利用糠醛渣制備含腐殖酸有機肥生產工藝的研究

豆亞妮，張院萍，崔　剛，張國蘭

(寧夏共享生物化工有限公司　寧夏銀川　750200)

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利用糠醛渣制備含腐殖酸有機肥生產工藝的研究

豆亞妮，張院萍，崔剛，張國蘭

(寧夏共享生物化工有限公司寧夏銀川750200)

摘要利用微生物發酵技術發酵腐熟糠醛渣，使其中的纖維素等大分子有機物質降解為易被植物吸收的小分子有機物質，如腐殖酸等;腐熟的糠醛渣依次經皮帶秤、造粒機、干燥機、冷卻機、篩分機和包裝機完成有機肥的生產。該技術利用糠醛行業的廢渣、廢水和化工原材料制備有機肥，變廢為寶，實現了資源的綜合利用。

關鍵詞糠醛渣發酵有機肥生產工藝研究

Study of Production Process of Organic Fertilizer Containing Humic Acid with Furfural Residue

Dou Yani, Zhang Yuanping, Cui Gang, Zhang Guolan

(Kocel Biology Chemicals Co., Ltd.Ningxia Yinchuan750200)

AbstractBy microbiologic fermentation technique, the furfural residue is fermented and composted maturity, its cellulose and other macromolecular organic matters are degraded into small molecule organic matters, such as humic acid, which is easily absorbed by plants; the matured furfural residue orderly passes through belt conveyer scale, granulator, drier, cooler, screening machine and packer, the organic fertilizer production is completed. The technology uses waste residue, waste water from furfural industry and chemical raw materials to prepare organic fertilizer, turning “waste” into wealth, realizing the comprehensive utilization of resources.

Keywordsfurfural residuefermentationorganic fertilizersproduction processstudy

糠醛渣是以玉米芯、玉米稈、稻草和麥秸稈等農副產品的下腳料為原料制取糠醛后所殘留的固體廢物。我國是糠醛生產和出口大國，年生產量約為300 kt，每生產1 t糠醛約排出12～15 t廢渣，所以每年排出的廢渣量達數百萬噸，這些廢渣逐漸成為制約糠醛行業發展的瓶頸[1]。采用微生物發酵技術，可將糠醛渣中的纖維素大分子降解為小分子有機物質，如腐殖酸等。與從風化煤中提取的腐殖酸相比，該腐殖酸的優點：分子小、活性高，更有利于植物吸收；不含重金屬，對土壤和植物安全。

腐殖酸是一種天然有機高分子化合物，是腐殖質的主要組成部分，主要由有機生物死亡后經生物降解產生。經大量田間試驗證實，腐殖酸除了具有改良土壤、增效化肥、刺激植物生長等作用外，在增強植物抗逆性、培育種子發育、增加土壤田間持水量、促進土壤中有益微生物生長、抑制病原微生物的產生、改善土壤微生態環境等方面也有重要作用[2]。

近年來，因大量施用化肥而造成土壤板結、退化、肥力下降、微生物含量降低、有害菌大量繁殖等，致使肥料利用率下降、農產品產量減少和品質降低、農戶經濟收入水平提高困難，改善土壤物化性質、增肥地力、提高化肥利用率已成為廣大農戶的迫切需求。利用工業廢棄物糠醛渣生產含腐殖酸有機肥，可實現變廢為寶和資源綜合利用，既解決了糠醛行業糠醛渣的處理難題，又充分利用了糠醛渣中的腐殖酸等有機物質，為改善土壤物化性質、提高農產品品質和增加農民收入提供了保障。

1試驗材料和設備

1.1試驗材料

糠醛渣發酵階段：糠醛渣(自產)，尿素，HM發酵菌劑(活性菌50億個/g)。

肥料生產階段：腐熟糠醛渣(自產)，尿素，磷酸一銨或過磷酸鈣，爐灰(自產)。

1.2試驗設備

皮帶輸送機，配料秤，LSSHJ800雙聯攪拌機，YPLJ- 1800離心高效制粒機，Φ1 600 mm×24 000 mm烘干機，Φ400 mm閉風器，風機，Φ1 500 mm×12 000 mm冷卻筒，SKFZ振動篩(規格為1.2 m×2.2 m，篩孔Φ4.75 mm)，立式粉碎機，BZJ- 50包裝秤。

2試驗方法

糠醛渣是用玉米芯生產糠醛后的殘渣，其本身殘留有植物所需要的部分營養元素(重金屬含量見表1)，但有機質和腐殖酸含量均較低(質量分數分別為40%～50%和5%～10%)，所以需通過微生物發酵技術提高其有機質及腐殖酸含量。有機堆肥發酵的核心因素是微生物的活動，通常需接種復合菌劑以增強多種微生物的協同作用。通過對多種菌劑進行試驗篩選，結果發現HM發酵菌劑的發酵效果最為突出。

表1糠醛渣重金屬檢測結果

檢驗項目檢測結果/(mg·kg-1)總鉛(以Pb計)0.9總砷(以As計)1.0總鎘(以Cd計)未檢出總鉻(以Cr計)14.0總汞(以Hg計)未檢出

堆肥中，微生物活動最適宜的條件是濕度45%～55%、溫度35～55 ℃、pH 6.0～7.5、含氧質量分數應大于8%、底物的碳氮比為25～30∶1[3]。糠醛渣的pH約為4.0～6.0，碳氮比為80～88∶1，本身不能滿足發酵處理的初始參數要求，故一般需進行原料的預處理和過程工藝條件控制。

本技術采用尿素調節碳氮比，通過人工噴灑自來水調節水分含量，利用玉米芯水解廢水調節pH，并添加微生物菌劑，在正常翻堆的情況下進行好氧發酵。通過分析研究，主要考察碳氮比(A)、水分質量分數(B)、發酵時間(C)和加入菌劑質量分數(D)4個影響因素，并且在理論范圍內合理設計3個水平進行試驗。發酵處理的影響因素及基本參數見表2。

表2發酵處理的影響因素及基本參數

影響因素水平123A(碳氮比)253035B(水分質量分數/%)405060C(發酵時間/d)405060D(加入菌劑質量分數/%)0.10.20.3

(1)發酵過程管理

各處理準備1 t原料，堆成錐形堆體，早、中、晚各測1次溫度，當平均溫度達到50 ℃時開始第1次翻堆，待溫度再次上升至50 ℃以上時進行第2次翻堆。依次重復，通過翻堆來控制堆體溫度不超過70 ℃。過了高溫階段后，堆體溫度不再上升，即停止翻堆。

評價指標：總腐殖酸含量。

(2)有機肥料的制備

將腐熟的糠醛渣、尿素、磷酸鹽、爐灰按照配方設計流量，經皮帶輸送機輸送至攪拌機進行混合，混合料經擠壓造粒和離心設備后依次進入烘干機、冷卻機和篩分機，最后進行包裝和檢測。

評價指標：水分，粒度合格率，氮、磷、鉀養分含量，pH，有機質和腐殖酸含量。

3結果分析

3.1發酵結果分析

對A，B，C和D 4個影響因素設計3個水平開展L9(34)正交試驗，以總腐殖酸含量作為評選最優條件的唯一指標。糠醛渣發酵階段部分試驗結果及分析見表3。

由表3可看出，各影響因素的主次結果為D>A>C>B，最優組合為A2B2C3D2，即碳氮比為30∶1、水分質量分數為50%、發酵時間為50 d、

表3糠醛渣發酵階段部分試驗結果及分析

試驗序號影響因素ABCD含腐殖酸質量分數/%12540300.134.95022550400.240.22532560500.338.17543040400.341.32553050500.140.37563060300.239.62573540500.240.65083550300.338.92593560400.136.425腐殖酸K137.7838.9837.8337.25K240.4439.8439.3240.17K338.6738.0739.7339.48標準差2.661.771.902.92排序2431

加入菌劑質量分數為0.2%時，腐熟糠醛渣中腐殖酸含量最高。但考慮到工業生產的實際情況，發酵時間應盡量控制在50 d以下。

綜上所述，得出糠醛渣發酵的最佳初始條件見表4。另外，顆粒直徑為糠醛渣本身粒徑(Φ2～3 mm)。

表4糠醛渣發酵的最佳初始條件

項 目合理范圍最佳范圍碳氮比25～3528～32水分質量分數/%40～6045～55發酵時間/d40～6040～50加入菌劑質量分數/%0.10～0.300.15～0.25

3.2有機肥生產結果分析

根據生產車間現有設備對3個不同的肥料配方進行設計，依據生產是否順利、產品外觀以及養分含量是否合格等調整工藝參數，并在小范圍內改變配方以優化生產情況。有機肥試生產過程控制參數及檢測結果分別見表5和表6。

從表5可看出，為了使生產順利進行，在原始配方的基礎上通過小范圍的工藝參數調整，產品養分、粒度和pH均合格。

表5有機肥試生產過程控制

肥料配方爐灰/(kg·min-1)磷酸鹽/(kg·min-1)尿素/(kg·min-1)糠醛渣/(t·h-1)爐頭溫度/℃8-5-341.508.912.810.8450～50041.108.912.611.1480～52040.808.711.411.5450～4805%有機肥50.005.0580～62050.003.76.5600～64061.666.7600～67012%有機肥8.2011.03.3420～4508.0011.33.1480～5208.5010.93.5500～550

表6有機肥檢測結果

肥料配方w(N)/%w(P2O5)/%w(K2O)/%w(有機質)/%w(腐殖酸)/%w(H2O)/%pHΦ1.00～4.75mm顆粒質量分數/%8-5-38.685.513.2831.369.971.786.6195.158.105.114.0631.6410.540.756.3797.158.065.233.7940.5311.112.585.9699.555%有機肥1.220.774.9852.1716.454.786.7498.153.141.204.7645.3217.283.456.7497.851.010.614.3364.7221.824.686.6696.7012%有機肥9.690.172.7667.0326.351.786.2395.8510.280.172.3069.7319.573.815.9094.959.450.182.8376.8021.081.496.2799.25

4討論

(1)糠醛渣發酵腐熟的核心因素是微生物的活動。微生物活動對其所處的環境非常敏感，其最適宜的環境條件：濕度45%～55%，溫度35～55 ℃，pH 6.0～7.5，含氧質量分數大于8%，底物碳氮比25～30∶1。糠醛渣作為生物質水解過程中產生的廢棄物，pH為2.0～3.0；作為一種生物質類廢棄物，含有大量的纖維素、木質素等，其碳氮比遠大于30∶1。所以，為了能使微生物正常生長活動，從而將大分子有機物轉化為易于植物吸收的小分子有機物(如腐殖酸等)，需加入輔助物質調節,以使發酵體系適合微生物生存。

(2)糠醛渣含水分質量分數一般應控制在20%～30%，如果水分含量過高，在造粒過程中會溶解尿素，使混合物料黏度增大，從而堵塞造粒

機。爐灰是糠醛渣燃燒后的殘渣，其pH在9.0～10.0，含氧化鉀質量分數在5.0%～7.0%，故可利用爐灰代替化工原料硫酸鉀，同時中和糠醛渣的酸度。隨著糠醛渣含水量升高或糠醛渣占混合物料的比例增大，烘干肥料的溫度就越高，燃煤消耗量就會增加，從而提高生產成本。因此，具體工藝參數須根據實際生產線，尤其是造粒機的類型，通過不斷摸索調試，才能最終達到使生產穩定、產品合格的目的。

參考文獻

[1]王素芬，蘇東海，周凌云.廢物糠醛渣的農業利用研究進展[J].河北農業科學，2009(11)：97- 99.

[2]曾憲成，李雙.大美腐植酸，開展生態文明(環境)建設應當標先——腐植酸是地球碳循環的重要一環[J].腐植酸，2013(6)：1- 14.

[3]劉芳，葉濱恭.有機垃圾好氧堆肥過程中微生物生長適應條件的研究[J].重慶環境科學，2003(12)：56- 58，67.

(收稿日期2015- 10- 12)

中圖分類號:TQ444.6

文獻標識碼:A

文章編號：1006- 7779(2016)02- 0025- 03

作者簡介：豆亞妮(1989—)，女，助理工程師，從事生物化工方面研究；douyani2008@163.com。