利用糠醛渣制备含腐殖酸有机肥生产工艺的研究

豆亚妮，张院萍，崔　刚，张国兰

(宁夏共享生物化工有限公司　宁夏银川　750200)



利用糠醛渣制备含腐殖酸有机肥生产工艺的研究

豆亚妮，张院萍，崔刚，张国兰

(宁夏共享生物化工有限公司宁夏银川750200)

摘要利用微生物发酵技术发酵腐熟糠醛渣，使其中的纤维素等大分子有机物质降解为易被植物吸收的小分子有机物质，如腐殖酸等;腐熟的糠醛渣依次经皮带秤、造粒机、干燥机、冷却机、筛分机和包装机完成有机肥的生产。该技术利用糠醛行业的废渣、废水和化工原材料制备有机肥，变废为宝，实现了资源的综合利用。

关键词糠醛渣发酵有机肥生产工艺研究

Study of Production Process of Organic Fertilizer Containing Humic Acid with Furfural Residue

Dou Yani, Zhang Yuanping, Cui Gang, Zhang Guolan

(Kocel Biology Chemicals Co., Ltd.Ningxia Yinchuan750200)

AbstractBy microbiologic fermentation technique, the furfural residue is fermented and composted maturity, its cellulose and other macromolecular organic matters are degraded into small molecule organic matters, such as humic acid, which is easily absorbed by plants; the matured furfural residue orderly passes through belt conveyer scale, granulator, drier, cooler, screening machine and packer, the organic fertilizer production is completed. The technology uses waste residue, waste water from furfural industry and chemical raw materials to prepare organic fertilizer, turning “waste” into wealth, realizing the comprehensive utilization of resources.

Keywordsfurfural residuefermentationorganic fertilizersproduction processstudy

糠醛渣是以玉米芯、玉米秆、稻草和麦秸秆等农副产品的下脚料为原料制取糠醛后所残留的固体废物。我国是糠醛生产和出口大国，年生产量约为300 kt，每生产1 t糠醛约排出12～15 t废渣，所以每年排出的废渣量达数百万吨，这些废渣逐渐成为制约糠醛行业发展的瓶颈[1]。采用微生物发酵技术，可将糠醛渣中的纤维素大分子降解为小分子有机物质，如腐殖酸等。与从风化煤中提取的腐殖酸相比，该腐殖酸的优点：分子小、活性高，更有利于植物吸收；不含重金属，对土壤和植物安全。

腐殖酸是一种天然有机高分子化合物，是腐殖质的主要组成部分，主要由有机生物死亡后经生物降解产生。经大量田间试验证实，腐殖酸除了具有改良土壤、增效化肥、刺激植物生长等作用外，在增强植物抗逆性、培育种子发育、增加土壤田间持水量、促进土壤中有益微生物生长、抑制病原微生物的产生、改善土壤微生态环境等方面也有重要作用[2]。

近年来，因大量施用化肥而造成土壤板结、退化、肥力下降、微生物含量降低、有害菌大量繁殖等，致使肥料利用率下降、农产品产量减少和品质降低、农户经济收入水平提高困难，改善土壤物化性质、增肥地力、提高化肥利用率已成为广大农户的迫切需求。利用工业废弃物糠醛渣生产含腐殖酸有机肥，可实现变废为宝和资源综合利用，既解决了糠醛行业糠醛渣的处理难题，又充分利用了糠醛渣中的腐殖酸等有机物质，为改善土壤物化性质、提高农产品品质和增加农民收入提供了保障。

1试验材料和设备

1.1试验材料

糠醛渣发酵阶段：糠醛渣(自产)，尿素，HM发酵菌剂(活性菌50亿个/g)。

肥料生产阶段：腐熟糠醛渣(自产)，尿素，磷酸一铵或过磷酸钙，炉灰(自产)。

1.2试验设备

皮带输送机，配料秤，LSSHJ800双联搅拌机，YPLJ- 1800离心高效制粒机，Φ1 600 mm×24 000 mm烘干机，Φ400 mm闭风器，风机，Φ1 500 mm×12 000 mm冷却筒，SKFZ振动筛(规格为1.2 m×2.2 m，筛孔Φ4.75 mm)，立式粉碎机，BZJ- 50包装秤。

2试验方法

糠醛渣是用玉米芯生产糠醛后的残渣，其本身残留有植物所需要的部分营养元素(重金属含量见表1)，但有机质和腐殖酸含量均较低(质量分数分别为40%～50%和5%～10%)，所以需通过微生物发酵技术提高其有机质及腐殖酸含量。有机堆肥发酵的核心因素是微生物的活动，通常需接种复合菌剂以增强多种微生物的协同作用。通过对多种菌剂进行试验筛选，结果发现HM发酵菌剂的发酵效果最为突出。

表1糠醛渣重金属检测结果

检验项目检测结果/(mg·kg-1)总铅(以Pb计)0.9总砷(以As计)1.0总镉(以Cd计)未检出总铬(以Cr计)14.0总汞(以Hg计)未检出

堆肥中，微生物活动最适宜的条件是湿度45%～55%、温度35～55 ℃、pH 6.0～7.5、含氧质量分数应大于8%、底物的碳氮比为25～30∶1[3]。糠醛渣的pH约为4.0～6.0，碳氮比为80～88∶1，本身不能满足发酵处理的初始参数要求，故一般需进行原料的预处理和过程工艺条件控制。

本技术采用尿素调节碳氮比，通过人工喷洒自来水调节水分含量，利用玉米芯水解废水调节pH，并添加微生物菌剂，在正常翻堆的情况下进行好氧发酵。通过分析研究，主要考察碳氮比(A)、水分质量分数(B)、发酵时间(C)和加入菌剂质量分数(D)4个影响因素，并且在理论范围内合理设计3个水平进行试验。发酵处理的影响因素及基本参数见表2。

表2发酵处理的影响因素及基本参数

影响因素水平123A(碳氮比)253035B(水分质量分数/%)405060C(发酵时间/d)405060D(加入菌剂质量分数/%)0.10.20.3

(1)发酵过程管理

各处理准备1 t原料，堆成锥形堆体，早、中、晚各测1次温度，当平均温度达到50 ℃时开始第1次翻堆，待温度再次上升至50 ℃以上时进行第2次翻堆。依次重复，通过翻堆来控制堆体温度不超过70 ℃。过了高温阶段后，堆体温度不再上升，即停止翻堆。

评价指标：总腐殖酸含量。

(2)有机肥料的制备

将腐熟的糠醛渣、尿素、磷酸盐、炉灰按照配方设计流量，经皮带输送机输送至搅拌机进行混合，混合料经挤压造粒和离心设备后依次进入烘干机、冷却机和筛分机，最后进行包装和检测。

评价指标：水分，粒度合格率，氮、磷、钾养分含量，pH，有机质和腐殖酸含量。

3结果分析

3.1发酵结果分析

对A，B，C和D 4个影响因素设计3个水平开展L9(34)正交试验，以总腐殖酸含量作为评选最优条件的唯一指标。糠醛渣发酵阶段部分试验结果及分析见表3。

由表3可看出，各影响因素的主次结果为D>A>C>B，最优组合为A2B2C3D2，即碳氮比为30∶1、水分质量分数为50%、发酵时间为50 d、

表3糠醛渣发酵阶段部分试验结果及分析

试验序号影响因素ABCD含腐殖酸质量分数/%12540300.134.95022550400.240.22532560500.338.17543040400.341.32553050500.140.37563060300.239.62573540500.240.65083550300.338.92593560400.136.425腐殖酸K137.7838.9837.8337.25K240.4439.8439.3240.17K338.6738.0739.7339.48标准差2.661.771.902.92排序2431

加入菌剂质量分数为0.2%时，腐熟糠醛渣中腐殖酸含量最高。但考虑到工业生产的实际情况，发酵时间应尽量控制在50 d以下。

综上所述，得出糠醛渣发酵的最佳初始条件见表4。另外，颗粒直径为糠醛渣本身粒径(Φ2～3 mm)。

表4糠醛渣发酵的最佳初始条件

项 目合理范围最佳范围碳氮比25～3528～32水分质量分数/%40～6045～55发酵时间/d40～6040～50加入菌剂质量分数/%0.10～0.300.15～0.25

3.2有机肥生产结果分析

根据生产车间现有设备对3个不同的肥料配方进行设计，依据生产是否顺利、产品外观以及养分含量是否合格等调整工艺参数，并在小范围内改变配方以优化生产情况。有机肥试生产过程控制参数及检测结果分别见表5和表6。

从表5可看出，为了使生产顺利进行，在原始配方的基础上通过小范围的工艺参数调整，产品养分、粒度和pH均合格。

表5有机肥试生产过程控制

肥料配方炉灰/(kg·min-1)磷酸盐/(kg·min-1)尿素/(kg·min-1)糠醛渣/(t·h-1)炉头温度/℃8-5-341.508.912.810.8450～50041.108.912.611.1480～52040.808.711.411.5450～4805%有机肥50.005.0580～62050.003.76.5600～64061.666.7600～67012%有机肥8.2011.03.3420～4508.0011.33.1480～5208.5010.93.5500～550

表6有机肥检测结果

肥料配方w(N)/%w(P2O5)/%w(K2O)/%w(有机质)/%w(腐殖酸)/%w(H2O)/%pHΦ1.00～4.75mm颗粒质量分数/%8-5-38.685.513.2831.369.971.786.6195.158.105.114.0631.6410.540.756.3797.158.065.233.7940.5311.112.585.9699.555%有机肥1.220.774.9852.1716.454.786.7498.153.141.204.7645.3217.283.456.7497.851.010.614.3364.7221.824.686.6696.7012%有机肥9.690.172.7667.0326.351.786.2395.8510.280.172.3069.7319.573.815.9094.959.450.182.8376.8021.081.496.2799.25

4讨论

(1)糠醛渣发酵腐熟的核心因素是微生物的活动。微生物活动对其所处的环境非常敏感，其最适宜的环境条件：湿度45%～55%，温度35～55 ℃，pH 6.0～7.5，含氧质量分数大于8%，底物碳氮比25～30∶1。糠醛渣作为生物质水解过程中产生的废弃物，pH为2.0～3.0；作为一种生物质类废弃物，含有大量的纤维素、木质素等，其碳氮比远大于30∶1。所以，为了能使微生物正常生长活动，从而将大分子有机物转化为易于植物吸收的小分子有机物(如腐殖酸等)，需加入辅助物质调节,以使发酵体系适合微生物生存。

(2)糠醛渣含水分质量分数一般应控制在20%～30%，如果水分含量过高，在造粒过程中会溶解尿素，使混合物料黏度增大，从而堵塞造粒

机。炉灰是糠醛渣燃烧后的残渣，其pH在9.0～10.0，含氧化钾质量分数在5.0%～7.0%，故可利用炉灰代替化工原料硫酸钾，同时中和糠醛渣的酸度。随着糠醛渣含水量升高或糠醛渣占混合物料的比例增大，烘干肥料的温度就越高，燃煤消耗量就会增加，从而提高生产成本。因此，具体工艺参数须根据实际生产线，尤其是造粒机的类型，通过不断摸索调试，才能最终达到使生产稳定、产品合格的目的。

参考文献

[1]王素芬，苏东海，周凌云.废物糠醛渣的农业利用研究进展[J].河北农业科学，2009(11)：97- 99.

[2]曾宪成，李双.大美腐植酸，开展生态文明(环境)建设应当标先——腐植酸是地球碳循环的重要一环[J].腐植酸，2013(6)：1- 14.

[3]刘芳，叶滨恭.有机垃圾好氧堆肥过程中微生物生长适应条件的研究[J].重庆环境科学，2003(12)：56- 58，67.

(收稿日期2015- 10- 12)

中图分类号:TQ444.6

文献标识码:A

文章编号：1006- 7779(2016)02- 0025- 03

作者简介：豆亚妮(1989—)，女，助理工程师，从事生物化工方面研究；douyani2008@163.com。