一种烟叶残渣结合草甘膦生产固废的堆肥方法和有机肥 |
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| 申请号 | CN202410155260.X | 申请日 | 2024-02-02 | 公开(公告)号 | CN118005435A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 武汉理工大学; 湖北和诺生物工程股份有限公司; | 发明人 | 李江; 桂厚瑛; 李俊丽; 贺择; 王成; 安一冉; 蒲鑫; 向磊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种烟叶残渣结合草甘膦生产固废的堆肥方法和 有机肥 ，属于废弃物资源化处理技术领域。本发明以提取尼古丁后的烟叶残渣为“ 碳 源”，以工业生产草甘膦产生的高氮粘稠固废为“氮源”进行堆肥，使两种废弃物相互配伍，以废治废，得到了减量化、稳定化、无害化处理，同时实现了废弃物的资源化。在本发明中，当堆肥物料的 含 水 量 为58～62％，碳氮比为20～25:1，菌剂、烟叶残渣、草甘膦生产固废的重量比为：1:18～22:47～53时，取得了较好的堆肥效果，为提取尼古丁后烟叶残渣与草甘膦生产固废混合物高温好 氧 发酵 资源化处理提供了新思路。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种烟叶残渣结合草甘膦生产固废的堆肥方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种烟叶残渣结合草甘膦生产固废的堆肥方法和有机肥技术领域[0001] 本发明涉及废弃物资源化处理技术领域，尤其涉及一种烟叶残渣结合草甘膦生产固废的堆肥方法和有机肥。 背景技术[0002] 尼古丁，俗名烟碱，是一种液态生物碱，无色易挥发，溶于水，并易形成可溶性盐。随着电子烟的流行和尼古丁医疗作用的开发与研究，尼古丁的需求量越来越大，但由于加工水平等条件的影响，在尼古丁从烟叶中提取的生产及加工过程中，通常会产生大量的废弃物，因此每年都会有大量的提取尼古丁后的烟叶残渣废弃物荒置，尼古丁后的烟叶残渣中的主要成分为木质素和纤维素，且焦油类芳香烃类物质和重金属含量较高，若不采取适当方法予以处理，其必定会加重环境污染。提取尼古丁后的烟叶残渣资源化利用的必要性主要有以下几个方面： [0003] 1.环保：提取尼古丁后的烟叶残渣如果不加处理直接丢弃，会对环境造成污染，如大量产生臭味、气味、渗滤液等，对土壤、水源和空气造成污染。通过资源化利用，可以减少烟叶残渣的污染，保护环境。 [0004] 2.节约资源：提取尼古丁后的烟叶残渣中含有丰富的有机物质和营养元素，如氮、磷、钾等，如果不加利用就会浪费这些资源。通过资源化利用，可以将烟叶残渣转化为有机肥料，提高土壤肥力，促进农作物的生长和发育。 [0005] 3.经济效益：提取尼古丁后的烟叶残渣资源化利用可以创造经济效益。通过将烟叶残渣转化为有机肥料，可以提高农作物产量和质量，增加农民的收入。同时，有机肥料的市场需求也在不断增长，可以创造更多的就业机会。 [0006] 4.可持续发展：随着尼古丁的需求量增多，提取尼古丁后的烟叶残渣资源化利用是推进可持续发展的重要措施之一。通过资源化利用，可以实现资源的循环利用，减少对环境的破坏，促进生态环境的改善，实现经济、社会和环境的协调发展。 [0007] 草甘膦是一种高效低毒的芽后灭生性除草剂，是目前国内除草剂产量最大的品种。草甘膦的工业化生产方法目前主要有两种：一是甘氨酸法，二是亚氨基二乙酸法(IDA法)，无论哪一种生产工艺，草甘膦废水的产生都不可避免。草甘膦生产废水经MVR处理会产生大量高氮粘稠浓缩液，属于有毒有害的工业固废，具有排放量大、污染物浓度高、含氮量高等特点；该高氮粘稠浓缩液的主要成分是无机铵盐及草甘膦衍生物以及其它含氮类等有机杂质，有许多是不易直接生物降解物或者微生物抑制物。 发明内容[0008] 本发明的目的在于提供一种烟叶残渣结合高氮废水浓缩液的堆肥方法和有机肥。本发明以提取尼古丁后烟叶残渣为碳源，生产草甘膦后产生的废液浓缩液为氮源，通过高温好氧堆肥发酵技术，以废治废，使得两种废弃物减量化、稳定化、无害化，实现了废弃物的资源化。 [0009] 为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案： [0010] 本发明提供了一种烟叶残渣结合草甘膦生产废液的堆肥方法，包括以下步骤： [0011] (1)将堆肥原料与菌剂混合，堆成堆体，进行第一次堆肥腐熟；所述堆肥原料包括烟叶残渣、草甘膦生产固废和水； [0012] (2)在堆肥的第7～8天，进行第一次翻堆；在堆肥的第10～11天，进行第二次翻堆； [0013] (3)在堆肥的第24～26天，堆体温度不再升高时，结束第一次堆肥腐熟； [0014] (4)将第一次堆肥腐熟后的物料与解淀粉芽孢杆菌混合，进行二次堆肥腐熟，二次堆肥腐熟的时间为90～180天。 [0015] 优选的，所述堆肥原料的含水量为58～62％。 [0016] 优选的，所述菌剂、烟叶残渣、草甘膦生产废液的重量比为：1:18～22:47～53。 [0017] 优选的，所述堆肥原料的碳氮比为20～25:1。 [0018] 优选的，所述菌剂中包含草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌，短小芽孢杆菌，复合酶制剂及营养剂。 [0020] 优选的，第一次堆肥腐熟后的物料与解淀粉芽孢杆菌的重量比为1000:1～5。 [0021] 优选的，所述烟叶残渣为提取尼古丁后的烟叶残渣。 [0022] 本发明提供还了所述的方法制备得到的有机肥。 [0023] 通过采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明以提取尼古丁后的烟叶残渣和工业生产草甘膦产生的粘稠废液为堆肥原料进行堆肥，使两种废弃物得到了减量化、稳定化、无害化处理，实现了废弃物的资源化。在本发明中，当堆肥物料的含水量为58～62％，碳氮比为20～25:1，菌剂、烟叶残渣、草甘膦生产废液的重量比为：1:18～22:47～53时，取得了较好的堆肥效果，为提取尼古丁后烟叶残渣与草甘膦生产废液混合高温好氧发酵资源化处理提供了新思路。 附图说明 [0024] 图1为本发明堆肥流程图； [0025] 图2为升温阶段的堆体图； [0026] 图3为堆体内部出现大量水蒸气的堆体图； [0027] 图4为翻堆后堆体状态； [0028] 图5为发酵完成后肥堆内部疏松长出的白色菌落(白腐菌)； [0029] 图6为烟叶渣堆肥堆肥过程温度变化折线图； [0030] 图7为堆肥过程中堆体含水率的变化曲线； [0031] 图8为堆肥过程中堆体pH值变化。 具体实施方式[0032] 本发明提供了一种烟叶残渣结合草甘膦生产废液的堆肥方法，包括以下步骤： [0033] (1)将堆肥原料与菌剂混合，堆成堆体，进行第一次堆肥腐熟；所述堆肥原料包括烟叶残渣、草甘膦生产固废和水； [0034] (2)在堆肥的第7～8天，进行第一次翻堆；在堆肥的第10～11天，进行第二次翻堆； [0035] (3)在堆肥的第24～26天，堆体温度不再升高时，结束第一次堆肥腐熟； [0036] (4)将第一次堆肥腐熟后的物料与解淀粉芽孢杆菌混合，进行二次堆肥腐熟，二次堆肥腐熟的时间为90～180天。 [0038] 在本发明中，菌剂、烟叶残渣、草甘膦生产废液的重量比为：1:18～22:47～53，进一步优选为1:19～21:48～52，更优选为1:20:50。 [0039] 本发明对所述提取尼古丁的烟叶残渣的来源没有特殊限定，采用本领域常规的提取尼古丁的烟叶残渣即可，在本发明具体实施过程中，所述提取尼古丁的烟叶残渣优选的来自湖北省和诺生物工程股份有限公司，提取尼古丁的烟叶残渣中含有难降解的芳香烃类有机物。 [0040] 本发明对所述草甘膦生产废液浓缩液的来源没有特殊限定，采用本领域常规的草甘膦生产废液浓缩液即可，在本发明具体实施过程中，所述草甘膦生产废液浓缩液优选的来自湖北某农药企业，含有无机铵盐、草甘膦衍生物及其他有机氮类物质。 [0041] 本发明所述堆肥菌剂包括枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌，短小芽孢杆菌，复合酶制剂和营养剂。 [0042] 本发明所述堆肥原料的碳氮比为20～25:1，进一步优选为22～24:1，更优选为22.7:1。 [0043] 本发明堆肥原料的含水量为58～62％，进一步优选为59～61％，更优选为60％。 [0044] 本发明混合好的物料既不干燥成粉末状，又不成黏糊状固体，而是呈现出略潮疏松的小块状，一捏即碎；在本发明实施过程中，尽量将物料切碎，目的是提高物料的含氧量。 [0045] 本发明将混合均匀的物料堆成堆体，所述堆体的形状优选为三棱锥形，所述三棱锥的边长、宽、高分别为1.3～1.7m，进一步优选为1.4～1.6m，更优选为1.5m。本发明堆成堆体后，在堆体上插入温度计，所述温度计优选为水银温度计，优选将温度计的水银泡插入堆体中间，目的是准确测量堆体内部温度。在堆肥过程中，每日定时对烟叶残渣堆肥进行通气，所述通气的方式为间歇式，通气时长为30～45min，进一步优选为35～40min，更优选为37min；通气量为1.5～2.6L/min·kg干固废，进一步优选为1.8～2.2L/min·kg干固废，更优选为2.0L/min·kg干固废。所述通气优选使用增氧泵进行通气，堆肥优选在阳光棚无槽式发酵棚中进行。 [0046] 在堆肥的第7～8天，进行第一次翻堆；在堆肥好氧发酵的第10～11天，进行第二次翻堆。在堆肥好氧发酵的第24～26天，优选第25天，堆体温度不再升高时，结束第一次堆肥腐熟；将第一次堆肥腐熟的物料进行二次堆肥腐熟，二次堆肥腐熟的时间为90～180天，优选为120～150天，更优选为135天。 [0047] 下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。 [0048] 本发明的实施例中，提取尼古丁的烟叶残渣来自湖北省和诺生物工程股份有限公司，草甘膦生产废液来自湖北某农药企业，菌剂为水之国牌复合好氧养强化菌剂。解淀粉芽孢杆菌购买于ATCC官网，编号为DSM23117。 [0049] 实施例1 [0050] 取50kg提取尼古丁后的烟叶残渣，用铁锹将其切碎成粉末状，与20kg草甘膦生产废液混合加水，使混合物料的含水量为60％，加入1kg菌种，混合均匀后，堆成长约1.5m，宽约1.5m，高约1.5m的三棱锥形，堆体上插入水银温度计，温度计的水银泡位于堆体中间，不能偏上也不能偏下触底，盖上保温材料。每日定时对烟叶渣堆肥进行通气，通气时长为30～45min，通气量为1.5～2.6L/min·kg干固废，并对烟叶渣肥堆进行温度测定记录。实施例1中堆肥原料的碳氮比为22.7:1。在堆肥的第7天进行第一次翻堆，在堆肥的第10天进行第二次翻堆，在堆肥的第25天，结束第一次堆肥腐熟。将第一次堆肥腐熟的物料与解淀粉芽孢杆菌按照重量比1000:1进行二次堆肥腐熟，二次堆肥腐熟的时间为150天。 [0051] 实施例2 [0052] 取47kg提取尼古丁后的烟叶残渣，用铁锹将其切碎成粉末状，与18kg草甘膦生产废液混合加水，使混合物料的含水量为58％，加入1kg菌种，混合均匀后，堆成长约1.5m，宽约1.5m，高约1.5m的三棱锥形，堆体上插入水银温度计，温度计的水银泡位于堆体中间，不能偏上也不能偏下触底，盖上保温材料。每日定时对烟叶渣堆肥进行通气，并对烟叶渣肥堆进行温度测定记录。实施例1中堆肥原料的碳氮比为24.3:1。在堆肥的第8天进行第一次翻堆，在堆肥的第11天进行第二次翻堆，在堆肥的第24天，结束第一次堆肥腐熟。将第一次堆肥腐熟的物料与解淀粉芽孢杆菌按照重量比1000:3进行二次堆肥腐熟，二次堆肥腐熟的时间为180天。 [0053] 实施例3 [0054] 取53kg提取尼古丁后的烟叶残渣，用铁锹将其切碎成粉末状，与22kg草甘膦生产废液混合加水，使混合物料的含水量为62％，加入1kg菌种，混合均匀后，堆成长约1.5m，宽约1.5m，高约1.5m的三棱锥形，堆体上插入水银温度计，温度计的水银泡位于堆体中间，不能偏上也不能偏下触底，盖上保温材料。每日定时对烟叶渣堆肥进行通气，并对烟叶渣肥堆进行温度测定记录。实施例1中堆肥原料的碳氮比为22.6:1。在堆肥的第8天进行第一次翻堆，在堆肥的第11天进行第二次翻堆，在堆肥的第26天，结束第一次堆肥腐熟。将第一次堆肥腐熟的物料与解淀粉芽孢杆菌按照重量比1000:5混合进行二次堆肥腐熟，二次堆肥腐熟的时间为37天。 [0055] 一、实施例1不同发酵阶段的堆体状态 [0056] (1)升温阶段 [0057] 此时堆体微生物剧烈繁殖，放出大量的热。堆体水分一部分蒸发，一部分被微生物利用，含水率不断降低，地面有水渗出，有发霉的迹象。堆体表面长出大量的白色菌落，出现虫卵、小飞虫等。堆体散发出一定的臭味。堆体状态如图2所示。 [0058] (2)翻堆时和翻堆后的堆体状态 [0059] 堆体温度不断升高，第7天堆体达到最高温度，对堆体进行翻堆操作，尽量将堆体物料切碎。翻堆时堆体内部出现不少蒸汽，热气腾腾。堆体恶臭味减弱，虫卵减少。翻堆使堆体内部含氧量升高，加快堆体水分的蒸发，堆体的含水率进一步降低，进一步加剧好氧发酵。堆体翻堆后温度小幅度下降，之后剧烈升高。这是由于翻堆后堆体内部一部分热量散失了使得堆体温度下降。翻堆后堆体含氧量增大，温度迅速升高，堆体进入高温阶段。翻堆时堆体内部出现水蒸气如图3所示，翻堆后堆体的状态如图4所示。 [0060] (3)高温发酵阶段 [0061] 堆体翻堆后温度短暂降低，随后温度迅速升高。堆体进行快速好氧发酵。堆体含水率进一步降低，堆体此时好氧发酵程度最为剧烈，恶臭味消失，小飞虫卵消失，堆体散发出淡淡的烟草味。堆体由土褐色变成黑色。在第一次堆肥的第10天，再次对堆体进行翻堆操作。此阶段堆体最高温度达到58℃。 [0062] (4)降温阶段 [0063] 堆体物料达到最高温度后随即进入降温阶段。温度自然降低，翻堆过程中仍有大量水蒸气，但翻堆后堆体达到的最高温度不断降低，至堆体温度不再升高，开始自然下降，此时好氧发酵达到尾声。堆体内部出现白色菌落，堆体呈现疏松的粉状固体，由最初土褐色变成黑色，散发出淡淡的泥土味。堆体含水率较低，物料较为干燥，没有虫卵和小飞虫等。在第一次堆肥的第25天，第一次堆肥发酵结束。 [0064] (5)二次堆肥腐熟化 [0065] 经过一次堆肥发酵后的烟叶残渣及辅料混合物尚未达到彻底腐熟的稳定状态，仍存在一定含量的木质素和纤维素，需要继续进行二次发酵腐熟。堆肥熟化(陈化)的目的是将有机物中剩余大分子有机物进一步分解、稳定、干燥，同时作为后续处理利用的储备。 [0066] 一次堆肥发酵后期大部分有机物已被降解，由于有机物的减少及代谢产物的累积，微生物的生长及有机物的分解速度减缓，堆体发酵温度开始降低，此时可将发酵后的堆肥物料进行二次堆肥发酵。二次堆肥周期约为90～180天，根据生产调整，二次堆肥后期堆体的温度逐渐下降，稳定在37℃左右时，烟叶残渣二次堆肥腐熟已经完成，形成腐殖质稳定的营养土。可用于生产有机肥或直接用于农林种植业。 [0067] 当提取尼古丁后的烟叶残渣堆肥经过一段时间的熟化并趋于完全稳定，堆体物料水分下降到约40％以下后，便可进入腐熟物料入库。 [0068] 二、提取尼古丁后烟叶残渣腐熟的各项指标 [0069] 1.外观 [0070] 肥堆起初均具有强烈性刺激臭味，虫及虫卵。堆体表面生出白色菌膜层(白腐菌：分解纤维素)。通过目视和鼻嗅来观察烟叶渣肥堆的颜色，疏松度、气味、干燥程度。堆体呈现出土褐色蓬松状，内部有小飞虫，虫卵出现，经过三天左右时间发酵，堆体表面长满了白色茸毛状菌膜，地面有水渗出，堆体呈现出发霉迹象。经过升温，刺激性臭味明显减少，小飞虫、虫卵已经没有了，地面有水渗出，堆体含水量降低，呈现出较为干燥的颗粒状。整体堆体仍呈现土褐色，对堆体进行翻堆，堆体内部部分出现黑色结块状物料，内部有水汽散出，但内部没有出现白色菌落。在达到第二次高温时，进行翻堆操作可观察到堆体内部散出大量水汽，堆体大部分呈现出土褐色，无刺激性气味，无小飞虫、虫卵蛆虫等，堆体含水率更低，土质松散。堆肥结束时，堆体有淡淡的烟草味，质地接近泥土，干燥而松散。堆体内部出现了大量白色菌落，堆体基本呈现出黑色，说明堆体好氧发酵完成，基本符合预期。堆肥发酵完成后堆体状态如图5所示。 [0071] 2.温度 [0072] 实验中每天测定堆体中温度，同时测量室温，烟叶残渣堆肥发酵过程温度变化折线图如图6所示。图6显示，堆体在2～3天即达到了50℃以上且持续14天以上。高温持续的时间长，说明该肥堆发酵反应正常，符合堆肥好氧发酵的温度指标要求。另外可以看出，在堆肥过程的7天和第10天温度均略有下降，这是因为堆肥堆进行翻堆，导致肥堆的热量散失。但是由于好氧发酵强烈，第二天温度迅速上升，堆肥实验温度变化曲线最符合好氧发酵预期温度变化。 [0073] 3.含水率 [0074] 提取尼古丁后的烟叶渣由于含水率低，不适合直接进行好氧发酵。通过添加水可以增加物料的含水率，从而满足好氧发酵对水的需求。随着微生物分解作用会产生水，但由于高温和水分自然挥发，整体发酵过程水分在不断减少。在实施例1中，堆体混合物料初始含水率约为60％，堆体发酵过程的含水率变化如图7所示。图7显示，其堆肥最高温度能达到55℃且持续7天以上。在堆肥过程中，实验堆的含水率均呈下降趋势，发酵结束含水率约为 30％。 [0075] 4.pH值 [0076] 通过精密pH试纸测定堆体的pH值，堆体发酵过程pH变化曲线如图8所示。图8显示，测定pH在6～8之间波动，堆肥前污泥堆显碱性，PH值的变化规律是先变小，然后逐渐升高。起初因为利用的能量物质较多，微生物繁殖快，并且微生物的活动可以生成大量的有机酸，使其pH下降，并且由于堆肥的继续进行，乙酸等物质因为温度大幅升高而挥发，同时在含氮有机物质所产生的氨的作用下，烟叶残渣堆的pH值又逐渐回升，在较高的水平保持稳定。综上，堆肥温度均达到55℃以上且持续7天，其实验堆堆肥前后pH值变化范围在6.5～7.5之间，说明发酵过程较为顺利。 [0077] 5.白色菌落推断 [0078] 经查阅资料，推断出堆体表面和内部生出的白色菌落为白腐菌。白腐菌是属于担子菌亚门的真菌，因腐朽木材呈白色而得名，是能够降解木材主要成分木质素的微生物之一。堆体内部出现白腐菌，说明堆体内部发酵已接近完全，蛋白质被消耗掉，生出了白腐菌来降解木质素和纤维素。因此，堆体内部是否产生大量白腐菌可以作为堆肥发酵腐熟是否完成的一个参考指标之一。 [0079] 由以上实施例可知，本发明提供了一种烟叶残渣结合草甘膦生产废液的堆肥方法。本发明的堆肥方法能够使得提取尼古丁后的烟叶残渣和生产草甘膦产生的高氮粘稠废水浓缩液两种废弃物减量化、稳定化、无害化，实现了废弃物的资源化。 [0080] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
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