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我国有机肥技术及设备的发展、分析与比较
日期:2024.03.12 人气:2

很久,很久以前,人类发觉将农村植物废弃物(枯枝叶、农作物秸秆、杂草等)与人、畜、禽粪便混合后,经过一段时间会产生热气,物质渐减量,颜色逐渐变成深褐色,而质地呈现蓬松状态,尔后施于土壤中,能够提高作物的产量与质量。因为是经历堆沤过程转化成可促进植物生长之物质,故将之称为堆肥(或沤肥、农家肥、厩肥)。尔后也发觉可做原料的种类诸多(如表一),但多为有机物质,因此也称之有机肥料。


表一、有机肥原料分类

   分类

原料

禽畜粪

各类禽畜,如猪、鸡、牛、鸭、羊及鹅等粪便。

动物性

屠宰场下脚料、屠宰场废弃物(羽毛、皮毛、废弃内脏等)、动物食品加工厂污泥、肉类及水产市场废弃物等。

植物性

农业废弃物(稻秆、杂草、树叶、树皮、木屑、蔗渣、食用菌废料及花生壳等)、植物食品加工厂副产物(豆饼渣、食品污泥及中药渣等)、果菜市场废弃物(果皮、蔬菜叶、腐烂水果及蔬菜等)。

都市有机垃圾

家庭、餐厅、学校、监狱、医院及军队等所产生之餐厨垃圾。

后来经过持续的实施后发觉其时程与质量,主要与几个要素有密切关联:(1)原料比例(或碳氮比)(2)水分含量,(3)空气(氧气)的供应,(4)温度及(5)酸碱度的控制。日后的研究也了解,堆肥实质上是广泛存在于自然界的微生物(包括细菌、真菌、放线菌等),经历生长与复制,利用其分泌的酵素分解有机物质向稳定的腐殖质转化的生物化学反应过程。


初期的堆肥生产过程仅仰赖人力实施,但为了提高效率,人们开始往两方面发展:(1)开发替代人力的生产设备及(2)发酵剂。发酵剂主要功能成分为益生菌群,可促进发酵、降低臭味,且达到缩短制程与提高质量之作用。目前市场上已开发出不少专门用于有机肥生产的发酵剂,然而设备与技术的发展却显落后,远不及产业的需求。至今,我国商业有机肥厂仍存在依赖人工的生产方式;而较具技术含量的,多数也仅以翻抛机为主要(甚或唯一)发酵设备(虽有其他诸多设备,但皆与发酵无直接关联,诸如搅拌机、干燥机、冷却机、筛分机、输送机、包装机及造粒机等),在自然条件下,利用机械翻动原理达到混合原材料、提供通气及调节(降低)温度功能。仅以简单而效果有限的翻抛机为主要发酵设备,乃是导致今日国内有机肥厂普遍为人诟病,本身为污染源(脏、乱、臭)、制程长(2~3个月)、产能小及占地广的主因。


现今,由于国内一方面有着畜禽粪便(每年约40亿吨)及农业废弃物(每年约7亿吨)严重污染,破坏生态环境问题;同时需要长期使用大量有机肥以改善长期遭受化肥严重破坏的土壤,以致有机肥技术及设备的开发亟需大大提升,且刻不容缓。因此,近几年,无论国家科研机构(高校)抑或产业界皆投入大量资金、人才与时间于此。于是,数年之前,新式有机肥发酵设备–立式发酵罐,逐渐为业界所实施与应用。

有机肥厂用来进行发酵的翻抛机设备,是在没有人为控制的自然环境条件下进行;而相对于此,立式有机肥发酵罐设计原则在于,相对密闭空间,以人为能耗供应氧气、持续搅拌、提供热能,并加入发酵剂,创造了远优于自然环境的发酵条件。有机肥发酵罐应用于国内产业界已有数年之久,且耗费产业及国家科研机构不菲资源,但为何至今,成功案例或仅限于产生少量干粪便的中小型养殖场,且仅技术可行,处理粪便环保问题,却无法产生经济效益?而因为无法产生经济效益,在国内商业有机肥厂自然难以推广。有机肥发酵罐有何缺点及不完善之处,而至于此?

国内商业有机肥厂主要的发酵设备–翻抛机,其唯一优点是设备(简单)成本低;但却显现诸多缺点:发酵时间长(若原材料含高养分,且要求完全腐熟,则往往需历时2~3个月)、漫天的臭味污染、产能低及占地广。而立式有机肥发酵罐设备则可大大降低臭味污染问题,且缩短发酵时间(一般发酵时程设计在7~10),但却衍生以下难解之题:

(1)设备成本高—由于是立式设计,且集多功能于单机,设备造价自然居高下。目前市场行情,日产一吨有机肥(约可处理3立方原料),仅发酵罐单机售价约30万元;而日产3吨,约为60万元。有机肥并非高经济效益产品,故这样的价格便显现其低性价比。

(2)能耗成本高—试图全程以高耗能的发酵罐完成制程(即便仅7~10),能耗所占据的成本比例往往远超出了业者可接受的范围(一吨能耗成本多超出100)


(3)发酵剂成本高—若要求在7~10天内完成全程发酵过程,则须藉力于发酵剂,所致发酵剂便为关键且刚需,其质量及用量必有所增加。

(4)难达到如预期的发酵效果—目前现况,立式有机肥发酵罐的功能仅仅止于技术可行(为环保处理设备),业者一旦实施,即很快无法承受运行的成本,尔后导致两种结果:若要维持设计的产能,又要降低能耗及发酵剂成本,便无法在预期的时间内完成腐熟度;或求腐熟完全,则必须减少投入量,减轻设备负荷及运行成本,但终至产能降低。因而发酵罐的最终结果往往是为业者所弃置。


(5)不完善的设备—无论翻抛机或发酵罐的开发,虽皆希望以单一设备完成整个发酵过程,但这几近缘木求鱼之举,至终无法达到目的。发酵罐即便是可用设备(忽略成本过高,无经济效益问题),整个制程还缺乏至少两组设备的搭配:1.进入发酵罐前,原料的配比,水分调节等,都须增设相关设备,如搅拌机、输送机等。2.多数情况,即便从发酵罐出料,也难达完全腐熟程度,须进行二次发酵,仍需另一组设备搭配。如此,若选用发酵罐生产有机肥料,因制程与设备不完整,增加使用者不便且势必提高额外的成本投入。


有机肥发酵过程,设备应为辅助,微生物群才是实质的运行主角。若要开发性价比高,有经济效益的有机肥生产设备(而非如现有立式发酵罐,仅只于环保设备功能),除了必须是一套完整而连贯性的操作设备外;更重要的,必须依据发酵剂(益生菌群)的特性设计,使得发酵剂能够在整个实施过程中发挥其极致的功能。而此便是我企业开发有机肥制程的原则。以下为我企业针对处理鸡场粪便的整厂规划与制程实施:


前发酵系统(场),占地约900平方米(75 x 12米),包含两个前发酵槽(宽6 x 长75 米)、一套前发酵系统。主发酵系统(场)占地约400平方米(10x40米),包含主发酵系统及包装机等设备。

生产流程:

(1)前发酵(除臭、调节或去除水含量、部分发酵)

1.粪污(含水率60~70%)由鸡栏运至原料前处理区,加入干辅料(谷壳、木屑、粉碎农业废弃物等干辅料)调整配比及水含量。

2.送入前发酵槽,以前发酵机每日处理一至数趟(依效果而定),进行7~10天,至水含量达50%以下。

(2)主发酵(完成发酵制程)

1.以输送系统将半发酵品送入主发酵系统,经过约1~2小时反应;

2.再经粉碎机均质,即得发酵后,粉末状有机肥。

3.包装机包装储存。


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