红薯废弃物源头处理技术方案

武汉市农业科学院农业机械化研究所 张俊峰 张唐娟 杜铮 秦彩 刘珂 郭翔 刘海

红薯废弃物源头处理技术方案

武汉市农业科学院农业机械化研究所 张俊峰 张唐娟 杜铮 秦彩 刘珂 郭翔 刘海

红薯是中国四大粮食作物之一，种植在我国大部分地区，分布面积大、产量高，资源十分丰富。红薯的主要食用部分为红薯块根，红薯茎尖虽然也可以食用，但比较老且食味苦涩。近几年武汉市黄陂区推出特色品种江城薯尖，主要食用部分为茎尖鲜嫩的部分，营养价值丰富，口感独特，打出黄陂薯尖的口碑。

红薯废弃物产量较多，现有的处理技术落后，绝大部分直接丢弃在田间地头，造成生物质资源的浪费，同时影响生态环境，随着人们对绿色环保生活理念认可，农业生物质资源的循环利用被人们广泛接受，迫切需求从源头上处理利用废弃物的技术，解决由于蔬菜废弃物随意倾倒和直接堆置带来的资源浪费，最大限度地减轻农业面源污染并实现生产环节的价值增值，寻求红薯废弃物的源头处理技术具有重要的现实意义。

1 红薯废弃物处理技术

红薯废弃物的纤维素含量及水分含量高，不利于保存和运输，常见的有以下几种处理方式。

1.1 饲料

常见的处理方式是将红薯秧从根部以上斩断，收集拖运至养殖场，直接作为牛羊等畜禽动物的饲料。由于红薯秧田地分布零散，收储运难度大，且未经处理，动物直接食用新鲜的茎蔓，可能会因为其上携带虫害或者生物农药导致畜禽生病。而且一旦茎蔓枯萎，牛羊则不喜食用，造成严重浪费，也可以将红薯秧作为原料添加其他营养物质合成制作动物饲料，此种方式需要增加额外成本，红薯废弃物的处理量也较小。

1.2 堆置

红薯秧从根部以上斩断后，直接堆置在沟边是最简便的处理方式，然而由于废弃物的纤维素和水分含量均较高，气温较高时极易造成叶片腐烂发臭，茎秆却难以降解，雨水冲洗造成二次污染，破坏人类自身的生存环境。

1.3 厌氧消化

厌氧消化是各种有机物在无氧条件下，被各类专性厌氧菌群和兼性厌氧菌群分解转化，最终产生沼气能源和沼液沼渣有机肥的过程。红薯废弃物的厌氧发酵也是一种能源化处理的方式，但是在实际应用中会出现以下问题：废弃物密度小，质量轻，投料比重小，占用容积大，很少或不能吸附沼气池中的水分，因此不沉淀，绝大部分悬浮在沼气池上层，经过一段时间的发酵变成絮状，导致气体无法从顶部出气口排出，或排出时带出大量的悬浮层杂质，后续气体的使用及提纯困难；薯尖废弃物的降解程度较差，产气量少，降解时间长，占用沼气池池容，且由于废弃物的收集周期短，集中处理困难；若需换料则排料困难。

1.4 肥料化

肥料化处理也就是好氧堆肥，是将红薯废弃物，在一定湿度、C/N和通风条件下，通过好氧微生物的高温发酵作用和酶活性加速有机物的生物降解和转化，最终使有机物腐殖化和稳定化而变成腐熟肥料的过程。堆体最高温度一般可以达到50～70℃，又称为高温堆肥。肥料化处理红薯废弃物也是较好的实现生物质能源再利用的方式，但是由于红薯废弃物含水率高的特性，需要添加其他的辅料如干秸秆等，以调节初始堆肥物料在合适的湿度范围内（60%～70%）。

1.5 厌氧消化与好氧堆肥联合处理

联合处理方式是将来的发展方向，可将红薯废弃物先经好氧堆肥处理，降低木质纤维素的含量，后投入厌氧发酵池，从而缓解红薯废弃物直接发酵带来的各种问题，也是本文讨论的源头处理的技术方案。

2 源头处理方案

总体而言，就是在废弃物生产基地，建立好氧堆肥与厌氧消化处理场地，实现废弃物——能源转化——就地利用的局面。主要工艺流程为场址选择，前期准备，好氧堆肥前处理，厌氧消化，就地利用。

2.1 场址选择

发酵场址有较好的地质，地形平坦，并经硬化处理，具备水、电、动力等基础条件。满足安全生产要求。对于好氧堆肥场地应建设在蔬菜园区附近空地，原料储存和发酵设施应经防渗漏、防雨淋、防暴晒和防臭处理。小型厌氧消化沼气池应建设在设施大棚入口端，对于大中型厌氧消化沼气池放置于园区附近。

2.2 前期准备

前期需进行蔬菜废弃物的收集和粉碎预处理，蔬菜废弃物收集后堆放时间不宜过长，一般在3～10 d，防止废弃物腐烂变臭。红薯废弃物主要为藤蔓类，在投料前需要进行粉碎处理。处理物料应细碎、均匀，长度在3～5 cm之间。

2.3 好氧堆肥前处理

红薯废弃物不宜进行单独发酵，其含水率较高（一般在90%左右），作为主要原料进行好氧堆肥时，应添加干秸秆调节初始含水率为70%左右，并添加膨松物质增加孔隙度，一般不需调节初始物料pH值（约在6～8的范围内），碳氮比调节至30左右的适宜条件。

堆料混合均匀后，运至发酵场所，发酵场所底部和堆料顶部分别铺设一层10～20 cm厚的干秸秆作为垫层和覆盖层，可以吸收发酵过程中沉积的过量渗滤液，并防止水分从堆料顶部散失。

堆肥开始后，开启强制通风系统，静态堆肥通风量的设置值应符合每m3堆肥0.05～0.20 m3/min的标准取值，同时还应兼顾堆料温度，使堆温尽可能长时间的维持在50～70℃的范围内。

一般堆肥3 d内温度即可上升至50℃以上的高温阶段，在50℃以上高温发酵维持3～6d时，应进行1次人工或机械翻堆。翻堆要尽量均匀，将原来位于外面的物料混入中间，能够有效消除温度梯度带来的发酵不均匀。翻堆24 h后物料会再次进入50℃以上的高温期。整个发酵过程应翻堆2次以上。发酵阶段水分含量应控制在55%～70%之间，在每次翻堆均匀后应用五点法测试，若含水率低于55%，则在堆料表面均匀喷洒水分。

当发酵温度开始下降至40℃以下，且翻堆不再有明显的温度升高，说明发酵前期阶段已经完成。

2.4 厌氧消化工艺

接种阶段，厌氧消化采用的接种物一般为正常产气沼气池中的厌氧发酵残余物，以加速沼气发酵启动速度，接种比例一般为质量比20%～30%。

启动阶段，将牛粪或猪粪作为厌氧消化启动原料，投入沼气池，对于初次运行的沼气池，为避免启动阶段酸化现象，宜于进行低浓度启动（有机固体浓度在5%左右），加水调节固体浓度，水温不能太低，应在10℃以上。粪便的C/N比一般为25～30，故不需调节C/N，大约2～3d就能产生沼气。

运行阶段，待发酵稳定后逐步增加进料负荷，经粉碎且堆肥预处理后的红薯废弃物作为添加料分阶段连续投入沼气池中，使得系统在冲击负荷下反应稳定，耐受力增强，产气量持续增长。发酵过程中每次进料为发酵池容积的1/20，进多少出多少，进出平衡，先出后进。

2.5 就地利用

废弃物资源经厌氧消化处理后，产生“三沼能源”——沼气、沼液和沼渣。

沼气是一种优质、清洁、安全的能源，可直接用于设施农业生产中，冬季可通过燃烧沼气为大棚增温，并释放出CO2，为大棚蔬菜增施气体肥，从而提高作物产量。夏季沼气可点杀虫灯杀虫。

沼渣具有速缓兼备的肥效特点，主要作为基肥供给农作物营养物质，施用时将沼渣与设施内土壤按比例混匀，施肥翻地25～30 cm深。作为追施肥深度应在12 cm左右，施后及时浇水。

沼液的养分主要是水溶性速效营养成分，适宜用作叶面肥经静置后直接喷施。施用浓度根据沼液的浓度情况、作物的生长时期及季节气温而定，一般为幼苗、嫩叶期1份沼液加1～2份清水；夏季高温1份沼液加1份清水；气温低，老叶期或初冬可不加水。沼液应为正常产气1个月以上的沼气池中取出，沼液作为叶面肥喷施时，以叶背为主，有利于液肥吸收。若使用喷雾器喷施，需要严格过滤，防止堵塞喷头。喷施时间约为上午露水干后10:00左右进行，夏季以下午17:00左右为宜，避免中午高温时及暴雨前喷施沼液。喷施频率为每7～10d一次，并根据植株的生长状况和营养情况适当调节。

3 总结

中国红薯资源丰富，但红薯及红薯叶水分含量高，不利于保存和运输。因此，寻求红薯废弃物的源头处理技术，对于延长红薯产业链，促进红薯产业的发展都具有重要意义。在红薯废弃物的处理技术中，单个的处理技术都存在一些应用问题，因此发展好氧——厌氧联合处理技术是实现源头处理的重要形式。联合处理后获得的“三沼”能源可直接在废弃物生产园区就地利用，为农业生产提供气液固体肥，又可以进一步增加作物产量。

2017-08-14）