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农作物秸秆有机肥与农业新质生产力研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-04-05  浏览次数:5966


       
中国秸秆网综合报道,很久,很久以前,人类发觉将农村植物废弃物(枯枝叶、农作物秸秆、杂草等)与人、畜、禽粪便混合后,经过一段时间会产生热气,物质渐减量,颜色逐渐变成深褐色,而质地呈现蓬松状态,尔后施于土壤中,能够提高作物的产量与质量。因为是经历堆沤过程转化成可促进植物生长之物质,故将之称为堆肥(或沤肥、农家肥、厩肥)。尔后也发觉可做原料的种类诸多(如表一),但多为有机物质,因此也称之有机肥料。



表一、有机肥原料分类

    分类

原料

禽畜粪

各类禽畜,如猪、鸡、牛、鸭、羊及鹅等粪便。

动物性

屠宰场下脚料、屠宰场废弃物(羽毛、皮毛、废弃内脏等)、动物食品加工厂污泥、肉类及水产市场废弃物等。

植物性

农业废弃物(稻秆、杂草、树叶、树皮、木屑、蔗渣、食用菌废料及花生壳等)、植物食品加工厂副产物(豆饼渣、食品污泥及中药渣等)、果菜市场废弃物(果皮、蔬菜叶、腐烂水果及蔬菜等)。

都市有机垃圾

家庭、餐厅、学校、监狱、医院及军队等所产生之餐厨垃圾。


二、发展历程

后来经历持续的实施后,也发觉其时程与质量主要有几项密切的关联要素:(1)原料比例(或碳氮比,C/N)(2)水分含量,(3)空气(氧气)的供应,(4)温度及(5)酸碱度的控制等。日后的研究也了解,堆肥实质上是广泛存在自然界的微生物(包括细菌、真菌、放线菌等),经历生长与繁殖的生理代谢,利用分泌的酵素()分解有机物质而向稳定的矿质化与腐殖化的生物化学反应过程。
我国的有机肥技术也因产业需求由人工逐渐往机械化工艺发展。产业发展趋势如下:

()翻抛机工艺

初期的堆肥生产过程仅仰赖人力实施,但为了提高效率,人们开始往两方面发展:(1)开发替代人力的生产设备及(2)发酵剂。发酵剂主要功能成分为生物酶与益生菌群,可促进发酵、降低臭味,且达到缩短制程与提高质量之作用。
在设备开发方面,上世纪中叶,德国巴克斯(Bacchus)公司首先研制出改善供氧和物料混合的机器设备,称之为翻斗车。自此翻斗车在市场上迅速发展,成为处理畜禽粪便废弃物的重要设备。而现代堆肥翻抛系统的开发可追溯于20世纪中期,以德国、美国等为代表,较早对翻抛系统投入研究。与传统的堆肥方法相比较,机械化设备得到了广泛的应用,同时采用了良好的堆肥工艺模式,进一步提高了堆肥的速度和处理量。
我国最早的一台翻抛机是在上世纪末(1994年)自德国巴克斯(Bacchus)公司引进,用于处理猪粪制成有机肥料。我国自本世纪初即逐渐盛行翻抛机,成为有机肥产业最重要的生产设备。经历二十余年的发展,国内已有具备自行生产系列翻抛机能力,目前专业有机肥厂使用的翻抛机主要如下三种:

(1)槽式翻抛机:适用于槽式堆肥,通过槽内的翻抛装置将物料翻抛均匀,促进发酵过程。此机种型号、规格多,目前占据翻抛机的最大市场份额。

 

(2)链板式翻抛机:通过链板结构将物料翻抛,具有翻抛面积大、深等特点,但单价往往高于槽式翻抛机。

 

(3)轮盘式翻抛机:也称叶轮式翻抛机,适用于处理大量物料。翻抛横跨宽度可依据需求定制,近年来市场份额有增加趋势。

翻抛机的开发虽能使有机肥产业由人工至机械生产迈前一大步,但仅在“自然条件下”翻动原理达到混合原材料、提供通气功能,其对于发酵反应的效益有限,因而以翻抛机为唯一发酵设备的工艺流程(虽有其他诸多设备,但皆与发酵无直接关联,诸如搅拌机、干燥机、冷却机、筛分机、输送机、包装机及造粒机等),普遍呈现出,臭气熏天、环境恶劣;且制程长(2~4个月)、产能小、占地广及经济效益低等为人诟病的缺点,并无法符合现阶段产业需求与要求。

()有机肥(立式)发酵罐

有机肥发酵罐的发明可以追溯到19世纪70年代,德国微生物学家Schulze在其实验室中发明了一种高效的发酵罐,此被视为现代实验室发酵罐的前身。尽管早期的设备主要用于实验室研究,但到了20世纪60年代,发酵罐开始应用于有机肥产业之中。

 

相对于自然环境条件下进行发酵的翻抛机工艺,有机肥发酵罐设计原则在于,相对密闭空间,以人为能耗供应氧气(通气)、持续搅拌、或提供热能,并加入发酵剂,创造了优于自然环境的发酵条件。其优点可以大大缩短制程时间、减少臭味产生及用地面积,一度为国家编列购买设备补助款,极力推广。但多年的产业实施,却验证因其成本过高(能耗、设备价格)、处理量小、质量难达预期效果等问题,无法产生实质的经济效益,甚或产业价值不及翻抛机,而逐渐遭受屏弃。

()纳米膜发酵技术

翻抛机及发酵罐工艺皆无法满足我国每年庞大亟待处理的畜禽粪污及普遍贫瘠的耕地亟需大量有机肥改善的产业需求,因此依然需要开发或引进新设备工艺。
国内现阶段另一有机肥发酵工艺,“纳米膜发酵技术”,最早出现于20世纪80年代的德国,是由Baden-Baden推出的好氧发酵静态条垛堆肥方法。我国于本世纪初引进纳米膜发酵技术,且逐渐有实施案例,其主要是利用会透气,但防水的特殊材质覆盖经调节水含量及碳氮比等的混合堆体,经过曝气装置提供氧气。其优点包含:固定投资成本低(省却大部分土建工程)、能耗低(具备保温效果,无需提供额外热源)、运行成本低(覆盖后无需人工操作)。缺点是混料前处理,耗费人工与时间;发酵为静置状态,混料不均,影响成品质量;批次生产,一次性处理一定量(少则数十吨,多则上百千吨),工艺流程间断不易形成自动化流水线。

三、有机肥产业的“新质生产力”

如个人多次表述,我国有机肥技术水平不足,难以符合现阶段及未来产业需求与要求,其中最具体的技术指标即是“制程产生恶臭味”。
任何一种优秀、符合产业要求的技术开发,开发者往往需要兼具丰富的学理基础知识及产业实践经验。对于我国有机肥产业而言,在国家长时间政策大力支持及产业发展下,二十余年来建设数以万计的有机肥厂,可谓积累了丰富的产业实践经验。所以如今有机肥技术水平不足,原因并不在于实践经验,而是开发者缺乏了丰富的学理基础知识。
有机肥技术需要什么学理知识?如上文所言,有机肥发酵,实际上是微生物,经历生长与繁殖的生理代谢,利用分泌的酵素()分解有机物质,向稳定的矿质化与腐殖化的生物化学反应进行过程。因此有机肥技术所需要的学理知识主要包含了:基础微生物学(分类、特性分析、生长条件与因子等)应用微生物学(适用于有机肥发酵菌种,其特性分析等)、生物化学及酵素学等。

 

国内有机肥技术经历二十余年的努力,实际上也有所进展,如缩短制程、提高质量、降低生产成本及提高机械化程度等,但对于困扰最大的臭味问题却始终没有得到有效解决,或几乎是一筹莫展的地步,甚或许多国内专家认为臭味的产生是有机肥发酵过程中无法避免的。然而,导致这样的产业现况,个人认为主要原因在于基础知识不足所致。
如何除臭?在解决这问题前即必须了解,臭味气体产生的原理?业界有多少人能够正确的回答这问题?或另一个与制程效益有关的问题:好氧发酵需要供应氧气,但对于负责发酵反应的微生物,需要在单位时间及单位体积内供应多少氧气才足够?以上两个问题若未能正确回答,自然导致无法突破一直处于“臭气熏天且制程时间长”状态下的技术瓶颈。

 

依据我国产业发展需求,怎样的技术水平才能符合有机肥产业,以科技创新发挥主导作用的生产力,具备高科技、高效能及高质量,“三高”特征的“新质生产力”?这当然需要制程时间短,及时除臭,发散发酵香气,对环境友好并且能够产生高经济效益的“高效有机肥技术”!

表二、我国有机肥主要工艺比较


翻抛机工艺

发酵罐工艺

纳米膜发酵技术

高效有机肥技术

制程时间

2~4月

25~40天

30~45天

~8小时

臭气

浓郁

降低

香气

淡淡发酵香气

原创发明人

德国人

德国人

德国人

中国人(的民族品牌)

新质生产力

未符合

未符合

未符合

符合

注:制程时间以达到有机肥行业标准NY/T 525-2021的腐熟度技术指标为标准。~8小时制程,即表示当日产生的有机污染物(畜禽粪便或生活污水厂污泥等)当日即可制成品。

 
 
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