有机肥料加工中的蒸汽爆破技术.doc

有机肥料加工 我国农业增产在发挥农田养分再循环的肥源潜力上有广阔的前景，如目前农村秸秆普遍相对过剩，焚烧秸秆已经成为大江南北的普遍现象；城市生活垃圾量日益增多，经过分拣进行堆肥可实现垃圾资源化、减量化、无害化；即使是大型养殖场的粪便也未能得到有效利用，有些已经形成污染。据此，我们可以充分利用这些有机肥源，提高土壤肥力，促使农业增产。在由废弃物向作物肥源转化过程中，微生物将扮演重要角色。而生物肥料的施用如固氮类生物肥料不仅可适当减少化肥的施用（可减少10%~30%的化学氮肥）而且因其所固定的氮素直接储存在生物体内，相对而言对环境污染的机会也小的多。 面对全球持续增长的人口压力和粮食需求以及日益碎坏的自然环境和生态体系，可持续发展已经成为人类不容回避的大问题。在举足轻重的农业可持续发展问题上，“生物肥料”将扮演重要角色。 生物肥料一般指微生物肥料也称菌肥。它可以是某种或数种特定菌的发酵液或是发酵液经吸附后的固体菌剂。这种菌肥的明显特征是每克菌肥含有高达数亿至数十亿的活菌或者其芽孢。并以此区别于堆肥、绿肥、饼肥和粪肥等有机肥料。生物肥料主要是利用某种特定菌在土壤根瘤或某一特定环境中生繁殖，同时表现出固氮，解磷，解钾分泌某种植物激素（如生长素）或改善作物的根际环境（如抑制某种致病菌的生长）由此促进作物的生长发育最终达到增产之目的。我们提出，生态肥料(Ecological fertilizers)是利用区域废弃物生产有机肥，再与化肥复合或配合施用，使作物高产、稳产、优质，减少肥料投资、培肥土壤力、减轻化肥污染的一系列肥料。是根据特定气候、特定土壤、特定作物而配方生产的专用复合肥。它包括有机肥料、无机肥料（氮、磷、钾）、中微量元素、提高肥料利用率的添加剂万分，也包括不同方式使用的微生物肥料、包衣剂、浸种剂、沾根剂、叶面肥等具有肥料特性的产品。 中国科学院过程工程研究所开发的一种生物肥料是利用农业废料秸秆，经高压汽爆处理后，于固定床内发酵而形成的集防治作物病害、促进植物优质高产、供给作物充足有机和无机肥分于一身的一种肥料。它可改变配方以适应不同气候、不同土壤、不同作物；可与化肥、绿肥等混合施用，也可作为堆肥营养剂使用。 微生物的固态发酵是一种古老的、传统的微生物工艺。几千年前，我国就利用此项技术酿酒和制造各种调味品，至今它仍是生产传统食品和饮料的主要方式。固态发酵除可以生产传统食品外，还可生产酶制剂，单细胞蛋白、有机酸、酒精和生物杀虫剂等。目前固态发酵已在生物能的转化、固态废弃物的处理、代谢产物的生产等方面也得到了广泛的应用。可作为固态发酵原料的有麸皮、甜菜、甘薯、木薯、甘蔗渣、麦秆、玉米芯、甜菜秆等。固态发酵的优点是（1）可以模拟自然生态环境，使微生物保持与自然界中相似的生长存在状态，因此许多丝状真菌适宜采用固态发酵；（2）发酵成本低，原料价格低廉，有的可直接利用；（3）固态发酵与液态发酵相比，可利用廉价的很多种液态发酵工艺无法利用的粮食加工下脚料或废渣产生；（4）靠固体颗粒间隙中存在的空气直接向微生物提供氧气，通气量小，能源消耗较低；（5）无“三废”排放，环境污染小；（6）产品的后处理过程一般比较简单，许多产品可以直接烘干而无需提取，宜于贮藏、运输，稳定性好。 麦秸经汽爆处理时，在高温蒸汽的作用下，纤维素、半纤维素、木质素间的连结被削弱，组织被软化，部分纤维素、半纤维素在湿热条件下发生降解，产生大量低聚糖；当突然降压时，存在于孔隙中的气体急速膨胀，产生“爆破效果”，纤维被解离。另外，汽爆麦秸还具有疏松多孔的结构性质，这都很有利于进行固态发酵。 由于氮、磷、钾是作物生长必需的三大营养元素，因此中国科学院过程工程研究所选用两株固氮细菌（褐球固氮菌、棕色固氮菌）和一株固氮真菌（康宁木霉）作为固氮微生物，选用解磷巨大芽孢杆菌和胶冻样芽孢杆菌作为磷、钾的分解菌，进行了生物肥料的发酵试验。 在生物肥料的发酵生产中，新型固态发酵技术发挥了重要作用。这种周期性或变周期性变压发酵，可以为微生物的生长提供充足的氧气、氮气，并迅速地排出代谢废气如CO2 等；在压力变化的同时，发酵料产生压紧与蓬松运动，起到了搅拌的作用。与常规静置发酵相比，采用变压发酵，微生物生长较快，发酵周期缩短，测量指标可提高一倍左右；镜检观察发现，变压发酵中微生物个体较大。 汽爆秸秆用于固态发酵生产生态肥料是可行的。秸秆经汽爆后，含有大量的糖类物质，腐植酸含量高达30%以上，非常适合于微生物生长繁殖；其多孔的结构性质，也有利于进行固态发酵。一些菌株，如褐球固氮菌，发酵后每克干料含菌数可达200亿以上；真菌类木霉生长良好。 各种菌株对发酵固液比的选择是不一样的。大豆固氮菌、棕色固氮菌、钾细菌在固液比为1：4左右时生长良好；磷细菌在固液比为1：3左右长势良好；褐球固氮菌在1：2~1：3的固