低植物毒性厨余垃圾沼渣的制备方法

技术领域

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

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)。

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。

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。

发明内容

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。

一种低植物毒性厨余垃圾沼渣的制备方法，包括以下步骤：

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；

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。

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。

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

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)。

进一步地，S1中采用中速搅拌，搅拌速度为30-100rpm。

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

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)。

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。

进一步地，S3中搅拌为低速搅拌，为5-70rpm。

本发明具有以下有益效果：

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。

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。

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

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。

实施例1：

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％。

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10

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FeCl

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。

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10

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。

低植物毒性的厨余垃圾沼渣的制备方法，具体步骤如下：

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；

S2、回收磁性膨胀剂A。

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；

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。

沼渣处理前后的理化指标见表1。检测方法参考GB/T 33891-2017。

表1

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。

表2

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。

实施例2

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。

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。

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。

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。

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。

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。

低植物毒性的厨余垃圾沼渣的制备方法，具体步骤如下：

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；

S2、回收磁性膨胀剂A。

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；

S3、通过磁吸回收膨胀剂，即得低植物毒性厨余垃圾沼渣。

沼渣处理前后的理化指标见表3。

表3

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。

表4

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。

实施例3：

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。

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10

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FeCl

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

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10

低植物毒性的厨余垃圾沼渣的制备方法，具体步骤如下：

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；

S2、回收磁性膨胀剂A。

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；

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。

沼渣处理前后的理化指标见表5。

表5

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。

表6

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。