专利名称：一种提高生活垃圾堆肥效率的处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于固体废物的堆肥化处理，具体涉及利用乙酸及调整堆料水分，促进城 市生活垃圾堆肥腐熟的处理方法。背景技术：
高温好氧堆肥工艺是固体废弃物资源化处理常用的技术，是集无害化处理和资源 再生利用于一体的生物学处理方法，具有较强的物质转化能力及易被人为控制等优点。其 过程从初始堆肥的原料阶段，先后经历升温阶段、高温阶段、降温阶段、熟化稳定阶段，最后 达到腐熟。由于堆肥化是一种生物学工艺过程，在堆肥过程的不同阶段对有机物的降解起 关键作用的微生物种群不同。在工艺过程中所要控制的各种参数就是那些对微生物有影响 的因素，因为它们决定微生物活动的程度，进而影响堆肥的速度与质量。一般认为，加快堆 肥进程、缩短堆肥时间可通过以下两个方式其一，通过改变堆肥底物的物理和化学特性， 如水分、pH、C/N、物料的透气性、堆肥的翻堆频率等，能够改变堆肥腐熟进程；其二，通过添 加微生物菌剂加快堆肥进程，但许多研究者获得不同的研究结果，有研究认为添加微生物 菌剂，效果并不明显，主要原因是生活垃圾底物中富含各种大量土著微生物，外源菌种不 能形成优势群落，从而对堆肥进程的影响不明显；相反，部分学者认为外源微生物的接入 能够有明显的促进堆肥腐熟的功能，关键是接入外源微生物的数量及功能特性，能否在堆 肥底物中形成优势群落；Zeng研究认为，在生活垃圾堆肥第二阶段接入0. 5 %的白腐真菌 (Phanerochaetechrysosporium)能大幅度提高降解纤维素的效率，从而促进堆肥的腐熟； M. P. Rau研究认为在堆肥中添加少量乙酸并配合添加一定浓度的纤维素降解菌，能够促进 堆肥过程中土著真菌数量的增加，提高堆体底物的纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶、磷酸酯 酶、淀粉酶等酶活，从而加快堆肥的进程，采用这种方式可能是通过降低底物PH值，促进堆 体中丝状真菌的生长，达到提高降解纤维素效率的目的。如申请号为200610031262. X的中 国专利说明书公开了一种在堆肥的不同堆制阶段两次添加不同促腐发酵剂的垃圾堆肥法 及其促腐发酵剂，其两种促腐发酵剂都是将不同菌种的单一发酵液按一定比例混合而制成 的复合酶液体系。在堆肥开始时添加促腐发酵剂A，以加速果胶、脂类、蛋白质等易降解物的 分解，并初步破坏木质纤维结构、促成部分木质纤维素类难降解物的降解。在堆肥降温阶段 的中后期添加促腐发酵剂B，进一步加强对木质纤维素等难降解有机物的降解作用，促进堆 料的深度腐熟。通过两次添加促腐发酵剂，加快了堆料的降解，加快堆肥腐熟进程，提高了 堆肥品质。但此方法需要两次添加，需要掌握两次添加的时机，并且要每天翻垛一次，操作 复杂作业量较大，而且除臭效果不尽理想。添加矿质元素能提高堆肥效率，如专利CN 1039308C的中国专利说明书公开了一 种堆肥促腐剂，主要由氯化亚铁、磷酸镁、硝酸钾、氰氨化钙、亚硫酸氢钠等成分组成，为堆 料提供一些矿质元素，从而加快堆肥腐化速度，堆肥质量提高。堆肥的腐熟过程实际上是有机物的降解过程，在此期间，将产生大量的有机酸。 Chanyasak等(1982)检出垃圾发酵样品中含有氨基酸、挥发性脂肪酸和其它低分子有机酸，乙酸是其中的主要成分占42%-93% ；R-Baziramakenga等(1998)对粪便堆肥中低 分子量脂肪酸进行了研究，认为发酵后的有机物通过释放有机成分，特别是低分子有机酸 (LMWA)来影响所含营养元素的可利用性，LMWA随发酵时间而减少，如果未腐熟，大量存在 的LMWA可能影响营养元素的流动性和生物可利用性。有机酸具有较强的络合能力，并与阴 离子竞争吸附点位，因而对减少磷元素固定(Hu H-Q, 1997 Lu W-L，1999)，提高磷元素的有 效性。因此如何提高堆肥堆料中的矿质元素的生物可利用性，从而提高微生物的降解效 率，并缩短堆肥发酵时间，是目前堆肥发酵领域人们不断探索的新课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种堆肥处理方法，与传统堆肥相比，其可以明显加快堆肥 腐熟进程，提高堆肥品质。具体步骤如下(1)堆料与占堆料质量0. 05-0. 5%的乙酸均勻混合，然后调节水分至55-65%，进 行静态条堆式堆肥；(2)每5-7天进行一次翻堆，以保证通气及堆料的均勻；(3) 二次堆肥经为25-40天腐熟。采用本发明的方法进行堆肥，能够改变堆肥过程中细菌的菌群类型，加快堆肥腐 熟进程，提高堆肥的品质。以下采用具体实施例对本发明进行更详细的描述。
四
图1为本发明堆肥的工艺流程2.总DNA凝胶电泳3. V3区PCR产物凝胶电泳4.两个处理不同阶段的DGGE图谱图5. DGGE条带分布示意图
五具体实施例方式实施例1 堆肥处理方法乌鲁木齐垃圾综合处理厂的垃圾经过机械及手工分选，有机垃圾占85%进入大仓 进行高温仓储一次堆肥，堆肥14天，堆肥物经过筛分、粉碎，粒径小于2cm的堆料进行二次 堆肥，将该堆料添加占堆料质量0. 25 %的乙酸均勻混合，并将堆料水分含量调整至60 %， 进行条堆堆肥，条堆大小按长X宽X高为20. OX 2. OX 1.5m，每隔7天进行翻堆一次(其 工艺见图1)。堆肥周期为28天，通过分析堆肥堆料的种子发芽指数(GI)、可溶性糖含量、铵太 氮含量(NH4+-N)，硝态氮含量(N03—-N)，评估堆肥的腐熟度。参考国内外研究者的研究结果，选定当GI > 85%，可溶性糖< 0. 1%，NH4+_N/ NO3--N < 1,NH4+N < 0. 4mg/g,认为生活垃圾堆肥腐熟。根据测定结果(见表1)，认为添加乙酸的堆肥相对于传统堆肥在28天时有较高的腐熟度。表1. 28d各处理堆肥指标比较
28d堆肥 GI (0Zo) 可溶性糖(°/。) NH4-NZNO3-N NH4-NCK — 90.10.1231.455O. 680 添加0.25%乙 酸I 109.5 0.087 0.762 0. 410实施例2 堆肥各阶段堆料的细菌微生态的变化上述堆肥堆料每周翻堆时进行取样一次，样品风干后，采用聚合酶链式反应_变 性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)研究堆肥过程中细菌种群结构的动态变化，通过比较堆 肥堆料不同时期细菌的16SrDNA基因信息来了解细菌种群结构的变化。1.主要步骤如下①堆肥样品的预处理取堆肥样品1. Og 于 5ml 离心管内，加如 3ml TENP buffer (50mmol. L^1Tris-HCl, 20mmol. L-1 EDTA, 1 OOmmo 1. L-1 NaCl，0. OOlg. Γ1 PVPP, PH= 10. 0)，充分漩涡 5min，6000r. min-1离心lOmin，洗涤至上清液颜色澄清，沉淀用于后续研究。②样品中细菌总DNA的提取堆肥样品DNA提取和纯化DNA提取采用改进的蛋白酶K-CTAB法进行，在洗涤 好的样品中加入 1. 5mlDNA 提取液(lOOmmol. L^1Tris-HCl, IOOmmol. Γ1 EDTA, IOOmmol. Γ1 Na3P04,1. 4mol. L-1 NaCl，2 % CTAB, 1 % PVPP 禾口 1 % B-巯基乙醇，PH = 8. 0)，剧烈震 荡后加入溶菌酶和蛋白酶K(均为IOul，IOmg. mL—1)，于37°C、225r. min—1摇床20min,加入 200ul (10% )SDS，65°C水浴2h，每隔15_20min上下颠倒摇动，在室温6000r. mirT1下离心 IOmin,取上清液，再加入0. 5ml DNA提取液和50ul (10 % ) SDS, 65°C水浴lOmin，重复操作 后，合并上清。在获得的上清液中加入等体积氯仿/异戊醇(体积比24 l)，6000r. mirT1 下离心10分钟，吸取水相转移至新的50ml离心管，加入0. 6倍体积异丙醇室温沉淀Ih以 上，15000r. mirT1下离心lOmin，弃上清液，沉淀自然风干，加入250ulTE重悬沉淀。获得的粗提DNA 采用 TIAN quick MidiPurif icationKit (Tiangen，北京)进行纯 化，粗提和纯化结果采用0. 7%琼脂糖凝胶电泳检测。③细菌V3区的PCR扩增采用细菌特异性引物对纯化产物进行PCR扩增，扩增程序94°C预变性5min，94°C 变性40s，55°C退火40s，72°C延伸lOmin。PCR反应体系50ul，其中包括PCR反应缓冲液5ul， IOuml. L-IdNTP 溶液 2ml, IOumol. L-I 的细菌通用引物 GC-341F 和 907R 各 0. 5ul，序列为 5-CGC CCG CCG CGC GCG GCG GGC GGG GCG GGG CCT ACG GGA GGCAGC AC-3) ；907R，5_CCG TCA ATT CCT TTC ACT TT)。扩增变短长约600bp，TaqDNA聚合酶为2. 5个单位，DNA模板 为Iul，PCR扩增产物用琼脂糖凝胶电泳检测。④变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析采用Bio-Rad公司DcodeTM的基因突变检测系统对PCR反应产物进行电泳分离。 电泳条件凝胶变性梯度30% -65%,电泳时间16h，电泳结束后用EB染色30min，在清水中 退染20min，然后用Bio-RadGel Doc2000凝胶成像系统观察结果并拍照。2.结果与分析①堆肥样基因组总DNA的提取与PCR扩增
粗体总DNA凝胶电泳图见图2，电泳结果显示采用文中的提取方法可以顺利提取出堆肥样品中的总DNA片段，长度为23kb左右，这个结果说明，使用的DNA提取方案没有导 致严重的DNA断裂，对粗体总DNA进行纯化，纯化后的DNA凝胶电泳见图2，经过纯化后取出 了粗提总DNA中的腐殖酸与其他杂质，同时提高了纯度与浓度，有利于PCR扩增。V3区扩增 结果如图3所示，PCR产物片段长度为600bP左右，可以认为该产物能够作为变性凝胶电泳 (DGGE)的样品。②变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析城市垃圾堆肥样品的PCR扩增产物通过DGGE分离，其DGGE图谱如图4所示。由图 可知，堆肥样品的PCR产物经DGGE分离出数目、迁都和迁移位置都不同的条带，这些不同位 置的条带代表着不同的细菌种群电泳的条带越多，说明细菌种群越多，条带信号越强，表 示条带代表的相应的细菌数量越多。由图4可知，堆肥初期中细菌种群较多，优势种群不明 显，随着堆肥过程的进行，电泳条带出现减少，优势种群逐渐形成，在堆肥的前期(0-14d)， 条带的强度逐渐减弱，说明堆肥过程中，细菌的数量在减少，两个处理在28d的条带无显著 差别。 从图5可以看出，添加乙酸处理与CK的DGGE条带模式表现出明显的差异。添加乙 酸后，增加了堆肥开始阶段微生物的种类和数量(0-7d)。条带a出现在乙酸处理的0-21d， 而CK在第7d时，该条带已经消失；b条带CK在14d时消失，而添加乙酸的处理在28d该条 带消失。CK处理在7d时，c条带消失，乙酸处理的整个堆肥过程，c条带始终出现(图4)。 各个堆肥时期，优势菌群不同，这说明乙酸处理改变了堆肥细菌的微生态。
以上结果说明添加乙酸改变了堆肥细菌菌群类型，从而影响堆肥的腐熟进程。
权利要求
一种加快生活垃圾堆肥腐熟的方法，包括以下步骤(1)在二次堆肥堆料中添加占堆料质量0.05-0.5％的乙酸，均匀混合，然后调节堆料水分至55-65％，进行静态好氧堆肥；(2)每隔5-7天进行一次翻堆，以保证堆料的通气及均匀；(3)二次堆肥经25-35天腐熟。
2.权利要求1的方法，其中步骤(1)添加占二次堆肥堆料质量0.25%的乙酸在堆料 中，并将水分调节至60 %，均勻堆料。
3.权利要求2的方法，其中每隔7天进行一次翻堆。
4.权利要求3的方法，其中二次堆肥处理时间为28天。
全文摘要
本发明公开了一种生活垃圾的堆肥处理方法。该方法通过在的二次堆料中添加乙酸及通过调整堆料水分，改变堆肥过程中细菌的微生态，有效加快堆肥腐熟进程。
文档编号C05F9/04GK101811893SQ20101012995
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者于晶, 孙宁川, 张云舒, 徐万里, 王伟, 葛春辉, 邵华伟 申请人:新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所;新疆城建环保有限公司