一种植物降解有机固废的方法、有机质物料及其应用与流程

1.本发明涉及有机固废处理技术领域，尤其涉及一种植物降解有机固废的方法、有机质物料及其应用。


背景技术：

2.20世纪70年代，一些研究机构开始对金属和植物之间的关系进行系统的研究和分类，发现一些生长在矿物富集的土壤中的植物有着异乎寻常的性能。通过对生长在矿物富集的土壤上和带有不寻常金属含量的植物进行搜寻和编目，发现有些植物的金属含量要比普通植物多，而这些植物最终被命名为富集植物和超富集植物。最早对植物修复技术的定义是通过植物吸收金属来保护环境。直到目前，对重金属的治理依然是目前国内植物修复技术领域的主要应用与研究方向。
3.后来，人们发现了一个植物修复的新领域-尝试利用微生物去修复环境中的可降解有机污染物，植物修复某些有机污染物的速度更快、程度更高。植物修复技术比单一的微生物系统对有机污染的治理更彻底。这一发现也被应用到污水治理领域，从19世纪80年代开始，湿地植物修复技术开始不断地发展和改进。许多大型环境公司已经有能力分类、计划和建设人工湿地，以处理工业或城市污水。这是目前植物修复系统最强大和最常见的用途之一，这一系统可以同时实现多元化的环境目标，如有机物降解、金属螯合，以及野生生物栖息地营造。
4.目前，有机固废处理的主流方法为高温堆肥，该方法在处置过程中会产生大量的有害气体和碳排放，并且相对基建设施投入和运行成本较高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种植物降解有机固废的方法、有机质物料及其应用，方法简单方便，低碳环保。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种植物降解有机固废的方法，包括以下步骤：
8.将有机固废与腐殖土按照适配体积比混合，在所得混合物上栽种植物，进行植物降解，得到有机质物料。
9.优选的，所述腐殖土和有机固废的适配体积比的确定方法包括：将腐殖土和有机固废按照不同体积比混合，投放蚯蚓至所得混合物中，直至蚯蚓在混合物中钻入且不复出，所对应的腐殖土和有机固废的体积比为腐殖土和有机固废的适配体积比。
10.优选的，所述有机固废包括易腐有机固废。
11.优选的，将有机固废与腐殖土按照适配体积比混合后，还包括：测定所得混合物的湿度，当所述混合物的湿度＜65％或＞75％时，调整所述混合物的湿度至65～75％。
12.优选的，所述植物包括禾本科植物。
13.优选的，所述禾本科植物包括巨菌草、皇竹草、墨西哥玉米、黑麦草、高丹草、燕麦
草或甜高粱。
14.优选的，所述植物降解后，所得混合物料的平均湿度≤45％。
15.优选的，完成所述植物降解后，收割植物，去除秸秆后，将剩余物料粉碎，得到有机质物料。
16.本发明提供了上述技术方案所述方法所得有机质物料。
17.本发明提供了上述技术方案所述有机质物料作为园艺基质或有机质肥料在种植生产中的应用。
18.本发明提供了一种植物降解有机固废的方法，利用适配体积比的腐殖土和植物处置有机固废，利用腐殖土调节有机固废的菌群环境，抑制有机固废的酸化水解，降低有机固废所产生的有害物质对植物根系的冲击；给植物根系对物料内环境的改善带来足够的缓冲时间；植物的生长根系会逐渐吸收混合物中的水分，在根系周围创造出更好的有氧环境，给有益微生物提供更好的生存环境，可以加速有机固废的腐殖化。本发明的方法有害气体的产生和碳排放少，基建设施投入和运行成本低。
19.腐殖土中携带大量对植物生长有利的有益菌群，腐殖土与有机固废按照适配比例混合可以破坏有机固废原有菌群环境的种群优势，建立新的对植物有利的菌群环境，新的菌群能够抑制导致有机物酸化水解菌种的种群数量，从而抑制有机固废的酸化水解。但这种对植物有利的菌群环境会在物料堆体内氧气消耗完后逐渐转变为另一种不利于植物生长的菌群，这一菌群的转变时间即为植物在系统里的缓冲时间，植物根系在缓冲时间结束之前深入占据物料中的更大区域，培养出有利的根际菌群环境。
20.与目前高温堆肥法相比，本发明的方法天然、低能耗，腐殖土与有机固废复配可以除臭，在视觉和审美上令人愉悦，公众接纳度更高，可以整合到场地的其他植被和地形设计的策略和方案中；相比高温堆肥为达到通气好氧效果而提高处理物料的整体颗粒大小，且需要高好氧维持堆体高温蒸发掉物料水分，本发明的方法不需要高温蒸发水分，而是通过植物蒸腾作用实现水分减量，无需高好氧量，缺氧环境可以正常运行，在预处理时可以更大程度的降低处理物料的颗粒大小，将大大加快微生物对有机废污的降解效率，提高腐殖程度。
21.进一步的，本发明无需利用蚯蚓降解有机物(省去蚯蚓会使种植植物生长，促进有机固废腐殖化过程受限)，而是使用特定种类的植物降解有机物，通过添加抵御恶劣环境性能强的植物，可达到在省去蚯蚓的同时，抵抗恶劣的有机污染环境，保障植物的生长和有效降解有机固废，且所栽培的植物具有较好的生长速率，完成对有机固废的腐殖干化。本发明的方法操作更方便，运行成本更低，应用环境和适应温度更广，既可面对-2℃的低温气候，也可耐受38℃的高温气候，避免受蚯蚓环境因素制约而仅适用5～32℃环境。本发明的方法既可以应用于小型家庭厨余的原地资源化利用，也可用于大型市政生活污泥的资源化处理，简单易行，容易推广普及。
附图说明
22.图1为实施例1所用湿度80％的活性污泥的照片；
23.图2为实施例1中在每个控根器内同时带土移栽四种常见牧草-甜高粱、墨西哥玉米草、皇竹草、巨菌草；
24.图3为实施例1中经历45天持续高温后不同牧草的生长状态图；
25.图4为实施例1中完成植物降解后牧草和污泥状态图；
26.图5为实施例1中粉碎后所得腐殖干化污泥(即有机质物料)照片；
27.图6为草炭土小白菜育苗4天效果照片；
28.图7为实施例1所得有机质物料与草炭土按照质量比2:1混合后育苗4天效果照片；
29.图8为草炭土小白菜育苗14天效果照片；
30.图9为实施例1所得有机质物料与草炭土按照质量比2:1混合后育苗14天效果照片；
31.图10为实施例2中湿度78％的活性污泥照片；
32.图11为实施例2中在200l容器内培土移栽黑麦草照片；
33.图12为实施例2中在温度-2℃到18℃的环境下黑麦草生长70天后照片；
34.图13为实施例2中植物降解结束后黑麦草状态图；
35.图14为实施例2中粉碎后所得腐殖干化污泥照片；
36.图15为实施例2所得有机质物料与草炭土做小白菜撒播育苗第五天效果对比图，其中，a为草炭土，b为有机质物料。
具体实施方式
37.本发明提供了一种植物降解有机固废的方法，包括以下步骤：
38.将有机固废与腐殖土按照适配体积比混合，在所得混合物上栽种植物，进行植物降解，得到有机质物料。
39.在本发明中，若无特殊说明，所需材料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
40.在本发明中，所述有机固废优选包括易腐有机固废。本发明对所述易腐有机固废的种类和来源没有特殊限定，本领域熟知的容易腐烂的有机固废均可，更优选包括种植、养殖、渔牧业、园林、餐饮、污水处理的生产运营中所产生的尾菜、烂瓜果、秸秆、畜禽粪污、树枝落叶、餐厨垃圾或生活污泥。
41.本发明对所述腐殖土的种类和来源没有特殊限定，本领域熟知的腐殖化程度高、有益微生物丰富的腐殖土均可；更优选包括田园土、泥炭土或蚯蚓土。
42.在本发明中，所述腐殖土和有机固废的适配体积比的确定方法优选包括：将腐殖土和有机固废按照不同体积比混合，投放蚯蚓至所得混合物中，直至蚯蚓在混合物中钻入且不复出，所对应的腐殖土和有机固废的体积比为腐殖土和有机固废的适配体积比。本发明对所述不同体积比的具体数值没有特殊的限定，根据本领域熟知的方法调整腐殖土与有机固废体积比，使得蚯蚓在混合物中快速钻入且不复出即可。本发明优选采用腐殖土与有机固废混合，利用腐殖土调整易腐有机固废的湿度与孔隙结构(腐殖土团粒结构强、孔隙多，与有机固废混合后整体孔隙结构得到改善，提高混合物中的容氧量，有利于植物生长)，并对混合物做蚯蚓适应性测试，如蚯蚓在有光环境下不进入混合物，或进入后又复出，说明蚯蚓还不适应混合物的状态，植物根系在此状态下存活风险较大，还需要继续添加腐殖土，直到蚯蚓能快速进入并不复出，即得到腐殖土与有机固废的适配体积比。本发明根据蚯蚓的适应性来调配腐殖土与有机固废的混合比例，避免湿度过大会导致极度厌氧对植物的生存不利，湿度低容易造成物料高温发热危害植物根系。
43.在本发明中，将有机固废与腐殖土按照适配体积比混合后，优选还包括：测定所得混合物的湿度，当所述混合物的湿度＜65％或＞75％时，调整所述混合物的湿度至65～75％，更优选为70％。本发明控制混合物的湿度，避免混合物在处理初期剧烈发热，避免湿度过大对植物的生存不利，避免湿度过低容易形成高温好氧发酵对植物根系生长不利。本发明优选根据物料饱和含水量性质的不同调整混合物的含水量至65～75％，当湿度＞75％，添加干腐殖土降低湿度，湿度＜65％时加水提高湿度。
44.调整所述混合物的湿度后，本发明优选将按照适配体积比混合的腐殖土和有机固废的混合物堆置到方便避雨的场地(比如家庭阳台或种植塑料大棚)，然后在所得混合物上栽种植物。在本发明中，所述植物优选为带培土的移栽植物，本发明所述植物的移栽密度因植物品种而异，以阳光利用率高通风良好为标准。移栽植物的根系确保有过量的培土，培土能增加植物对新环境的缓冲能力，保障植物的成活率。
45.在本发明中，所述植物包括禾本科植物；所述禾本科植物优选包括巨菌草、皇竹草、墨西哥玉米、黑麦草、高丹草、燕麦草或甜高粱。本发明所选植物抗有机污染能力强、生物量大、生根快且根系发达。本发明所选植物品种耐盐、耐酸，对有机污染物有非常高的适应性；短周期生物量大，生根快、根系发达且深厚；所述黑麦草在冬季低温时，具备抗严寒的性能。所述甜高粱在夏季高温时，具备抗高温、抗干旱的性能。当有机固废与腐殖土混合后即使在高湿度环境下，也会产热升温，尤其在夏季高温时，混合物料温度会上升到接近40℃，甜高粱能在此高温高有机污染的环境中生长，并完成对有机固废的腐殖干化。
46.本发明优选根据温度环境选择植物品种，本发明对所述具体选择方法没有特殊的限定，根据植物生长环境确定即可；比如，高温时选择耐高温植物品种，如甜高粱或高丹草，低温时选择耐低温植物，如黑麦草或燕麦草。
47.本发明对所述植物降解的时间没有特殊的限定，满足完成所述植物降解后，所得混合物料的平均湿度优选≤45％即可；完成所述植物降解后，所述植物的根系布满整堆混合物料，本发明对所述根系布满整堆混合物料的密度没有特殊的限定，按照本领域熟知的方式确定即可；更优选的，夏季的植物降解时间优选为45天，冬季的植物降解时间为90天。
48.完成所述植物降解后，本发明优选收割植物，去除秸秆后，将剩余物料粉碎，得到有机质物料。本发明对所述收割植物、去除秸秆和粉碎没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
49.蚯蚓具有促进有机物降解的作用，但植物根系也具有很强的有机物降解能力。蚯蚓可以大大改善植物根系的生长环境，但泥土温度高于30℃蚯蚓就会逃离，对使用环境温度要求较高。本发明利用特定种类的植物在没有蚯蚓协同的情况下抵抗恶劣的有机污染环境，且具有较好的生长速率，同时完成对有机固废的腐殖干化。
50.本发明植物降解有机固废的原理：植物对有机污染物的降解分为体内降解与根际降解。
①
植物体内降解是有机污染物被植物直接吸收后分解为较小的组分。大多数情况下，这些小的组分叫作代谢物，无毒。植物在生长过程中经常利用这些代谢副产物，所以几乎没有污染物残留。降解发生在光合作用过程中，或由植物体内的酶和生活在植物体内的微生物完成。
②
植物根际降解是植物体释放的根际分泌物和根周围的土壤微生物分解有机污染物。当土壤微生物在进行降解时，植物在此过程中仍起着关键作用，因为植物体释放的植物化学物质和糖，为微生物的繁殖创造了条件，这些根系分泌物的存在使得植物根部周围的
土壤中生存的活微生物的数量高达一般土壤的100～1000倍。植物为有机污染物的降解提供了一个反应器，通过助力增加微生物的数量，以及刺激具有特定降解能力的微生物群落生长。
51.本发明提供了上述技术方案所述方法所得有机质物料。本发明方法所得有机质物料产生的菌群环境由植物驯化而来，其所含有的微生物菌群对园艺植物安全有利。
52.本发明提供了上述技术方案所述有机质物料作为园艺基质或有机质肥料在种植生产中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法应用即可。
53.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
54.实施例1
55.时间：2022年7月2日开始到2022年8月16日结束。
56.地点：湖北省仙桃市
57.所处置有机固废：仙桃市污水处理厂离心机脱水活性污泥2吨，湿度80％。
58.1.用湿度30％的蚯蚓土与湿度80％的活性污泥混合，对混合物做蚯蚓适应性测试，当蚯蚓土与污泥体积比2:7时蚯蚓能快速进入并不复出，此时混合物湿度为74％，不需要再次调整湿度；
59.2.将蚯蚓土与污泥混合物依次装入种植大棚里的3个大型控根器内；
60.3.用相同方法在每个控根器内同时带土移栽四种常见牧草-甜高粱、墨西哥玉米草、皇竹草和巨菌草，进行植物降解；
61.8月16号处置结束，用时45天，45天持续高温(白天大棚内温度34～42℃，堆体温度一直保持在38℃左右)；去除地上秸秆，粉碎余料，得到有机质物料，平均湿度为44％。
62.图1为实施例1所用湿度80％的活性污泥的照片；
63.图2为实施例1中在每个控根器内同时带土移栽四种常见牧草-甜高粱、墨西哥玉米草、皇竹草、巨菌草；
64.图3为实施例1中经历45天持续高温后不同牧草的生长状态图；如图3所示，甜高粱逆势生长，根系密布整个污泥堆体，并完成对污泥的腐殖干化；其它牧草(皇竹草、巨菌草、墨西哥玉米草)脱水枯亡(实际在3天左右脱水枯亡)；
65.图4为实施例1中完成植物降解后牧草和污泥状态图；如图4所示，甜高粱根系密布整个堆体，污泥腐殖干化的照片；
66.图5为实施例1中粉碎后所得腐殖干化污泥(即有机质物料)照片；
67.将实施例1中粉碎后的有机质物料与草炭土混合做白菜种子育苗测试，并与草炭土育苗小白菜进行对比，图6为草炭土小白菜育苗4天效果照片；
68.图7为实施例1所得有机质物料与草炭土按照质量比2:1混合后育苗4天效果照片；
69.图8为草炭土小白菜育苗14天效果照片；
70.图9为实施例1所得有机质物料与草炭土按照质量比2:1混合后育苗14天效果照片；
71.由图6～9可知，该有机质物料的育苗成活率90％以上，说明此有机质物料腐殖化程度非常高，同时具有很好的肥效，对植物非常安全。
72.实施例2
73.时间：2021年12月22日开始到2022年3月3日结束。
74.地点：湖北省仙桃市
75.所处置有机固废：仙桃市污水处理厂离心机脱水活性污泥0.4吨，湿度78％。
76.1.用湿度40％的腐殖土与湿度78％的活性污泥混合，对混合物做蚯蚓适应性测试，当腐殖土与污泥体积比1:3时蚯蚓能快速进入并不复出，此时混合物料湿度约为73％，不需要再次调整湿度；
77.2.将充分混合好的腐殖土与污泥混合物料依次装入种植大棚里的3个200升的种植容器内；
78.3.在种植容器内培土移栽黑麦草；
79.4.黑麦草生长期间不用浇水施肥，生长环境温度-2℃～18℃。
80.2022年3月3日处置结束，用时70天。处置结束时从容器中取出物料，去除根上部牧草，粉碎余料，得到有机质物料，整体湿度为45％。
81.图10为实施例2中湿度78％的活性污泥照片；
82.图11为实施例2中在200l容器内培土移栽黑麦草照片；
83.图12为实施例2中在温度-2℃到18℃的环境下黑麦草生长70天后照片；
84.图13为实施例2中植物降解结束后黑麦草状态图；如图13所示，在-2℃的情况下黑麦草依然能正常生长，且黑麦草根系密布整个物料堆体，并完成对污泥的腐殖干化。
85.图14为实施例2中粉碎后所得腐殖干化污泥照片；
86.图15为实施例2所得有机质物料与草炭土做小白菜撒播育苗第五天效果对比图，其中，a为草炭土，b为有机质物料；根据图15计算可知，播种第五天有机质物料的种子发芽率是草炭土中种子发芽率的98％，但有机质物料中菜苗明显比草炭中菜苗要壮实。说明此有机质物料腐殖化程度非常高，对植物非常安全，同时具有很好的肥效。
87.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。