积的二次处理液，二次处理液喷完后，继续加入黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖，混料15min，造粒，干燥，制得功能性载体。
其中，热处理物、膨润土、钾长石粉的重量比为2:1:0.6。
二次处理液为硅烷偶联剂KH-550的去离子水溶液；二次处理液中，硅烷偶联剂KH-550的浓度为1.2wt%。
热处理物、黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖的重量比为100:3:0.3:1.5。
2、制备第一添加物
按重量比2:3:3，将枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌混合后，接入活化培养基内，30℃活化培养48h，获得活化菌液后；按体积浓度7%的接种量，将活化菌液接入种子培养基内，30℃摇床培养24h，获得种子液，待用；将功能性载体投入至18倍体积的发酵培养基内混合均匀后，按体积浓度12%的接种量，将种子液接入发酵培养基内，30℃发酵培养28h，获得发酵液，发酵液经离心机离心分离，获得固体物，即第一添加物。
其中，活化培养基为MSR液体培养基。
种子培养基为YPD液体培养基。
发酵培养基为YPD液体培养基。
枯草芽孢杆菌，拉丁文名称为Bacillus subtilis，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥200亿cfu/g。
产朊假丝酵母，拉丁文名称为Candida utilis，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥80亿cfu/g。
植物乳杆菌，拉丁文名称为Lactobacillus plantarum，购于山东思扬生物科技有限公司，有效菌浓度≥100亿cfu/g。
3、制备第二添加物
将功能性载体投入至5倍体积的吸附液中，浸渍吸附8h后滤出；然后投入至10倍重量的壳聚糖乙酸溶液中，分散均匀，获得分散液；然后以1.2mL/min的滴加速率，将分散液滴加至4倍体积的氢氧化钠溶液中；分散液滴加完成后，静置14h，滤出固体物，采用去离子水淋洗固体物至中性，干燥，制得第二添加物。
其中，吸附液为马尾草提取物、仙人掌提取物、银杏叶提取物的去离子水溶液；吸附液中，马尾草提取物的浓度为6wt%、仙人掌提取物6wt%、银杏叶提取物5wt%。
马尾草提取物、仙人掌提取物、银杏叶提取物均通过市售途径购买获得，粒度为100目，提取比例为15:1。
壳聚糖乙酸溶液中，壳聚糖浓度为4wt%，乙酸浓度为2.5wt%。
氢氧化钠溶液的浓度为2mol/L。
4、混合发酵
剔除厨余垃圾中的塑料、一次性筷子、一次性餐勺等不易发酵分解的杂质后，粉碎至粒径为4cm，获得粉碎后的厨余垃圾；向粉碎后的厨余垃圾中加入木屑，调整C/N比为29:1，含水率为65wt%，获得混合物料；然后将混合物料、第一添加物、第二添加物混合均匀，堆积为堆肥堆体后静置发酵；静置发酵过程中，控制发酵环境的氧浓度不低于5%（体积百分数）；待堆肥堆体升温至50℃时，保温静置3d后，进行翻堆；然后每隔3.5天翻堆一次，共翻堆3次后，停止进行翻堆，静置发酵至堆肥堆体降温至45℃时，获得混合发酵物料；混合发酵物料经造粒、干燥，制得肥料。
其中，混合物料、第一添加物、第二添加物的重量比为110:6:9。
对比例1
采用实施例2的技术方案，其不同在于：1）省略一次处理步骤，并在二次处理步骤中，采用常规碳化稻壳替代热处理物，与膨润土、钾长石粉混合造粒后，将制得颗粒物替代功能性载体，用于后续的制备第一添加物、第二添加物中；2）省略第二添加物的制备，同时省略第二添加物混合发酵步骤的使用。
对比例2
采用实施例2的技术方案，其不同在于：1）二次处理步骤中，省略膨润土、钾长石粉等原料的添加，将热处理物作为功能性载体；2）省略第一添加物的制备，将枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌直接用于混合发酵步骤中；枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌与混合物料的重量比为0.03:0.05:0.04:100。
采用实施例1-3、对比例1-2的利用厨余垃圾制备肥料的方法，对同批次的厨余垃圾原料进行肥料制备。在肥料制备过程中，监控并记录堆肥堆体静置发酵至55℃过程中的平均升温速率、翻堆后的平均升温速率、最高发酵温度、总发酵时长，并观察是否出现发酵物局部积热现象。具体结果如下表所示：
进一步的，分别检测实施例1-3、对比例1-2制得的肥料中的总腐殖酸含量、有机质含量、氮磷钾含量（速效磷含量、速效钾含量、全氮含量之和）、总蛋白含量。具体结果如下表所示：
进一步的，分别采用实施例1-3、对比例1-3制得的肥料进行辣椒种植试验。具体的，选取同一种植区域内的6块面积相同、相互隔离的区域，作为1-6号试验用地，分别在1-5号试验用地中采用实施例1-3、对比例1-2制得的肥料进行辣椒种植试验，6号试验用地作为空白对照，不施用本发明中利用厨余垃圾制备的肥料。辣椒种植过程中，采用辣椒常规种植方法进行管理，控制各试验用地内的辣椒定植株数、肥料施用时机、肥料施用量均相同。辣椒成熟后，在相同时间内完成辣椒的采摘工作，记录各试验用地中的辣椒产量；同时，在各试验用地采摘的辣椒中，随机选取10个大小接近的辣椒果实，将辣椒果实研磨成浆后，检测维生素A含量、膳食纤维含量、胡萝卜素含量、蛋白质含量，取平均值。具体结果如下表所示：
可以看出，本发明的利用厨余垃圾制备肥料的方法，通过对稻壳进行一次处理后，在二次处理过程中经高温碳化、中温活化制得热处理物后，将热处理物与膨润土、钾长石粉，以及二次处理液等结合，制得功能性载体；然后在制备第一添加物过程中，将功能性载体用于特定组合菌种的发酵过程中，制得第一添加物；在制备第二添加物过程中，将功能性载体与壳聚糖、特定组合植物提取物结合，制得第二添加物；然后将第一添加物、第二添加物与厨余垃圾混合发酵制备肥料；有效针对厨余垃圾含水量高、有机质含量高、油脂含量高的特点，在制备肥料的堆肥发酵过程中，通过对发酵物料中水分的动态调控，以及对发酵菌种、植物提取物等成分的释放，保持堆肥发酵物核心温度上升速率的稳定，有效避免发酵物的整体温度不均一，含水量高，发酵物局部积热，发酵物换热不均匀等问题，使发酵物在理想发酵温度条件下进行发酵；并同时缩短整体发酵时长，提高发酵效率及发酵效果，抑制发酵过程中有害病菌滋生；以及同步提高肥料中总腐殖酸含量及氮磷钾含量，保证肥料的施用效果。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种利用厨余垃圾制备肥料的方法，其特征在于，由以下步骤组成：制备功能性载体、制备第一添加物、制备第二添加物、混合发酵；
所述制备功能性载体，由以下步骤组成：一次处理、二次处理；
所述一次处理的方法为，干燥稻壳经粉碎后，投入至硫酸溶液中，搅拌，过滤获得固体物，采用足量去离子水洗涤固体物至中性后，干燥，制得干燥物；将干燥物投入至一次处理液中，40-50℃保温搅拌12-14h，滤出固体物，干燥，获得一次处理物；
所述一次处理液为碳酸钾和磷酸镁的去离子水溶液；
所述二次处理的方法为，将一次处理物转入至密闭环境内，在氮气气氛环境中，升温至350-370℃，保温，自然冷却；待温度降低至140-150℃时，保温，自然冷却至常温，获得热处理物；将热处理物、膨润土、钾长石粉混合研磨均匀后，转入至高速混料机内，混料过程中喷入0.2-0.3倍体积二次处理液，二次处理液喷完后，继续加入黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖，混料均匀，造粒，干燥，制得功能性载体；
所述二次处理液为硅烷偶联剂KH-550的去离子水溶液；
所述制备第一添加物的方法为，将枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌混合后，接入活化培养基内，经活化培养，获得活化菌液后；将活化菌液接入种子培养基内，经摇床培养，获得种子液，待用；将功能性载体投入至发酵培养基内混合均匀后，将种子液接入发酵培养基内，经发酵培养，获得发酵液，发酵液经离心分离出固体物，制得第一添加物；
所述制备第一添加物中，枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、植物乳杆菌的重量比为1-2:2-3:2-3；
活化培养温度为28-30℃，活化培养时间为40-48h；
活化菌液的接种量为6-7%，摇床培养温度为28-30℃，摇床培养时间为22-24h；
种子液的接种量为10-12%，发酵培养温度为28-30℃，发酵培养时间为24-28h；
功能性载体与发酵培养基的体积比为1:16-18；
所述活化培养基为MSR液体培养基；种子培养基为YPD液体培养基；发酵培养基为YPD液体培养基；
所述制备第二添加物的方法为，将功能性载体投入至吸附液中，浸渍吸附后滤出；然后投入至壳聚糖乙酸溶液中，分散均匀，获得分散液；将分散液滴加至氢氧化钠溶液中；分散液滴加完成后，静置，滤出固体物，采用去离子水淋洗固体物至中性，干燥，制得第二添加物；
所述吸附液为马尾草提取物、仙人掌提取物、银杏叶提取物的去离子水溶液；
所述制备第二添加物中，功能性载体与吸附液的体积比为1:4-5；
分散液的滴加速率为0.8-1.2mL/min；
分散液与氢氧化钠溶液的体积比为1:3-4；
所述吸附液中马尾草提取物的浓度为5-6wt%、仙人掌提取物5-6wt%、银杏叶提取物4-5wt%；
马尾草提取物的粒度为90-100目，提取比例为10-20:1；
仙人掌提取物的粒度为90-100目，提取比例为10-20:1；
银杏叶提取物的粒度为90-100目，提取比例为10-20:1；
壳聚糖乙酸溶液中，壳聚糖浓度为3.5-4wt%，乙酸浓度为2-2.5wt%；
氢氧化钠溶液的浓度为1.8-2mol/L；
所述混合发酵的方法为，厨余垃圾经除杂、粉碎后，与木屑混合，调整C/N比为26-29:1，含水率为60-65wt%，获得混合物料；然后将混合物料、第一添加物、第二添加物混合均匀，堆积为堆肥堆体后静置发酵；待堆肥堆体升温至50℃时，保温静置2-3d后，进行翻堆；然后每隔2.5-3.5天翻堆一次，共翻堆3-4次后，停止进行翻堆，静置发酵至堆肥堆体降温至40-45℃时，获得混合发酵物料；混合发酵物料经造粒、干燥，制得肥料；
所述混合发酵中，混合物料、第一添加物、第二添加物的重量比为100-110:5-6:7-9。
2.根据权利要求1所述的利用厨余垃圾制备肥料的方法，其特征在于，所述一次处理中，干燥物与一次处理液的体积比为1:4-5；
硫酸溶液的浓度为0.12-0.15mol/L；
一次处理液中碳酸钾的浓度为9-10wt%，磷酸镁的浓度为2-2.5wt%。
3.根据权利要求1所述的利用厨余垃圾制备肥料的方法，其特征在于，所述二次处理中，升温至350-370℃的升温速率为2-3℃/min；
升温至350-370℃的保温时间为1.5-2.5h；
高速混料温度为50-60℃，混料转速为700-800rpm。
4.根据权利要求1所述的利用厨余垃圾制备肥料的方法，其特征在于，所述二次处理中，热处理物、膨润土、钾长石粉的重量比为1.5-2:0.8-1:0.5-0.6；
二次处理液中硅烷偶联剂KH-550的浓度为0.8-1.2wt%；
热处理物、黄原胶、甘油、魔芋葡甘聚糖的重量比为100:2-3:0.2-0.3:1.2-1.5。
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| 厨余垃圾水热转化制取有机肥的试验研究;杜昆等;环境工程;第41卷(第8期);第162-168页 * |
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