綠色生物有機(jī)肥生產(chǎn)工藝及裝備

綠色生物有機(jī)肥生產(chǎn)工藝及裝備符艷輝【摘要】介紹了沼肥(生物有機(jī)肥)的作用和利用現(xiàn)狀，著重對(duì)生物有機(jī)肥發(fā)酵裝備和生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，對(duì)生物有機(jī)肥規(guī)范化、商品化和社會(huì)化具有重要意義°%Theapplicationofbiogasfertilizer(bio-organicfertilizer),andespecially,thefermentationequipmentandproductionprocessesoftheorganicfertilizerarestudied.Itismeaningfultostandardize,commercializeandsocializetheutilizationofthebio-organicfertilizer.【期刊名稱】《長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》【年倦),期】2014(000)006【總頁數(shù)】5頁(P708-712)【關(guān)鍵詞】生物有機(jī)肥車庫型發(fā)酵槽三筒烘干機(jī)微生物菌【作者】符艷輝【作者單位】吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院，吉林長(zhǎng)春130022【正文語種】中文【中圖分類】S144.9;TH14現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)正在促使肥料品種結(jié)構(gòu)發(fā)生變革，產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，各種新型有機(jī)肥料不斷問世，而沼渣、沼液所具有的多功能性使它在綠色生物有機(jī)肥料中占有重要的位置和優(yōu)勢(shì)，為發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)提供不可或缺的物質(zhì)保證。它不僅肥效持久，實(shí)現(xiàn)一次性施肥滿足作物整個(gè)生長(zhǎng)期的需要，肥料損失少、利用率高、環(huán)境友好。而且它還能改善土壤由于長(zhǎng)期施用化肥所造成的各種弊端［1-2］，以及改良作物品質(zhì)和增加其產(chǎn)量等，生產(chǎn)出綠色、安全、環(huán)保的食品來滿足市場(chǎng)以及人類對(duì)食品不斷高質(zhì)量的需求。然而沼肥的利用只限于戶用沼氣池和小型沼氣工程，大中型沼氣工程所產(chǎn)生的沼渣、沼液有時(shí)并沒有得到及時(shí)、充分地利用。據(jù)有關(guān)資料表明，截止2008年底，全國共有畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)大中型沼氣工程15625處，總池容358.26萬m3。自2004年起，全國每年新增大中型沼氣工程數(shù)量都在前一年的40%以上［3-4］，而且還將繼續(xù)增長(zhǎng)。這些大中型沼氣工程在處理畜禽廢棄物、生產(chǎn)沼氣的同時(shí)，每天也會(huì)均衡地產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品----沼渣、沼液。而且這些物質(zhì)幾乎都露天堆放，如處理不及時(shí)，這些副產(chǎn)物無疑會(huì)給周邊環(huán)境帶來不可估量的環(huán)境污染和破壞。這就提醒人們?cè)诰C合處理與利用養(yǎng)殖場(chǎng)糞水的著力點(diǎn)不再單是開發(fā)利用可再生沼氣能源，而更多的考慮是生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、優(yōu)化與資源全方位高效綜合利用。因而沼渣、沼液的深層次加工、開發(fā)與利用和對(duì)其規(guī)?；?、規(guī)范化、商品化、市場(chǎng)化使其成為人類賴以生存的有用的物質(zhì)資源，成為當(dāng)前人們面臨的不可回避的，而又必須解決的重大課題。為了推動(dòng)中國綠色農(nóng)業(yè)更好、更快的發(fā)展，推進(jìn)中國大中型沼氣工程的建設(shè)，使畜禽糞便、作物秸稈等農(nóng)業(yè)有機(jī)固體廢棄物經(jīng)過無害化處理后，對(duì)所得到的沼渣、沼液能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的資源化全方位綜合利用，我們制定了沼肥的生產(chǎn)工藝路線。在制定路線時(shí)本著以“科學(xué)、合理、高效、保質(zhì)、保量”為總的指導(dǎo)思想，按照〃無害、生態(tài)、環(huán)保、安全和資源化綜合利用”的原則選擇并確定工藝技術(shù)方案，借鑒和研發(fā)相結(jié)合，傳統(tǒng)和創(chuàng)新優(yōu)化組合，整套生產(chǎn)設(shè)備投資省、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定、維修操作簡(jiǎn)便、無污染，并在試驗(yàn)工程中得以運(yùn)用。依據(jù)在實(shí)際運(yùn)行中存在的不足進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終優(yōu)化了沼肥生產(chǎn)工藝流程，如圖1所示。農(nóng)作物秸桿事先經(jīng)過破碎、預(yù)處理，然后和畜禽糞便混合攪拌均勻，在發(fā)酵系統(tǒng)中經(jīng)好氧發(fā)酵，再加入合適的、適量的菌種，調(diào)整適當(dāng)?shù)膒H值后進(jìn)行厭氧發(fā)酵；最終將副產(chǎn)物沼液、沼渣經(jīng)過一系列測(cè)試，根據(jù)需要科學(xué)地配置所需元素和菌種后攪拌均勻，經(jīng)輸送裝置達(dá)制粒系統(tǒng)，后經(jīng)烘干，最后上稱包裝成品待售。1.1整個(gè)生產(chǎn)流程中設(shè)備的研發(fā)和選擇據(jù)有關(guān)資料表明:常用微生物生產(chǎn)菌株不耐高溫，一般生長(zhǎng)溫度為20-40°C。當(dāng)溫度達(dá)到60C以上時(shí),80%微生物將死亡，溫度越高,微生物死亡速度越快。因此，在沼肥的生產(chǎn)工藝上要求生產(chǎn)中加入菌劑后，載體溫度應(yīng)該控制在50C以下［5］。此外，為防止雜菌大量繁殖，應(yīng)對(duì)原料進(jìn)行滅菌處理后加工成環(huán)保型綠色肥料。這就要求整個(gè)生產(chǎn)過程中肥料的溫度可控性好，也就是說在研發(fā)和選擇設(shè)備時(shí)，設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能要科學(xué)、合理。1.1.1發(fā)酵裝備的研究物料發(fā)酵裝置是由課題組自主研發(fā)的發(fā)酵設(shè)備----車庫型發(fā)酵槽，已獲得國家專利(200820072402.2)。設(shè)備可以一機(jī)多用，不僅可以把物料經(jīng)過好氧、厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，同時(shí)得副產(chǎn)物沼渣、沼液，還可以直接將各種廢棄物經(jīng)發(fā)酵直接制生物有機(jī)肥。由于主要是針對(duì)北方冬季生產(chǎn)沼氣所得副產(chǎn)物----沼渣、沼液進(jìn)行規(guī)范化，深加工而研發(fā)的發(fā)酵設(shè)備，此發(fā)酵設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：發(fā)酵槽體采用三面圍墻一面敞開的形狀，頂面與一側(cè)面敞開，機(jī)動(dòng)車可以進(jìn)入，便于進(jìn)出料。槽體底面與三面圍墻采用鋼砼整體結(jié)構(gòu)，保證發(fā)酵槽堅(jiān)固。發(fā)酵槽墻體及底面做保溫層，減少槽內(nèi)物料熱量散失。發(fā)酵槽底部鋪設(shè)地?zé)峁?，用于發(fā)酵原料的加熱。由于固體發(fā)酵原料傳熱性能差，導(dǎo)致厭氧發(fā)酵過程中原料傳熱不均勻，出現(xiàn)了溫度明顯分層現(xiàn)象。為了保證發(fā)酵槽中的物料發(fā)酵溫度均衡，在發(fā)酵槽底部增鋪了曝氣管，外部加有羅茨風(fēng)機(jī)。羅茨風(fēng)機(jī)的一端與曝氣管相連，另一端與發(fā)酵槽的出氣管相連，厭氧發(fā)酵過程中與發(fā)酵槽形成一個(gè)封閉的回路，通過曝氣管可以使沼氣從發(fā)酵原料的底部進(jìn)入，穿過料層，利用氣體的穿透作用，實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，達(dá)到溫度均衡。好氧發(fā)酵過程中，可以向發(fā)酵原料中通入空氣，補(bǔ)充氧氣，提高預(yù)處理效果，縮短預(yù)處理時(shí)間。發(fā)酵槽的兩側(cè)墻上裝有導(dǎo)軌，作為旋切式槽用翻拋攪拌器［6］行走軌道，攪拌器對(duì)物料進(jìn)行適時(shí)的攪拌，使物料發(fā)酵均勻。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)厭氧發(fā)酵時(shí)采用1.5mm厚柔性夾布橡膠膜，用于覆蓋封閉發(fā)酵槽的敞口。該膜物理機(jī)械性能好，耐老化、耐寒，氣密性好，使用壽命長(zhǎng)。沿著發(fā)酵槽三面圍墻頂面以及前側(cè)敞口處墻體立面嵌入C型溝槽，C型溝槽開口向外，并形成閉合結(jié)構(gòu)。將覆蓋膜和橡膠軟管塞入C型溝槽內(nèi)，通過向軟管內(nèi)充入水或一定壓力的氣體，利用軟管漲緊力將橡膠膜邊緣與發(fā)酵槽槽體緊密的連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)橡膠膜與發(fā)酵槽墻體聯(lián)接處密封［7］。通過多次實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：若軟管內(nèi)充入氣體即空氣，氣體泄漏快，并且氣體受溫度影響較大，需要經(jīng)常補(bǔ)充氣體，增加了操作過程，補(bǔ)充氣體不及時(shí)還會(huì)造成安全隱患。將氣漲密封結(jié)構(gòu)改為液漲密封結(jié)構(gòu)，橡膠軟管內(nèi)充入水，水不易泄漏，而且受溫度影響變化較小，橡膠管內(nèi)壓力較穩(wěn)定，安全性高。1.1.2制粒機(jī)的選擇在制粒機(jī)的研發(fā)和選擇上要保證在制粒過程中溫升不要太高，保證沼肥生物菌株的有效活菌數(shù)；而且要下粒暢通，產(chǎn)出的顆粒含水量低，易干燥，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能可靠，維修方便。制粒機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)：-步能直接制造出球型顆粒，光滑、圓整、強(qiáng)度高、流動(dòng)性好，成球率大于95%，因而生產(chǎn)費(fèi)用低，適宜機(jī)播；隨著連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)設(shè)備受壓面因磨擦而會(huì)使溫度升高，但由于物料在設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間相當(dāng)短，在制粒過程中溫升一般小于5OC,故生產(chǎn)過程中工藝指標(biāo)容易控制，確保肥料的高品質(zhì)、高性能；3） 對(duì)原料水分要求低（平均10%~20%）,烘干及后處理容易，烘干費(fèi)用低。由于可以用低溫烘干或晾干，因此不會(huì)影響生物有機(jī)肥的有效菌活數(shù)；4） 濕法造粒，易損件磨損小，費(fèi)用低；5） 外形美觀，結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，便于操作；6） 此制粒機(jī)利用有機(jī)物微粒在一定作用力下，能互相鑲嵌長(zhǎng)大的特點(diǎn)，制粒時(shí)不需要加粘結(jié)劑；7） 動(dòng)力小，產(chǎn)量高，對(duì)有機(jī)肥料造粒時(shí)的各種物料有廣泛的適應(yīng)性。1.1.3干燥設(shè)備的選擇烘干系統(tǒng)是綠色生物有機(jī)肥即沼肥生產(chǎn)工藝中的另一個(gè)重要設(shè)備，它的溫度設(shè)置和選擇直接影響著肥料微生物成活率，而一種生物有機(jī)肥質(zhì)量的優(yōu)劣，主要取決于菌種本身和生物肥料中有益微生物的活菌數(shù)及其作用強(qiáng)度，因此烘干系統(tǒng)的溫度控制得當(dāng)與否是關(guān)系到肥料質(zhì)量好壞的一個(gè)至關(guān)重要因素，否則就不要提把肥料規(guī)?；?、市場(chǎng)化、商品化了。干燥工段是保證產(chǎn)品質(zhì)量的一道關(guān)鍵工序，保證微生物活性也就是保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。而溫度超過70°C時(shí)大部分微生物會(huì)死亡，因此對(duì)烘干機(jī)整個(gè)烘干過程溫度控制有嚴(yán)格的要求。根據(jù)目前復(fù)合肥料生產(chǎn)中實(shí)際情況選擇了生物肥料專用烘干設(shè)備----綠色生物有機(jī)肥三筒烘干機(jī)，其主要優(yōu)勢(shì)如下：1） 投資省、動(dòng)力省，動(dòng)力節(jié)能至少50%以上；2） 維修省，工藝設(shè)備由于僅有一套傳動(dòng)部分，無形中減少了設(shè)備維修保養(yǎng)成本。3） 微生物菌成活率高，低溫大風(fēng)量烘干新技術(shù)可使微生物菌成活率達(dá)到98%以上。該機(jī)技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)緊湊，適用范圍廣，生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品質(zhì)量好，效率高。1.2整個(gè)生產(chǎn)過程的實(shí)際操作生物有機(jī)肥活菌數(shù)的多少標(biāo)志著肥料質(zhì)量的優(yōu)劣，而溫度的適中是菌株高成活率的可靠保證，因此整個(gè)生產(chǎn)過程中溫度要嚴(yán)格控制。整個(gè)生產(chǎn)工藝過程的實(shí)際操作如下：將破碎后的秸稈用6%NaOH水溶液均勻噴灑，噴至潮濕無液體滲出，然后堆漚2d，接著用7.35%H2SO4水溶液均勻噴灑，中和至中性，堆漚1d[8]。在發(fā)酵裝置中將預(yù)處理好的秸稈與鮮豬糞按適當(dāng)比例混合，通過翻拋機(jī)使其攪拌均勻后，進(jìn)行好氧發(fā)酵預(yù)處理3~5d,并且調(diào)整干物質(zhì)(TS)濃度為(35±1)%，保證C/N在25-30之間[9],調(diào)整pH值為6.5~7.5。由于固體發(fā)酵原料傳熱性能差，導(dǎo)致好氧發(fā)酵過程中原料傳熱不均勻，出現(xiàn)了溫度明顯分層現(xiàn)象，為了保證發(fā)酵溫度均衡，在發(fā)酵槽底部鋪有曝氣管，夕卜部有羅茨風(fēng)機(jī)。通過曝氣管可以使氧氣從發(fā)酵原料的底部進(jìn)入，穿過料層，利用氣體的穿透作用，實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，達(dá)到溫度均衡，提高整體發(fā)酵效果，縮短發(fā)酵時(shí)間，混合物料溫度可達(dá)到50^左右。好氧發(fā)酵完成后向原料中加入接種物，接種物取自干法沼氣發(fā)酵裝置正常產(chǎn)氣結(jié)束后得到的發(fā)酵余物，加入接種物量為豬糞與秸稈總重的40%，加入接種物后，使用翻拋機(jī)將接種物與發(fā)酵原料混合均勻，封膜進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵階段，調(diào)控厭氧發(fā)酵溫度為(35±1)°C。通過30d左右的厭氧發(fā)酵制沼氣和副產(chǎn)物----沼渣、沼液，最后再將副產(chǎn)物經(jīng)3-5d好氧發(fā)酵，物料可以達(dá)到完全腐熟。再經(jīng)過一系列的測(cè)試，根據(jù)需要添加菌劑，便可進(jìn)入下一道工序----制粒系統(tǒng)。在常溫下制粒，雖然在制粒過程中溫度有所上升，但是溫升不超過10C,因此最高溫度＜35°C。肥料的有效活菌數(shù)能夠得到有效保證，把成形顆粒通過輸送帶傳送到烘干機(jī)，進(jìn)行低溫烘干，烘干機(jī)的溫度控制在40°C進(jìn)行恒溫烘干，然后輸送到計(jì)量包裝稱進(jìn)行包裝，最后成品入庫待售。可以徹底消除沼氣工程所產(chǎn)副產(chǎn)物不能及時(shí)處理所造成的二次污染以及資源浪費(fèi)；對(duì)沼渣、沼液實(shí)現(xiàn)高效回收利用，實(shí)現(xiàn)污染控制最小化、效益最大化目標(biāo)。促進(jìn)大中型沼氣工程的發(fā)展，對(duì)實(shí)現(xiàn)沼氣產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。同時(shí)，在改善農(nóng)民生活、生產(chǎn)環(huán)境，乃至改善區(qū)域水環(huán)境和全球大氣環(huán)境等方面效果顯著?？梢詿o害處理畜禽糞便以及農(nóng)業(yè)有機(jī)固體廢棄物和各種垃圾等資源，對(duì)其進(jìn)行資源化再利用，同時(shí)還將以商品肥形式走向市場(chǎng)，供應(yīng)更廣泛地區(qū)的用肥需求，并獲取更大的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，實(shí)現(xiàn)了畜牧養(yǎng)殖和作物種植科學(xué)地結(jié)合在一起，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)民生活合理地結(jié)合在一起；在促進(jìn)農(nóng)民增收，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展方面起到了重要的作用。為綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)提供可靠的物質(zhì)保證，可改良土壤和農(nóng)作物品質(zhì)，達(dá)到增產(chǎn)增收的最大化，為推動(dòng)中國綠色農(nóng)業(yè)革命新高潮做出更大的貢獻(xiàn)。使生物有機(jī)肥的生產(chǎn)和使用向工廠化、專業(yè)化、商品化、社會(huì)化方向邁進(jìn)一步，并將逐漸替代化肥，對(duì)推動(dòng)循環(huán)農(nóng)業(yè)建設(shè)、開發(fā)綠色食品、發(fā)展質(zhì)量效益型農(nóng)業(yè)、改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境都具有十分重要的意義。如沼肥深加工能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，它不僅能為項(xiàng)目建設(shè)單位帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益，又有顯著的生態(tài)效益和社會(huì)效益，所產(chǎn)生的綜合效益在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域上都顯現(xiàn)出了舉足輕重的地位，顯示出其它產(chǎn)業(yè)無法比擬的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)工業(yè)化、農(nóng)村城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的重要措施，對(duì)促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義，對(duì)推動(dòng)中國綠色農(nóng)業(yè)建設(shè)具有深遠(yuǎn)的影響?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】姜立杰.沼肥的功效及施用禁忌[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011(23):316-316.王晗.論沼肥在農(nóng)業(yè)植保生態(tài)系統(tǒng)中的作用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009(3):147-149.張國治，吳少斌，王煥玲.大中型沼氣工程沼渣沼液利用意愿現(xiàn)狀調(diào)研及問題分析[J].中國沼氣，2010(1):21-24.霍翠英，吳樹彪，郭建斌.豬糞發(fā)酵沼液中植物激素及喹啉酮類成份分析凹.中國沼氣，2011(5):7-10.李