低植物毒性厨余垃圾沼渣的制备方法与流程

1.本发明属于垃圾处理领域，具体涉及一种低植物毒性厨余垃圾沼渣的制备方法。


背景技术：

2.厨余垃圾在生活垃圾中分出量越来越大，城市一般主要通过厌氧发酵技术进行处理，在产生大量沼气的同时也产生厨余垃圾处理量2-20％的沼渣。沼渣中含有大量有机质、腐殖酸、粗蛋白、氨基酸腐殖酸等营养物质。沼渣一般呈碱性，盐度高，含水率高，同时可能还有油脂及残留的重金属等污染物，大大增加了利用的难度。目前，国内外对沼渣的处理主要有焚烧发电、堆肥和制备高附加值化学品等路线。国内大多采用焚烧法，其优点在于可以快速减量化沼渣，但是沼渣营养丰富，含水量高，焚烧将造成大量的能源损耗和资源浪费，产生大量温室气体、有害气体及粉尘，不仅破坏生态环境，而且危害人类健康，也不符合垃圾分类政策的初衷，同时还将沼渣中的有机碳转为碳排放。据统计，1kg沼渣中的碳将产生3.6-3.7kg的碳排放，按照厨余垃圾800吨/天的处理规模计算，如果沼渣全部焚烧，则仅此一项就会增加二氧化碳排放约10万吨/年(刘畅，中国经济评论，2021)。
3.厨余垃圾沼渣相较于污泥沼渣等其他沼渣，其氯化钠等盐类物质、氮含量及油脂含量相对更高，重金属等污染物的含量较低。相对较低的污染物含量使得厨余垃圾沼渣更加适用于土地利用，对土壤的友好程度较高。但是较高的盐害，对植物生长的危害较大，种子发芽率极低。
4.经过文献检索发现，目前大部分的专利主要针对于污泥沼渣，如中国专利“一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法”(cn201910520400.8)等，污泥沼渣与厨余沼渣的特性存在一定差异，处理后的沼渣用途也差异较大。


技术实现要素：

5.本发明提供一种低植物毒性厨余垃圾沼渣的制备方法，不添加大量辅料，快速减低沼渣含水率和盐度，实现厨余垃圾沼渣的低植物毒性，便于沼渣进一步的利用。
6.一种低植物毒性厨余垃圾沼渣的制备方法，包括以下步骤：
7.s1、向厨余垃圾沼渣中混入微生物菌剂a以及磁性膨胀剂a，所述微生物菌剂a中含有细菌；控制温度为30℃以上，搅拌1-12h，通过磁吸回收磁性膨胀剂a；
8.s2、向s1所得物料中加入微生物菌剂b以及磁性膨胀剂b，在室温搅拌12-60h，其中微生物菌剂b中含有真菌，通过磁吸回收磁性膨胀剂b，即得低植物毒性厨余垃圾沼渣。
9.进一步地，其中厨余垃圾沼渣为厨余垃圾经过厌氧发酵后的固态残余物，质地均匀，无肉眼可见的杂质。
10.进一步地，微生物菌剂a为枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、苍白杆菌、肠杆菌、乳酸杆菌、甲基杆菌、肠球菌、鞘氨醇单胞菌、假单胞菌、厚壁菌、链霉菌和氮单胞菌中一种或几种的组合，微生物菌剂a菌液浓度为10
6-108cfu/ml，添加量为沼渣的1～10％(v/v)。
11.进一步地，磁性膨胀剂a中包括改性磁性生物炭，还包括糖蜜、膨润土、醋酸纤维
素、吐温80、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、交联淀粉、琼脂和聚氨酯中的一种或几种，磁性膨胀剂a的添加量为2～20％(v/v)。
12.进一步地，s1中采用中速搅拌，搅拌速度为30-100rpm。
13.进一步地，微生物菌剂b为丝状杆菌、链霉菌、木霉菌、叶黑粉菌，毛壳菌、子囊菌、毛霉菌、海杆菌、动性球菌、海洋弧菌、钠线菌、恶臭假单胞菌、需盐红螺菌、海洋单胞菌、担子菌、拟杆菌，毛平革菌、黄孢菌、芽孢杆菌和丛枝菌根真菌中的一种或几种的组合，菌液浓度为10
6-108cfu/ml，添加量为沼渣的1～10％(v/v)。
14.进一步地，磁性膨胀剂b中包括改性磁性生物炭，还包括沸石、鸟粪石、脱硫石膏、膨润土、海藻酸钠、醋酸纤维素、吐温80、羧甲基纤维素钠、交联淀粉、琼脂和聚氨酯中的一种或几种，添加量为沼渣的2～20％(v/v)。
15.进一步地，改性磁性生物炭制备时，将干燥的农林废弃物浸入含铁化合物的溶液中，经搅拌、超声、老化后取出农林废弃物，低温干燥至恒重，300-700℃限氧热解2-6小时，所得的生物炭即为改性磁性生物炭。
16.进一步地，s3中搅拌为低速搅拌，为5-70rpm。
17.本发明具有以下有益效果：
18.本发明中在第一步处理时，加入微生物菌剂a，其主要是细菌，繁殖速率更快，产热更多，能快速减低沼渣的含水量，而膨胀剂a作为辅料添加，能够提供更好的发酵条件，提供足够的氧气，促进微生物菌剂a生长代谢。然后进一步的通过微生物菌剂b进行发酵，微生物菌剂b主要选择真菌，能利用、代谢沼渣中盐类，油脂，重金属等大分子物质，降低沼渣的植物毒性。同时配合膨胀剂b，有助于微生物菌剂b生长代谢。
19.本发明针对厨余垃圾沼渣ph、ec高、含水率高、重金属等有害物质少等特点，分阶段添加微生物菌剂和磁性膨胀剂，故微生物菌剂a主要选择的是繁殖速率较快的菌种，细菌偏多，反应速度更快，微生物代谢更快，产热更多，能快速减低沼渣的含水量，减少沼渣的体积，提高下一步发酵的效率。
20.本发明中的磁性膨胀剂反应后能够通过磁吸快速回收，进行再利用，减少了辅料投放，降低成本。
具体实施方式
21.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
22.实施例1：
23.1)沼渣的采集：沼渣取自上海某生活垃圾处理厂，呈黑褐色，质地均匀，无肉眼可见的杂质，含水量为76.7％。
24.2)微生物菌剂a的制备：选择枯草芽孢杆菌、假单胞菌和链霉菌混合配制，其重量配比为5:3:2，菌液浓度为108cfu/ml。
25.3)改性磁性生物炭的制备：将干燥的竹子碎片浸入浓度为1mol/l的fecl3溶液中。混合溶液持续搅拌1小时，超声1小时，老化24小时，然后从混合溶液中取出竹子碎片，80℃下干燥至恒重，放入密闭仪器，马弗炉450℃热解3h，冷却至室温，获得的生物炭即为改性磁性生物炭。
26.4)磁性膨胀剂a的制备：选择改性磁性生物炭、糖蜜、羧甲基纤维素钠、膨润土按质量比8:3:1:3混合配制。
27.5)微生物菌剂b的制备：将丛枝菌根真菌、子囊菌、木霉菌、叶黑粉菌，毛壳菌、需盐红螺菌按质量比3:2:1:1:1:1混合配制，菌液浓度为108cfu/ml。
28.6)磁性膨胀剂b的制备：选择改性磁性生物炭、沸石、鸟粪石、吐温80、聚氨酯按质量比10:3:2:1:1混合配制。
29.低植物毒性的厨余垃圾沼渣的制备方法，具体步骤如下：
30.s1、在发酵罐中加入厨余垃圾沼渣、微生物菌剂a和磁性膨胀剂a，比例为40:1:5，控制温度为32-35℃，100rpm搅拌2h；
31.s2、回收磁性膨胀剂a。
32.s3、向s2所得物料中加入微生物菌剂b和磁性生物炭膨胀剂b，比例为20:1:4,在室温按30rpm搅拌20h；
33.s3、通过磁吸回收生物炭膨胀剂b，即得低植物毒性厨余垃圾沼渣。
34.沼渣处理前后的理化指标见表1。检测方法参考gb/t 33891-2017。
35.表1
[0036][0037]
将上述处理前后的沼渣用于白菜种植种植前将沼渣与表土充分混合，用量为100g/kg，同时做空白对照。40天后测量株高和干重如表2所示。
[0038]
表2
[0039] 株高cm生物量(干重)mg空白对照7.1152处理前的沼渣00实施例1处理后的沼渣18.2625
[0040]
由表2可见，直接施用处理前的沼渣，白菜均未发芽，不能生长，施用处理后的沼渣，白菜的株高和干重均有明显增加。
[0041]
实施例2
[0042]
1.沼渣的采集：沼渣取自上海某厨余垃圾处理厂，外观呈黑褐色，质地均匀，无肉眼可见的杂质。
[0043]
2.微生物菌剂a的制备：选择假单胞菌，多粘类芽孢杆菌、苍白杆菌、鞘氨醇单胞菌、氮单胞菌，混合配制，其重量配比为6:2:1:1:1，菌液浓度为108cfu/ml。
[0044]
3.改性磁性生物炭的制备：将干燥的秸秆碎片浸入浓度为2mol/l的fecl3溶液中。混合溶液持续搅拌2小时，超声1.5小时，老化24小时。然后从混合溶液中取出秸秆碎片，80℃下干燥至恒重，放入密闭仪器，马弗炉500℃热解3小时，冷却至室温，获得的生物炭即为改性磁性生物炭。
[0045]
4.磁性膨胀剂a的制备：选择改性磁性生物炭、糖蜜、吐温80、海藻酸钠、琼脂混合配制，其重量配比为9:2:1:1:1。
[0046]
5.微生物菌剂b的制备：选择木霉菌、丝状杆菌、毛霉菌，混合配制，其重量配比为6:2:1，菌液浓度为108cfu/ml。
[0047]
6.磁性膨胀剂b的制备：选择改性磁性生物炭、脱硫石膏、沸石、膨润土、羧甲基纤维素钠、琼脂混合配制，其重量配比为10:5:2:2:1:1。
[0048]
低植物毒性的厨余垃圾沼渣的制备方法，具体步骤如下：
[0049]
s1、在发酵罐中加入厨余垃圾沼渣、微生物菌剂a和磁性膨胀剂a，比例为50:1:10，控制温度为35-40℃，80rpm搅拌5h；
[0050]
s2、回收磁性膨胀剂a。
[0051]
s3、向s2所得物料中加入微生物菌剂b和磁性生物炭膨胀剂b，比例为25:1:5,在室温按10rpm搅拌50h；
[0052]
s3、通过磁吸回收膨胀剂，即得低植物毒性厨余垃圾沼渣。
[0053]
沼渣处理前后的理化指标见表3。
[0054]
表3
[0055][0056]
将上述处理前后的沼渣用于白菜种植，种植前将沼渣与表土充分混合，用量为120g/kg，同时做空白对照。40天后测量株高和干重如表4所示。
[0057]
表4
[0058][0059]
由表4可见，直接施用处理前的沼渣，白菜均未发芽，不能生长，施用处理后的沼渣，白菜的株高和干重均有大幅度提升。
[0060]
实施例3：
[0061]
1.沼渣的采集：沼渣取自上海某厨余垃圾处理厂，外观呈黑褐色，质地均匀，无肉眼可见的杂质。
[0062]
2.微生物菌剂a的制备：选择多粘类芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、假单胞菌、链霉菌，
混合配制，其重量配比为7:4:1:1，菌液浓度为108cfu/ml。
[0063]
3.改性磁性生物炭的制备：将干燥的秸秆碎片浸入浓度为1.5mol/l的fecl3溶液中。混合溶液持续搅拌2小时，超声1小时，老化24小时。然后从混合溶液中取出秸秆碎片，80℃下干燥至恒重，放入密闭仪器，马弗炉400℃热解4h，冷却至室温，获得的生物炭即为改性磁性生物炭。
[0064]
4.磁性膨胀剂a的制备：选择改性磁性生物炭、膨润土、糖蜜、交联淀粉、羧甲基纤维素钠，混合配制，其重量配比为8:4:2:1:1
[0065]
5.微生物菌剂b的制备：选择木霉菌、子囊菌、链霉菌、海洋弧菌、恶臭假单胞菌，混合配制，其重量配比为6:4:2:1:1，菌液浓度为108cfu/ml，
[0066]
低植物毒性的厨余垃圾沼渣的制备方法，具体步骤如下：
[0067]
s1、向厨余垃圾沼渣中混入微生物菌剂a磁性膨胀剂a，两者比例为60:2:10，控制温度为40-45℃，50rpm搅拌6h；
[0068]
s2、回收磁性膨胀剂a。
[0069]
s3、向s2所得物料中加入微生物菌剂b和磁性生物炭膨胀剂b，比例为40:1:6,在室温按20rpm搅拌15h；
[0070]
s3、通过磁吸回收生物炭磁性膨胀剂，即得低植物毒性厨余垃圾沼渣。
[0071]
沼渣处理前后的理化指标见表5。
[0072]
表5
[0073][0074]
将上述处理前后的沼渣用于白菜种植，种植前将沼渣与表土充分混合，用量为100g/kg，同时做空白对照。40天后测量株高和干重如表6所示。
[0075]
表6
[0076][0077]
由表6可见，直接施用处理前的沼渣，白菜均未发芽，不能生长，施用处理后的沼渣，白菜的株高和干重均有较大增加。