本發(fā)明涉及廚余垃圾家庭制備固態(tài)激勵(lì)素緩釋肥的方法，屬于有機(jī)固廢資源化處理。
背景技術(shù)：
1、垃圾分類制度的推行，意味著過(guò)去樓下丟棄的“便捷”模式即將消失。但現(xiàn)有集中處理模式普遍面臨投資成本高、收運(yùn)鏈條長(zhǎng)、處理產(chǎn)物附加值低、居民參與積極性不足等痛點(diǎn)。在此背景下，開(kāi)發(fā)家庭適用性的濕垃圾原位處理技術(shù)潛力巨大，若能用家用電器直接在居民家中將濕垃圾快速轉(zhuǎn)化，不僅能消除家庭處理濕垃圾的煩惱，還能獲得可用于園藝的肥料，從而極大激發(fā)居民參與垃圾資源化的熱情。更重要的是，此舉能省略后續(xù)的收集、分類、運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜環(huán)節(jié)，從源頭上給城市垃圾分類與資源化處置系統(tǒng)減負(fù)。電商平臺(tái)數(shù)據(jù)顯示，2023年蔬菜種子銷量達(dá)5000萬(wàn)單，智能種植箱單日成交額超200萬(wàn)元。2024年家庭園藝相關(guān)產(chǎn)品線上銷售額突破8億元，智能種植設(shè)備日均搜索量超8萬(wàn)次，藍(lán)莓盆栽等特色作物銷量同比增長(zhǎng)300%。預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)規(guī)模將突破120億元，智能設(shè)備占比達(dá)40%。2023年園藝肥料市場(chǎng)規(guī)模達(dá)132.48億元（2016年僅90.2億元），年復(fù)合增長(zhǎng)率6.2%。隨著家庭園藝市場(chǎng)的擴(kuò)大，許多熱愛(ài)園藝的家庭傾向于選擇綠色環(huán)保且成本低廉的自制有機(jī)肥料，家用堆肥桶市場(chǎng)增速年增120%。但自制肥存在操作繁瑣、異味重以及肥效不穩(wěn)定的情況。
2、生物堆肥是廚余垃圾資源化最常見(jiàn)的途徑，能在30-60天內(nèi)將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可利用的有機(jī)肥，然而，其漫長(zhǎng)周期（一個(gè)月以上）難以滿足家庭對(duì)便捷、快速的需求。熱解等技術(shù)可縮短處理時(shí)間，并生產(chǎn)生物炭肥料，但需要高溫條件（>400°c）或使用強(qiáng)酸/強(qiáng)堿等化學(xué)藥劑進(jìn)行催化，存在高能耗、安全隱患大、操作危險(xiǎn)等問(wèn)題，完全不適用于家庭環(huán)境。因此，亟需突破現(xiàn)有的時(shí)空限制，開(kāi)發(fā)能在低溫（<100°c）、短時(shí)（≤8小時(shí)）、安全且產(chǎn)品附加值高的餐廚垃圾等生物質(zhì)制肥新技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、【技術(shù)問(wèn)題】
2、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本技術(shù)提出一種適合家庭使用的生物酶水解、熱化學(xué)催化轉(zhuǎn)化、抽濕固化的廚余垃圾制備固態(tài)激勵(lì)素緩釋肥的方法。
3、【技術(shù)方案】
4、本發(fā)明的第一個(gè)方面在于提供廚余垃圾家庭制備固態(tài)激勵(lì)素緩釋肥的方法，所述方法步驟如下：
5、s1、將廚余垃圾進(jìn)行混勻、粉碎，制得含水率在30?wt%~90?wt%的漿液；
6、s2、向s1的漿液中加入復(fù)合生物水解酶進(jìn)行酶解，將廚余垃圾分解為植物生長(zhǎng)激勵(lì)素及其前體物質(zhì)，包括各類小分子蛋白、多肽、氨基酸、小分子糖、脂肪酸；
7、s3、向s2的漿液的酶解產(chǎn)物中加入催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)，將s2中形成的前體物質(zhì)進(jìn)一步催化反應(yīng)，生成植物生長(zhǎng)激勵(lì)素，殘留的廚余垃圾固體為水熱炭材料；所述植物生長(zhǎng)激勵(lì)素包括腐殖酸、速效磷、速效鉀；所述水熱炭材料是多孔且具有吸附性的纖維素、木質(zhì)素的炭化物；
8、s4、對(duì)s3的催化后混合物進(jìn)行脫水處理，直至物料的含水率降低至20?wt%~30wt%，水分丟失的同時(shí)，s2和s3中的植物生長(zhǎng)激勵(lì)素不斷地析出，并吸附于水熱炭材料上；
9、s5、升溫，對(duì)s4的物料進(jìn)行烘干處理，使植物生長(zhǎng)激勵(lì)素穩(wěn)定固定在水熱炭材料上，當(dāng)物料含水率低于2?wt%，停止加熱，持續(xù)攪拌后得粉末狀的緩釋肥；
10、所述方法耗時(shí)≤8.0?h，在常壓實(shí)施步驟s1-s5
11、進(jìn)一步地，所述廚余垃圾為富含有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)且無(wú)明顯生物毒性的固體或液體。
12、進(jìn)一步地，所述廚余垃圾為蔬菜、淀粉、水果、肉類和/或食用油。
13、進(jìn)一步地，所述廚余垃圾ph值在5-7，利于生成營(yíng)養(yǎng)元素。
14、進(jìn)一步地，s1中，粉碎后的固體粒徑小于10?mm，利于酶解和催化反應(yīng)。
15、進(jìn)一步地，s2中，所述酶解反應(yīng)的溫度為40-80℃；所述酶解反應(yīng)的溫度為復(fù)合水解酶的最適反應(yīng)溫度。
16、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述復(fù)合水解酶為脂肪酶和糖化酶。
17、所述脂肪酶可以水解油脂分子中的酯鍵，將其分解為更小的脂肪酸和甘油；所述糖化酶，又稱作葡萄糖淀粉酶，可以從淀粉等碳鏈上的非還原性末端依次水解α-1,4糖苷鍵,切下葡萄糖單元，生成葡萄糖。
18、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述脂肪酶的酶活為10000-100000?u/l，所述糖化酶的酶活為80000~140000?u/l。
19、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，脂肪酶、糖化酶的投加量分別為10-80?ml/kg廚余垃圾。
20、當(dāng)復(fù)合水解酶的投加量高于80?ml/kg廚余垃圾時(shí)，降解效果不會(huì)隨投加量增加而提高，反而會(huì)增加運(yùn)行成本。
21、可選地，所述復(fù)合水解酶還含有蛋白酶；投加量為10-80?ml/kg廚余垃圾。
22、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述蛋白酶的酶活為10000-100000?u/l。
23、進(jìn)一步地，s2中，所述酶解反應(yīng)的時(shí)間≥2?h，攪拌速率≥5?rpm。
24、優(yōu)選地，s2中，所述酶解反應(yīng)的時(shí)間2~10?h，攪拌速率5~10?rpm。
25、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，s3中，所述催化劑選自硫酸錳和/或四丁基溴化銨，安全性高，適合家庭環(huán)境使用，使用過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生任何有毒氣體。
26、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，s3中，所述催化劑的添加量為5-50g/kg廚余垃圾。
27、進(jìn)一步地，s3中，所述催化的反應(yīng)條件為80~100℃，攪拌速率≥5rpm，反應(yīng)時(shí)間≥1小時(shí)。
28、優(yōu)選地，s3中，所述催化的反應(yīng)條件為80~100℃，攪拌速率5~10?rpm，反應(yīng)時(shí)間1~5h。
29、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，s4中，所述脫水的反應(yīng)溫度≥80℃，攪拌速率≥10.0rpm，反應(yīng)時(shí)間≥1.0?h。反應(yīng)溫度在80℃以上，以利于植物激勵(lì)素能夠不斷析出并不易分解。
30、進(jìn)一步地，s4中，所述脫水的反應(yīng)溫度為80~100℃，攪拌速率10~40?rpm，反應(yīng)時(shí)間1~5?h。
31、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，s5中，升溫至100~150℃，攪拌速率5~20?rpm。
32、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述粉末狀緩釋肥的粒徑小于2mm。
33、本技術(shù)的技術(shù)方案中，以得到高附加值有機(jī)肥料為目標(biāo)，而對(duì)于其他副產(chǎn)物不過(guò)分追求其保留，反應(yīng)效果的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為植物激勵(lì)素的產(chǎn)量和有機(jī)肥料促進(jìn)植物生長(zhǎng)效果。
34、不同于傳統(tǒng)的廚余垃圾處理過(guò)程中僅將甘油三酯水解為可溶入水的甘油和脂肪酸，并通過(guò)水相分離去除油脂；本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)生物酶水解、熱化學(xué)催化反應(yīng)和脫水，將廚余垃圾逐步徹底改造為固體植物激勵(lì)素緩釋肥，并無(wú)有害物質(zhì)排出，實(shí)施過(guò)程高效安全無(wú)毒。
35、本發(fā)明的第二個(gè)方面在于提供根據(jù)所述方法制備得到的固態(tài)激勵(lì)素緩釋肥。
36、本發(fā)明的第三個(gè)方面在于提供所述方法或所述固態(tài)激勵(lì)素緩釋肥在農(nóng)林作物的種植方面中的應(yīng)用。
37、有益效果
38、（1）經(jīng)濟(jì)效益顯著。首先，相較于傳統(tǒng)的生物堆肥，處理過(guò)程由傳統(tǒng)工藝的30-90天，縮短至數(shù)小時(shí)以內(nèi)，在場(chǎng)地占用、人工維護(hù)成本和能源消耗等諸多方面存在有益效果。其次，相較于現(xiàn)有新型制肥工藝，如生物炭和水熱炭制備，加熱溫度由這些工藝的200-800℃，降低至100℃以內(nèi)，可以在常壓狀態(tài)進(jìn)行，投資成本和運(yùn)行成本都極大減少。另外，本發(fā)明生產(chǎn)的固態(tài)激勵(lì)素緩釋肥附加值要高得多，其肥力媲美化學(xué)復(fù)合肥，凱氏氮（tkn）含量達(dá)到25.1?~25.4?g/kg，總氮（tdn）含量達(dá)到9.8~10.5?g/kg，氨氮（nh4+-n）含量達(dá)到2?g/kg，總磷（tp）含量達(dá)到8.1?g/kg，正磷酸鹽（po43--p）含量達(dá)到5.4?g/kg，還具有改良土壤的效果。在進(jìn)行實(shí)際使用過(guò)程中，在種植的第15~25?d，有機(jī)肥組青菜分蘗數(shù)的增長(zhǎng)速率達(dá)到1.4cm/d，顯著優(yōu)于化學(xué)復(fù)合肥組（0.9cm/d）和空白組（0.05cm/d）。
39、（2）綠色環(huán)保。首先，相對(duì)于傳統(tǒng)的生物堆肥技術(shù)，本發(fā)明將部分廚余垃圾有機(jī)質(zhì)，如木質(zhì)素和纖維素，轉(zhuǎn)化為水熱炭，并作為固態(tài)激勵(lì)素緩釋肥的一部分固定化于土壤中，屬于一種負(fù)碳技術(shù)。其次，相對(duì)制備生物炭或熱水炭等負(fù)碳技術(shù)，本發(fā)明的有機(jī)肥制備過(guò)程能耗低，無(wú)需使用高溫條件（＜150℃），達(dá)到了節(jié)能減排的效果。另外，將餐廚垃圾制備為高附加值有機(jī)肥，本身是一種污染物處理處置措施，環(huán)保效益顯著。
40、（3）社會(huì)效益突出。首先，本發(fā)明提供的方法適合于居民家庭原位處理產(chǎn)生的廚余垃圾，節(jié)省了現(xiàn)有垃圾處理模式中的收集、分類、運(yùn)輸、分揀、預(yù)處理、處理、殘?jiān)幹眉皬U水處理等一系列過(guò)程，極大地節(jié)約了資源。其次，居民將廚余垃圾轉(zhuǎn)化為可用于花園施肥的肥料，參與熱情被極大地激發(fā)。因此，本發(fā)明還表現(xiàn)出非常好的社會(huì)效益。
41、（4）本發(fā)明通過(guò)對(duì)廚余垃圾進(jìn)行破碎、漿化處理；隨后在常溫或中溫條件下，利用復(fù)合生物水解酶將廚余垃圾中的多糖和油脂等有機(jī)物分解為單糖和揮發(fā)性脂肪酸等植物生長(zhǎng)激勵(lì)素物質(zhì)；隨后加入化學(xué)催化劑，并升溫至中高溫，促進(jìn)腐殖酸、速效磷、速效鉀等其他植物生長(zhǎng)激勵(lì)素生成，同時(shí)，殘留的固態(tài)木質(zhì)素、纖維素會(huì)由于蛋白質(zhì)、多糖等組分的融出，形成多孔的水熱炭材料；隨后，通過(guò)中高溫脫水處理，促使激勵(lì)素物質(zhì)析出，并吸附于水熱炭材料上；最后，提高溫度至100~150℃，讓激勵(lì)素穩(wěn)定固定在水熱炭上，形成固態(tài)激勵(lì)素緩釋肥。本發(fā)明最核心的優(yōu)勢(shì)在于契合“家庭適用性”，與依賴高溫高壓、強(qiáng)酸強(qiáng)堿的技術(shù)有本質(zhì)差異。本發(fā)明提供的方法在相對(duì)較低的反應(yīng)溫度和常壓條件下運(yùn)行，全程不使用任何危險(xiǎn)藥劑，確保可用于家庭操作。在產(chǎn)物生產(chǎn)方面，突破了微生物自然代謝的速率限制，核心技術(shù)能在極短時(shí)間內(nèi)，高效催化廚余垃圾中的有機(jī)質(zhì)定向轉(zhuǎn)化為植物激勵(lì)素，產(chǎn)品擁有促生長(zhǎng)、改良土壤等優(yōu)點(diǎn)。在產(chǎn)品附加值方面，處理過(guò)程同步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)物的化學(xué)穩(wěn)定化，最終得到形態(tài)穩(wěn)定、養(yǎng)分釋放緩慢而持久的高附加值緩釋型有機(jī)肥料，這不僅避免了養(yǎng)分流失和燒苗風(fēng)險(xiǎn)，更適合家庭盆栽和花園的少量多次施肥習(xí)慣。