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農作物秸稈有機肥與農業新質生產力研究

放大字體??縮小字體 發布日期:2024-04-05??瀏覽次數:34438


       
中國秸稈網綜合報道,很久,很久以前,人類發覺將農村植物廢棄物(枯枝葉、農作物秸稈、雜草等)與人、畜、禽糞便混合后,經過一段時間會產生熱氣,物質漸減量,顏色逐漸變成深褐色,而質地呈現蓬松狀態,爾后施于土壤中,能夠提高作物的產量與質量。因為是經歷堆漚過程轉化成可促進植物生長之物質,故將之稱為堆肥(或漚肥、農家肥、廄肥)。爾后也發覺可做原料的種類諸多(如表一),但多為有機物質,因此也稱之有機肥料。



表一、有機肥原料分類

    分類

原料

禽畜糞

各類禽畜,如豬、雞、牛、鴨、羊及鵝等糞便。

動物性

屠宰場下腳料、屠宰場廢棄物(羽毛、皮毛、廢棄內臟等)、動物食品加工廠污泥、肉類及水產市場廢棄物等。

植物性

農業廢棄物(稻稈、雜草、樹葉、樹皮、木屑、蔗渣、食用菌廢料及花生殼等)、植物食品加工廠副產物(豆餅渣、食品污泥及中藥渣等)、果菜市場廢棄物(果皮、蔬菜葉、腐爛水果及蔬菜等)。

都市有機垃圾

家庭、餐廳、學校、監獄、醫院及軍隊等所產生之餐廚垃圾。


二、發展歷程

后來經歷持續的實施后,也發覺其時程與質量主要有幾項密切的關聯要素:(1)原料比例(或碳氮比,C/N)(2)水分含量,(3)空氣(氧氣)的供應,(4)溫度及(5)酸堿度的控制等。日后的研究也了解,堆肥實質上是廣泛存在自然界的微生物(包括細菌、真菌、放線菌等),經歷生長與繁殖的生理代謝,利用分泌的酵素()分解有機物質而向穩定的礦質化與腐殖化的生物化學反應過程。
我國的有機肥技術也因產業需求由人工逐漸往機械化工藝發展。產業發展趨勢如下:

()翻拋機工藝

初期的堆肥生產過程僅仰賴人力實施,但為了提高效率,人們開始往兩方面發展:(1)開發替代人力的生產設備及(2)發酵劑。發酵劑主要功能成分為生物酶與益生菌群,可促進發酵、降低臭味,且達到縮短制程與提高質量之作用。
在設備開發方面,上世紀中葉,德國巴克斯(Bacchus)公司首先研制出改善供氧和物料混合的機器設備,稱之為翻斗車。自此翻斗車在市場上迅速發展,成為處理畜禽糞便廢棄物的重要設備。而現代堆肥翻拋系統的開發可追溯于20世紀中期,以德國、美國等為代表,較早對翻拋系統投入研究。與傳統的堆肥方法相比較,機械化設備得到了廣泛的應用,同時采用了良好的堆肥工藝模式,進一步提高了堆肥的速度和處理量。
我國最早的一臺翻拋機是在上世紀末(1994年)自德國巴克斯(Bacchus)公司引進,用于處理豬糞制成有機肥料。我國自本世紀初即逐漸盛行翻拋機,成為有機肥產業最重要的生產設備。經歷二十余年的發展,國內已有具備自行生產系列翻拋機能力,目前專業有機肥廠使用的翻拋機主要如下三種:

(1)槽式翻拋機:適用于槽式堆肥,通過槽內的翻拋裝置將物料翻拋均勻,促進發酵過程。此機種型號、規格多,目前占據翻拋機的最大市場份額。

 

(2)鏈板式翻拋機:通過鏈板結構將物料翻拋,具有翻拋面積大、深等特點,但單價往往高于槽式翻拋機。

 

(3)輪盤式翻拋機:也稱葉輪式翻拋機,適用于處理大量物料。翻拋橫跨寬度可依據需求定制,近年來市場份額有增加趨勢。

翻拋機的開發雖能使有機肥產業由人工至機械生產邁前一大步,但僅在“自然條件下”翻動原理達到混合原材料、提供通氣功能,其對于發酵反應的效益有限,因而以翻拋機為唯一發酵設備的工藝流程(雖有其他諸多設備,但皆與發酵無直接關聯,諸如攪拌機、干燥機、冷卻機、篩分機、輸送機、包裝機及造粒機等),普遍呈現出,臭氣熏天、環境惡劣;且制程長(2~4個月)、產能小、占地廣及經濟效益低等為人詬病的缺點,并無法符合現階段產業需求與要求。

()有機肥(立式)發酵罐

有機肥發酵罐的發明可以追溯到19世紀70年代,德國微生物學家Schulze在其實驗室中發明了一種高效的發酵罐,此被視為現代實驗室發酵罐的前身。盡管早期的設備主要用于實驗室研究,但到了20世紀60年代,發酵罐開始應用于有機肥產業之中。

 

相對于自然環境條件下進行發酵的翻拋機工藝,有機肥發酵罐設計原則在于,相對密閉空間,以人為能耗供應氧氣(通氣)、持續攪拌、或提供熱能,并加入發酵劑,創造了優于自然環境的發酵條件。其優點可以大大縮短制程時間、減少臭味產生及用地面積,一度為國家編列購買設備補助款,極力推廣。但多年的產業實施,卻驗證因其成本過高(能耗、設備價格)、處理量小、質量難達預期效果等問題,無法產生實質的經濟效益,甚或產業價值不及翻拋機,而逐漸遭受屏棄。

()納米膜發酵技術

翻拋機及發酵罐工藝皆無法滿足我國每年龐大亟待處理的畜禽糞污及普遍貧瘠的耕地亟需大量有機肥改善的產業需求,因此依然需要開發或引進新設備工藝。
國內現階段另一有機肥發酵工藝,“納米膜發酵技術”,最早出現于20世紀80年代的德國,是由Baden-Baden推出的好氧發酵靜態條垛堆肥方法。我國于本世紀初引進納米膜發酵技術,且逐漸有實施案例,其主要是利用會透氣,但防水的特殊材質覆蓋經調節水含量及碳氮比等的混合堆體,經過曝氣裝置提供氧氣。其優點包含:固定投資成本低(省卻大部分土建工程)、能耗低(具備保溫效果,無需提供額外熱源)、運行成本低(覆蓋后無需人工操作)。缺點是混料前處理,耗費人工與時間;發酵為靜置狀態,混料不均,影響成品質量;批次生產,一次性處理一定量(少則數十噸,多則上百千噸),工藝流程間斷不易形成自動化流水線。

三、有機肥產業的“新質生產力”

如個人多次表述,我國有機肥技術水平不足,難以符合現階段及未來產業需求與要求,其中最具體的技術指標即是“制程產生惡臭味”。
任何一種優秀、符合產業要求的技術開發,開發者往往需要兼具豐富的學理基礎知識及產業實踐經驗。對于我國有機肥產業而言,在國家長時間政策大力支持及產業發展下,二十余年來建設數以萬計的有機肥廠,可謂積累了豐富的產業實踐經驗。所以如今有機肥技術水平不足,原因并不在于實踐經驗,而是開發者缺乏了豐富的學理基礎知識。
有機肥技術需要什么學理知識?如上文所言,有機肥發酵,實際上是微生物,經歷生長與繁殖的生理代謝,利用分泌的酵素()分解有機物質,向穩定的礦質化與腐殖化的生物化學反應進行過程。因此有機肥技術所需要的學理知識主要包含了:基礎微生物學(分類、特性分析、生長條件與因子等)應用微生物學(適用于有機肥發酵菌種,其特性分析等)、生物化學及酵素學等。

 

國內有機肥技術經歷二十余年的努力,實際上也有所進展,如縮短制程、提高質量、降低生產成本及提高機械化程度等,但對于困擾最大的臭味問題卻始終沒有得到有效解決,或幾乎是一籌莫展的地步,甚或許多國內專家認為臭味的產生是有機肥發酵過程中無法避免的。然而,導致這樣的產業現況,個人認為主要原因在于基礎知識不足所致。
如何除臭?在解決這問題前即必須了解,臭味氣體產生的原理?業界有多少人能夠正確的回答這問題?或另一個與制程效益有關的問題:好氧發酵需要供應氧氣,但對于負責發酵反應的微生物,需要在單位時間及單位體積內供應多少氧氣才足夠?以上兩個問題若未能正確回答,自然導致無法突破一直處于“臭氣熏天且制程時間長”狀態下的技術瓶頸。

 

依據我國產業發展需求,怎樣的技術水平才能符合有機肥產業,以科技創新發揮主導作用的生產力,具備高科技、高效能及高質量,“三高”特征的“新質生產力”?這當然需要制程時間短,及時除臭,發散發酵香氣,對環境友好并且能夠產生高經濟效益的“高效有機肥技術”!

表二、我國有機肥主要工藝比較


翻拋機工藝

發酵罐工藝

納米膜發酵技術

高效有機肥技術

制程時間

2~4月

25~40天

30~45天

~8小時

臭氣

濃郁

降低

香氣

淡淡發酵香氣

原創發明人

德國人

德國人

德國人

中國人(的民族品牌)

新質生產力

未符合

未符合

未符合

符合

注:制程時間以達到有機肥行業標準NY/T 525-2021的腐熟度技術指標為標準。~8小時制程,即表示當日產生的有機污染物(畜禽糞便或生活污水廠污泥等)當日即可制成品。

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