一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法与流程

1.本发明涉及农业废弃物处理技术领域，具体而言，涉及一种基于植物 纤维性农业废弃物的资源化利用方法。


背景技术：

2.农业生产中的废弃物种类繁多，按其成份主要包括植物纤维性农业废 弃物(主要包括农作物秸秆、谷壳、果壳及甘蔗渣等农产品加工废弃物) 和畜禽粪便两大类。虽然农业废弃物综合利用率显著提高，但仍然存在资 源浪费、污染环境等问题。目前，植物纤维废弃物的资源化利用技术主要 有废物还田、加工饲料、固化炭化、气化、制复合材料等。但是目前关于 植物纤维性农业废弃物用于贮存污泥生物干化方面的研究鲜有报道。
3.贮存污泥是指污水厂产生的污泥脱水之后运往污泥填埋场进行贮存后 产生的污泥。贮存污泥只是将污泥进行了转移，并没有彻底消除其产生的 危害，在长期的贮存过程中会产生许多问题：(1)对土壤和地下水造成二 次污染；(2)产生恶臭气味，导致周围大气环境污染、蚊蝇滋生；(3)会 占用大量土地，造成土地资源浪费；(4)影响周边居民身体健康。污泥处 理处置工作将是环境污染治理攻坚战的重点，是生态文明建设的重要组成 部分。因此，贮存污泥的处理处置具有重要的意义。
4.

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用 方法，此方法可以使得植物纤维性农业废弃物得到充分、无害化利用。
6.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
7.本技术实施例提供一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方 法，包括以下步骤：将植物纤维性农业废弃物切成段备用；将贮存污泥与 植物纤维性农业废弃物混合均匀，加入生物干化反应器中，采用间歇性曝 气通风的方式进行生物干化处理。本发明通过将植物纤维农业废弃物与长 期贮存的污泥混合进行生物干化，可以降低污泥的含水量，对污泥中的有 机物进行降解，解决贮存污泥的处置问题，实现植物纤维性农业废弃物的 资源化利用。
8.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
9.本发明采用植物纤维性农业废弃物对贮存污泥进行处理，长期贮存的 污泥粘度大且c/n低，相较于新鲜污泥，贮存污泥在长期的贮存过程中， 由于受外界环境条件的影响其性质发生了较大变化，其有机质和好氧微生 物含量降低，厌氧微生物含量增高，搭配具有高c/n、大孔隙率的植物纤 维性农业废弃物进行生物干化，在整个生物干化过程中无需添加其他菌 剂，完全依靠微生物自身好氧发酵时产生的热量，以及反应器外壁的保温 层维持堆体的温度，不需要外加热源即可进行，更加节能。
10.本发明中的植物纤维性农业废弃物长度为2～3cm，具有一定长度， 生物干化过程
中其更能起到支撑作用，空气流通更加通畅，因此无需频繁 翻堆，仅通过通气即可具有充足的氧含量，提高生物干化效率的同时也降 低人工劳动量。
11.综上，本发明采用植物纤维性农业废弃物对贮存污泥进行处理，不仅 可以使植物纤维性农业废弃物资源化利用，还可以解决贮存污泥引发的一 系列问题，对美丽乡村建设及生态文明建设具有重要的意义。
具体实施方式
12.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发 明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件 者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产 厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
13.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的 特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
14.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤：
15.将植物纤维性农业废弃物切成段备用；
16.将贮存污泥与植物纤维性农业废弃物混合均匀，加入生物干化反应器 中，采用间歇性曝气通风的方式进行生物干化处理。
17.本发明采用植物纤维性农业废弃物对贮存污泥进行处理，长期贮存的 污泥具有粘度大、c/n低、有机质和好氧微生物含量低、厌氧微生物含量 高的特点，搭配具有高c/n、大孔隙率的植物纤维性农业废弃物进行生物 干化，在整个生物干化过程中无需添加其他菌剂，完全依靠微生物自身好 氧发酵时产生的热量，以及反应器外壁的保温层维持堆体的温度，不需要 外加热源即可进行，更加节能。
18.在本发明的一些实施例中，上述植物纤维性农业废弃物的的长度为 2～3cm。本发明中的植物纤维性农业废弃物长度为2～3cm，使其具有一 定长度，在生物干化过程中段状的植物纤维性农业废弃物可以对贮存污泥 起到支撑作用，使得空气流通更加通畅，因此无需频繁翻堆，仅通过间断 性通气即可具有充足的氧含量，提高生物干化效率的同时也降低人工劳动 量。
19.在本发明的一些实施例中，上述贮存污泥的含水率为75～85％，ph 为7～7.5，挥发性固体含量为45～55％，碳氮比为3.8～4.2。本发明参与 干化反应的是长期贮存的污泥，其与新鲜污泥对比碳氮比更低，以及有机 质和好氧微生物含量低等特点，对长期贮存的污泥进行处理的意义更大。
20.在本发明的一些实施例中，上述植物纤维性农业废弃物包括稻草、小 麦秸秆、玉米芯、玉米秸秆和花生壳中的一种或多种。稻草、小麦秸秆、 玉米芯、玉米秸秆和花生壳均属于植物纤维性农业废弃物，且具有碳氮比 高和孔隙率大的优点，可以作为贮存污泥的良好调理剂，将其进行资源化 利用后可以解决农村植物纤维作物的堆积处理问题。
21.在本发明的一些实施例中，上述植物纤维性农业废弃物的含水率为 8～15％。植物纤维性农业废弃物中含水量少，有助于对含水量高的贮存污 泥进行液体吸收处理。
22.在本发明的一些实施例中，上述贮存污泥与植物纤维性农业废弃物的 质量比为(4～7)：1。本发明通过多次设置不同配比的实验，结果显示 当贮存污泥与植物纤维性农业
废弃物的质量比较低时，即生物干化堆体中 贮存污泥的含量低，虽然通风较好，但是会导致生物干化的效率降低；当 其质量比过高时，即生物干化堆体中贮存污泥含量较多，由于贮存污泥粘 性较大，导致堆体孔隙率较低，不利于通风，生物干化效果较差。因此最 终得出当其质量比为(4～7)：1时的干化效果更好。
23.在本发明的一些实施例中，上述间歇性曝气通风具体为30～40min为 一个周期，其中曝气通风10～15min，关闭反应20～25min，所述通风采 用底部通风的方式。通过多次实验对比，发现采用间歇性曝气通风与连续 通风相比更利于堆体内热量的积累，可以提高生物干化的效果。
24.在本发明的一些实施例中，上述曝气通风的速率为1.2～1.4l/(min
· kg)物料。采用该速率进行曝气通风，既可以使得污泥-植物纤维体系具有 充分的氧含量，又不至于浪费。
25.在本发明的一些实施例中，上述生物干化的时间为15～20天，每3～ 5天搅拌一次。经过15～20天的发酵，可以降低贮存污泥中的含水量，提 高挥发性固体的含量，使得贮存污泥可以进行后续的应用，搅拌可以提高 污泥与植物纤维废弃物之间的空隙增加，提高空气流通量，也正是由于本 发明中的植物纤维废弃物的长度为2～3cm，可以使得3～5天搅拌一次， 降低搅拌的频率，也是降低人工的劳动强度。
26.在本发明的一些实施例中，上述干化反应器的外壁采用厚度为10～ 20cm的保温材料包裹。在生物干化反应器外壁用10～20cm后的保温棉包 裹防止热量散失，减少往生物干化反应器中注入热量，完全依靠贮存污泥 和植物纤维性农业废弃物中的微生物自身好氧发酵时产生的热量，从而达 到降低能耗的目的。
27.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
28.实施例1
29.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤： 将来自黑龙江的稻草切成长度为2～3cm的稻草段备用，稻草的含水率为 10％；准备含水率为80％、ph值为7.1、挥发性固体含量为50％且c/n为 4的贮存污泥备用，将贮存污泥与稻草按照5：1的质量比(湿重)混合均 匀，放入生物干化反应器中进行生物干化；在生物干化器的外壁用厚度为 15cm的保温棉紧紧包裹，防止热量散失，在生物干化反应器的底部连接 通气管，以30min为一个曝气通风周期进行曝气通风处理，每个周期内通 风10min后关闭20min，以此循环，曝气通风速率为1.4l/(min
·
kg)湿物 料，每3天完全搅拌一次，干化18天即可。
30.实施例2
31.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤： 将来自山东的小麦秸秆切成长度为2～3cm的秸秆段备用，小麦秸秆的含 水率为12％；准备含水率为82％、ph值为7.0、挥发性固体含量为50％、 c/n为4.2的贮存污泥备用，将贮存污泥与小麦秸秆按照5：1的质量比 (湿重)混合均匀，放入生物干化反应器中进行生物干化；在生物干化器 的外壁用厚度为20cm的保温棉紧紧包裹，防止热量散失，在生物干化反 应器的底部连接通气管，以35min为一个曝气通风周期进行曝气通风处 理，每个周期内通风10min后关闭25min，以此循环，曝气通风速率为 1.2l/(min
·
kg)湿物料，每4天完全搅拌一次，干化20天即可。
32.实施例3
33.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤： 将来自山东的玉米芯切成长度为2～3cm的玉米芯段备用，玉米芯的含水 率为15％；准备含水率为75％、ph值为7.4、挥发性固体含量为55％、 c/n为4.1的贮存污泥备用，将贮存污泥与玉米芯按照7：1的质量比(湿 重)混合均匀，放入生物干化反应器中进行生物干化；在生物干化器的外 壁用厚度为10cm的保温棉紧紧包裹，防止热量散失，在生物干化反应器 的底部连接通气管，以40min为一个曝气通风周期进行曝气通风处理，每 个周期内通风15min后关闭25min，以此循环，曝气通风速率为1.3l/ (min
·
kg)湿物料，每5天完全搅拌一次，干化18天即可。
34.实施例4
35.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤： 将来自山东的玉米秸秆切成长度为2～3cm的玉米秸秆段备用，玉米秸秆 的含水率为8％；准备含水率为85％、ph值为7.2、挥发性固体含量为48％、c/n为3.8的贮存污泥备用，将贮存污泥与玉米秸秆按照4：1的质 量比(湿重)混合均匀，放入生物干化反应器中进行生物干化；在生物干 化器的外壁用厚度为16cm的保温棉紧紧包裹，防止热量散失，在生物干 化反应器的底部连接通气管，以30min为一个曝气通风周期进行曝气通风 处理，每个周期内通风10min后关闭20min，以此循环，曝气通风速率为 1.4l/(min
·
kg)湿物料，每3天完全搅拌一次，干化15天即可。
36.实施例5
37.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤： 将来自山东的花生壳切成长度为2～3cm的花生壳碎片备用，花生壳的含 水率为10％；准备含水率为82％、ph值为7.5、挥发性固体含量为45％、 c/n为4.1的贮存污泥备用，将贮存污泥与玉米秸秆按照5：1的质量比 (湿重)混合均匀，放入生物干化反应器中进行生物干化；在生物干化器 的外壁用厚度为15cm的保温棉紧紧包裹，防止热量散失，在生物干化反 应器的底部连接通气管，以30min为一个曝气通风周期进行曝气通风处 理，每个周期内通风10min后关闭20min，以此循环，曝气通风速率为 1.4l/(min
·
kg)湿物料，每3天完全搅拌一次，干化15天即可。
38.实施例6
39.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤： 将来自山东的玉米芯和花生壳切成长度为2～3cm的片段备用，玉米芯和 花生壳的含水率为10％；将含水率为80％、ph值为7.2、挥发性固体含量 为45％、c/n为4.2的贮存污泥备用，将贮存污泥与玉米芯和花生壳的混 合物按照5：1的质量比(湿重)混合均匀，放入生物干化反应器中进行 生物干化；在生物干化器的外壁用厚度为20cm的保温棉紧紧包裹，防止 热量散失，在生物干化反应器的底部连接通气管，以35min为一个曝气通 风周期进行曝气通风处理，每个周期内通风15min后关闭20min，以此循 环，曝气通风速率为1.4l/(min
·
kg)湿物料，每3天完全搅拌一次，干化 18天即可。
40.实施例7
41.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤： 将来自山东的玉米芯和玉米秸秆切成长度为2～3cm的片段备用，玉米芯 和玉米秸秆的含水率为11％；将含水率为82％、ph值为7.1、挥发性固体 含量为45％、c/n为4的贮存污泥备用，将贮存污
泥与玉米芯和花生壳的 混合物按照5：1的质量比(湿重)混合均匀，放入生物干化反应器中进 行生物干化；在生物干化器的外壁用厚度为20cm的保温棉紧紧包裹，防 止热量散失，在生物干化反应器的底部连接通气管，以35min为一个曝气 通风周期进行曝气通风处理，每个周期内通风15min后关闭20min，以此 循环，曝气通风速率为1.4l/(min
·
kg)湿物料，每3天完全搅拌一次，干 化18天即可。
42.实施例8
43.一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，包括以下步骤： 将来自山东的玉米芯、玉米秸秆和花生壳切成长度为2～3cm的片段备 用，玉米芯、玉米秸秆和花生壳的混合物含水率为11％；将含水率为 82％、ph值为7.1、挥发性固体含量为45％、c/n为4.2的贮存污泥备 用，将贮存污泥与玉米芯和花生壳的混合物按照7：1的质量比(湿重) 混合均匀，放入生物干化反应器中进行生物干化；在生物干化器的外壁用 厚度为20cm的保温棉紧紧包裹，防止热量散失，在生物干化反应器的底 部连接通气管，以35min为一个曝气通风周期进行曝气通风处理，每个周 期内通风15min后关闭20min，以此循环，曝气通风速率为1.4l/(min
· kg)湿物料，每3天完全搅拌一次，干化20天即可。
44.实验例
45.本实验探究不同植物纤维性农业废弃物对贮存污泥干化的影响。
46.本实验例设置4个实验组和1个对照组，其中实验组1的处理同实施 例1；实验组2与实验组1的区别仅在于将稻草替换成小麦秸秆；实验组 3与实验组1的区别仅在于将稻草替换成玉米芯；实验组4与实验组1的 区别仅在于将稻草替换成花生壳，对照组中不添加植物纤维性农业废弃 物，直接利用贮存污泥本身进行生物干化；实验组1～4和对照组的其余 干化条件均一致。记录每个实验组的初始物料含水量、在干化过程中记录 生物干化的温度，以及干化结束后贮存污泥含水率，计算其有机物降解 率，其各结果经统计后如表1所示。
47.表1
[0048][0049][0050]
从表1中可以看出，对照组中不添加植物纤维性农业废弃物，仅贮存 污泥本身进
行生物干化，其最高温度明显低于添加了植物纤维性农业废弃 物的实验组温度，其最终的含水量减少量少，有机物降解率低，说明仅依 靠贮存污泥本身的生物干化效果差。本发明方法中稻草、小麦秸秆、玉米 芯和花生壳均可以对污泥干化起到促进作用，使其含水率明显下降，挥发 性固体含量(vs)降低，其中稻草及小麦秸秆(实验组例1和实验组2) 的干化效果较玉米芯及花生壳(实验组3和实验组4)要好，说明稻草及 小麦秸秆更适合作为贮存污泥生物干化过程中的调理剂。
[0051]
另外，本发明采用贮存污泥进行生物干化实验，贮存污泥由于长期暴 露在环境中，其性质与原污泥有较大差距，主要表现在两个方面：(1) 有机质含量低于新鲜污泥，尤其是易降解有机质的含量；(2)微生物的 数量低于新鲜污泥，尤其是好氧微生物的含量在长期贮存过程中降低，反 之厌氧微生物的含量升高，因此贮存污泥生物干化的启动期更长(2～3 天)，但本发明工艺可以使得贮存污泥的干化周期保持在较短的范围内即 可达到同样的效果。
[0052]
本发明提供一种基于植物纤维性农业废弃物的资源化利用方法，本发 明采用植物纤维性农业废弃物对贮存污泥进行处理，长期贮存的污泥具有 粘度大、c/n低，相较于新鲜污泥有机质和好氧微生物含量低的特点，搭 配具有高c/n、大孔隙率的植物纤维性农业废弃物进行生物干化，在整个 生物干化过程中无需添加其他菌剂，完全依靠微生物自身好氧发酵时产生 的热量，以及反应器外壁的保温层维持堆体的温度，不需要外加热源即可 进行，更加节能。
[0053]
本发明中的植物纤维性农业废弃物长度为2～3cm，具有一定长度， 生物干化过程中其更能起到支撑作用，空气流通更加通畅，因此无需频繁 翻堆，仅通过通气即可具有充足的氧含量，提高生物干化效率的同时也降 低人工劳动量。
[0054]
综上，本发明采用植物纤维性农业废弃物对贮存污泥进行处理，不仅 可以使植物纤维性农业废弃物资源化利用，还可以解决贮存污泥引发的一 系列问题，对美丽乡村建设及生态文明建设具有重要的意义。
[0055]
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是 仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术 人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发 明保护的范围。