試析滇中地區利用農業廢棄物生產固態有機肥的方式

黃 姝，楊現其，蔡 騰

（1.紅河州生態環境局生態環境工程管理中心，云南紅河 661100；2.云南省農業工程研究設計院，云南昆明 650299；3.紅河學院生物科學與農學學院，云南紅河 661199）

農業廢棄物是農業生產過程中的動植物廢棄物、農產品加工過程中產生的殘余廢棄物和部分農村生活垃圾的總稱，主要包括各類動植物殘體和人畜禽糞便資源，是農業生產加工及農村生活中無法避免的一類廢棄物。目前，我國針對各類農業廢棄物的處理方式主要有粉碎直排、填埋、焚燒、堆肥、飼料化和發酵等[1]。近年來，隨著循環經濟生態環保理念的廣泛傳播和農業產業化發展水平的不斷提高，利用農業廢棄物生產各類有機肥的方式在農村地區逐漸興起，其主要產出物為固態有機肥、液態有機肥、沼液、沼渣和生物天然氣[2]。農業廢棄物的回收資源化處理和有效循環利用，不僅能提升農業生產效率，而且能改善農業農村環境，是整個農業生態系統中不可缺少的一個環節。現階段，農業廢棄物的收集、運輸、儲存、加工和二次利用不僅受到各方面管理政策和制度的直接影響，也對區域可持續發展起著至關重要的作用，尤其值得關注。

利用農業廢棄物生產固態有機肥是當前農業廢棄物資源化利用的主要方式之一，其生產制備過程通常受到資源特點、地方氣候和溫濕度環境條件的影響，不同生產工藝和環境條件對有機肥生產效率和產品質量也有一定程度的影響[3-6]。如何提高固態有機肥的生產效率、降低生產成本、提高資源回收的循環利用效率，以及保護農村生產生活環境是當前各級管理部門面臨的主要問題[7-10]。

滇中地區地處哀牢山—紅河大斷裂帶東北部，是云南省人口分布和工農業生產活動最為密集的地區。近年來，以鮮花、蔬菜、水果和畜禽產業為代表的高原特色農業在滇中地區日漸興起，在產業發展的同時產生大量具有較高含水率和有機質的農業廢棄物。受滇中高原地區亞熱帶季風氣候和干濕分明的環境影響，以及農業廢棄物的產生季節性周期特點，滇中地區農業廢棄物的有效和經濟處理方式通常會表現出一定的地方性特征。

本文簡要介紹當前滇中地區利用高原特色農業廢棄物，生產常見固態有機肥工藝的內容、步驟、特點及對周邊環境的影響，并比較研究不同生產工藝方式的固態有機肥產出效益和質量效果，為滇中地區產業發展和農村生態環境保護提供建議和參考。

1 固態有機肥生產技術方案

固態有機肥生產過程可分為前處理、一次發酵、二次發酵和后處理4個環節。1）前處理。對包括作物秸稈、植物殘體在內的農業廢棄物進行到廠破碎，再將其與大型生物天然氣產生的沼渣等一起輸送到混合攪拌裝置，加入生物菌種（發酵菌），并按原料成分和比例調節水分和碳氮比，充分混合后進入下一道工序。2）一次發酵。將混合好的原料通過輸送帶送入一次發酵倉，堆成高1.4～2.0 m 的發酵堆，自然堆放和通風，控制發酵溫度在50～65 ℃，一次發酵周期通常為5 d左右。3）二次發酵。一次發酵5 d 后得到的半成品送至二次發酵倉，同樣采取自然堆放和自然通風，使尚未分解的有機物進一步分解成腐殖質、氨基酸等較穩定的有機質，制成成熟的堆肥成品，此過程一般耗時4～5 d。4）后處理。對發酵好的成品進行篩分，篩下物分裝入庫待售，篩上物返回配料工序進行二次回用。

2 固態有機肥發酵工藝

固態有機肥生產工藝的核心是發酵，常用的有機肥發酵方式主要有厭氧發酵和好氧發酵2種。1）厭氧發酵是在不通氣的條件下，對有機廢棄物進行生物發酵，將其中的可降解有機物（糖類、脂肪、蛋白質）轉化為有機酸，進而轉化為甲烷、二氧化碳等產物的過程，是畜禽養殖廢棄物無害化的有效方法。厭氧發酵方式簡便、省工，但耗時較長，在不急需用肥情況下可以采用。2）好氧發酵是以畜禽糞便為主，輔以有機廢物調節碳氮比、水分及微量元素。該方法是在有氧的條件下，通過好氧微生物的作用使有機廢棄物穩定化，進而促使其中的養分轉變為有利于作物吸收生長的有機物的方法。

兩種不同發酵方式所需時間、對環境的影響及殺菌效果等均有不同。如表1 所示，相對于厭氧發酵而言，好氧發酵工藝所需發酵時間較短，對環境更友好，殺菌效果及有機肥質量也更高，但綜合成本也更高。實際工作中應根據廢棄物來源、資源需求和成本收益狀況等綜合考慮選擇合適的發酵方式。

表1 好氧和厭氧發酵特點對比

3 堆肥方式和效益比較

按照堆肥方式的不同，好氧發酵又可分為條垛式、通氣靜態垛式和反應器堆肥3類，3種不同堆肥方式的工藝特點和效益比較列于表2[11-14]。

表2 三種堆肥發酵方式特點和效益比較

1）條垛式堆肥發酵是將原料混合物堆成長條形的堆或條垛，在有氧條件下進行分解，是一種常見的好氧發酵工藝。垛的斷面可以是梯形、不規則四邊形或三角形。條垛堆肥翻堆的設備由條垛的大小、形狀及位置決定。通氣主要由自然通風或被動通風完成，通氣速率由條垛的孔隙度決定，如果條垛過大，在其中心附近會有厭氧區，當翻動條垛時有臭氣釋放。

2）通氣靜態垛式堆肥是將原料混合物堆放在用小木塊、碎稻草或其他透氣性能良好的物質做成的基墊上，同時將基墊包裹通氣管，通氣管道與向堆體供氣或抽氣的鼓風機相連。根據原料的透氣性、天氣條件及所用設備能達到的距離建造堆體。建造相對高的堆體有利于冬季保存熱量，另外可能需要在堆體的表面鋪一層腐熟有機肥，使堆體保濕、絕熱、防止熱量損失、防蠅并過濾氨氣和其他可能在堆體內產生的臭氣。

3）反應器堆肥又稱發酵倉式系統，是將原料由容器內向外、由下向上堆放，器壁可以是簡單的木質墻（有頂或無頂），也可以是一個谷倉或貯藏建筑物。與無支撐堆體相比，建筑物或發酵倉允許堆放更高的原料，能更好地利用地面空間，堆高可以達到容器的高度，其堆高和堆體尺寸依容器大小而定，發酵周期比靜態堆肥短，一般為20 d，而且發酵倉能消除天氣影響和臭氣問題，也能提供良好的溫度控制。

4 結語

我國各地氣候環境差異較大，農業廢棄物的類型、數量和資源分布狀況等也不盡相同[15]。隨著農業農村環境保護和資源循環利用要求越來越高，以及固態有機肥生產技術進一步發展的需要，不同固態有機肥發酵工藝的研究越來越受到技術和產業研發人員的重視，新材料、新技術層出不窮。例如，利用枯草芽孢桿菌CY1 的固態發酵工藝參數研究，多層固態發酵系統的推廣運用，白酒丟糟的多菌種混菌固態發酵技術，添加蛋白原料輔助固態發酵生產固態有機肥的技術等均得到了不同程度的研究、推廣和運用[16-19]。因此，在實際生產過程中，應根據當地實際環境條件和產業資源狀況，合理研究和設計使用不同固態發酵堆肥技術。考慮到滇中高原地區氣溫年較差小、晝夜溫差大、環境濕度低、水資源緊張和農業廢棄物產生周期性明顯的特點，在綜合權衡經濟效益和保護環境的前提下，建議選擇條垛有氧發酵的工藝方式生產固態有機肥。