绿色生物有机肥生产工艺及装备

符艳辉

(吉林省农业机械研究院， 吉林 长春 130022)

绿色生物有机肥生产工艺及装备

符艳辉

(吉林省农业机械研究院， 吉林 长春 130022)

介绍了沼肥(生物有机肥)的作用和利用现状,着重对生物有机肥发酵装备和生产工艺进行了研究，对生物有机肥规范化、商品化和社会化具有重要意义。

生物有机肥； 车库型发酵槽； 三筒烘干机； 微生物菌

0 引 言

现代绿色农业正在促使肥料品种结构发生变革，产生质的飞跃，各种新型有机肥料不断问世，而沼渣、沼液所具有的多功能性使它在绿色生物有机肥料中占有重要的位置和优势，为发展绿色农业提供不可或缺的物质保证。它不仅肥效持久，实现一次性施肥满足作物整个生长期的需要，肥料损失少、利用率高、环境友好。而且它还能改善土壤由于长期施用化肥所造成的各种弊端[1-2]，以及改良作物品质和增加其产量等，生产出绿色、安全、环保的食品来满足市场以及人类对食品不断高质量的需求。然而沼肥的利用只限于户用沼气池和小型沼气工程，大中型沼气工程所产生的沼渣、沼液有时并没有得到及时、充分地利用。据有关资料表明，截止2008年底,全国共有畜禽养殖场大中型沼气工程15 625处,总池容358.26 万m3。自2004年起,全国每年新增大中型沼气工程数量都在前一年的40%以上[3-4]，而且还将继续增长。这些大中型沼气工程在处理畜禽废弃物、生产沼气的同时,每天也会均衡地产生大量的副产品----沼渣、沼液。而且这些物质几乎都露天堆放，如处理不及时，这些副产物无疑会给周边环境带来不可估量的环境污染和破坏。这就提醒人们在综合处理与利用养殖场粪水的着力点不再单是开发利用可再生沼气能源，而更多的考虑是生态环境的保护、优化与资源全方位高效综合利用。因而沼渣、沼液的深层次加工、开发与利用和对其规模化、规范化、商品化、市场化使其成为人类赖以生存的有用的物质资源，成为当前人们面临的不可回避的，而又必须解决的重大课题。

1 沼肥生产工艺

为了推动中国绿色农业更好、更快的发展，推进中国大中型沼气工程的建设，使畜禽粪便、作物秸秆等农业有机固体废弃物经过无害化处理后，对所得到的沼渣、沼液能够实现真正意义上的资源化全方位综合利用，我们制定了沼肥的生产工艺路线。在制定路线时本着以“科学、合理、高效、保质、保量”为总的指导思想，按照“无害、生态、环保、安全和资源化综合利用”的原则选择并确定工艺技术方案，借鉴和研发相结合，传统和创新优化组合，整套生产设备投资省、结构紧凑、占地面积小、运行稳定、维修操作简便、无污染，并在试验工程中得以运用。依据在实际运行中存在的不足进行改进设计，最终优化了沼肥生产工艺流程，如图1所示。

图1 沼肥生产工艺流程图

农作物秸杆事先经过破碎、预处理，然后和畜禽粪便混合搅拌均匀，在发酵系统中经好氧发酵，再加入合适的、适量的菌种，调整适当的pH值后进行厌氧发酵；最终将副产物沼液、沼渣经过一系列测试，根据需要科学地配置所需元素和菌种后搅拌均匀，经输送装置达制粒系统，后经烘干，最后上称包装成品待售。

1.1整个生产流程中设备的研发和选择

据有关资料表明:常用微生物生产菌株不耐高温,一般生长温度为20～40 ℃。当温度达到60 ℃以上时,80%微生物将死亡,温度越高,微生物死亡速度越快。因此,在沼肥的生产工艺上要求生产中加入菌剂后,载体温度应该控制在50 ℃以下[5]。此外,为防止杂菌大量繁殖, 应对原料进行灭菌处理后加工成环保型绿色肥料。这就要求整个生产过程中肥料的温度可控性好，也就是说在研发和选择设备时，设备的结构和功能要科学、合理。

1.1.1 发酵装备的研究

物料发酵装置是由课题组自主研发的发酵设备----车库型发酵槽，已获得国家专利(200820072402.2)。设备可以一机多用，不仅可以把物料经过好氧、厌氧发酵生产沼气，同时得副产物沼渣、沼液，还可以直接将各种废弃物经发酵直接制生物有机肥。

由于主要是针对北方冬季生产沼气所得副产物----沼渣、沼液进行规范化，深加工而研发的发酵设备，此发酵设备的主要结构特点是：发酵槽体采用三面围墙一面敞开的形状，顶面与一侧面敞开，机动车可以进入，便于进出料。槽体底面与三面围墙采用钢砼整体结构，保证发酵槽坚固。发酵槽墙体及底面做保温层，减少槽内物料热量散失。发酵槽底部铺设地热管，用于发酵原料的加热。由于固体发酵原料传热性能差，导致厌氧发酵过程中原料传热不均匀，出现了温度明显分层现象。为了保证发酵槽中的物料发酵温度均衡，在发酵槽底部增铺了曝气管，外部加有罗茨风机。罗茨风机的一端与曝气管相连，另一端与发酵槽的出气管相连，厌氧发酵过程中与发酵槽形成一个封闭的回路，通过曝气管可以使沼气从发酵原料的底部进入，穿过料层，利用气体的穿透作用，实现热量传递，达到温度均衡。好氧发酵过程中，可以向发酵原料中通入空气，补充氧气，提高预处理效果，缩短预处理时间。发酵槽的两侧墙上装有导轨，作为旋切式槽用翻抛搅拌器[6]行走轨道，搅拌器对物料进行适时的搅拌，使物料发酵均匀。其结构如图2所示。

1.排空管; 2.出气管; 3.液涨管; 4.温度传感器; 5.沼气膜; 6.发酵原料;7.挡板; 8.罗茨风机; 9.曝气管; 10.加热管; 11.槽体; 12.保温层

当厌氧发酵时采用1.5 mm厚柔性夹布橡胶膜，用于覆盖封闭发酵槽的敞口。该膜物理机械性能好，耐老化、耐寒，气密性好，使用寿命长。

沿着发酵槽三面围墙顶面以及前侧敞口处墙体立面嵌入C型沟槽，C型沟槽开口向外，并形成闭合结构。将覆盖膜和橡胶软管塞入C型沟槽内，通过向软管内充入水或一定压力的气体，利用软管涨紧力将橡胶膜边缘与发酵槽槽体紧密的连接在一起，从而实现橡胶膜与发酵槽墙体联接处密封[7]。通过多次实验得出结论：若软管内充入气体即空气，气体泄漏快，并且气体受温度影响较大，需要经常补充气体，增加了操作过程，补充气体不及时还会造成安全隐患。将气涨密封结构改为液涨密封结构，橡胶软管内充入水，水不易泄漏，而且受温度影响变化较小，橡胶管内压力较稳定，安全性高。

1.1.2 制粒机的选择

在制粒机的研发和选择上要保证在制粒过程中温升不要太高，保证沼肥生物菌株的有效活菌数；而且要下粒畅通，产出的颗粒含水量低，易干燥，整机结构简单，功能可靠，维修方便。

制粒机主要技术特点：

1)一步能直接制造出球型颗粒，光滑、圆整、强度高、流动性好，成球率大于 95%，因而生产费用低，适宜机播；

2)随着连续生产时间的延长, 设备受压面因磨擦而会使温度升高,但由于物料在设备内停留时间相当短,在制粒过程中温升一般小于5 ℃, 故生产过程中工艺指标容易控制，确保肥料的高品质、高性能;

3)对原料水分要求低(平均10%～20%)，烘干及后处理容易，烘干费用低。由于可以用低温烘干或晾干，因此不会影响生物有机肥的有效菌活数；

4)湿法造粒，易损件磨损小，费用低；

5)外形美观，结构合理，安全可靠，便于操作；

6)此制粒机利用有机物微粒在一定作用力下，能互相镶嵌长大的特点，制粒时不需要加粘结剂;

7) 动力小，产量高，对有机肥料造粒时的各种物料有广泛的适应性。

1.1.3 干燥设备的选择

烘干系统是绿色生物有机肥即沼肥生产工艺中的另一个重要设备，它的温度设置和选择直接影响着肥料微生物成活率，而一种生物有机肥质量的优劣,主要取决于菌种本身和生物肥料中有益微生物的活菌数及其作用强度,因此烘干系统的温度控制得当与否是关系到肥料质量好坏的一个至关重要因素，否则就不要提把肥料规模化、市场化、商品化了。

干燥工段是保证产品质量的一道关键工序，保证微生物活性也就是保证了产品的质量。而温度超过70 ℃时大部分微生物会死亡，因此对烘干机整个烘干过程温度控制有严格的要求。根据目前复合肥料生产中实际情况选择了生物肥料专用烘干设备----绿色生物有机肥三筒烘干机，其主要优势如下：

1)投资省、动力省，动力节能至少50%以上;

2)维修省，工艺设备由于仅有一套传动部分，无形中减少了设备维修保养成本。

3)微生物菌成活率高，低温大风量烘干新技术可使微生物菌成活率达到98%以上。

该机技术先进，设计合理，运行费用低，结构紧凑，适用范围广，生产能力大，产品质量好，效率高。

1.2整个生产过程的实际操作

生物有机肥活菌数的多少标志着肥料质量的优劣，而温度的适中是菌株高成活率的可靠保证，因此整个生产过程中温度要严格控制。

整个生产工艺过程的实际操作如下：

1)将破碎后的秸秆用6%NaOH水溶液均匀喷洒，喷至潮湿无液体渗出，然后堆沤2 d，接着用7.35%H2SO4水溶液均匀喷洒，中和至中性，堆沤1 d[8]。

2)在发酵装置中将预处理好的秸秆与鲜猪粪按适当比例混合，通过翻抛机使其搅拌均匀后，进行好氧发酵预处理3～5 d，并且调整干物质(TS)浓度为(35±1)%，保证C/N在25～30之间[9]，调整pH值为6.5～7.5。由于固体发酵原料传热性能差，导致好氧发酵过程中原料传热不均匀，出现了温度明显分层现象，为了保证发酵温度均衡，在发酵槽底部铺有曝气管，外部有罗茨风机。通过曝气管可以使氧气从发酵原料的底部进入，穿过料层，利用气体的穿透作用，实现热量传递，达到温度均衡，提高整体发酵效果，缩短发酵时间，混合物料温度可达到50 ℃左右。

3)好氧发酵完成后向原料中加入接种物，接种物取自干法沼气发酵装置正常产气结束后得到的发酵余物，加入接种物量为猪粪与秸秆总重的40%，加入接种物后，使用翻抛机将接种物与发酵原料混合均匀，封膜进入厌氧发酵阶段，调控厌氧发酵温度为(35±1) ℃。通过30 d左右的厌氧发酵制沼气和副产物----沼渣、沼液，最后再将副产物经3～5 d好氧发酵，物料可以达到完全腐熟。再经过一系列的测试，根据需要添加菌剂，便可进入下一道工序----制粒系统。在常温下制粒，虽然在制粒过程中温度有所上升，但是温升不超过10 ℃，因此最高温度≤35 ℃。肥料的有效活菌数能够得到有效保证，把成形颗粒通过输送带传送到烘干机，进行低温烘干，烘干机的温度控制在40 ℃进行恒温烘干，然后输送到计量包装称进行包装，最后成品入库待售。

2 作用和意义

1)可以彻底消除沼气工程所产副产物不能及时处理所造成的二次污染以及资源浪费；对沼渣、沼液实现高效回收利用，实现污染控制最小化、效益最大化目标。促进大中型沼气工程的发展，对实现沼气产业可持续发展具有重要意义。同时，在改善农民生活、生产环境，乃至改善区域水环境和全球大气环境等方面效果显著。

2)可以无害处理畜禽粪便以及农业有机固体废弃物和各种垃圾等资源，对其进行资源化再利用，同时还将以商品肥形式走向市场，供应更广泛地区的用肥需求，并获取更大的经济回报，实现了畜牧养殖和作物种植科学地结合在一起，农业生产与农民生活合理地结合在一起；在促进农民增收，农业生产结构调整和农业与农村经济的可持续发展方面起到了重要的作用。

3)为绿色有机农业提供可靠的物质保证，可改良土壤和农作物品质，达到增产增收的最大化，为推动中国绿色农业革命新高潮做出更大的贡献。

4)使生物有机肥的生产和使用向工厂化、专业化、商品化、社会化方向迈进一步，并将逐渐替代化肥，对推动循环农业建设、开发绿色食品、发展质量效益型农业、改善农业生态环境都具有十分重要的意义。

3 结 语

如沼肥深加工能够实现规模化生产，它不仅能为项目建设单位带来较好的经济效益，又有显著的生态效益和社会效益，所产生的综合效益在社会各个领域上都显现出了举足轻重的地位，显示出其它产业无法比拟的强大优势，是实现农业工业化、农村城镇化、农业产业化的重要措施，对促进农村经济发展具有十分重要的意义,对推动中国绿色农业建设具有深远的影响。

[1] 姜立杰.沼肥的功效及施用禁忌[J].现代农业科技，2011(23)：316-316.

[2] 王晗.论沼肥在农业植保生态系统中的作用[J].现代农业科技，2009(3)：147-149.

[3] 张国治，吴少斌，王焕玲.大中型沼气工程沼渣沼液利用意愿现状调研及问题分析[J].中国沼气，2010(1)：21-24.

[4] 霍翠英，吴树彪，郭建斌.猪粪发酵沼液中植物激素及喹啉酮类成份分析[J].中国沼气，2011(5)：7-10.

[5] 李典亮，谢放华.对生物有机肥生产工艺选择的几个问题的思考[J].土壤肥料,2004(4):44-45.

[6] 矫云学，赵国明，袁存亮.旋切式槽用翻抛机的设计与研究[J].农业与技术，2010，30(4)：142-144.

[7] 矫云学，赵国明.双轴搅拌砼膜槽秸秆沼气反应器的研究[J].农业与技术,2010，30(5)：126-128.

[8] 徐泽敏，赵国明，牟莉.秸秆沼气工程湿法发酵工艺参数优化研究[J].农机化研究，2014(11)：218-221.

[9] 张昌爱，刘英，黄萌.秸秆原料C/N比调节对沼气产气状况的影响[J].山东农业科学，2010(1)：67-70.

Production process and equipment of green bio-organic fertilizer

FU Yan-hui

(Jilin Academy of Agricultural Machinery, Changchun 130022， China)

The application of biogas fertilizer(bio-organic fertilizer), and especially, the fermentation equipment and production processes of the organic fertilizer are studied. It is meaningful to standardize, commercialize and socialize the utilization of the bio-organic fertilizer.

bio-organic fertilizer; garage-type fermentation tank; three drum dryer; microbial.

2014-07-19

吉林省属科研院发展专项基金(吉财教指[2010]1552号)

符艳辉(1972-)，女，汉族，吉林长岭人，吉林省农业机械研究院高级工程师，主要从事机械设计、农业废弃物资源管理与利用、农业生态与环境保护等方面的基础理论和应用技术研究,E-mail:fuyilin1019@163.com.

S 144.9； TH 14

A

1674-1374(2014)06-0708-05