綠色生物有機肥生產工藝及裝備

符艷輝

(吉林省農業機械研究院， 吉林 長春 130022)

綠色生物有機肥生產工藝及裝備

符艷輝

(吉林省農業機械研究院， 吉林 長春 130022)

介紹了沼肥(生物有機肥)的作用和利用現狀,著重對生物有機肥發酵裝備和生產工藝進行了研究，對生物有機肥規范化、商品化和社會化具有重要意義。

生物有機肥； 車庫型發酵槽； 三筒烘干機； 微生物菌

0 引 言

現代綠色農業正在促使肥料品種結構發生變革，產生質的飛躍，各種新型有機肥料不斷問世，而沼渣、沼液所具有的多功能性使它在綠色生物有機肥料中占有重要的位置和優勢，為發展綠色農業提供不可或缺的物質保證。它不僅肥效持久，實現一次性施肥滿足作物整個生長期的需要，肥料損失少、利用率高、環境友好。而且它還能改善土壤由于長期施用化肥所造成的各種弊端[1-2]，以及改良作物品質和增加其產量等，生產出綠色、安全、環保的食品來滿足市場以及人類對食品不斷高質量的需求。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生的沼渣、沼液有時并沒有得到及時、充分地利用。據有關資料表明，截止2008年底,全國共有畜禽養殖場大中型沼氣工程15 625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量都在前一年的40%以上[3-4]，而且還將繼續增長。這些大中型沼氣工程在處理畜禽廢棄物、生產沼氣的同時,每天也會均衡地產生大量的副產品----沼渣、沼液。而且這些物質幾乎都露天堆放，如處理不及時，這些副產物無疑會給周邊環境帶來不可估量的環境污染和破壞。這就提醒人們在綜合處理與利用養殖場糞水的著力點不再單是開發利用可再生沼氣能源，而更多的考慮是生態環境的保護、優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、開發與利用和對其規模化、規范化、商品化、市場化使其成為人類賴以生存的有用的物質資源，成為當前人們面臨的不可回避的，而又必須解決的重大課題。

1 沼肥生產工藝

為了推動中國綠色農業更好、更快的發展，推進中國大中型沼氣工程的建設，使畜禽糞便、作物秸稈等農業有機固體廢棄物經過無害化處理后，對所得到的沼渣、沼液能夠實現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工藝路線。在制定路線時本著以“科學、合理、高效、保質、保量”為總的指導思想，按照“無害、生態、環保、安全和資源化綜合利用”的原則選擇并確定工藝技術方案，借鑒和研發相結合，傳統和創新優化組合，整套生產設備投資省、結構緊湊、占地面積小、運行穩定、維修操作簡便、無污染，并在試驗工程中得以運用。依據在實際運行中存在的不足進行改進設計，最終優化了沼肥生產工藝流程，如圖1所示。

圖1 沼肥生產工藝流程圖

農作物秸桿事先經過破碎、預處理，然后和畜禽糞便混合攪拌均勻，在發酵系統中經好氧發酵，再加入合適的、適量的菌種，調整適當的pH值后進行厭氧發酵；最終將副產物沼液、沼渣經過一系列測試，根據需要科學地配置所需元素和菌種后攪拌均勻，經輸送裝置達制粒系統，后經烘干，最后上稱包裝成品待售。

1.1整個生產流程中設備的研發和選擇

據有關資料表明:常用微生物生產菌株不耐高溫,一般生長溫度為20～40 ℃。當溫度達到60 ℃以上時,80%微生物將死亡,溫度越高,微生物死亡速度越快。因此,在沼肥的生產工藝上要求生產中加入菌劑后,載體溫度應該控制在50 ℃以下[5]。此外,為防止雜菌大量繁殖, 應對原料進行滅菌處理后加工成環保型綠色肥料。這就要求整個生產過程中肥料的溫度可控性好，也就是說在研發和選擇設備時，設備的結構和功能要科學、合理。

1.1.1 發酵裝備的研究

物料發酵裝置是由課題組自主研發的發酵設備----車庫型發酵槽，已獲得國家專利(200820072402.2)。設備可以一機多用，不僅可以把物料經過好氧、厭氧發酵生產沼氣，同時得副產物沼渣、沼液，還可以直接將各種廢棄物經發酵直接制生物有機肥。

由于主要是針對北方冬季生產沼氣所得副產物----沼渣、沼液進行規范化，深加工而研發的發酵設備，此發酵設備的主要結構特點是：發酵槽體采用三面圍墻一面敞開的形狀，頂面與一側面敞開，機動車可以進入，便于進出料。槽體底面與三面圍墻采用鋼砼整體結構，保證發酵槽堅固。發酵槽墻體及底面做保溫層，減少槽內物料熱量散失。發酵槽底部鋪設地熱管，用于發酵原料的加熱。由于固體發酵原料傳熱性能差，導致厭氧發酵過程中原料傳熱不均勻，出現了溫度明顯分層現象。為了保證發酵槽中的物料發酵溫度均衡，在發酵槽底部增鋪了曝氣管，外部加有羅茨風機。羅茨風機的一端與曝氣管相連，另一端與發酵槽的出氣管相連，厭氧發酵過程中與發酵槽形成一個封閉的回路，通過曝氣管可以使沼氣從發酵原料的底部進入，穿過料層，利用氣體的穿透作用，實現熱量傳遞，達到溫度均衡。好氧發酵過程中，可以向發酵原料中通入空氣，補充氧氣，提高預處理效果，縮短預處理時間。發酵槽的兩側墻上裝有導軌，作為旋切式槽用翻拋攪拌器[6]行走軌道，攪拌器對物料進行適時的攪拌，使物料發酵均勻。其結構如圖2所示。

1.排空管; 2.出氣管; 3.液漲管; 4.溫度傳感器; 5.沼氣膜; 6.發酵原料;7.擋板; 8.羅茨風機; 9.曝氣管; 10.加熱管; 11.槽體; 12.保溫層

當厭氧發酵時采用1.5 mm厚柔性夾布橡膠膜，用于覆蓋封閉發酵槽的敞口。該膜物理機械性能好，耐老化、耐寒，氣密性好，使用壽命長。

沿著發酵槽三面圍墻頂面以及前側敞口處墻體立面嵌入C型溝槽，C型溝槽開口向外，并形成閉合結構。將覆蓋膜和橡膠軟管塞入C型溝槽內，通過向軟管內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酵槽槽體緊密的連接在一起，從而實現橡膠膜與發酵槽墻體聯接處密封[7]。通過多次實驗得出結論：若軟管內充入氣體即空氣，氣體泄漏快，并且氣體受溫度影響較大，需要經常補充氣體，增加了操作過程，補充氣體不及時還會造成安全隱患。將氣漲密封結構改為液漲密封結構，橡膠軟管內充入水，水不易泄漏，而且受溫度影響變化較小，橡膠管內壓力較穩定，安全性高。

1.1.2 制粒機的選擇

在制粒機的研發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；而且要下粒暢通，產出的顆粒含水量低，易干燥，整機結構簡單，功能可靠，維修方便。

制粒機主要技術特點：

1)一步能直接制造出球型顆粒，光滑、圓整、強度高、流動性好，成球率大于 95%，因而生產費用低，適宜機播；

2)隨著連續生產時間的延長, 設備受壓面因磨擦而會使溫度升高,但由于物料在設備內停留時間相當短,在制粒過程中溫升一般小于5 ℃, 故生產過程中工藝指標容易控制，確保肥料的高品質、高性能;

3)對原料水分要求低(平均10%～20%)，烘干及后處理容易，烘干費用低。由于可以用低溫烘干或晾干，因此不會影響生物有機肥的有效菌活數；

4)濕法造粒，易損件磨損小，費用低；

5)外形美觀，結構合理，安全可靠，便于操作；

6)此制粒機利用有機物微粒在一定作用力下，能互相鑲嵌長大的特點，制粒時不需要加粘結劑;

7) 動力小，產量高，對有機肥料造粒時的各種物料有廣泛的適應性。

1.1.3 干燥設備的選擇

烘干系統是綠色生物有機肥即沼肥生產工藝中的另一個重要設備，它的溫度設置和選擇直接影響著肥料微生物成活率，而一種生物有機肥質量的優劣,主要取決于菌種本身和生物肥料中有益微生物的活菌數及其作用強度,因此烘干系統的溫度控制得當與否是關系到肥料質量好壞的一個至關重要因素，否則就不要提把肥料規模化、市場化、商品化了。

干燥工段是保證產品質量的一道關鍵工序，保證微生物活性也就是保證了產品的質量。而溫度超過70 ℃時大部分微生物會死亡，因此對烘干機整個烘干過程溫度控制有嚴格的要求。根據目前復合肥料生產中實際情況選擇了生物肥料專用烘干設備----綠色生物有機肥三筒烘干機，其主要優勢如下：

1)投資省、動力省，動力節能至少50%以上;

2)維修省，工藝設備由于僅有一套傳動部分，無形中減少了設備維修保養成本。

3)微生物菌成活率高，低溫大風量烘干新技術可使微生物菌成活率達到98%以上。

該機技術先進，設計合理，運行費用低，結構緊湊，適用范圍廣，生產能力大，產品質量好，效率高。

1.2整個生產過程的實際操作

生物有機肥活菌數的多少標志著肥料質量的優劣，而溫度的適中是菌株高成活率的可靠保證，因此整個生產過程中溫度要嚴格控制。

整個生產工藝過程的實際操作如下：

1)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2 d，接著用7.35%H2SO4水溶液均勻噴灑，中和至中性，堆漚1 d[8]。

2)在發酵裝置中將預處理好的秸稈與鮮豬糞按適當比例混合，通過翻拋機使其攪拌均勻后，進行好氧發酵預處理3～5 d，并且調整干物質(TS)濃度為(35±1)%，保證C/N在25～30之間[9]，調整pH值為6.5～7.5。由于固體發酵原料傳熱性能差，導致好氧發酵過程中原料傳熱不均勻，出現了溫度明顯分層現象，為了保證發酵溫度均衡，在發酵槽底部鋪有曝氣管，外部有羅茨風機。通過曝氣管可以使氧氣從發酵原料的底部進入，穿過料層，利用氣體的穿透作用，實現熱量傳遞，達到溫度均衡，提高整體發酵效果，縮短發酵時間，混合物料溫度可達到50 ℃左右。

3)好氧發酵完成后向原料中加入接種物，接種物取自干法沼氣發酵裝置正常產氣結束后得到的發酵余物，加入接種物量為豬糞與秸稈總重的40%，加入接種物后，使用翻拋機將接種物與發酵原料混合均勻，封膜進入厭氧發酵階段，調控厭氧發酵溫度為(35±1) ℃。通過30 d左右的厭氧發酵制沼氣和副產物----沼渣、沼液，最后再將副產物經3～5 d好氧發酵，物料可以達到完全腐熟。再經過一系列的測試，根據需要添加菌劑，便可進入下一道工序----制粒系統。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10 ℃，因此最高溫度≤35 ℃。肥料的有效活菌數能夠得到有效保證，把成形顆粒通過輸送帶傳送到烘干機，進行低溫烘干，烘干機的溫度控制在40 ℃進行恒溫烘干，然后輸送到計量包裝稱進行包裝，最后成品入庫待售。

2 作用和意義

1)可以徹底消除沼氣工程所產副產物不能及時處理所造成的二次污染以及資源浪費；對沼渣、沼液實現高效回收利用，實現污染控制最小化、效益最大化目標。促進大中型沼氣工程的發展，對實現沼氣產業可持續發展具有重要意義。同時，在改善農民生活、生產環境，乃至改善區域水環境和全球大氣環境等方面效果顯著。

2)可以無害處理畜禽糞便以及農業有機固體廢棄物和各種垃圾等資源，對其進行資源化再利用，同時還將以商品肥形式走向市場，供應更廣泛地區的用肥需求，并獲取更大的經濟回報，實現了畜牧養殖和作物種植科學地結合在一起，農業生產與農民生活合理地結合在一起；在促進農民增收，農業生產結構調整和農業與農村經濟的可持續發展方面起到了重要的作用。

3)為綠色有機農業提供可靠的物質保證，可改良土壤和農作物品質，達到增產增收的最大化，為推動中國綠色農業革命新高潮做出更大的貢獻。

4)使生物有機肥的生產和使用向工廠化、專業化、商品化、社會化方向邁進一步，并將逐漸替代化肥，對推動循環農業建設、開發綠色食品、發展質量效益型農業、改善農業生態環境都具有十分重要的意義。

3 結 語

如沼肥深加工能夠實現規模化生產，它不僅能為項目建設單位帶來較好的經濟效益，又有顯著的生態效益和社會效益，所產生的綜合效益在社會各個領域上都顯現出了舉足輕重的地位，顯示出其它產業無法比擬的強大優勢，是實現農業工業化、農村城鎮化、農業產業化的重要措施，對促進農村經濟發展具有十分重要的意義,對推動中國綠色農業建設具有深遠的影響。

[1] 姜立杰.沼肥的功效及施用禁忌[J].現代農業科技，2011(23)：316-316.

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[3] 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狀調研及問題分析[J].中國沼氣，2010(1)：21-24.

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[7] 矯云學，趙國明.雙軸攪拌砼膜槽秸稈沼氣反應器的研究[J].農業與技術,2010，30(5)：126-128.

[8] 徐澤敏，趙國明，牟莉.秸稈沼氣工程濕法發酵工藝參數優化研究[J].農機化研究，2014(11)：218-221.

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Production process and equipment of green bio-organic fertilizer

FU Yan-hui

(Jilin Academy of Agricultural Machinery, Changchun 130022， China)

The application of biogas fertilizer(bio-organic fertilizer), and especially, the fermentation equipment and production processes of the organic fertilizer are studied. It is meaningful to standardize, commercialize and socialize the utilization of the bio-organic fertilizer.

bio-organic fertilizer; garage-type fermentation tank; three drum dryer; microbial.

2014-07-19

吉林省屬科研院發展專項基金(吉財教指[2010]1552號)

符艷輝(1972-)，女，漢族，吉林長嶺人，吉林省農業機械研究院高級工程師，主要從事機械設計、農業廢棄物資源管理與利用、農業生態與環境保護等方面的基礎理論和應用技術研究,E-mail:fuyilin1019@163.com.

S 144.9； TH 14

A

1674-1374(2014)06-0708-05