一種黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法與流程

2023-06-01 19:54:26 1

本發明屬於固體廢棄物處理領域，涉及一種黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法。

背景技術：

近年來，隨著城市的不斷建設與發展，越來越多並且成分複雜的廢水進入城市的汙/廢水處理廠中。而許多傳統的生物水處理工藝也暴露出了許多缺點，如佔地面積大、受場地限制等。在這種情況下，利用膜進行汙/廢水處理便得到了重視，並很快在國內外得到廣泛應用，處理的對象也從中水回用、糞便汙水處理等擴展到了工業廢水處理等領域。但隨著其規模的擴大，相關的缺點也逐漸顯現，其中廢棄或被汙染的薄膜的處理工作成為了一個很大的問題。若處理不得當容易造成一定的二次汙染。

目前處理廢棄膜材料及相應塑料廢棄物的技術有很多，主要為填埋及焚燒處理，除此之外還有光降解、機械處理等再生手段。但是廢棄膜材料的填埋會侵佔大量土地資源，同時廢棄膜材料中的汙染物和滋生的細菌、病毒都存在著危害周邊環境的風險，而通過其他的物理法或化學法對廢舊塑料製品進行處理的回收再生率低，成本較高，且處理過程同樣容易排放廢氣，從而造成二次汙染。此外對於塑料製成的聚氯乙烯薄膜而言，除其本身帶有適量的毒性外，其特殊的結構也給物理和化學降解方法帶來了一定的困難，這也說明從物理化學方法上尋求突破存在很大局限性。

生物處理技術就是利用生物或微生物分解氧化有機物的這一功能，並採取一定的人工措施創造有利於生物的生長、繁殖的環境，以提高其分解氧化有機物效率的一種廢棄物處理方法，具有運行成本低、節能、不產生額外汙染等優點。而對於本專利中的方法而言，其特別針對了廢棄膜材料難以自然降解的特性，充分運用本為倉庫害蟲的黃粉蟲，將廢棄的聚氯乙烯（pvc）膜材料在溫和、平穩的條件下，較為快速地將其分解成無毒無害的有機小分子及二氧化碳等無機物，具有十分優良的效果和環境意義。

相比於常規的塑料廢棄物處理方法，本發明所應用的黃粉蟲不具備任何對人體的毒性，生物降解過程亦不會排放任何有毒有害物質；黃粉蟲消耗廢棄聚氯乙烯膜材料的效率較高，且通過表徵手段驗證廢棄聚氯乙烯膜材料在黃粉蟲腸道微生物作用後確實得到了分子量降低；此外，黃粉蟲攝食廢棄聚氯乙烯膜材料後所排出的蟲糞還可用於農作物肥料。本發明開發的利用黃粉蟲幼蟲生物降解廢棄聚氯乙烯膜材料的方法，具有良好的處理效果，並使一種常規的農作物害蟲黃粉蟲得到了有益利用，可廣泛應用於汙/廢處理中產生的廢棄膜材料降解。

技術實現要素：

本發明的目的是針對目前汙/廢中產生的廢棄聚氯乙烯膜材料的處理困難，提供一種黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法。本方法利用黃粉蟲攝食塑料薄膜和殘片的特性，使用四齡黃粉蟲對廢棄膜材料進行了啃食，並添加助飼料優化了其攝食和降解廢棄聚氯乙烯膜材料的能力，與傳統處理方法相比，本方法對於環境更為友好，不會產生任何二次汙染且能夠獲得優良的處理效果。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法，是利用黃粉蟲為降解生物，將待處理的汙/廢處理中產生的廢棄聚氯乙烯膜材料進行烘乾切片後，進行生物降解的方法。

本發明提出的黃粉蟲降解廢棄膜材料的方法，具體步驟如下：

（1）廢棄膜材料的準備：將取自汙/廢水處理廠的廢棄聚氯乙烯（pvc）膜材料洗淨，並充分烘乾後，用切割器將其分成片狀，並取部分均勻鋪在培養黃粉蟲的容器底部，待用；

（2）原料黃粉蟲的準備：將黃粉蟲蟲體放在恆溫培養箱內，並添加足量的飼料以激活黃粉蟲的活性，三天後通過吹風機除去可能攜帶蟲類糞便的蛻皮，並篩選出健康且體型相當的黃粉蟲，準備使用；

（3）培養條件的準備：將步驟（2）中篩選出的黃粉蟲均勻放入恆溫培養箱內，並在其上覆蓋部分步驟（1）得到的廢棄聚氯乙烯（pvc）膜材料，添加適量的助飼料，提高黃粉蟲消耗該廢棄膜材料的效率；每個黃粉蟲培養單位蟲類數量為400隻；

（4）培養過程：注意恆溫培養箱在培養過程中相關參數的變化，相應的溫度及溼度條件不要超過所給出的範圍。並在培養過程中，可定期每隔幾天進行一次觀察。所述恆溫培養箱設定溫度為24~26℃，溼度為60%~75%。

本發明中，步驟（１）中廢棄聚氯乙烯薄膜的前處理，切割器切割為片狀的實驗用廢棄聚氯乙烯膜材料邊長為3cm×3cm~4cm×4cm範圍內。

本發明中，所述用於生物降解廢棄膜材料的實驗用黃粉蟲為四齡未受到抗生素汙染的黃粉蟲。

本發明中，所述實驗用培養黃粉蟲的恆溫培養箱為鐵製培養盒，以防止黃粉蟲的啃食，長*寬*高為40cm×60cm×25cm。

本發明中，所述每個黃粉蟲培養單位蟲類數量為400隻，所能夠達到的降解效率約為每天，每g黃粉蟲降解2.29~2.71mg廢棄膜材料。

本發明中，所述覆蓋的廢棄膜材料應當適當，不能阻礙黃粉蟲的呼吸，且加入的助飼料按維持黃粉蟲生長需求量添加，不可幹擾黃粉蟲對廢棄膜材料的攝食。

本發明中，所述每次定期的觀察過程中，需要將死亡的黃粉蟲幼蟲蟲體及時挑出，並且當其糞便及蛻皮積累到一定程度後，也應及時清理培養容器中的蟲類糞便及蛻皮。

本發明與傳統的廢棄塑料膜材料處理方法相比，具有以下優點：

本發明所應用的膜材料降解生物黃粉蟲不具備任何對人體的毒性，生物降解過程亦不會排放任何有毒有害物質，且黃粉蟲作為一種傳統作物害蟲能夠得到有益利用。

本發明中黃粉蟲體現出良好的廢棄聚氯乙烯膜材料消耗能力，且通過表徵手段驗證廢棄聚氯乙烯膜材料在黃粉蟲腸道微生物作用後確實得到了分子量降低，效果明顯。

本發明中黃粉蟲攝食廢棄聚氯乙烯膜材料後所排出的蟲糞可用於農作物肥料，環境友好。

附圖說明

圖1為本發明所用黃粉蟲頭部體視鏡拍攝圖；

圖2為本發明所用黃粉蟲蟲體體視鏡拍攝圖；

圖3為本發明所用黃粉蟲攝食廢棄膜材料後所排出蟲糞的體式顯微鏡拍攝圖；其中：（a）為單獨攝食廢棄聚氯乙烯膜材料的黃粉蟲蟲糞，（b）為攝食麥麩+廢棄聚氯乙烯膜材料的黃粉蟲蟲糞；

圖4為本發明所用黃粉蟲攝食廢棄膜材料後蟲類腸道的體式顯微鏡拍攝圖；

圖5為本發明中添加助飼料對黃粉蟲攝食廢棄膜材料能力的影響圖；

圖6為本發明中添加助飼料圓白菜的條件下黃粉蟲攝食廢棄膜材料的衡算圖；

圖7為本發明中廢棄膜材料與黃粉蟲排出蟲糞的凝膠滲透色譜圖。

具體實施方式

以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。

下列實施例中的所使用的廢棄聚氯乙烯膜材料來源於汙/廢水廠，使用前需用烘乾機進行烘乾並切割成3cm×3cm~4cm×4cm的片狀。

實施例1

一種生物降解廢棄膜材料的方法實踐，具體包括以下步驟：

（1）廢棄膜材料的準備：將取自汙/廢水處理廠的廢棄聚氯乙烯（pvc）膜材料洗淨並充分烘乾後，用切割器將其分成片狀，並取部分均勻鋪在培養黃粉蟲的容器底部，待用。

（2）原料黃粉蟲的準備：將從上海黃粉蟲養殖場購得的蟲體放在恆溫培養箱內，並添加足量的飼料以激活黃粉蟲的活性。三天後通過吹風機除去可能攜帶蟲類糞便的蛻皮，並篩選出健康且體型相當的黃粉蟲準備使用。

（3）培養條件的準備：將步驟（2）中篩選出的黃粉蟲均勻放入恆溫培養箱內，並在其上覆蓋部分步驟（1）中的廢棄聚氯乙烯（pvc）膜材料。

（4）培養過程：注意恆溫培養箱在培養過程中相關參數的變化，相應的溫度及溼度條件不要超過所給出的範圍。並在培養過程中，可定期每隔幾天進行一次觀察。

按照上述方法，每400條黃粉蟲為一個單位進行廢棄聚氯乙烯膜材料的降解實驗，黃粉蟲的蟲類圖片如圖1,2所示。對消耗廢棄膜材料後黃粉蟲所產生的蟲糞進行收集，並在體式顯微鏡下進行觀察，黃粉蟲蟲糞如圖3中左圖所示。

實施例2

將衡算周期結束後的黃粉蟲取樣，經過預處理和解剖後進行體式顯微鏡觀察，預處理和解剖的具體操作過程如下：將黃粉蟲幼蟲在乙醇浸泡2h後冷凍乾燥24h，這樣麵包蟲腸道能夠很容易與其他組織脫離，之後使用手術刀，從蟲體頭部後第二節處下刀除去頭部，使用鑷子將蟲體內的腸道整段取出，置於體式顯微鏡下進行觀察並進行照片拍攝，結果如圖4所示。可以觀察到，黃粉蟲腸道內存在攝入的廢棄聚氯乙烯膜材料。

實施例3

在餵養周期內，使用另外一個黃粉蟲降解單位加入唯一助飼料麥麩用以考察麥麩對黃粉蟲降解廢棄聚氯乙烯膜材料的影響，麥麩的加入量為蟲重的百分之20%~25%/5d，廢棄膜材料的消耗速度如圖5所示，在初始蟲數均為400條，初始塑料質量均為6.8g左右的條件下，經過39天，以廢棄聚氯乙烯膜材料作為唯一食物的黃粉蟲組消耗的膜材料質量約為4.1g，額外添加麥麩的黃粉蟲組消耗廢棄聚氯乙烯膜材料的質量約為5.3g，說明添加麥麩有利於黃粉蟲消耗廢棄聚氯乙烯膜材料。作為助飼料，麥麩為黃粉蟲提供了少量的水、額外的糖類以及微量元素，進而提高了其消耗膜材料的能力。

添加助飼料麥麩的情況下，黃粉蟲排出蟲糞的體式顯微鏡拍攝照片如圖3（b）所示，相比圖3（ａ），在添加麥麩作為助飼料的條件下，黃粉蟲消化廢棄聚氯乙烯膜材料後的排洩物黃色加深，且白色不規則狀未消化和消化未完全的廢棄膜材料明顯更少，說明添加助飼料麥麩不僅能夠增進黃粉蟲攝食廢棄聚氯乙烯膜材料的能力，而且能夠增進黃粉蟲幼蟲對於廢棄聚氯乙烯膜材料的降解能力。

實施例4

選取圓白菜作為唯一助飼料，考察了兩個降解單位黃粉蟲對於廢棄聚氯乙烯膜材料的降解能力和圓白菜對於黃粉蟲降解組的影響，並對降解過程進行了物料衡算，衡算結果如圖6所示。在廢棄聚氯乙烯膜材料初始質量為15.5g左右，每次投加大約四分之一片圓白菜（約7.9g）的條件下，經過衡算周期，兩個降解單位黃粉蟲幼蟲能夠消耗廢棄聚氯乙烯膜材料的質量約為12.1g，而不投加圓白菜的黃粉蟲幼蟲僅能夠消耗廢棄聚氯乙烯膜材料制外賣盒6.2g左右；投加圓白菜的降解組蟲重從75.61g下降到65.71g，而不投加圓白菜的對照組蟲重從78.08g下降到了51.11g，差異明顯。經測定，新鮮圓白菜的含水率高達90.1%，而麥麩的含水率僅為11.7%，因此麥麩能為黃粉蟲提供更多的有機質進而積累為蟲體內的生物質，而圓白菜提供的是更多的水分，這就是添加助飼料麥麩的降解組蟲重上升而添加助飼料圓白菜的降解組蟲重略微下降的原因。投加助飼料圓白菜同樣能夠增進黃粉蟲對於廢棄聚氯乙烯膜材料的攝食降解能力，但是存活率和蟲重維持與餵養麥麩的情況有所差異。

實施例5

分子量大小是表徵分子大小最直接、最客觀的物理量，為了從分子量角度探究高聚物聚氯乙烯是否在麵包蟲腸道內得到了破壞解聚，即得到分子量降低，在對廢棄聚氯乙烯膜材料標樣及黃粉蟲攝食該材料後所產蟲糞進行一定預處理之後，對所得樣本進行了凝膠滲透色譜分析，結果如圖7所示。黃粉蟲在攝食廢棄聚氯乙烯膜材料39天後所產生蟲糞的分子量相較於廢棄聚氯乙烯膜材料標樣下降明顯，數均分子量mn從122371降低到了116197，重均分子量mw從264080降低到了241481；而在添加助飼料麥麩的情況下，數均分子量mn從122371降低到了89998，重均分子量mw從264080降低到了218523。說明添加麥麩不僅能夠增強黃粉蟲對於廢棄聚氯乙烯膜材料的攝食能力，而且能夠增強其對於廢棄聚氯乙烯膜材料的降解能力，這與體視鏡拍攝的蟲糞照片結果也相符合。

以上所述僅為本發明的最佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，均為本發明的涵蓋範圍。