本發(fā)明屬于固體廢棄物處理領(lǐng)域，涉及一種黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著城市的不斷建設(shè)與發(fā)展，越來越多并且成分復雜的廢水進入城市的污/廢水處理廠中。而許多傳統(tǒng)的生物水處理工藝也暴露出了許多缺點，如占地面積大、受場地限制等。在這種情況下，利用膜進行污/廢水處理便得到了重視，并很快在國內(nèi)外得到廣泛應用，處理的對象也從中水回用、糞便污水處理等擴展到了工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域。但隨著其規(guī)模的擴大，相關(guān)的缺點也逐漸顯現(xiàn)，其中廢棄或被污染的薄膜的處理工作成為了一個很大的問題。若處理不得當容易造成一定的二次污染。

目前處理廢棄膜材料及相應塑料廢棄物的技術(shù)有很多，主要為填埋及焚燒處理，除此之外還有光降解、機械處理等再生手段。但是廢棄膜材料的填埋會侵占大量土地資源，同時廢棄膜材料中的污染物和滋生的細菌、病毒都存在著危害周邊環(huán)境的風險，而通過其他的物理法或化學法對廢舊塑料制品進行處理的回收再生率低，成本較高，且處理過程同樣容易排放廢氣，從而造成二次污染。此外對于塑料制成的聚氯乙烯薄膜而言，除其本身帶有適量的毒性外，其特殊的結(jié)構(gòu)也給物理和化學降解方法帶來了一定的困難，這也說明從物理化學方法上尋求突破存在很大局限性。

生物處理技術(shù)就是利用生物或微生物分解氧化有機物的這一功能，并采取一定的人工措施創(chuàng)造有利于生物的生長、繁殖的環(huán)境，以提高其分解氧化有機物效率的一種廢棄物處理方法，具有運行成本低、節(jié)能、不產(chǎn)生額外污染等優(yōu)點。而對于本專利中的方法而言，其特別針對了廢棄膜材料難以自然降解的特性，充分運用本為倉庫害蟲的黃粉蟲，將廢棄的聚氯乙烯（pvc）膜材料在溫和、平穩(wěn)的條件下，較為快速地將其分解成無毒無害的有機小分子及二氧化碳等無機物，具有十分優(yōu)良的效果和環(huán)境意義。

相比于常規(guī)的塑料廢棄物處理方法，本發(fā)明所應用的黃粉蟲不具備任何對人體的毒性，生物降解過程亦不會排放任何有毒有害物質(zhì)；黃粉蟲消耗廢棄聚氯乙烯膜材料的效率較高，且通過表征手段驗證廢棄聚氯乙烯膜材料在黃粉蟲腸道微生物作用后確實得到了分子量降低；此外，黃粉蟲攝食廢棄聚氯乙烯膜材料后所排出的蟲糞還可用于農(nóng)作物肥料。本發(fā)明開發(fā)的利用黃粉蟲幼蟲生物降解廢棄聚氯乙烯膜材料的方法，具有良好的處理效果，并使一種常規(guī)的農(nóng)作物害蟲黃粉蟲得到了有益利用，可廣泛應用于污/廢處理中產(chǎn)生的廢棄膜材料降解。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對目前污/廢中產(chǎn)生的廢棄聚氯乙烯膜材料的處理困難，提供一種黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法。本方法利用黃粉蟲攝食塑料薄膜和殘片的特性，使用四齡黃粉蟲對廢棄膜材料進行了啃食，并添加助飼料優(yōu)化了其攝食和降解廢棄聚氯乙烯膜材料的能力，與傳統(tǒng)處理方法相比，本方法對于環(huán)境更為友好，不會產(chǎn)生任何二次污染且能夠獲得優(yōu)良的處理效果。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法，是利用黃粉蟲為降解生物，將待處理的污/廢處理中產(chǎn)生的廢棄聚氯乙烯膜材料進行烘干切片后，進行生物降解的方法。

本發(fā)明提出的黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法，具體步驟如下：

（1）廢棄膜材料的準備：將取自污/廢水處理廠的廢棄聚氯乙烯（pvc）膜材料洗凈，并充分烘干后，用切割器將其分成片狀，并取部分均勻鋪在培養(yǎng)黃粉蟲的容器底部，待用；

（2）原料黃粉蟲的準備：將黃粉蟲蟲體放在恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，并添加足量的飼料以激活黃粉蟲的活性，三天后通過吹風機除去可能攜帶蟲類糞便的蛻皮，并篩選出健康且體型相當?shù)狞S粉蟲，準備使用；

（3）培養(yǎng)條件的準備：將步驟（2）中篩選出的黃粉蟲均勻放入恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，并在其上覆蓋部分步驟（1）得到的廢棄聚氯乙烯（pvc）膜材料，添加適量的助飼料，提高黃粉蟲消耗該廢棄膜材料的效率；每個黃粉蟲培養(yǎng)單位蟲類數(shù)量為400只；

（4）培養(yǎng)過程：注意恒溫培養(yǎng)箱在培養(yǎng)過程中相關(guān)參數(shù)的變化，相應的溫度及濕度條件不要超過所給出的范圍。并在培養(yǎng)過程中，可定期每隔幾天進行一次觀察。所述恒溫培養(yǎng)箱設(shè)定溫度為24~26℃，濕度為60%~75%。

本發(fā)明中，步驟（１）中廢棄聚氯乙烯薄膜的前處理，切割器切割為片狀的實驗用廢棄聚氯乙烯膜材料邊長為3cm×3cm~4cm×4cm范圍內(nèi)。

本發(fā)明中，所述用于生物降解廢棄膜材料的實驗用黃粉蟲為四齡未受到抗生素污染的黃粉蟲。

本發(fā)明中，所述實驗用培養(yǎng)黃粉蟲的恒溫培養(yǎng)箱為鐵制培養(yǎng)盒，以防止黃粉蟲的啃食，長*寬*高為40cm×60cm×25cm。

本發(fā)明中，所述每個黃粉蟲培養(yǎng)單位蟲類數(shù)量為400只，所能夠達到的降解效率約為每天，每g黃粉蟲降解2.29~2.71mg廢棄膜材料。

本發(fā)明中，所述覆蓋的廢棄膜材料應當適當，不能阻礙黃粉蟲的呼吸，且加入的助飼料按維持黃粉蟲生長需求量添加，不可干擾黃粉蟲對廢棄膜材料的攝食。

本發(fā)明中，所述每次定期的觀察過程中，需要將死亡的黃粉蟲幼蟲蟲體及時挑出，并且當其糞便及蛻皮積累到一定程度后，也應及時清理培養(yǎng)容器中的蟲類糞便及蛻皮。

本發(fā)明與傳統(tǒng)的廢棄塑料膜材料處理方法相比，具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明所應用的膜材料降解生物黃粉蟲不具備任何對人體的毒性，生物降解過程亦不會排放任何有毒有害物質(zhì)，且黃粉蟲作為一種傳統(tǒng)作物害蟲能夠得到有益利用。

本發(fā)明中黃粉蟲體現(xiàn)出良好的廢棄聚氯乙烯膜材料消耗能力，且通過表征手段驗證廢棄聚氯乙烯膜材料在黃粉蟲腸道微生物作用后確實得到了分子量降低，效果明顯。

本發(fā)明中黃粉蟲攝食廢棄聚氯乙烯膜材料后所排出的蟲糞可用于農(nóng)作物肥料，環(huán)境友好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所用黃粉蟲頭部體視鏡拍攝圖；

圖2為本發(fā)明所用黃粉蟲蟲體體視鏡拍攝圖；

圖3為本發(fā)明所用黃粉蟲攝食廢棄膜材料后所排出蟲糞的體式顯微鏡拍攝圖；其中：（a）為單獨攝食廢棄聚氯乙烯膜材料的黃粉蟲蟲糞，（b）為攝食麥麩+廢棄聚氯乙烯膜材料的黃粉蟲蟲糞；

圖4為本發(fā)明所用黃粉蟲攝食廢棄膜材料后蟲類腸道的體式顯微鏡拍攝圖；

圖5為本發(fā)明中添加助飼料對黃粉蟲攝食廢棄膜材料能力的影響圖；

圖6為本發(fā)明中添加助飼料圓白菜的條件下黃粉蟲攝食廢棄膜材料的衡算圖；

圖7為本發(fā)明中廢棄膜材料與黃粉蟲排出蟲糞的凝膠滲透色譜圖。

具體實施方式

以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

下列實施例中的所使用的廢棄聚氯乙烯膜材料來源于污/廢水廠，使用前需用烘干機進行烘干并切割成3cm×3cm~4cm×4cm的片狀。

實施例1

一種生物降解廢棄膜材料的方法實踐，具體包括以下步驟：

（1）廢棄膜材料的準備：將取自污/廢水處理廠的廢棄聚氯乙烯（pvc）膜材料洗凈并充分烘干后，用切割器將其分成片狀，并取部分均勻鋪在培養(yǎng)黃粉蟲的容器底部，待用。

（2）原料黃粉蟲的準備：將從上海黃粉蟲養(yǎng)殖場購得的蟲體放在恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，并添加足量的飼料以激活黃粉蟲的活性。三天后通過吹風機除去可能攜帶蟲類糞便的蛻皮，并篩選出健康且體型相當?shù)狞S粉蟲準備使用。

（3）培養(yǎng)條件的準備：將步驟（2）中篩選出的黃粉蟲均勻放入恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，并在其上覆蓋部分步驟（1）中的廢棄聚氯乙烯（pvc）膜材料。

（4）培養(yǎng)過程：注意恒溫培養(yǎng)箱在培養(yǎng)過程中相關(guān)參數(shù)的變化，相應的溫度及濕度條件不要超過所給出的范圍。并在培養(yǎng)過程中，可定期每隔幾天進行一次觀察。

按照上述方法，每400條黃粉蟲為一個單位進行廢棄聚氯乙烯膜材料的降解實驗，黃粉蟲的蟲類圖片如圖1,2所示。對消耗廢棄膜材料后黃粉蟲所產(chǎn)生的蟲糞進行收集，并在體式顯微鏡下進行觀察，黃粉蟲蟲糞如圖3中左圖所示。

實施例2

將衡算周期結(jié)束后的黃粉蟲取樣，經(jīng)過預處理和解剖后進行體式顯微鏡觀察，預處理和解剖的具體操作過程如下：將黃粉蟲幼蟲在乙醇浸泡2h后冷凍干燥24h，這樣面包蟲腸道能夠很容易與其他組織脫離，之后使用手術(shù)刀，從蟲體頭部后第二節(jié)處下刀除去頭部，使用鑷子將蟲體內(nèi)的腸道整段取出，置于體式顯微鏡下進行觀察并進行照片拍攝，結(jié)果如圖4所示。可以觀察到，黃粉蟲腸道內(nèi)存在攝入的廢棄聚氯乙烯膜材料。

實施例3

在喂養(yǎng)周期內(nèi)，使用另外一個黃粉蟲降解單位加入唯一助飼料麥麩用以考察麥麩對黃粉蟲降解廢棄聚氯乙烯膜材料的影響，麥麩的加入量為蟲重的百分之20%~25%/5d，廢棄膜材料的消耗速度如圖5所示，在初始蟲數(shù)均為400條，初始塑料質(zhì)量均為6.8g左右的條件下，經(jīng)過39天，以廢棄聚氯乙烯膜材料作為唯一食物的黃粉蟲組消耗的膜材料質(zhì)量約為4.1g，額外添加麥麩的黃粉蟲組消耗廢棄聚氯乙烯膜材料的質(zhì)量約為5.3g，說明添加麥麩有利于黃粉蟲消耗廢棄聚氯乙烯膜材料。作為助飼料，麥麩為黃粉蟲提供了少量的水、額外的糖類以及微量元素，進而提高了其消耗膜材料的能力。

添加助飼料麥麩的情況下，黃粉蟲排出蟲糞的體式顯微鏡拍攝照片如圖3（b）所示，相比圖3（ａ），在添加麥麩作為助飼料的條件下，黃粉蟲消化廢棄聚氯乙烯膜材料后的排泄物黃色加深，且白色不規(guī)則狀未消化和消化未完全的廢棄膜材料明顯更少，說明添加助飼料麥麩不僅能夠增進黃粉蟲攝食廢棄聚氯乙烯膜材料的能力，而且能夠增進黃粉蟲幼蟲對于廢棄聚氯乙烯膜材料的降解能力。

實施例4

選取圓白菜作為唯一助飼料，考察了兩個降解單位黃粉蟲對于廢棄聚氯乙烯膜材料的降解能力和圓白菜對于黃粉蟲降解組的影響，并對降解過程進行了物料衡算，衡算結(jié)果如圖6所示。在廢棄聚氯乙烯膜材料初始質(zhì)量為15.5g左右，每次投加大約四分之一片圓白菜（約7.9g）的條件下，經(jīng)過衡算周期，兩個降解單位黃粉蟲幼蟲能夠消耗廢棄聚氯乙烯膜材料的質(zhì)量約為12.1g，而不投加圓白菜的黃粉蟲幼蟲僅能夠消耗廢棄聚氯乙烯膜材料制外賣盒6.2g左右；投加圓白菜的降解組蟲重從75.61g下降到65.71g，而不投加圓白菜的對照組蟲重從78.08g下降到了51.11g，差異明顯。經(jīng)測定，新鮮圓白菜的含水率高達90.1%，而麥麩的含水率僅為11.7%，因此麥麩能為黃粉蟲提供更多的有機質(zhì)進而積累為蟲體內(nèi)的生物質(zhì)，而圓白菜提供的是更多的水分，這就是添加助飼料麥麩的降解組蟲重上升而添加助飼料圓白菜的降解組蟲重略微下降的原因。投加助飼料圓白菜同樣能夠增進黃粉蟲對于廢棄聚氯乙烯膜材料的攝食降解能力，但是存活率和蟲重維持與喂養(yǎng)麥麩的情況有所差異。

實施例5

分子量大小是表征分子大小最直接、最客觀的物理量，為了從分子量角度探究高聚物聚氯乙烯是否在面包蟲腸道內(nèi)得到了破壞解聚，即得到分子量降低，在對廢棄聚氯乙烯膜材料標樣及黃粉蟲攝食該材料后所產(chǎn)蟲糞進行一定預處理之后，對所得樣本進行了凝膠滲透色譜分析，結(jié)果如圖7所示。黃粉蟲在攝食廢棄聚氯乙烯膜材料39天后所產(chǎn)生蟲糞的分子量相較于廢棄聚氯乙烯膜材料標樣下降明顯，數(shù)均分子量mn從122371降低到了116197，重均分子量mw從264080降低到了241481；而在添加助飼料麥麩的情況下，數(shù)均分子量mn從122371降低到了89998，重均分子量mw從264080降低到了218523。說明添加麥麩不僅能夠增強黃粉蟲對于廢棄聚氯乙烯膜材料的攝食能力，而且能夠增強其對于廢棄聚氯乙烯膜材料的降解能力，這與體視鏡拍攝的蟲糞照片結(jié)果也相符合。

以上所述僅為本發(fā)明的最佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，均為本發(fā)明的涵蓋范圍。