紅薯廢棄物源頭處理技術方案

武漢市農業科學院農業機械化研究所 張俊峰 張唐娟 杜錚 秦彩 劉珂 郭翔 劉海

紅薯廢棄物源頭處理技術方案

武漢市農業科學院農業機械化研究所 張俊峰 張唐娟 杜錚 秦彩 劉珂 郭翔 劉海

紅薯是中國四大糧食作物之一，種植在我國大部分地區，分布面積大、產量高，資源十分豐富。紅薯的主要食用部分為紅薯塊根，紅薯莖尖雖然也可以食用，但比較老且食味苦澀。近幾年武漢市黃陂區推出特色品種江城薯尖，主要食用部分為莖尖鮮嫩的部分，營養價值豐富，口感獨特，打出黃陂薯尖的口碑。

紅薯廢棄物產量較多，現有的處理技術落后，絕大部分直接丟棄在田間地頭，造成生物質資源的浪費，同時影響生態環境，隨著人們對綠色環保生活理念認可，農業生物質資源的循環利用被人們廣泛接受，迫切需求從源頭上處理利用廢棄物的技術，解決由于蔬菜廢棄物隨意傾倒和直接堆置帶來的資源浪費，最大限度地減輕農業面源污染并實現生產環節的價值增值，尋求紅薯廢棄物的源頭處理技術具有重要的現實意義。

1 紅薯廢棄物處理技術

紅薯廢棄物的纖維素含量及水分含量高，不利于保存和運輸，常見的有以下幾種處理方式。

1.1 飼料

常見的處理方式是將紅薯秧從根部以上斬斷，收集拖運至養殖場，直接作為牛羊等畜禽動物的飼料。由于紅薯秧田地分布零散，收儲運難度大，且未經處理，動物直接食用新鮮的莖蔓，可能會因為其上攜帶蟲害或者生物農藥導致畜禽生病。而且一旦莖蔓枯萎，牛羊則不喜食用，造成嚴重浪費，也可以將紅薯秧作為原料添加其他營養物質合成制作動物飼料，此種方式需要增加額外成本，紅薯廢棄物的處理量也較小。

1.2 堆置

紅薯秧從根部以上斬斷后，直接堆置在溝邊是最簡便的處理方式，然而由于廢棄物的纖維素和水分含量均較高，氣溫較高時極易造成葉片腐爛發臭，莖稈卻難以降解，雨水沖洗造成二次污染，破壞人類自身的生存環境。

1.3 厭氧消化

厭氧消化是各種有機物在無氧條件下，被各類專性厭氧菌群和兼性厭氧菌群分解轉化，最終產生沼氣能源和沼液沼渣有機肥的過程。紅薯廢棄物的厭氧發酵也是一種能源化處理的方式，但是在實際應用中會出現以下問題：廢棄物密度小，質量輕，投料比重小，占用容積大，很少或不能吸附沼氣池中的水分，因此不沉淀，絕大部分懸浮在沼氣池上層，經過一段時間的發酵變成絮狀，導致氣體無法從頂部出氣口排出，或排出時帶出大量的懸浮層雜質，后續氣體的使用及提純困難；薯尖廢棄物的降解程度較差，產氣量少，降解時間長，占用沼氣池池容，且由于廢棄物的收集周期短，集中處理困難；若需換料則排料困難。

1.4 肥料化

肥料化處理也就是好氧堆肥，是將紅薯廢棄物，在一定濕度、C/N和通風條件下，通過好氧微生物的高溫發酵作用和酶活性加速有機物的生物降解和轉化，最終使有機物腐殖化和穩定化而變成腐熟肥料的過程。堆體最高溫度一般可以達到50～70℃，又稱為高溫堆肥。肥料化處理紅薯廢棄物也是較好的實現生物質能源再利用的方式，但是由于紅薯廢棄物含水率高的特性，需要添加其他的輔料如干秸稈等，以調節初始堆肥物料在合適的濕度范圍內（60%～70%）。

1.5 厭氧消化與好氧堆肥聯合處理

聯合處理方式是將來的發展方向，可將紅薯廢棄物先經好氧堆肥處理，降低木質纖維素的含量，后投入厭氧發酵池，從而緩解紅薯廢棄物直接發酵帶來的各種問題，也是本文討論的源頭處理的技術方案。

2 源頭處理方案

總體而言，就是在廢棄物生產基地，建立好氧堆肥與厭氧消化處理場地，實現廢棄物——能源轉化——就地利用的局面。主要工藝流程為場址選擇，前期準備，好氧堆肥前處理，厭氧消化，就地利用。

2.1 場址選擇

發酵場址有較好的地質，地形平坦，并經硬化處理，具備水、電、動力等基礎條件。滿足安全生產要求。對于好氧堆肥場地應建設在蔬菜園區附近空地，原料儲存和發酵設施應經防滲漏、防雨淋、防暴曬和防臭處理。小型厭氧消化沼氣池應建設在設施大棚入口端，對于大中型厭氧消化沼氣池放置于園區附近。

2.2 前期準備

前期需進行蔬菜廢棄物的收集和粉碎預處理，蔬菜廢棄物收集后堆放時間不宜過長，一般在3～10 d，防止廢棄物腐爛變臭。紅薯廢棄物主要為藤蔓類，在投料前需要進行粉碎處理。處理物料應細碎、均勻，長度在3～5 cm之間。

2.3 好氧堆肥前處理

紅薯廢棄物不宜進行單獨發酵，其含水率較高（一般在90%左右），作為主要原料進行好氧堆肥時，應添加干秸稈調節初始含水率為70%左右，并添加膨松物質增加孔隙度，一般不需調節初始物料pH值（約在6～8的范圍內），碳氮比調節至30左右的適宜條件。

堆料混合均勻后，運至發酵場所，發酵場所底部和堆料頂部分別鋪設一層10～20 cm厚的干秸稈作為墊層和覆蓋層，可以吸收發酵過程中沉積的過量滲濾液，并防止水分從堆料頂部散失。

堆肥開始后，開啟強制通風系統，靜態堆肥通風量的設置值應符合每m3堆肥0.05～0.20 m3/min的標準取值，同時還應兼顧堆料溫度，使堆溫盡可能長時間的維持在50～70℃的范圍內。

一般堆肥3 d內溫度即可上升至50℃以上的高溫階段，在50℃以上高溫發酵維持3～6d時，應進行1次人工或機械翻堆。翻堆要盡量均勻，將原來位于外面的物料混入中間，能夠有效消除溫度梯度帶來的發酵不均勻。翻堆24 h后物料會再次進入50℃以上的高溫期。整個發酵過程應翻堆2次以上。發酵階段水分含量應控制在55%～70%之間，在每次翻堆均勻后應用五點法測試，若含水率低于55%，則在堆料表面均勻噴灑水分。

當發酵溫度開始下降至40℃以下，且翻堆不再有明顯的溫度升高，說明發酵前期階段已經完成。

2.4 厭氧消化工藝

接種階段，厭氧消化采用的接種物一般為正常產氣沼氣池中的厭氧發酵殘余物，以加速沼氣發酵啟動速度，接種比例一般為質量比20%～30%。

啟動階段，將牛糞或豬糞作為厭氧消化啟動原料，投入沼氣池，對于初次運行的沼氣池，為避免啟動階段酸化現象，宜于進行低濃度啟動（有機固體濃度在5%左右），加水調節固體濃度，水溫不能太低，應在10℃以上。糞便的C/N比一般為25～30，故不需調節C/N，大約2～3d就能產生沼氣。

運行階段，待發酵穩定后逐步增加進料負荷，經粉碎且堆肥預處理后的紅薯廢棄物作為添加料分階段連續投入沼氣池中，使得系統在沖擊負荷下反應穩定，耐受力增強，產氣量持續增長。發酵過程中每次進料為發酵池容積的1/20，進多少出多少，進出平衡，先出后進。

2.5 就地利用

廢棄物資源經厭氧消化處理后，產生“三沼能源”——沼氣、沼液和沼渣。

沼氣是一種優質、清潔、安全的能源，可直接用于設施農業生產中，冬季可通過燃燒沼氣為大棚增溫，并釋放出CO2，為大棚蔬菜增施氣體肥，從而提高作物產量。夏季沼氣可點殺蟲燈殺蟲。

沼渣具有速緩兼備的肥效特點，主要作為基肥供給農作物營養物質，施用時將沼渣與設施內土壤按比例混勻，施肥翻地25～30 cm深。作為追施肥深度應在12 cm左右，施后及時澆水。

沼液的養分主要是水溶性速效營養成分，適宜用作葉面肥經靜置后直接噴施。施用濃度根據沼液的濃度情況、作物的生長時期及季節氣溫而定，一般為幼苗、嫩葉期1份沼液加1～2份清水；夏季高溫1份沼液加1份清水；氣溫低，老葉期或初冬可不加水。沼液應為正常產氣1個月以上的沼氣池中取出，沼液作為葉面肥噴施時，以葉背為主，有利于液肥吸收。若使用噴霧器噴施，需要嚴格過濾，防止堵塞噴頭。噴施時間約為上午露水干后10:00左右進行，夏季以下午17:00左右為宜，避免中午高溫時及暴雨前噴施沼液。噴施頻率為每7～10d一次，并根據植株的生長狀況和營養情況適當調節。

3 總結

中國紅薯資源豐富，但紅薯及紅薯葉水分含量高，不利于保存和運輸。因此，尋求紅薯廢棄物的源頭處理技術，對于延長紅薯產業鏈，促進紅薯產業的發展都具有重要意義。在紅薯廢棄物的處理技術中，單個的處理技術都存在一些應用問題，因此發展好氧——厭氧聯合處理技術是實現源頭處理的重要形式。聯合處理后獲得的“三沼”能源可直接在廢棄物生產園區就地利用，為農業生產提供氣液固體肥，又可以進一步增加作物產量。

2017-08-14）