專利名稱：一種提高生活垃圾堆肥效率的處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體廢物的堆肥化處理，具體涉及利用乙酸及調(diào)整堆料水分，促進(jìn)城 市生活垃圾堆肥腐熟的處理方法。背景技術(shù)：
高溫好氧堆肥工藝是固體廢棄物資源化處理常用的技術(shù)，是集無害化處理和資源 再生利用于一體的生物學(xué)處理方法，具有較強(qiáng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化能力及易被人為控制等優(yōu)點(diǎn)。其 過程從初始堆肥的原料階段，先后經(jīng)歷升溫階段、高溫階段、降溫階段、熟化穩(wěn)定階段，最后 達(dá)到腐熟。由于堆肥化是一種生物學(xué)工藝過程，在堆肥過程的不同階段對(duì)有機(jī)物的降解起 關(guān)鍵作用的微生物種群不同。在工藝過程中所要控制的各種參數(shù)就是那些對(duì)微生物有影響 的因素，因?yàn)樗鼈儧Q定微生物活動(dòng)的程度，進(jìn)而影響堆肥的速度與質(zhì)量。一般認(rèn)為，加快堆 肥進(jìn)程、縮短堆肥時(shí)間可通過以下兩個(gè)方式其一，通過改變堆肥底物的物理和化學(xué)特性， 如水分、pH、C/N、物料的透氣性、堆肥的翻堆頻率等，能夠改變堆肥腐熟進(jìn)程；其二，通過添 加微生物菌劑加快堆肥進(jìn)程，但許多研究者獲得不同的研究結(jié)果，有研究認(rèn)為添加微生物 菌劑，效果并不明顯，主要原因是生活垃圾底物中富含各種大量土著微生物，外源菌種不 能形成優(yōu)勢(shì)群落，從而對(duì)堆肥進(jìn)程的影響不明顯；相反，部分學(xué)者認(rèn)為外源微生物的接入 能夠有明顯的促進(jìn)堆肥腐熟的功能，關(guān)鍵是接入外源微生物的數(shù)量及功能特性，能否在堆 肥底物中形成優(yōu)勢(shì)群落；Zeng研究認(rèn)為，在生活垃圾堆肥第二階段接入0. 5 %的白腐真菌 (Phanerochaetechrysosporium)能大幅度提高降解纖維素的效率，從而促進(jìn)堆肥的腐熟； M. P. Rau研究認(rèn)為在堆肥中添加少量乙酸并配合添加一定濃度的纖維素降解菌，能夠促進(jìn) 堆肥過程中土著真菌數(shù)量的增加，提高堆體底物的纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、磷酸酯 酶、淀粉酶等酶活，從而加快堆肥的進(jìn)程，采用這種方式可能是通過降低底物PH值，促進(jìn)堆 體中絲狀真菌的生長(zhǎng)，達(dá)到提高降解纖維素效率的目的。如申請(qǐng)?zhí)枮?00610031262. X的中 國專利說明書公開了一種在堆肥的不同堆制階段兩次添加不同促腐發(fā)酵劑的垃圾堆肥法 及其促腐發(fā)酵劑，其兩種促腐發(fā)酵劑都是將不同菌種的單一發(fā)酵液按一定比例混合而制成 的復(fù)合酶液體系。在堆肥開始時(shí)添加促腐發(fā)酵劑A，以加速果膠、脂類、蛋白質(zhì)等易降解物的 分解，并初步破壞木質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)、促成部分木質(zhì)纖維素類難降解物的降解。在堆肥降溫階段 的中后期添加促腐發(fā)酵劑B，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)木質(zhì)纖維素等難降解有機(jī)物的降解作用，促進(jìn)堆 料的深度腐熟。通過兩次添加促腐發(fā)酵劑，加快了堆料的降解，加快堆肥腐熟進(jìn)程，提高了 堆肥品質(zhì)。但此方法需要兩次添加，需要掌握兩次添加的時(shí)機(jī)，并且要每天翻垛一次，操作 復(fù)雜作業(yè)量較大，而且除臭效果不盡理想。添加礦質(zhì)元素能提高堆肥效率，如專利CN 1039308C的中國專利說明書公開了一 種堆肥促腐劑，主要由氯化亞鐵、磷酸鎂、硝酸鉀、氰氨化鈣、亞硫酸氫鈉等成分組成，為堆 料提供一些礦質(zhì)元素，從而加快堆肥腐化速度，堆肥質(zhì)量提高。堆肥的腐熟過程實(shí)際上是有機(jī)物的降解過程，在此期間，將產(chǎn)生大量的有機(jī)酸。 Chanyasak等(1982)檢出垃圾發(fā)酵樣品中含有氨基酸、揮發(fā)性脂肪酸和其它低分子有機(jī)酸，乙酸是其中的主要成分占42%-93% ；R-Baziramakenga等(1998)對(duì)糞便堆肥中低 分子量脂肪酸進(jìn)行了研究，認(rèn)為發(fā)酵后的有機(jī)物通過釋放有機(jī)成分，特別是低分子有機(jī)酸 (LMWA)來影響所含營養(yǎng)元素的可利用性，LMWA隨發(fā)酵時(shí)間而減少，如果未腐熟，大量存在 的LMWA可能影響營養(yǎng)元素的流動(dòng)性和生物可利用性。有機(jī)酸具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，并與陰 離子競(jìng)爭(zhēng)吸附點(diǎn)位，因而對(duì)減少磷元素固定(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礦質(zhì)元素的生物可利用性，從而提高微生物的降解效 率，并縮短堆肥發(fā)酵時(shí)間，是目前堆肥發(fā)酵領(lǐng)域人們不斷探索的新課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種堆肥處理方法，與傳統(tǒng)堆肥相比，其可以明顯加快堆肥 腐熟進(jìn)程，提高堆肥品質(zhì)。具體步驟如下(1)堆料與占堆料質(zhì)量0. 05-0. 5%的乙酸均勻混合，然后調(diào)節(jié)水分至55-65%，進(jìn) 行靜態(tài)條堆式堆肥；(2)每5-7天進(jìn)行一次翻堆，以保證通氣及堆料的均勻；(3) 二次堆肥經(jīng)為25-40天腐熟。采用本發(fā)明的方法進(jìn)行堆肥，能夠改變堆肥過程中細(xì)菌的菌群類型，加快堆肥腐 熟進(jìn)程，提高堆肥的品質(zhì)。以下采用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
四

圖1為本發(fā)明堆肥的工藝流程2.總DNA凝膠電泳3. V3區(qū)PCR產(chǎn)物凝膠電泳4.兩個(gè)處理不同階段的DGGE圖譜圖5. DGGE條帶分布示意圖
五具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 堆肥處理方法烏魯木齊垃圾綜合處理廠的垃圾經(jīng)過機(jī)械及手工分選，有機(jī)垃圾占85%進(jìn)入大倉 進(jìn)行高溫倉儲(chǔ)一次堆肥，堆肥14天，堆肥物經(jīng)過篩分、粉碎，粒徑小于2cm的堆料進(jìn)行二次 堆肥，將該堆料添加占堆料質(zhì)量0. 25 %的乙酸均勻混合，并將堆料水分含量調(diào)整至60 %， 進(jìn)行條堆堆肥，條堆大小按長(zhǎng)X寬X高為20. OX 2. OX 1.5m，每隔7天進(jìn)行翻堆一次(其 工藝見圖1)。堆肥周期為28天，通過分析堆肥堆料的種子發(fā)芽指數(shù)(GI)、可溶性糖含量、銨太 氮含量(NH4+-N)，硝態(tài)氮含量(N03—-N)，評(píng)估堆肥的腐熟度。參考國內(nèi)外研究者的研究結(jié)果，選定當(dāng)GI > 85%，可溶性糖< 0. 1%，NH4+_N/ NO3--N < 1,NH4+N < 0. 4mg/g,認(rèn)為生活垃圾堆肥腐熟。根據(jù)測(cè)定結(jié)果(見表1)，認(rèn)為添加乙酸的堆肥相對(duì)于傳統(tǒng)堆肥在28天時(shí)有較高的腐熟度。表1. 28d各處理堆肥指標(biāo)比較
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實(shí)施例2 堆肥各階段堆料的細(xì)菌微生態(tài)的變化上述堆肥堆料每周翻堆時(shí)進(jìn)行取樣一次，樣品風(fēng)干后，采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)_變 性梯度凝膠電泳技術(shù)(PCR-DGGE)研究堆肥過程中細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，通過比較堆 肥堆料不同時(shí)期細(xì)菌的16SrDNA基因信息來了解細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)的變化。1.主要步驟如下①堆肥樣品的預(yù)處理取堆肥樣品1. Og 于 5ml 離心管內(nèi)，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)，充分漩渦 5min，6000r. min-1離心lOmin，洗滌至上清液顏色澄清，沉淀用于后續(xù)研究。②樣品中細(xì)菌總DNA的提取堆肥樣品DNA提取和純化DNA提取采用改進(jìn)的蛋白酶K-CTAB法進(jìn)行，在洗滌 好的樣品中加入 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-巰基乙醇，PH = 8. 0)，劇烈震 蕩后加入溶菌酶和蛋白酶K(均為IOul，IOmg. mL—1)，于37°C、225r. min—1搖床20min,加入 200ul (10% )SDS，65°C水浴2h，每隔15_20min上下顛倒搖動(dòng)，在室溫6000r. mirT1下離心 IOmin,取上清液，再加入0. 5ml DNA提取液和50ul (10 % ) SDS, 65°C水浴lOmin，重復(fù)操作 后，合并上清。在獲得的上清液中加入等體積氯仿/異戊醇(體積比24 l)，6000r. mirT1 下離心10分鐘，吸取水相轉(zhuǎn)移至新的50ml離心管，加入0. 6倍體積異丙醇室溫沉淀Ih以 上，15000r. mirT1下離心lOmin，棄上清液，沉淀自然風(fēng)干，加入250ulTE重懸沉淀。獲得的粗提DNA 采用 TIAN quick MidiPurif icationKit (Tiangen，北京)進(jìn)行純 化，粗提和純化結(jié)果采用0. 7%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。③細(xì)菌V3區(qū)的PCR擴(kuò)增采用細(xì)菌特異性引物對(duì)純化產(chǎn)物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增程序94°C預(yù)變性5min，94°C 變性40s，55°C退火40s，72°C延伸lOmin。PCR反應(yīng)體系50ul，其中包括PCR反應(yīng)緩沖液5ul， IOuml. L-IdNTP 溶液 2ml, IOumol. L-I 的細(xì)菌通用引物 GC-341F 和 907R 各 0. 5ul，序列為 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)。擴(kuò)增變短長(zhǎng)約600bp，TaqDNA聚合酶為2. 5個(gè)單位，DNA模板 為Iul，PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。④變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析采用Bio-Rad公司DcodeTM的基因突變檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)PCR反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行電泳分離。 電泳條件凝膠變性梯度30% -65%,電泳時(shí)間16h，電泳結(jié)束后用EB染色30min，在清水中 退染20min，然后用Bio-RadGel Doc2000凝膠成像系統(tǒng)觀察結(jié)果并拍照。2.結(jié)果與分析①堆肥樣基因組總DNA的提取與PCR擴(kuò)增
粗體總DNA凝膠電泳圖見圖2，電泳結(jié)果顯示采用文中的提取方法可以順利提取出堆肥樣品中的總DNA片段，長(zhǎng)度為23kb左右，這個(gè)結(jié)果說明，使用的DNA提取方案沒有導(dǎo) 致嚴(yán)重的DNA斷裂，對(duì)粗體總DNA進(jìn)行純化，純化后的DNA凝膠電泳見圖2，經(jīng)過純化后取出 了粗提總DNA中的腐殖酸與其他雜質(zhì)，同時(shí)提高了純度與濃度，有利于PCR擴(kuò)增。V3區(qū)擴(kuò)增 結(jié)果如圖3所示，PCR產(chǎn)物片段長(zhǎng)度為600bP左右，可以認(rèn)為該產(chǎn)物能夠作為變性凝膠電泳 (DGGE)的樣品。②變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析城市垃圾堆肥樣品的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物通過DGGE分離，其DGGE圖譜如圖4所示。由圖 可知，堆肥樣品的PCR產(chǎn)物經(jīng)DGGE分離出數(shù)目、遷都和遷移位置都不同的條帶，這些不同位 置的條帶代表著不同的細(xì)菌種群電泳的條帶越多，說明細(xì)菌種群越多，條帶信號(hào)越強(qiáng)，表 示條帶代表的相應(yīng)的細(xì)菌數(shù)量越多。由圖4可知，堆肥初期中細(xì)菌種群較多，優(yōu)勢(shì)種群不明 顯，隨著堆肥過程的進(jìn)行，電泳條帶出現(xiàn)減少，優(yōu)勢(shì)種群逐漸形成，在堆肥的前期(0-14d)， 條帶的強(qiáng)度逐漸減弱，說明堆肥過程中，細(xì)菌的數(shù)量在減少，兩個(gè)處理在28d的條帶無顯著 差別。 從圖5可以看出，添加乙酸處理與CK的DGGE條帶模式表現(xiàn)出明顯的差異。添加乙 酸后，增加了堆肥開始階段微生物的種類和數(shù)量(0-7d)。條帶a出現(xiàn)在乙酸處理的0-21d， 而CK在第7d時(shí)，該條帶已經(jīng)消失；b條帶CK在14d時(shí)消失，而添加乙酸的處理在28d該條 帶消失。CK處理在7d時(shí)，c條帶消失，乙酸處理的整個(gè)堆肥過程，c條帶始終出現(xiàn)(圖4)。 各個(gè)堆肥時(shí)期，優(yōu)勢(shì)菌群不同，這說明乙酸處理改變了堆肥細(xì)菌的微生態(tài)。
以上結(jié)果說明添加乙酸改變了堆肥細(xì)菌菌群類型，從而影響堆肥的腐熟進(jìn)程。
權(quán)利要求
一種加快生活垃圾堆肥腐熟的方法，包括以下步驟(1)在二次堆肥堆料中添加占堆料質(zhì)量0.05-0.5％的乙酸，均勻混合，然后調(diào)節(jié)堆料水分至55-65％，進(jìn)行靜態(tài)好氧堆肥；(2)每隔5-7天進(jìn)行一次翻堆，以保證堆料的通氣及均勻；(3)二次堆肥經(jīng)25-35天腐熟。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟(1)添加占二次堆肥堆料質(zhì)量0.25%的乙酸在堆料 中，并將水分調(diào)節(jié)至60 %，均勻堆料。
3.權(quán)利要求2的方法，其中每隔7天進(jìn)行一次翻堆。
4.權(quán)利要求3的方法，其中二次堆肥處理時(shí)間為28天。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生活垃圾的堆肥處理方法。該方法通過在的二次堆料中添加乙酸及通過調(diào)整堆料水分，改變堆肥過程中細(xì)菌的微生態(tài)，有效加快堆肥腐熟進(jìn)程。
文檔編號(hào)C05F9/04GK101811893SQ20101012995
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者于晶, 孫寧川, 張?jiān)剖? 徐萬里, 王偉, 葛春輝, 邵華偉 申請(qǐng)人:新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所;新疆城建環(huán)保有限公司