農業廢棄物在農業綠色循環發展中的應用

2018-12-19 09:16:02王強強周良田王鳳娟

綠色科技 2018年19期

王強強，周良田，王鳳娟，季愷

(中聯重機股份有限公司,安徽蕪湖 241080)

1 農業廢棄物現狀

目前農業生產過程中產生的農業廢棄物缺少有效處理手段，對環境污染影響較大，秸稈焚燒導致空氣污染，秸稈綜合利用處理能力不足等問題。隨著國家相關部門與地方政府的積極推動和大力支持以及國內打捆機的發展，秸稈焚燒現象得到了緩解。但秸稈利用率很低，只有不到20%的秸稈被用于發電、生物燃料、養畜等。其余80%的農作物秸稈焚燒導致空氣污染，要么在田間地頭堆積腐爛，要么在河道內污染水源。中國農業資源環境遭受著外源性污染和內源性污染的雙重壓力，農業可持續發展遭遇瓶頸。農業廢棄物處理都是采用掩埋、焚燒、丟棄、直接還田、田頭堆漚、工廠化堆肥等方法，發酵慢，溫度低，很難殺滅病蟲害，沒有進行合理的配比，肥效低，處理時間長，場地占用大，露天處理，下雨后污水四流，二次污染大，易引發環境事件，造成資源浪費。

同時，農田還存在著大量使用無機化肥造成污染的問題。大量無機肥中含有大量的重金屬，主要有Zn、Cu、Co和Cr等。長期使用造成土壤中重金屬元素富集，危害人體的健康。土壤微生物具有轉化有機質，分解礦物和有毒物質的作用。國內施用的無機肥中以氮肥為主，而磷肥，鉀肥和有機肥的施用量低，這會降低土壤微生物的數量和活性。另外長期施用無機肥會加速土壤酸化，加速Ca、Mg元素從耕作層淋溶，從而降低鹽基飽和度和土壤肥力。

隨著世界貿易一體化進程加快，中國農業產品正在大量走出國門，人們也更加關注食品的安全，健康，綠色。生物肥料的發展為中國提供了市場機遇，能夠滿足中國有機農產品對有機肥的需求，一方面為農民朋友提供了就業崗位，另一方面農產品種植成本低，售賣價格高，為農民增加的收入。

2 農業廢棄物肥料化利用具體措施

本應用是一種以秸稈、糞污為原料的生物有機肥料，在秸稈中加入大量畜禽糞便后在 40 ～70 ℃發酵時間為5～7 d制備供農業循環生產的有機肥料。采用本應用發明的秸稈肥料的生產工藝流程配方，可以解決現有生產工藝中添加大量礦物質肥料，生產周期長的問題。

本應用方案的一個方面提供了一種秸稈有機肥料的制備方法，其特點在于，包括如下步驟：比例確定步驟，根據碳氮比，確定秸稈和人或動物糞便的比例；加濕步驟，根據所確定的比例，將秸稈和人或動物的糞便加入發酵器并進行加濕；預熱步驟，使秸稈和人或動物的糞便組成的物料的溫度達到預熱溫度；菌種加入步驟，加入菌種；發酵步驟，進行發酵。二次發酵步驟，講物料從發酵器中取出，在防風防雨環境中堆放5 d以上進行后熟。

根據本應用方案的另一方面，提供了一種秸稈有機肥料，其特征在于，所述的秸稈有機肥料原料包括如下質量份數的主要原料：秸稈120～150份、人或動物糞便120～150份、氮肥1.0～1.4份和復合菌種0.1～0.3份。

本應用方案能夠完全滿足農業循化綠色發展的需要，制備的綠色有機菌肥的肥效好，在果蔬的種植中可以完全替代化肥，保證了果蔬的品質，改善了土壤結構。在有機糧食的種植中可大大降低化肥的使用量，保證了有機糧食的品質，改善了土壤結構，是循化農業綠色生產的重要助力。

在有機糧食的種植中可大大降低化肥的使用量，保證了有機糧食的品質，改善了土壤結構，是循化農業綠色生產的重要助力。

圖1示出了根據本應用方案一種實施方式的秸稈有機肥料的制備方法的示意性流程圖。如圖1所示，首先在步驟S1確定秸稈和人或動物糞便的比例。

圖1秸桿有機肥料的制備方法的示意性流程

可以根據碳氮比C/N來確定秸稈和人或動物糞便的比例。碳氮比C/N是指物料中含C的總量和含N總量之比。不同的材料碳氮比不同。碳氮比值越低的物質，氮營養成分越高，越容易分解。反之，則氮營養成分少，纖維物質多，而難以分解。在制肥生產中，選擇合適的碳氮比即選擇不同物料的合理比例。一般選擇碳氮比為20～25∶1較為合適。比例過高，則增加氮的含量，這可以通過增加人或動物糞便在整個配方中的質量比來實現，如果比例過低，則增加C的含量，這例如通過增加秸稈在整個配方中的質量比來實現。不同的地方采用的原材料不同，生產前，必須通過計算，才能確定合適的碳氮比。

根據一種實施方式，在配方中增加一定質量比例的氮肥。氮肥所占配方總質量的比重一般不超過1%，優選地，不超過0.7%。隨后，在步驟S2，根據步驟S1所確定的比例，將秸稈和人或動物的糞便或氮肥(如果需要的話)加入發酵器并進行加濕。

根據另一種實施方式，還根據所述比例的秸稈和人或動物糞便的混合物的酸堿度(pH值)來確定是否添加酸堿調節物質以及所需添加的酸堿調節物質的用量。有機肥標準中pH值5.5～8.5，配料時，對物料的pH值應當測定，控制在6～7之間為好，發酵過程中pH值會先酸后堿的變化。用酸堿度試紙測定pH值，如果物料的pH值低于5.0，則在發酵過程中，微生物會分解一些有害和有毒物質，如亞硝酸鹽，對作物生長不利，需加生石灰；如果pH值過高，則氮會以游離態的氨氣從物料中揮發，從而降低肥料的肥效，需加腐殖酸(生石灰和腐殖酸在上料階段添加添加)。

秸稈是粉碎后的秸稈，秸稈的顆粒大小、粗細程度影響物料的疏松度。物料粒度直徑0.5～1.2 mm、長度3～10 mm為宜。物料太細的疏松度不夠而不利于氧氣的交換。物料太粗不利于微生物表面吸附，肥料腐熟時間長。一般來說，物料處理為小于20目的占物料的1/3。難于腐熟的物料(含木質纖維多)應該處理得細一些，如稻草、谷殼等粒度直徑0.5～0.8 mm，長度3～6 mm為宜。玉米、小麥物秸稈等可以粗些，粒度直徑0.8～1.2 mm，長度3～10 mm為宜。

發酵物料的初始水分控制在55%～65%之間，一般冬季控制水分低一些(物料放在手里用力捏，沒有水滲出，但手掌有明顯的水跡)，夏季可以高一些(物料放在手里用力捏，有微量水滲出)。初始物料水分過低，隨著發酵時間的推移，水分會更低，微生物繁殖會受到影響，物料的腐熟變慢甚至停止。物料水分過高，會直接影響物料的孔隙度，氧氣的滲入減少，好氧微生物繁殖變慢，厭氧微生物繁殖加快，導致肥料發臭，滋生蚊蠅。后期降水也困難，延長肥料生產的周期。

可以把秸稈和人或動物的糞便(以及某些實施方式下的氮肥)按比例加入到發酵器中，然后加濕。也可以先加入秸稈，并進行加濕，然后在加入人或動物的糞便，再次進行加濕。然后，在步驟S3進行殺菌。殺菌可以通過把發酵器中的溫度提高到80 ℃，持續15 min來完成。也可以采用其他的溫度、持續稍短或更長的時間。殺菌的步驟不是必須的，對于某些地區的人或動物的糞便或者根據置信度的要求，可以不進行殺菌。接著在步驟S4，使物料溫度達到預熱溫度。預熱溫度在40～65 ℃之間。如果之前采用了殺菌的步驟，則溫度從殺菌溫度(例如80 ℃)下降到該預熱溫度，如果沒有進行殺菌步驟，則需加熱到預熱溫度。預熱溫度可以根據情況調節。

然后在步驟S5加入菌種，菌種通常為復合菌種。復合菌種可以按照秸稈重量的0.1%～0.3%的比例添加。對于復合菌種，有機肥料生產中的微生物種類很多，它是一個復合體系。主要有真菌類，包含霉菌和酵母；細菌類如芽孢桿菌；放線菌類如鏈霉菌、根瘤菌等。其中有低溫菌、高溫菌、好氧菌、厭氧菌，各種微生物在不同的環境下發揮各自不同的作用?？梢愿鶕璧陌l酵腐熟快慢和有機肥的質量來進行復合菌種的選擇。在步驟S6進行發酵。發酵溫度在40～70 ℃之間，優選在60～70 ℃。常規的有機肥發酵工藝，溫度由低溫變高溫需要很長的時間，而通過高溫殺菌后，物料的溫度已經很高了，微生物菌種可以快速增殖從而加快了發酵進程。經實踐證明物料發酵的適宜溫度為60～70 ℃，最高溫度不得超過75 ℃。在一定范圍內，溫度低發酵慢，溫度高發酵快。

應用方案的方法還包括補水步驟，在發酵過程中，監測物料的濕度，如果低于預定閾值(例如低于50%)，則進行補水加濕，使物料濕度保持在50%～70%。使用設備生產有機肥，是好氧發酵過程，整個生產過程中都會需要有補充足夠的氧氣，以利于好氧微生物的快速生長繁殖促進物料快速腐熟，一般以10%～15%通氧量為宜。(通氧量：①通氧量的定義是1 min進入發酵罐的純氧體積;②10%～15%體積百分比，即以發酵罐體積為100%計算通氧量；③通氧風機的風量計算得出。)最后，在步驟S7進行二次發酵(后熟)：設備中完成肥料主發酵(一次發酵)后，物料中容易分解的物質大部分已經分解，但很多高分子物質如木質纖維等難以分解，需要進行二次發酵，也叫做后熟，這一過程是使難以分解的纖維素、木質素在微生物的作用下得以緩慢分解，從而變成農作物易于吸收的有機養分。

3 農業廢棄物肥料化利用案例

供蔬菜生長的秸稈肥料，秸稈1300 kg、雞糞1300 kg、尿素12 kg、復合菌種3 kg。先將秸稈粉碎到10 mm以下長度，按下列制料工藝流程表執行。

依據本方案方法的一些實施例1～4示例見表1～4，制得的秸稈肥料的性能檢測見表5。

在以上的實施例中，為了實現果蔬生長的需要，本方案采用的秸稈肥料原料配方：秸稈1300 kg、雞糞700 kg、氮肥12 kg、復合菌種3 kg。但這只是示例性的，雞糞可以被人或其他動物的糞便代替，例如牛、羊、豬、鵝、鴨等糞便。所述秸稈可以為玉米、水稻、小麥等農作物秸稈。所述氮肥為一般為尿素，主要作用為：調節秸稈與雞糞的碳氮比，不足時適量添加。所述復合菌種包括低溫菌、高溫菌、好氧菌、厭氧菌這些復合屬性微生物，配比為3∶3∶3∶1。實踐表明，低溫菌、高溫菌、好氧菌、厭氧菌的配比可以為2～4份∶2～4份∶2～4份∶0.5～1.5份(質量份)。