黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法

1.本发明属于堆肥技术领域，具体涉及一种黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法。


背景技术：

2.黄浆水，即制作豆腐过程中产生的废水，富含可溶性多糖、大豆低聚糖、蛋白质、皂苷、氨基酸、矿物质、b族维生素、大豆异黄酮和类胡萝卜素等营养物质。目前，黄浆水常用作微生物培养基、饲料、制醋的原料等，未应用在堆肥领域。
3.有机固体废弃物如秸秆、枝条、畜禽粪便等是常用的好氧堆肥材料。好氧堆肥是由好氧微生物在氧气充足的条件下将有机固体废弃物中的大分子物质降解，使其完成腐殖化、矿质化、无害化的过程，腐熟的堆肥产物可用于后续产品制作。为了使堆肥中的微生物能够快速增殖和代谢，需要调节物料的碳氮比，如果直接用秸秆、枝条、畜禽粪便等含碳量较高的物料进行堆肥，易导致堆肥难起温、腐熟时间长、腐熟度不佳等问题。同时，该工艺中通常存在物料酸碱度较高的问题，导致堆肥产物ph值处于高水平。根据国家标准ny/t 525-2021《有机肥料》，有机肥的酸碱度应在5.5～8.5范围内。堆肥产物ph值过高，不利于制作优质有机肥，尤其不适用于碱性土壤。
4.现行解决方案如下：
5.为了使原料获得适宜的碳氮比，在原料中添加含氮丰富的物质，一是添加化学氮肥，如尿素、氨水、硫酸铵等。二是在原料中添加含氮较多的有机物，如氨基酸、豆粕等。以上两种方法的成本都较高。
6.为了降低堆肥的酸碱度，一是在原料中添加无机强酸，如盐酸、硫酸、硝酸等，强制调控物料酸碱度，然而上述强酸不但成本高，且腐蚀性强，会对物料中的微生物，例如天然微生物和促腐熟剂中的功能微生物等具有较强杀伤作用。二是在原料或产物中添加有机酸，如腐植酸、氨基酸液等，其成本较高。三是在原料中添加其他酸性原料，如专利号为cn202010043386.x的中国发明专利公开了一种含有过酸化沼液的堆肥添加剂及制备方法与应用，该发明以厌氧沼气发酵失败产生的过酸化沼液为主要原料，经离心、巴氏杀菌等处理步骤，加入过氧化氢酶、约氏乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、蛭石和硅藻土等酶类、活性微生物、多孔性材料制得堆肥添加剂，该堆肥添加剂用于堆肥处理，并公开了过酸化沼液中含有挥发性脂肪酸可以调节系统体系ph值。但是该方案中的过酸化沼液为沼气生产中的废弃物，其来源不固定，且需要对过酸化沼液进行巴氏杀菌处理去除病菌，挥发性脂肪酸也因加热造成一定损失，且堆肥时间较长，需要60天。上述方案均需在原料中引入外源物质进行物料的酸碱度调节，增加了成本投入，不利于大范围推广。


技术实现要素：

7.鉴于此，本发明的目的在于提供一种黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，降低了成本投入，且堆肥产物质量较好。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
9.一种黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，包括以下步骤：
10.(1)制备酸化物料：将黄浆水和粉碎后的有机固体废弃物混合均匀，所述物料的碳氮比为29～32:1，含水量为90％～94％，密封静置4～5天，得到ph值为4.0～5.0的酸化物料；
11.(2)好氧堆肥发酵：将所述步骤(1)的酸化物料和粉碎后的有机固体废弃物、黄浆水混合后作为堆肥物料进行好氧堆肥发酵，所述堆肥物料的碳氮比为25～30:1，含水量为60％～70％，初始温度为30℃～55℃，堆肥时间为16～18天，堆肥发酵得到堆肥产物。
12.优选的，所述物料的碳氮比为31:1，含水量为92％，密封静置4天；所述堆肥物料的碳氮比为25:1，含水量为60％，初始温度为35℃，堆肥时间为16天。
13.优选的，好氧发酵时，所述堆肥物料还包括促腐熟剂，所述促腐熟剂为菌剂、酶制剂、改性生物炭的混合物。
14.优选的，菌剂占堆肥物料总质量的0.5％～1％、酶制剂占堆肥物料总质量的0.5％～1％、改性生物炭占堆肥物料总质量的1％～3％。
15.由上述技术方案可知，本发明提供了一种黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，相比现有技术其有益效果是：该方法中，在制备酸化物料和堆肥产物时，均通过黄浆水提供氮源物质，以进行物料碳氮比的调节，无需再额外添加氮源物质，降低了堆肥产物的制作成本，且黄浆水中丰富的营养物质和微量元素为有机固体废弃物中微生物的生长提供了有利条件，有利于调节微生物的代谢过程，进而加快了堆肥进程；通过将制备的酸化物料加入到原始有机废弃物中，以有效调节堆肥物料的酸碱度，无需加入其他外源性酸碱度调理剂，降低了堆肥产物的制作成本，且加入酸化物料使得堆肥具有起温快，高温期温度峰值高，快速达到腐熟，物料腐熟度高等优点，直接利用堆肥物料堆积时所产生的高温来杀灭原料中的病菌、虫卵等，堆肥产物质量好。
附图说明
16.图1是挥发性脂肪酸含量图。
17.图2是不同添加物对堆肥温度的影响。
具体实施方式
18.对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。
19.本发明提供了一种黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，包括以下步骤：
20.(1)制备酸化物料：将黄浆水和粉碎后的有机固体废弃物混合均匀，所述物料的碳氮比为29～32:1，含水量为90％～94％，密封静置4～5天，得到ph值为4.0～5.0的酸化物料；
21.黄浆水是豆腐、豆浆生产过程中产生的废水，含有丰富的有机营养，尤其含氮量较高。所述有机废弃物为畜禽粪便、秸秆、园林废弃物、农业和食品工业加工废料、餐厨垃圾中的任意一种或两种以上的混合物。将黄浆水与有机固体废弃物混合后，通过黄浆水提供氮源物质，以进行物料碳氮比的调节，无需再额外添加氮源物质。在密封静置过程中，有机固体废弃物中的天然微生物利用水解反应将大分子有机物质水解成小分子的可溶性物质，如有机酸、氨、h2、co2等；有机固体废弃物中的产氢产乙酸细菌将产生的小分子醇类和有机酸
降解为乙酸、丁酸、丙酸、h2、co2等，使物料酸碱度显著降低，整体呈酸性。
22.(2)好氧堆肥发酵：将所述步骤(1)的酸化物料和粉碎后的有机固体废弃物、黄浆水混合后作为堆肥物料进行好氧堆肥发酵，所述堆肥物料的碳氮比为25～30:1，含水量为60％～70％，初始温度为30℃～55℃，堆肥时间为16～18天，堆肥发酵得到堆肥产物。
23.在步骤(1)中，有机固体废弃物与黄浆水经过酸化处理后，获得的酸化物料整体呈酸性。将酸化物料与有机固体废弃物及黄浆水混合后作为堆肥物料的目的在于：一方面，通过黄浆水提供氮源物质，以进行堆肥物料碳氮比的调节，无需再额外添加氮源物质，且黄浆水中丰富的营养物质和微量元素为有机固体废弃物中微生物的生长提供了有利条件，有利于调节堆肥微生物的代谢过程，进而加快了堆肥进程；另一方面，通过酸化物料来调节堆肥物料的酸碱度，无需再加入外源物质进行酸碱度调节，这是由于有机废弃物中的微生物可以快速利用酸化物料中的小分子有机物，从而有利于堆肥物料的酸碱度降低，且由于好氧堆肥中的功能微生物大多喜欢弱酸环境，酸化物料可以为好氧堆肥中的功能微生物提供适宜环境，加快好氧微生物的新陈代谢及物质转化，而好氧微生物的新陈代谢及物质转化过程会产生大量的热，从而促进了好氧堆肥过程，使得堆肥具有起温快，高温期温度峰值高，快速达到腐熟，物料腐熟度高等优点，并直接利用堆肥物料堆积时所产生的高温来杀灭原料中的病菌、虫卵等，堆肥产物质量好。
24.具体的，所述物料的碳氮比为31:1，含水量为92％，密封静置4天；所述堆肥物料的碳氮比为25:1，含水量为60％，初始温度为35℃，堆肥时间为16天。
25.进一步的，好氧发酵时，所述堆肥物料还包括促腐熟剂，所述促腐熟剂为菌剂、酶制剂、改性生物炭的混合物。菌剂占堆肥物料总质量的0.5％～1％、酶制剂占堆肥物料总质量的0.5％～1％、改性生物炭占堆肥物料总质量的1％～3％。
26.下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
27.下述实施例中采用的有机固体废弃物为秸秆、枝条粉的混合物，其理化性质参见表1。
28.表1发酵物料基本性质
[0029][0030]
采用的菌剂中包含纤维素降解菌、木质素降解菌等促进纤维类物质降解的微生物。
[0031]
采用的酶制剂中包含纤维素降解酶、漆酶、果胶酶等促进废弃物降解的酶。
[0032]
采用的改性生物炭为纳米铁-壳聚糖改性生物炭或纳米铁-羧甲基纤维素改性生物炭。在堆肥中添加纳米铁-壳聚糖改性生物炭或纳米铁-羧甲基纤维素改性生物炭，可显著促进堆肥过程中微生物的代谢活性，并对堆肥过程中产生的挥发性气体如氨气、挥发性有机酸等具有吸附作用，有利于物料的快速腐熟，减少堆肥的碳氮损失，从而加快堆肥进程，且能提高堆肥产物的品质。
[0033]
所述纳米铁-壳聚糖改性生物炭或纳米铁-羧甲基纤维素改性生物炭制备过程如下：
[0034]
(1)将枝条粉碎，粒径为0.5mm，在氮气气氛下于400～450℃，升温速率5～10℃/min，热解时间为20～24h，得到生物炭；
[0035]
(2)将壳聚糖或羧甲基纤维素钠按质量/体积比(m/v)1:25溶于去离子水中，使其充分溶解，制备成40g/l的壳聚糖溶液或羧甲基纤维素钠溶液；
[0036]
(3)将零价铁粉加入naoh溶液，搅拌至零价铁完全溶解，制备成20g/l的零价铁溶液；
[0037]
(4)将零价铁溶液与壳聚糖溶液或羧甲基纤维素钠溶液按体积比1:2.5混合，得到混合液，在混合液中加入生物炭，加入过程应缓慢且边加边搅拌，混合液与生物炭的质量比为4.5:1；
[0038]
(5)将混合物依次经超声处理30min、恒温振荡2h，再真空过滤并干燥，将干燥材料置于真空炉内，通氮气，于700℃加热2h，在氮气条件下降至室温再保持2h，获得改性生物炭，将改性生物炭依次经清水、去离子水清洗，洗至ph为中性，置于烘箱烘干备用。
[0039]
1.制备酸化物料
[0040]
将黄浆水、枝条粉和清水按质量比1:2:20进行配比并混合均匀，使物料的碳氮比约为31:1，含水量为92％，密封静置4天，获得酸化物料，所述酸化物料的ph值为4.86。表明酸化物料制备成功。
[0041]
2.酸化物料中的有机酸
[0042]
采用气相色谱法测定酸化物料中的有机酸种类及含量，结果如图1所示，检测出7种挥发性脂肪酸，按照含量由高到低依次为乙酸、丁酸、丙酸、异丁酸、己酸、异戊酸、戊酸。其中，乙酸、丁酸是主要的挥发性有机酸。
[0043]
3.酸化物料与促腐熟剂对堆肥的影响
[0044]
将黄浆水、枝条粉、酸化物料按质量比1:2:1.7混合后作为堆肥物料进行好氧堆肥发酵，所述堆肥物料碳氮比约为25:1，得到含水量为60％的堆肥物料。研究了酸化物料对堆肥的影响。进一步的，在加入酸化物料的同时，还加入促腐熟剂(菌剂、酶制剂、改性生物炭)，其中，菌剂占堆肥物料总质量的0.5％、酶制剂占堆肥物料总质量的0.5％、改性生物炭占堆肥物料总质量的3％，研究了酸化物料、促腐熟剂组合后对堆肥的影响。以不加酸化物料、仅加入促腐熟剂作为对照组。试验设置如下表2：
[0045]
表2试验设计
[0046][0047]
参看图2，不同添加物对堆肥温度的影响结果表明，堆肥温度变化整体趋势呈先上升后下降。发酵初期，堆体温度快速升高。与不加酸化物料(t1)相比，加入酸化物料后(t3)，使堆肥物料提前2天进入高温期，堆温峰值提高2.6℃。与仅加入促腐熟剂(t2)或仅加入酸
化物料(t3)相比，当酸化物料和促腐熟剂共同加入后(t4)，堆肥第1天，进入高温期，堆温超过60.0℃，较t2、t3的温度分别高1.8℃、3.5℃。堆肥过程中，t4处理堆温峰值为70.8℃，较其他处理(t1～t3)的堆肥峰值高1.5～3.8℃。表明酸化物料与促腐熟剂产生协同作用，共同促进堆温的提升，从而有助于加快堆肥进程。
[0048]
参看表3，对堆肥过程中的ph值、电导率、全氮、全碳进行检测。结果表明，堆肥结束，t4处理堆肥ph值最低，为7.31，较其他处理分别低29.21％～41.94％。不加酸化物料(t1)时，堆肥产物电导率仅降低6.25％，而加入酸化物料后(t3)，堆肥产物电导率降低了14.11％，并且酸化物料和促腐熟剂共同加入后(t4)，堆肥产物电导率降低了17.18％。通过测量电导率可以反映含盐量高低，上述结果表明，采用本发明的方法得到的堆肥产物的含盐量显著下降，有利于降低施用有机肥导致的盐害风险。不加酸化物料(t1)，堆肥的碳、氮损失为34.21％、37.36％。加入酸化物料后(t3)，堆肥的碳、氮损失降至25.92％、22.65％。表明酸化物料的添加促进了堆肥的物质转化，减少了碳、氮损失。当酸化物料和促腐熟剂共同加入后(t4)，堆肥的碳、氮损失最少，分别为20.13％、18.64％。
[0049]
表3堆肥参数
[0050][0051]
参看表4，堆肥结束，对堆肥产物的速效养分进行检测。相较于t1，加入酸化物料后(t3)，提升了堆肥产物的碱解氮、速效磷、速效钾含量，分别提升了14.13％、4.04％、1.45％。酸化物料和促腐熟剂共同加入后(t4)，碱解氮含量较其他处理(t1～t3)高出10.22％～25.77％，速效磷含量较其他处理(t1～t3)高出3.22％～7.39％，速效钾含量较其他处理(t1～t3)高出3.82％～5.33％。表明酸化物料与促腐熟剂产生协同作用，使堆肥物料的脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性提高，从而促进了养分转化。
[0052]
表4不同处理堆肥产物的速效养分
[0053][0054]
堆肥的腐熟水平可以用施用后对植物的生物效应来判定，种子发芽指数综合反映了堆肥的植物毒性，是最敏感、最可靠的堆肥腐熟度评价指标。参看表5，物料对种子的发芽抑制作用随腐熟程度不同而改变。根据国家标准ny/t525-2021《有机肥料》，有机肥腐熟度
技术指标为种子发芽指数≥70％。堆肥发酵至腐熟期，各处理物料均已达到腐熟标准(≥80％)，其各个处理种子发芽指数为81.75％～86.37％。加入酸化物料后(t3和t4)，腐熟时间分别为18天、16天，相较于不加酸化物料组(t1)，缩短了2～4天，表明酸化物料可以加快堆肥腐熟。其中，与仅加入促腐熟剂(t2)或仅加入酸化物料(t3)相比，将酸化物料和促腐熟剂共同加入(t4)后，堆肥产物的种子发芽指数最高，达到86.37％，且腐熟时间也最短。原因在于酸化物料和促腐熟剂发挥协同作用，加快了腐熟。
[0055]
表5不同处理的堆肥腐熟时间和种子发芽指数
[0056][0057]
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）制备酸化物料：将黄浆水和粉碎后的有机固体废弃物混合均匀，所述物料的碳氮比为29~32:1，含水量为90%~94%，密封静置4~5天，得到ph值为4.0~5.0的酸化物料；（2）好氧堆肥发酵：将所述步骤（1）的酸化物料和粉碎后的有机固体废弃物、黄浆水混合后作为堆肥物料进行好氧堆肥发酵，所述堆肥物料的碳氮比为25~30:1，含水量为60%~70%，初始温度为30℃~55℃，堆肥时间为16~18天，堆肥发酵得到堆肥产物。2.如权利要求1所述的黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，其特征在于：所述物料的碳氮比为31:1，含水量为92%，密封静置4天；所述堆肥物料的碳氮比为25:1，含水量为60%，初始温度为35℃，堆肥时间为16天。3.如权利要求1所述的黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，其特征在于：好氧发酵时，所述堆肥物料还包括促腐熟剂，所述促腐熟剂为菌剂、酶制剂、改性生物炭的混合物。4.如权利要求3所述的黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，其特征在于：菌剂占堆肥物料总质量的0.5%~1%、酶制剂占堆肥物料总质量的0.5%~1%、改性生物炭占堆肥物料总质量的1%~3%。

技术总结
一种黄浆水与有机固体废弃物堆肥的方法，属于堆肥技术领域，该方法首先利用黄浆水和有机固体废弃物密封静置进行短时生物酸化发酵得到pH值4.0~5.0的酸化物料，然后将酸化物料与有机固体废弃物、黄浆水混合后作为堆肥物料进行好氧堆肥发酵；通过黄浆水提供氮源物质进行物料碳氮比的调节，无需再额外添加氮源物质，降低了堆肥产物的制作成本，且黄浆水中丰富的营养物质和微量元素为有机固体废弃物中微生物的生长提供了有利条件，有利于调节微生物的代谢，加快了堆肥进程；通过酸化物料有效调节堆肥物料的酸碱度，无需加入其他外源性酸碱度调理剂，且酸化物料使堆肥过程具有起温快，高温期温度峰值高，快速达到腐熟，物料腐熟度高等优点，堆肥产物质量好。堆肥产物质量好。


技术研发人员：顾欣 王新谱 杨娜 白田田
受保护的技术使用者：宁夏大学
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/20