CN101337842B - 一种利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了在有机废物处理技术领域的一种利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的方法。模拟厨余物由马铃薯、稻米、胡萝卜、树叶、肉类、大豆和接种土壤组成。在一定的通风条件下，保持堆肥系统处于室内温度条件，进行模拟厨余物堆肥处理。在堆肥的第5天和第9天取适量样品，向其中加入有机酸与盐或碱进行对比，分析发现有机酸的加入对微生物的活性有明显抑制作用。而醋酸钠的添加起到缓冲溶液的作用，可以控制堆肥过程中的pH值在适宜微生物活动的范围内。此方法可以明显提高了微生物活性，有助于加速堆肥过程，缩短堆肥周期，实现堆肥过程中有机物减量化的目的。

Description

一种利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的方法

技术领域

本发明属于有机废物处理技术领域，涉及的是一种利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的方法。

技术背景

近年来，随着人们生活水平的日益提高以及全球人口的增加，厨余垃圾的产量呈现明显的增长趋势。据统计，目前全球每年产生的城市生活垃圾为500亿吨左右，其中厨余垃圾约占其中的10％-20％。由于厨余垃圾具有易发酵、变质、腐烂等特征，不仅产生大量毒素，散发恶臭气体，还污染水体和大气，如不能有效地进行处理或处置，厨余垃圾将成为环境的一大危害。

目前，处理厨余物的主要技术有：直接排放，这种方法造成环境污染，并且有助于疾病的传播；填埋，该法应用的比较广泛，填埋后产生的垃圾渗滤液较多，会污染地下水；高温好氧堆肥处理，处理周期短，有机物降解程度高，能有效地杀灭病原微生物，但其高温环境不易控制；经厨余垃圾处理机粉碎厨余物，直接排入下水道，或是再对厨余物减量化，使水分蒸发，减小厨余垃圾的体积，或是资源化，利用细菌或蚯蚓促进有机物的分解，产物作肥料；饲料化，对厨余垃圾先进行分类，营养成分较高的厨余物经过一系列相关的技术处理后，作为动物饲料的添加剂，但变质的厨余物不能进行资源化作为饲料添加剂；利用产生的生物气，发电供热；生物法可以使厨余垃圾减量化、无害化和资源化。比较常用的生物处理法一般为堆肥及厌氧发酵制生物气。堆肥方法的处理成本较低、工艺简单，而厌氧发酵制生物气技术的投资较大，在我国处理厨余物的技术以堆肥为主。

在堆肥过程中，含水率、含氧量、温度、C/N比、pH值等是影响堆肥效果的几个重要因素，控制和优化上述因素是必要的。堆料的含水率过低，不利于微生物的生长；含水率过高，则会堵塞堆料中的空隙，影响通风，降低堆体含氧量，导致厌氧发酵，水分的多少应以保证生化反应有效、稳定进行为准。堆体的含氧量一般保持在5％-15％的范围比较适宜，含氧量低于微生物生化活动所需的浓度界限，就会导致厌氧发酵产生恶臭；含氧量过高在降低堆体温度的同时，导致病源菌的大量存活。而堆肥化过程中，堆体温度应控制在45-65℃之间。温度超过60℃，就会对微生物的生长活动产生抑制作用。堆肥化是一个放热过程，若不加控制，温度可达75-80℃，温度过高会过度消耗有机质，并降低堆肥产品质量。因此，常采用调整通风量的办法控制温度。C/N比若过高，微生物由于氮不足，生长受到限制，有机物降解速率变缓，从而延长堆肥时间；C/N比若过低，则堆肥过程产生氨，不仅影响环境，而且造成肥分氮的损失，导致堆肥产品质量下降。一般C/N比控制在20/1-30/1之间比较适宜。

pH值是堆肥过程的又一重要影响因素。堆肥过程中由于产生有机酸，会使pH有所降低，但是随着堆肥的进行，有机酸会被进一步分解为CO₂和H₂O，pH值会重新上升。一般微生物生长速率的pH值在7-8最佳。污泥通常呈中性，pH值一般在6-9之间，而微酸性或中性的环境正是微生物适宜的活动条件，因此进行污泥堆肥化时pH值一般不需要调整；但对于垃圾堆肥，有关研究表明，堆肥早期控制pH值在8左右能显著提高反应速率，可以极大地缩短堆肥达到高温所需的时间，从而可避免由于堆肥反应因pH停滞引起的臭味问题。就厨余物堆肥而言，通过调节pH值对厨余物堆肥过程进行控制的方法还未见报道。

发明内容

本发明旨在提供一种利用醋酸钠(NaAc)促进厨余物堆肥中微生物活性的方法。其特征在于，所述利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的方法是在堆肥过程中利用醋酸钠溶液作为缓冲溶液对堆肥pH值进行调节，具体步骤如下：

1)模拟厨余物堆肥处理

(1)将由马铃薯、稻米、胡萝卜、树叶、肉类、大豆和接种土壤组成的模拟厨余物按5∶8∶2∶8∶8∶2∶8重量比例装入堆肥反应桶中；

(2)装上反应桶盖子，从反应桶底部通风，速率为0.4-0.6L/min，同时打开反应桶顶部的废气管和底部的渗滤液排放管，使堆肥处于室内温度和好氧环境下，并防止渗滤液的累积；保持堆肥系统处于室内温度条件，进行模拟厨余物堆肥处理，并在堆肥过程中适时的进行翻堆；

(3)分别在堆肥的第5天和第9天取样；

2)效果试验

分别在第5天和第9天取样的堆肥中，分别按0.3-0.7mmol/50g加入有机酸或分别按0.3-0.7mmol/50g加入盐或碱，分析在不同情况下微生物活性的变化；通过对比表明有机酸在堆肥过程起到抑制微生物活性的作用，而添加的NaAc对微生物活性起到了明显的促进作用。

3)堆肥样品测定

(1)堆肥样品中的微生物菌落数的测定采用平板菌落计数法

并用抑制因子来表示有机酸或盐对堆肥过程的微生物活性的影响程度：

$P_{\mathrm{IF}}=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\β}}$

P_IF-抑制因子；

α-向堆肥样品中加入酸或盐后微生物的数量；

β-原堆肥样品中微生物的数量。

(2)堆肥样品中pH值用pH计测定

所述向堆肥样品中加入有机酸为乙酸、丁酸、乳酸和丙酸中一种或多种。

所述向堆肥样品中加入盐或碱为K₃PO₄、Na₂CO₃、NaAc和Ca(OH)₂中一种。

所述模拟厨余物中的碳氮比C∶N＝17∶1(质量比)。

所述醋酸钠∶水＝0.004％-0.02％。

所述向厨余物中添加醋酸钠的量与厨余物质量比为1∶12500-1∶2500。

所述堆肥反应器中的温度是由上部控温计、下部控温计自动控制空压泵运行，进行通风量调节。

所述利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的装置，其组成是在反应桶1内装有堆肥原料2，上部控温计3、下部控温计4插入堆肥原料2中央，反应桶1的底部设置布气盘14，渗滤液导出管5安装在反应桶1的桶底上，废气导管13从反应桶盖12引出后通过一阀门插入氨捕集阱8、氨捕集阱8的上口穿出一导管插入带氧气监测器7的收集阱内；冷凝器6套在插入氧气监测器7导管外周上；空气流量计9接在反应桶1的底部的新鲜空气导入管11上；空压泵10接在空气流量计9后面。

本发明的积极效果：

在堆肥的第5天和第9天进行取样，与空白实验相比较，第5和第9天，添加NaAc溶液后，堆肥样品中嗜温菌与嗜热菌的数量明显上升，抑制因子均大于1(＞1.6)，说明醋酸钠的加入起到缓冲溶液的作用，可使堆肥过程中pH值始终保持在适宜微生物活动的范围，堆肥过程中微生物活性明显增强，可缩短堆肥周期。

综上所述，应用NaAc处理厨余物与以往堆肥处理厨余物的方法比较有其明显优点：

(1)应用NaAc堆肥处理厨余物，可以有效调节pH值至微生物活动适宜的范围内，从而实现利用化学手段达到堆肥过程中有机质减量化的目的。

(2)应用NaAc堆肥处理厨余物，可以有效提高微生物活性，加快堆肥反应，缩短堆肥周期。

在堆肥过程中利用醋酸钠溶液作为缓冲溶液对堆肥pH值进行调节。此方法可以明显提高堆肥过程中微生物的活性，有助于加速堆肥过程，缩短堆肥周期，

附图说明

图1本发明所采用的堆肥系统示意图；

图2堆肥过程中(第5天)有机酸和盐对微生物活性的影响；

图3堆肥过程中(第9天)有机酸和盐对微生物活性的影响。

具体实施方式

本发明旨在提供一种利用醋酸钠(NaAc)促进厨余物堆肥中微生物活性的方法。下面通过空白实验和对比实验对本发明予以说明。

空白实验：由马铃薯、稻米、胡萝卜、树叶、肉类、大豆和接种土壤组成的模拟厨余物(C∶N＝17∶1)10kg装入堆肥反应桶1中，在空压泵10提供的0.4-0.6L/min的通风速率条件下，保持系统处于室内温度条件，该堆肥系统处于室内温度条件由上部控温计3、下部控温计4自动控制空压泵10运行，进行通风量调节，进行模拟厨余物堆肥处理实验。在堆肥过程的第5天和第9天分别进行取样，测定样品中的微生物菌落数和pH值。

对比实验1：将由马铃薯、稻米、胡萝卜、树叶、肉类、大豆和接种土壤组成的模拟厨余物(C∶N＝17∶1)10kg装入堆肥反应桶1中，在空压泵10提供的0.4-0.6L/min的通风速率条件下，保持堆肥系统处于室内温度条件，该堆肥系统处于室内温度条件由上部控温计3、下部控温计4自动控制空压泵10运行，进行模拟厨余物堆肥处理实验。在堆肥过程中的第5天取样品，并向样品中分别按不同比例、不同组合添加四种有机酸(乙酸、丁酸、乳酸和丙酸)以及四种盐或碱(K₃PO₄、Na₂CO₃、NaAc和Ca(OH)₂)，表1堆肥第5天向样品中加入有机酸和盐的情况，(具体添加方式见表1)。测定样品中的菌落数和pH值。

表1堆肥第5天向样品中加入有机酸和盐的情况

注：“+”表示加入有机酸等的量为0.5mmol/50g；“-”表示加入有机酸等的量为0.0mmol/50g。效果如图2所示。

对比实验2：由马铃薯、稻米、胡萝卜、树叶、肉类、大豆和接种土壤组成的模拟厨余物(C∶N＝17∶1)10kg装入堆肥反应桶中，在空压泵10提供的0.4-0.6L/min的通风速率条件下，保持系统处于室内温度条件，该堆肥系统处于室内温度条件由上部控温计3、下部控温计4自动控制空压泵10运行，进行通风量调节，进行模拟厨余物堆肥处理实验。在堆肥过程中的第9天取样品，并向样品中分别按不同比例、不同组合添加四种有机酸(乙酸、丁酸、乳酸和丙酸)以及四种盐或碱(K₃PO₄、Na₂CO₃、NaAc和Ca(OH)₂)(具体添加方式见表2)，表2堆肥第9天向样品中加入有机酸和盐的情况。测定样品中的微生物菌落数和pH值。

表2堆肥第9天向样品中加入有机酸和盐的情况

注：“+”表示加入有机等酸的量为0.5mmol/50g；“-”表示加入有机酸等的量为0.0mmol/50g。效果如如图3所示

如图2、图3所示：与空白实验对比，向堆肥样品中加入有机酸导致嗜热菌和嗜温菌的数量明显下降，抑制因子均小于1，说明有机酸在堆肥过程中对微生物活性起抑制作用；而在堆肥的第5和第9天，分别添加K₃PO₄、Na₂CO₃和Ca(OH)₂溶液后，堆肥样品中嗜热菌和嗜温菌的数量不同程度下降，抑制因子均小于1，说明K₃PO₄、Na₂CO₃和Ca(OH)₂溶液在堆肥过程中对微生物活性起抑制作用，而添加NaAc溶液后，堆肥样品中嗜温菌与嗜热菌的数量明显上升，抑制因子均大于1(1.4-1.6)，说明醋酸钠(NaAc)的加入起到缓冲溶液的作用，可使堆肥过程中pH值始终保持在适宜微生物活动的范围，堆肥过程中微生物活性明显增强，可缩短堆肥周期。

模拟厨余物由马铃薯、稻米、胡萝卜、树叶、肉类、大豆和接种土壤组成，在一定的通风条件下，保持堆肥系统处于室内温度条件，进行模拟厨余物堆肥处理，并在堆肥过程中适时的进行翻堆。在第5天和第9天进行取样，分析向样品中加入有机酸、盐或碱后微生物菌落数和pH变化情况。通过上述对比，发现有机酸和部分盐、碱对堆肥过程中微生物活性有明显抑制作用；而应用醋酸钠溶液可以明显提高堆肥过程中的嗜温菌和嗜热菌的数量，从而大大提高了微生物活性，进而加速堆肥反应，缩短堆肥周期，实现了堆肥减量化。

Claims (3)

1.一种利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：

1)模拟厨余物堆肥处理

(1)将由马铃薯、稻米、胡萝卜、树叶、肉类、大豆和用于接种的土壤(黑钙土)组成的模拟厨余物以5∶8∶2∶8∶8∶2∶8重量比例装入堆肥反应桶中，其中模拟厨余物中的碳氮比C∶N＝17∶1(质量比)；

(2)装上反应桶盖子，从反应桶底部通风，速率为0.4-0.6L/min，同时打开反应桶顶部的废气管和底部的渗滤液排放管，使堆肥处于室内温度和好氧环境下，并防止渗滤液的累积；

(3)分别在堆肥的第5天和第9天取样；

2)效果试验

分别在第5天和第9天取样的堆肥中，按0.3-0.7mmol/50g比例加入醋酸钠(NaAc)，分析堆肥过程中微生物活性的变化；通过对比实验表明添加的醋酸钠对微生物活性起到了明显的促进作用；所述醋酸钠(NaAC)为溶解于自来水的醋酸钠(NaAC)溶液，其与自来水的质量比为0.004wt％-0.02wt％”。

3)堆肥样品测定

(1)堆肥样品中的微生物菌落数的测定采用平板菌落计数法

并用抑制因子来表示有机酸或盐对堆肥过程的微生物活性的影响程度：

$P_{\mathrm{IF}}=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\β}}$

P_IF-抑制因子；

α-向堆肥样品中加入酸或盐后微生物的数量；

β-原堆肥样品中微生物的数量；

(2)堆肥样品中pH值用pH计测定。

2.根据权利要求1所述利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的方法，其特征在于，所述向厨余物中添加醋酸钠的量与厨余物质量比为1∶12500-1∶2500。

3.根据权利要求1所述利用醋酸钠促进厨余物堆肥中微生物活性的方法，其特征在于，所述堆肥反应器中的温度是由上部控温计、下部控温计自动控制空压泵运行，进行通风量调节。

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