复合生物发酵法生产生物有机肥技术

［收稿日期］2009－02－18；［修回日期］2010－04－30［作者简介］王怀利（1971－），男，山东临沭人，工程师，科技总监，长期从事研发工作。E－mail：wanghlxi＠163．com［通讯作者］黄滨（1963－），男，高级工程师。E－mail：myhb＠126．com复合生物发酵法生产生物有机肥技术王怀利，张金玲，黄滨，刘长豹（金沂蒙集团有限公司，山东临沭276700）［摘要］复合生物发酵法工艺采用微生物技术、条垛式好氧发酵、槽式好氧发酵及陈化技术相结合，在发酵前添加了一种复合生物菌种及电厂粉煤灰作为调理剂，形成了固定槽式连续好氧发酵，实现了工业废物的农用资源化、资源的良性循环，对生物有机肥行业技术进步起到了一定的推动作用，具有良好的推广价值。［关键词］复合生物发酵法；条垛好氧发酵；生物有机肥；生产技术［中图分类号］TQ440．2＋2［文献标识码］A［文章编号］1007－6220（2010）05－0054－02Technologyofbio－organicfertilizerproductionbycompositebio－fermentationWANGHuai－li，ZHANGJin－ling，HUANGBin，LIUChang－bao（JinyimengGroupCo．,Ltd，Linshu，Shandong276700，China）Abstract：Byaddingbothakindofcompositebiologicalbacteriumandtheflyashfrompowerplantasconditionerbeforethefermentation，andformingfixedchannel－typeaerobicfermentation，acompositebio－fermentationprocessisestablishedbasedontheapplicationsofmicrobialtechnology,windrow－typeaerobicfermentation,channel－typeaerobicfermentationandagingtechnology．Theprocesshasadrivingeffectonthetechnologyprogressofbio－organicfertilizerandthegoodpopularizationvalue,foragriculturalreutilizationoftheindustrialwasteresourceandresourcesrecycling．Keywords：compositebio－fermentation；windrow－typeaerobicfermentation；bio－organicfertilizer；productiontechnology1生物有机肥研发背景生态农业的生产需要土壤提供作物生长繁殖的营养物质和生存环境；但农业的过度开发，尤其是长期偏施单质化肥，产生许多问。如养分单一，利用率低，果蔬味道变差，土壤结构破坏。生物有机肥是一种能提高作物品质、改良土壤、供肥均衡、肥效明显的资源节约型、环境友好型肥料。目前国内大部分生物有机肥存在菌不足、臭味浓、水分大、重金属含量高的问题，其生产技术存在设备投资较大、生产能力受限、肥料养分含量低、污染严重、不能连续生产的问题。金沂蒙集团拥有年产30万t酒精装置。木薯作为原料，经过发酵生产酒精并产生排放物酒精废醪。酒精废醪在厌氧过程中形成大量污泥，经板框压滤机压滤产生厌氧糟泥，可作为生物有机肥的原料。厌氧糟泥富含氮磷钾等多种作物营养元素和大量有机质和腐植酸，其分析数据为：w（N全）1．51％，w（P2O5全）0．97％，w（K2O全）1．47％，w（有机质）46．2％，w（腐植酸）14．7％，pH值6．7。利用酒精厌氧糟泥为原料研制新型生物有机肥料，可为农业清洁生产提供一种既能获得高产又能防止环境污染的环境友好型肥料。2国内外各类生物有机肥料生产技术2．1自然堆制技术自然堆制技术，只是简单地将原料进时间的堆置，很少进行通风和管理，是一种厌氧发酵技术。比如：秸秆反应堆技术、动物粪便沤制技术。其优点为：有机废物处理量大，适用于分散处理；人工干预少，由于减少了人为扰动，降低了人力和能源消耗；投资少，工艺简单。缺点为：发酵周期长，有机质转化率低，存在二次污染，占地面积大，受气候和天气影响大。54磷肥与复肥Phosphate＆CompoundFertilizer2010年9月第25卷第5期2．2人工干预发酵技术人工干预发酵技术是通过人工或机械的定期翻堆配合通风来维持有机物发酵过程中的有氧状态，主要分好氧发酵和厌氧发酵工艺［1］。好氧发酵工艺主要分为非反应器系统、反应器系统。非反应器系统又分为垛式和槽式发酵工艺，反应器系统又分为隧道式、滚筒式、塔式、烟道式。厌氧发酵工艺主要分为干法和湿法两种。干法厌氧发酵技术目前主要应用于城市生活垃圾处理，在农业有机废物上的应用和研究还处于初级阶段；湿法厌氧发酵技术比较成熟，主要问题是沼渣和沼液的处理和利用，目前国内外已成功开发出相应的工艺和技术。世界范围内应用最广泛的有机废物处理技术是好氧发酵技术，国内好氧发酵工艺主要采用垛式和槽式发酵工艺。1）垛式发酵工艺垛式发酵工艺是将有机物堆成长条形的堆或条垛，在好氧条件下进行分解，是一种常见好氧发酵系统［2］。垛的断面可以是梯形、不规则四边形或三角形。垛式发酵翻堆设备一般选用自行式翻堆机。该机采用四轮行走，可前进、倒退、转弯，由1人操控驾驶，行驶中整车骑跨在预先堆置的长条形堆体上，由机架下挂装的旋转刀轴对堆体有机物实施翻拌、蓬松、破碎、移堆。其优点为：投资少，工艺简单；可控制堆体形状，菌种和原料充分接触，发酵产物均匀；节省土建工程和人力物力，使制肥规模的伸缩性更随意。缺点为：发酵周期长，存在二次污染，受气候和天气影响大，占地面积大。2）槽式发酵工艺槽式发酵工艺是将可控通风与定期翻堆相结合，发酵过程发生在长而窄的被称为槽的通道内［2］。槽式发酵翻堆设备一般选用自动式翻堆机。该机安装在槽体轨道上，有机物料被布料机撒落在槽的首端，随着翻堆机在轨道上移动，完成对有机物料的转送，形成一端进料，另一端出料的工厂化、流水式过程。每次的翻动，使有机物料中的菌群获得了充分的氧气，容易发酵，同时使有机物料的温度均匀。在槽体底部铺设了通风或引风管道，便于供氧及调节发酵温度。其优点为：连续进出料，适合多种物料，有机质转化率高，负压引风无臭味。缺点为：占地面积大，发酵时间相对较长，正压鼓风有臭味。3复合生物发酵法生产生物有机肥3．1技术原理复合生物发酵法采用微生物技术、条垛式好氧发酵、槽式好氧发酵及陈化技术相结合，以酒精厌氧糟泥为原料，粉煤灰为调理剂，添加复合生物菌种，即由嗜温细菌、细黄链霉菌、高温放线菌、嗜温性真菌地霉菌、嗜热性真菌烟曲霉菌、产孢细菌等组成的中高温性微生物，进行深度生物氧化处理与缩合，将有机物中的大分子降解为小分子态物质，使其具有化学反应能力。好氧条件下，发酵物料中的可溶性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜为微生物吸收；固体和胶体有机物质先附着在微生物体外，由微生物分泌胞外酶将其分解为可溶性物质，再渗入细胞。同时微生物通过自身的代谢活动，也使一部分有机物被氧化成简单的无机物，并释放能量；使另一部分有机物用于合成微生物自身的细胞物质，提供微生物各种生理活动所需的能量，使机体能进行正常的生长与繁殖。发酵中的基本过程是有机物的氧化、细胞物质的合成及细胞物质的氧化。原料经上述方式处理后，其成分安全、无毒、无害，是一种纯天然产物，集生理、生物和化学活性于一体，其结构式为R—CP（R代表侧链，C代表碳，P代表缩合产物）。R—CP是碳源性有机小分子物质，在其结构上有比黄腐酸更多的含氧功能团，有更丰富的络合位或螯合位，也是一种天然有机络合剂或螯合剂。R—CP与无机N、P、K通过分子间的键合作用进行吸附（螯合、络合）结合，形成以R—CP为载体并具有巨大互穿网络结构的有机－无机复合体，其螯合性能好，能将多余养分固定在土壤中，控制无机肥料流失。3．2工艺路线从酒精装置板框压滤机下来的w（H2O）75％左右的酒精厌氧糟泥，经过掺加粉煤灰干料及菌剂进行间断条垛一次好氧发酵，使w（H2O）降至55％左右；再掺加复合菌剂后，经过皮带、螺旋输送机送至连续槽式发酵槽，经过7d的二次好氧发酵，w（H2O）降至30％以下，铲车输送至生物有机肥库房内堆置陈化，然后经筛分、包装成粉状有机肥料。也可以添加新型造粒剂、菌剂，结合复合肥的转鼓造粒技术、双低烘双冷技术、独特的包膜技术生产粒状生物有机无机复混肥料。3．3关键技术和创新点1）采用独特的间断条垛一次好氧发酵、连续槽式二次好氧发酵及堆置陈化相结合的复合生物发酵法技术，在发酵前及过程中添加了一种复合生物菌种及电厂粉煤灰作为调理剂，实现了连续进552010年第25卷第5期王怀利等复合生物发酵法生产生物有机肥技术（下转第58页）58落到硫酸氢钾溶液里与硫酸接触时，发生更剧烈的反应，局部形成爆沸现象，使反应槽的溢流量不稳定，混酸密度也无法稳定控制。为此，对硫酸和国产白钾的进料方式和搅拌桨型进行了改造。即在原钾肥下料筒处，将硫酸管道（φ57mm）横穿插进该下料筒的中心处并垂直向下延伸到反应槽内，把硫酸管道的出口封住，在硫酸管壁按多排螺旋状分布开孔（φ3mm）280个，硫酸呈淋浴式喷出，将从上方落下的白钾淋湿后与白钾一起落入混合液中，使白钾在进入反应槽后能够穿透泡沫层均匀落入硫酸氢钾溶液中进行反应；同时提高搅拌强度并增设除沫桨叶，保证物料迅速混合均匀，基本消除泡沫，从而解决料浆溢流不均匀的问题。2．3用国产白钾代替进口红钾的效果1）生产成本大幅度降低。国产白钾与进口红钾的价格差距较大，按照季节不同，价格差别一般在300～1000元／t，以均价650元／t计算，国产白钾和进口红钾的w（K2O）均按60．8％计算，生产1t15－15－15的硫基复合肥需要进口红钾或者国产白钾0．2467t，两者的成本相差160元。完全使用国产白钾生产硫基复合肥，吨肥成本可降低160元，按年产50万t硫基复合肥计算，每年可节约8000万元，其经济效益十分可观。2）肥料外观质量更好。使用进口红钾生产的硫酸氢钾溶液呈灰白色并略带淡红色，而使用国产白钾生产的硫酸氢钾溶液颜色更白，最终生产的复合肥料颜色雪白，更能赢得客户的信赖。3）产品氯离子含量更低，盐酸产出率提高，利润增加。由于国产白钾比进口红钾的粒度小，与硫酸反应更充分，产品w（Cl－）一般在0．8％～1．5％；而进口红钾的粒度大一些，产品w（Cl－）一般在1．8％～2．6％。盐酸产出率（每吨钾肥产出的w（KCl）31．5％盐酸质量）由使用进口红钾的124％提高到使用国产白钾的130％，因此，每年多产HCl增加350万元的利润。3结束语用国产白钾完全代替进口红钾是硫基复合肥生产的一项技术进步，它结束了长期依赖进口红钾的历史。为了我国磷化工产业的可持续发展，为了复合肥企业的生存和壮大，企业必须适应市场需求，不断地进行技术改造与优化创新。出料，有机质转化率高，负压引风无臭味，确保厌氧糟泥中的纤维素、木质素快速完全腐熟，使w（H2O）降至30％以下。2）原料来源于酒精工业排放的厌氧糟泥，调理剂来源于电厂的粉煤灰，实现了工业废物的农用资源化。厌氧糟泥富含氮磷钾等多种营养元素和大量有机质和腐植酸，不含重金属离子和有害物质，为生物有机肥提供一种优质的有机肥原料。3）该项技术解决了采用其他堆肥技术生产有机肥料的一些弊病，如设备投资较大，生产能力受限，污染严重，不能连续生产；具有投资少、生产工艺简单的优势，可大规模化连续生产。4）产品中重金属含量及蛔虫卵含量远远低于国家行业标准，达到“AA绿色食品”生产的标准。3．4产品检测方法及检测结果该项目产品按农业部行业标准NY884—2004《生物有机肥料》检验方法检验。产品质量通过山东省产品质量监督检验研究院、农业部微生物肥料和食用菌菌种质量监督检验测试中心的检测，符合NY884—2004、GB／T17767．3—1999标准的要求，测试结果见表1、表2。4结束语1）生物有机物在蔬菜、大田作物、花生的肥效试验均取得增产、增收，作物品质提高的效果。2）酒精厌氧糟泥生产生物有机肥的研究、开发应用已取得较大突破，但如何选择优良菌种，加速有机物分解，缩短有机物腐熟时间，降低水分及成本等问题仍需进一步研究。[参考文献]［1］李彦明．国内外有机废物肥料化技术研究进展［C］／／首届中国有机肥产业论坛论文集．郑州：［出版者不详］，2008．［2］李季，彭生平．堆肥工程实用手册［M］．北京：化学工业出版社，2009：35－36．［3］廖宗文．工业废物的农用资源化：理论、技术和实践［M］．北京：中国环境科学出版社，1996：58．表1生物有机肥产品检测结果测试值（粉剂）NY884—2004标准（粉剂）w（有机物）／％31．0≥25．0项目有效活菌数（cfu）／（亿个·g－1）2．07≥0．2w（H2O）／％24．0≤30．08．05．5～8．5pH值粪大肠菌群数／（个·g－1）30≤100蛔虫死亡率／％100≥95有效期／月7≥6表2生物有机肥重金属检测结果项目测试值GB17767．3—1999标准w（Cd总）3≤10w（Hg总）0．1≤5w（Pb总）8≤100w（Cr总）3≤150w（As总）0．1≤7510－6（上接第55页）5555555555555555555555555555555555555555555552010年第25卷第5期磷肥与复肥