(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011628414.0
(22)申请日 2020.12.31
(71)申请人 东北农业大学
地址 150030 黑龙江省哈尔滨市香坊区长
江路600号
(72)发明人 魏自民 吴俊秋 赵越 张旭
解新宇 陈晓蒙 康可佳 杨宏艳
(74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569
代理人 薛红凡
(51)Int.Cl.
C05F 17/10(2020.01)
C05F 17/20(2020.01)
C05F 17/50(2020.01)
C05F 15/00(2006.01)
(54)发明名称一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法(57)摘要本发明提供了一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法，属于固体有机废弃物处理与资源化利用技术领域，本发明对待处理有机固体废弃物进行预水解，破坏待处理有机固体废弃物中木质纤维素晶体连接结构。本发明在堆肥前添加木质纤维素高效水解菌剂促进有机组分水解，在堆肥高温期添加功能材料的同时停止通气，促进腐殖酸前体化合物快速缩合形成腐殖酸，为腐殖酸形成提供底物；恢复通气后，功能材料激发酶活性，进一步加快腐殖酸前体氧化聚合。在堆肥降温期，向堆体中添加矿物质及金属离子氧化物，保护已形成的腐殖酸分子不被微生物进一步 水解。权利要求书1页 说明书8页CN 112608170 A 2021.04.06
C N 112608170
A
1.一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法，包括以下步骤：
1)采用水解液浸泡待处理有机固体废弃物，进行预水解，得到预水解产物；所述水解液包括芬顿试剂或硝酸水溶液；
2)调节所述预水解产物C/N比为(25～30)：1、含水量为60％～70％、pH为7.0～7.5，接种木质纤维素
高效水解菌剂，得到待堆肥物料；
3)将所述堆肥物料进行打堆，进行第一堆肥，至堆体中心温度为50～65℃，得到第一堆料；所述第一堆肥的通气量为0.05～0.15L/min；
4)将所述第一堆料和第一功能材料混合，进行第二堆肥，至堆体中心温度为43～48℃，得到第二堆料；
所述第二堆肥的程序包括：0～24h，通气量为0；24h以后，通气量为0.05～0.15L/min；所述第一功能材料包括金属氧化物和/或含腐殖酸前体物质的有机质；
5)将所述第二堆料和第二功能材料进行混合，进行第三堆肥，至堆体温度为33～35℃，得到堆肥产品；
所述第二功能材料选自矿物质、生物炭和金属氧化物中的一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述硝酸水溶液的浓度为7.5～
8.5mol/L；所述硝酸水溶液的体积和所述待处理有机固体废弃物的质量的单位同量级，比例为10：(0.5～1.5)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述芬顿试剂以体积浓度为30％的过氧化氢水溶液为溶剂，溶解有氯化亚铁；所述氯化亚铁和过氧化氢的体积摩尔浓度比为(0.01～0.03)：1.5；所述芬顿试剂和所述待处理有机固体废弃物的质量比为(1～3)：(0.5～3)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1)中，当所述水解液为硝酸水溶液时，所述预水解的温度为20～30℃；所述预水解的时间为10～14h。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤1)中，当所述水解液为芬顿试剂时，所述预水解的温度为20～30℃；所述水解的时间为1.5～2.5h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述木质纤维素高效水解菌剂包括多形拟杆菌、毛螺科菌和梭状芽孢杆菌；所述多形拟杆菌、毛螺科菌和梭状芽孢杆菌的有效活菌数的比例为3：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)；所述木质纤维素高效水解菌剂的总有效活菌数为1×107～1×109CFU/mL；所述木质纤维素高效水解菌剂的体积和第一堆料的质量的比例为(500～1000)μL：(1～1.5)kg。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述含腐殖酸前体物质的有机质选自还原糖、氨基酸、鸡粪和生物炭中的一种或几种；所述含腐殖酸前体物质的有机质的添加量为第一堆料干重的20‰～25‰。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)中所述金属氧化物选自氧化铁、二氧化锰和氧化铜中的一种；所述金属氧化物的添加量为第一堆料干重的2‰～8‰。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述矿物质或生物炭的添加量独立为第二堆料干重的7％～8％；所述矿物质包括蒙脱石和/或伊利石。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述金属氧化物选自氧化铁、二氧化锰和氧化铜中的一种；所述金属氧化物的添加量为第二堆料干重的2‰～8‰。
权 利 要 求 书1/1页CN 112608170 A
一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法
技术领域
[0001]本发明涉及固体有机废弃物处理与资源化利用技术领域，尤其涉及一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法。
背景技术
[0002]大量随意丢弃的有机固体废弃物正在破坏土壤肥力。因为垃圾渗滤液和臭气等有害副产品会造成水体富营养化、空气污染，甚至威胁人类健康。堆肥作为一种快速、安全的有机废弃物回收利用方式，正日益受到人们的重视。同时，腐殖酸作为堆肥过程中最重要的副产物，对环境污染具有一定的修复作用，可以提高土壤肥力、促进作物生长、吸附重金属及有机染料等重要功能。因此，面对大量的有机废弃物，在堆肥过程中增加腐殖酸产量可能是实现其资源循环利用的最佳途径。
[0003]腐殖酸的形成是有机物分解和微生物合成过程中产生的多酚、还原糖和氨基酸等小分子腐殖酸前体化合物聚合或缩合的结果。但目前有机固体废弃物组成成分复杂，微生物易利用及难水解有机组分组成比例多样，导致多种类型有机固体废弃物堆肥过程中有机组分水解不同步，微生物在组分利用失衡的情况下更造成了堆肥腐殖酸前体形成效率的降低。另一方面，腐殖酸前体化合物也是微生物活动的能量来源，很容易被矿化成二氧化碳。因此，腐殖质形成与微生物活动之间的底物竞争必然影响腐殖质形成的效率，进而腐殖酸生成质量有所下降，从而影响堆肥品质。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法，本发明的方法能够有效提高提高有机固体废弃物堆肥腐殖酸产量。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0006]本发明提供了一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法，包括以下步骤：[0007]1)采用水解液浸泡待处理有机固体废弃物，进行预水解，得到预水解产物；所述水解液包括芬顿试剂或硝酸水溶液；
[0008]2)调节所述预水解产物C/N比为(25～30)：1、含水量为60％～70％、pH为7.0～7.5，接种木质纤维素高效水解菌剂，得到待堆肥物料；
[0009]3)将所述堆肥物料进行打堆，进行第一堆肥，至堆体中心温度为50～65℃，得到第一堆料；所述第一堆肥的通气量为0.05～0.15L/min；
[0010]4)将所述第一堆料和第一功能材料混合，进行第二堆肥，至堆体中心温度为43～48℃，得到第二堆料；
[0011]所述第二堆肥的程序包括：0～24h，通气量为0；24h以后，通气量为0.05～0.15L/ min；
[0012]所述第一功能材料包括金属氧化物和/或含腐殖酸前体物质的有机质；
[0013]5)将所述第二堆料和第二功能材料进行混合，进行第三堆肥，至堆体温度为33～
35℃，得到堆肥产品；
[0014]所述第二功能材料选自矿物质、生物炭和金属氧化物中的一种。
[0015]优选的，步骤1)中所述硝酸水溶液的浓度为7.5～8.5mol/L；所述硝酸水溶液的体积和所述待处理有机固体废弃物的质量的单位同量级，比例为10：(0.5～1.5)。
[0016]优选的，步骤1)中所述芬顿试剂以体积浓度为30％的过氧化氢水溶液为溶剂，溶解有氯化亚铁；所述氯化亚铁和过氧化氢的体积摩尔浓度比为(0.01～0.03)：1.5；所述芬顿试剂和所述待处理有机固体废弃物的质量比为(1～3)：(0.5～3)。
[0017]优选的，步骤1)中，当所述水解液为硝酸水溶液时，所述预水解的温度为20～30℃；所述预水解的时间为10～14h。
[0018]优选的，步骤1)中，当所述水解液为芬顿试剂时，所述预水解的温度为20～30℃；所述水解的时间为1.5～2.5h。
[0019]优选的，步骤4)中所述木质纤维素高效水解菌剂包括多形拟杆菌、毛螺科菌和梭状芽孢杆菌；所述多形拟杆菌、毛螺科菌和梭状芽孢杆菌的有效活菌数的比例为3：(0.5～1.5)：(0.5～1.5)；所述木质纤维素高效水解菌剂的总有效活菌数为1×107～1×109CFU/ mL；所述木质纤维素高效水解菌剂的体积和第一堆料的质量的比例为(500～1000)μL：(1～1.5)kg。
[0020]优选的，步骤4)中所述含腐殖酸前体物质的有机质选自还原糖、氨基酸、鸡粪和生物炭中的一种或几种；所述含腐殖酸前体物质的有机质的添加量为第一堆料干重的20‰～25‰。
[0021]优选的，步骤4)中所述金属氧化物选自氧化铁、二氧化锰和氧化铜中的一种；所述金属氧化物的添加量为第一堆料干重的2‰～8‰。
[0022]优选的，步骤5)中所述矿物质或生物炭的添加量独立为第二堆料干重的7％～8％；所述矿物质包括蒙脱石和/或伊利石。
[0023]优选的，步骤5)中所述金属氧化物选自氧化铁、二氧化锰和氧化铜中的一种；所述金属氧化物的添加量为第二堆料干重的2‰～8‰。
[0024]本发明的有益效果：本发明提供了一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法，本发明采取非生物‑生物耦合作用促进难降解木质纤维素与易降解有机组分同步水解。本发明首先采用芬顿试剂或硝酸水溶液对待处理有机固体废弃物进行预水解，破坏待处理有机固体废弃物中木质纤维素晶体连接结构，减轻后续微生物水解压力。本发明在堆肥前添加木质纤维素高效水解菌剂促进有机组分水解，在堆肥高温期添加功能材料的同时停止通气，为堆体制造厌氧环境，功能材料作为化学催化剂，在厌氧条件下促进微生物对腐殖酸前体化合物的合成代谢，为腐殖酸形成提供底物，同时厌氧条件能够使功能材料最大程度发挥化学催化剂特性，减少有机组分氧化作用，促进腐殖酸前体化合物快速缩合形
成腐殖酸，为腐殖酸形成提供底物；恢复通气后，功能材料激发酶活性，功能材料可持续发挥作用，即可作为生物酶活性激活剂激发有机质转化相关酶活性，进一步加快腐殖酸前体氧化聚合。在堆肥降温期，即腐殖酸大量形成时期，向堆体中添加矿物质或金属离子氧化物，保护已形成的腐殖酸分子不被微生物进一步水解。本发明所述方法能够促进腐殖酸形成的同时减少腐殖酸被进一步利用，最大程度的实现有机组分定向腐殖化，实现有机固体废弃物高效资源化。试验结果表明，采用本发明方法对有机固体废弃物进行堆肥，经过60d的堆肥实
验，水稻秸秆中木质纤维素降解效率提升30％，腐殖酸含量提高50％，有效发挥微生物对有机固废的水解、转化及合成作用，驱动有机组分定向形成腐殖酸的功能。
具体实施方式
[0025]本发明提供了一种通过阶段处理提高堆肥腐殖酸含量的方法，包括以下步骤：[0026]1)采用水解液浸泡待处理有机固体废弃物，进行预水解，得到预水解产物；所述水解液包括芬顿试剂或硝酸水溶液；
[0027]2)调节所述预水解产物C/N比为(25～30)：1、含水量为60％～70％、pH为7.0～7.5，接种木质纤维素高效水解菌剂，得到待堆肥物料；
[0028]3)将所述堆肥物料进行打堆，进行第一堆肥，至堆体中心温度为50～65℃，得到第一堆料；所述第一堆肥的通气量为0.05～0.15L/min；
[0029]4)将所述第一堆料和第一功能材料混合，进行第二堆肥，至堆体中心温度为43～48℃，得到第二堆料；
[0030]所述第二堆肥的程序包括：0～24h，通气量为0；24h以后，通气量为0.05～0.15L/ min；
[0031]所述第一功能材料包括金属氧化物和/或含腐殖酸前体物质的有机质；
[0032]5)将所述第二堆料和第二功能材料进行混合，进行第三堆肥，至堆体温度为33～35℃，得到堆肥产品；
[0033]所述第二功能材料选自矿物质、生物炭和金属氧化物中的一种。
[0034]本发明首先采用水解液浸泡待处理有机固体废弃物，进行预水解，得到预水解产物；所述水解液包括芬顿试剂或硝酸水溶液。
[0035]在本发明中，所述有机固体废弃物优选的包括农作物秸秆和园林有机固体废弃物；所述农作物秸秆优选的包括玉米秸秆、水稻秸秆和大豆秸秆中的一种或几种。[0036]在本发明中，所述有机固体废弃物优选的经过粉碎处理，粉碎后的有机废弃物的长度优选为2～3cm。
[0037]在本发明中，所述硝酸水溶液的浓度优选为7.5～8.5M，更优选为8M；所述硝酸水溶液和所述待处理有机固体废弃物的比例优选为10mL：(0.5～1.5)g，更优选为10mL：1g。[0038]在本发明中，所述芬顿试剂优选的以体积浓度为30％的过氧化氢水溶液为溶剂，溶解有氯化亚铁；所述氯化亚铁和过氧化氢的体积摩尔浓度比优选为(0.01～0.03)：1.5，更优选为0.02：1.5；所述芬顿试剂和所述待处理有机固体废弃物的质量比为(1～3)：(0.5～3)，进一步优选为2：(1～2)。
[0039]在本发明中，当所述水解液为硝酸水溶液时，所述预水解的温度为优选20～30℃，更优选为25℃；所述预水解的时间优选为10～14h，更优选为12h。
[0040]在本发明中，当所述水解液为芬顿试剂时，所述预水解的温度优选为20～30℃，更优选为25℃；所述水解的时间优选为1.5～2.5h，更优选为2h。
[0041]在得到预水解产物后，本发明调节所述预水解产物C/N比为(25～30)：1、含水量为60％～70％、pH为7.0～7.5，接种木质纤维素高效水解菌剂，得到待堆肥物料。
[0042]在本发明中，所述待堆肥物料的C/N比优选为28：1；所述待堆肥物料的含水量优选为65％；所述待堆肥物料的pH优选为7.2；本发明具体实施过程中用于调节所述预水解产物
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