木薯酒糟污泥制生物有機肥途徑探討

1、第37卷第4期2010年07月文章編號:1002-8110（2010）04-0044-03釀LIQUOR酒MAKINGVol.37.4July，2010木薯酒糟污泥制生物有機肥途徑探討趙華，陳磊(工業(yè)微生物教育部重點實驗室，天津科技大學生物工程學院，天津300457)摘要:論述了木薯酒糟污泥的傳統(tǒng)處理處置方法，分析了土地填埋，土地農(nóng)用，污泥焚燒和污泥堆肥處理技術(shù)的局限性，提出以接入好氧微生物發(fā)酵菌劑，生產(chǎn)生物有機肥作為最終處理途徑的可能，并對發(fā)酵過程進行了探討，以期使污泥變廢為寶，產(chǎn)生更大的效益。關(guān)鍵詞：木薯酒糟；污泥；有機肥TS262.2;TS261.9中圖分類號：文獻標識碼：BStudyo

2、ntheMethodsofBioorganicFertilizerwithCassavaLeesSludgeZHAOHua，CHENLei（TianjinKeyLaboratoryofIndustrialMicrobiology，CollegeofBiotechnology，TianjinUniversity）ofScience&Technology，Tianjin300457，ChinaAbstract:Thetraditiontreatmentanddisposalmethodsofcassavaleessludgewasdiscussedinthisarticle.Thelimi

3、tationsoflandfilling,landspreading,combustionandcompostingtechnologywasalsoanalysised.Asafinaldisposalroute,itispossibletoaccesstoaerobicfermentationagentstoproducebioorganicfertilizer,andthefermentationprocesswasdiscussed.Withaviewtochangingwasteintofertilizer,resultinginagoodandeffectiveselection.

4、Keywords:cassavalees;sludge;bioorganicfertilizer隨著石油價格的不斷上漲，生物燃料乙醇逐漸開始興起,利用荒山、荒坡及鹽堿地種植木薯生產(chǎn)燃料乙醇是發(fā)展生物能源的主要途徑之一。木薯在我國具有很大的潛在種植面積,收稿日期：2010-04-07作者簡介：趙華（1963-），男，天津人，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要目前我國酒精產(chǎn)量的1/3以木薯為原料1。但是，木薯酒精生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的高濃度有機廢水，對于酒精廢液的處理目前大部分是經(jīng)過厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，再經(jīng)好氧處理達標排放，此過程會產(chǎn)生大量的污泥，因此，對于污泥的處理成為了一項迫切需要解決的問題。目前大部分

5、廠家都是把酒糟污泥經(jīng)過簡單機械脫水后，從事微生物發(fā)酵和生物分離工程研究。!3.1從統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果看出，由于酒度不同，因而體積的變化500mL酒液（單瓶）每1凈含量變化1/2的0.60mL，即0.3mL/，也就是說，在生產(chǎn)過程中，1瓶500mL的酒，如溫度不在20時，那么在罐裝機調(diào)整容量時就完全可以隨溫度的變化即時增加或減少容量0.30mL/。4結(jié)論4.1不同酒度的酒樣，在不同的溫度下酒度與體積變化方向相同，呈逐步增加的趨勢，即酒度越高變化量越大，酒度越低變化量就越少。4.2不同體積的酒樣，在不同的溫度下，變化量與其體積的總量成正比，即體積量越大，每1的體積變化量就越大。4.3根據(jù)JJF10702

6、005要求，在實際的生產(chǎn)過程中，一瓶500mL的瓶裝酒，如果其酒液溫度不在20±1時，可以在調(diào)整罐裝容量時隨機增減0.30mL/，如果按比規(guī)律調(diào)整罐裝容量的話，每年可為企業(yè)節(jié)約一大批資金，具體金額可根據(jù)年總產(chǎn)量來計算。量呈逐步遞增趨勢，完成符合密度與變化量的關(guān)系，與試驗前的預(yù)想相符合。雖有個別數(shù)據(jù)偏離了正常值，其主要是操作誤差造成，不影響整體的試驗結(jié)果。3.2表中的數(shù)據(jù)，其基礎(chǔ)試驗酒液量為1000mL，也就是1000mL酒液在不同溫度下體積的變化量。在實際生產(chǎn)中，單瓶酒液的體積一般在500mL，是否是1/2的1000mL酒液的變化量呢？我們也做了補充試驗，例如50vol酒樣500mL

7、，在不同的溫度下其變化量正好是1/2×0.72mL/等于0.36mL/，同樣符合體積與變化量成正比的規(guī)律，也就是說體積越大，其每1的變化量就越大。3.3從1000mL酒液的變化量數(shù)據(jù)分析，最低每度變化0.64mL/最高變化0.75/，為滿足JJF10702005要求，批檢凈含量標注凈含量，我們選擇最低的變化量，為生產(chǎn)線留下部分余地，按每1000mL酒液每1變化0.60mL計算，其第四期趙華，等：木薯酒糟污泥制生物有機肥途徑探討2010運往干化場干化，或者是作為飼料添加物低價出售，既降低了污泥的利用效率，又對資源造成了極大的浪費。由于木薯酒糟污泥中含有大量的有機質(zhì)和各種植物生長所需的微

8、量元素，且重金屬含量低；若是加以資源化利用，制作成生物有機肥，將大大增加污泥的附加值，對降低酒精生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，將會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益和社會效益。1現(xiàn)有木薯酒糟污泥處理方法及現(xiàn)狀分析1.1海洋傾倒海洋傾倒操作簡單，對于沿海城市來說其處理費用較低，但是，隨著生態(tài)環(huán)境意識的加強，人們越來越多的關(guān)注污泥海洋傾倒對海洋生態(tài)環(huán)境可能存在的影響。所以美國從1988年已經(jīng)禁止污泥海洋傾倒，中國也于1994年開始不在海上處置工業(yè)廢物和污水污泥。1.2土地填埋土地填埋操作相對簡單，投資費用較小，處理費用較低，到目前為止，土地填埋已發(fā)展成為一項比較成熟的污泥處置技術(shù)。但是其侵占土地嚴重，隨著污泥量的增加，

9、大面積選址更加困難，特別是在人口稠密的城市，土地資源非常有限。因此，許多地區(qū)已禁止利用土地填埋污泥，而且如果防滲技術(shù)不夠好，將導(dǎo)致潛在的土壤污染和地下水污染。由于填埋并未最終避免環(huán)境污染，只是延緩了產(chǎn)生的時間，因此，土地填埋從多方面來講都不是處置污泥可以長久依賴的方法2。1.3土地農(nóng)用污泥的土地利用是對農(nóng)（林）業(yè)耕地、牧業(yè)草地和園林綠化，或用于受破壞的土地（各種采礦后殘留的礦場，建筑取土、排放廢棄物用的深坑，森林采伐場，垃圾填埋場，地表嚴重破壞區(qū)等）的修復(fù)。由于污泥中含有大量有機質(zhì)和氮、磷、鉀以及微量元素，可作為一種遲效性的有機追肥，能增加土壤肥力，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。既處置了污泥，又恢復(fù)生

10、態(tài)環(huán)境。被認為是一種積極有效的污泥處置方式，得到了廣泛的應(yīng)用。但是，污泥還含有大量病原菌、寄生蟲和Cu、Zn、Cr、Hg等重金屬離子，這些有毒有害物也會進入植物體內(nèi)，從而通過生物鏈影響其他生物。因此，直接的土地農(nóng)用越來越少。在土地利用之前，必須對污泥進行穩(wěn)定化、無害化處理，如好氧與厭氧消化、堆肥化等，人為的促進可生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，同時殺死細菌和寄生蟲卵，以免對植物和土壤的污染。1.4燃燒焚燒是利用污泥中有機成分高、具有一定熱值的特點來處置污泥。以焚燒為核心的污泥處理方法是比較徹底的處理方法。與其他的污泥處置方法相比較，焚燒的優(yōu)點在于其產(chǎn)物為無菌、無臭的無機殘渣，迅速地實現(xiàn)了無

11、害化和減量化的目的，并能回收熱能。污泥焚燒所產(chǎn)生的焚燒灰具有吸水性、凝固性，還可用來改良土壤、筑路等，作為磚瓦和陶瓷等的原料。但由于所需設(shè)備、能源及操作費用所限，尚不具備推廣應(yīng)用的條件。而且由于污泥中含有大量的有機物，燃燒時會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)，如二噁英、二氧化硫、鹽酸等氣體容易造成二次污染。同時，形成的重金屬的煙霧和污泥燒燼的污泥灰也有造成二次污染的可能性，灰燼也沒有好的方法進行利用。另外，焚燒浪費了污泥中的大量營養(yǎng)物質(zhì)。這些不利之處都限制了該種方法的廣泛應(yīng)用。1.5堆肥污泥堆肥即是利用污泥中的好氧微生物進行好氧發(fā)酵的過程。將污泥按一定比例與各種調(diào)理劑混合，借助于混合物料中的多種好氧微生物，

12、對易降解有機物進行氧化分解，使有機物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)。有機廢物的堆肥化處理在我國已有上千年的歷史。高溫快速堆肥技術(shù)是發(fā)達國家在20世紀初開發(fā)研究成功的，目前在英國、美國、德國、日本等國家都已廣泛采用高溫堆肥技術(shù)對城市污泥進行無害化處理。由于污泥產(chǎn)生的環(huán)境問題和填埋技術(shù)的缺點日益突出，污泥堆肥技術(shù)引起廣泛重視，成為環(huán)保領(lǐng)域的一個研究熱點345。2木薯酒糟污泥生產(chǎn)生物有機肥新途徑探討傳統(tǒng)的堆肥是靠堆體中的微生物自然發(fā)酵，由于所含土著微生物的種類和數(shù)量有限，以及發(fā)酵工藝條件的限制，存在著發(fā)酵周期長，發(fā)酵產(chǎn)品的肥效低，對環(huán)境造成二次污染等問題，限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。本方法通過向污泥中接入好氧微生物菌劑，一

13、方面微生物自身的生長繁殖會消耗掉一部分水分，另一方面，微生物生長代謝過程中會產(chǎn)生大量的熱量，能蒸發(fā)一部分的水分，從而達到降低含水率，增加腐殖質(zhì)的過程。表1污泥成分分析檢驗項目有機質(zhì)全氮P2O5K2O砷鉻鎘鉛汞檢驗值62.721.040.64上表是某木薯酒精廠酒糟污泥的成分分析，由表可知，污泥中各種重金屬含量低，符合有機肥的國家標準，含有大量的有機質(zhì)，但是N、P、K含量略偏低，所以可以通過微生物的分解作用降解有機質(zhì)，產(chǎn)生植物生長需要的N、P、K等物質(zhì)，提高有機肥的質(zhì)量。按照發(fā)酵物中水分含量的多少，木薯酒糟污泥制有機肥的大致流程如下：厭氧污泥（95%左右）機械脫水（85%）添加輔料（65%左右）接

14、種發(fā)酵（35%左右）干化造粒（5%左右）圖1污泥發(fā)酵工藝流程第四期釀2.1預(yù)處理和機械脫水經(jīng)過初沉池和二沉池的厭氧污泥含水率一般在92%96%之間，呈流態(tài)，必須進行機械脫水。此過程主要是脫去污泥中容易脫去的間隙水，一般經(jīng)過簡單的機械脫水后，污泥的含水率達到80%左右，基本上呈流塑態(tài)。2.2添加輔料當污泥中含水率降低到80%左右時，物料基本上呈現(xiàn)半固態(tài)，此時可以通過添加一些豬、雞、鴨等畜、禽糞便；或加入粉碎或鍘成小段的作物秸稈、稻殼、鋸末、落葉、以及秕殼類等有機廢棄物；也可加入一定量的城市廢棄物、生活垃圾、粉煤灰等6。為了保證作物對磷、鉀及其他微量元素的營養(yǎng)需求，又不以化肥的無機形態(tài)進行施肥，在

15、此過程中可以加入適量的磷、鉀等化肥，使其在發(fā)酵過程中由無機態(tài)轉(zhuǎn)化成有機態(tài)營養(yǎng)，安全供給作物，以保證作物對磷、鉀等營養(yǎng)的需求。此處理過程通過添加輔料，來進一步降低含水率和調(diào)節(jié)C/N等，以便于進行下一步發(fā)酵。2.3接種發(fā)酵經(jīng)上一步添加輔料，木薯酒糟污泥含水率可以達到65%左右，此時是菌體生長的適宜含水量。研究表明，用機械方法只能除去一部分間隙水，而大部分臨界面的結(jié)合水無法用機械方法除去；而且在含水率65%35%的階段是脫水的高能耗階段，一般方法難以解決。此時通過接種微生物發(fā)酵，利用微生物的作用，來達到降低污泥含水率的目的，同時通過微生物的代謝，產(chǎn)生構(gòu)成土壤肥力的重要活性物質(zhì)腐殖質(zhì)。發(fā)酵主要是接種兩

16、類微生物，一類是復(fù)合發(fā)酵菌群，一類是復(fù)合有益微生物菌群。一般采用好氧發(fā)酵技術(shù)，利用微生物的代謝活動來分解物料中的有機物質(zhì)，使物料達到穩(wěn)定和無害化。通過添加一些對纖維素和半纖維素講解能力強的微生物，例如對纖維素有強分解效果的木霉屬微生物。發(fā)酵過程中物料的惡臭嚴重影響了環(huán)境和產(chǎn)品品質(zhì)，接入放線菌可有效去除惡臭。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，目前，已形成了功能強大的發(fā)酵菌群，大大縮短了發(fā)酵周期7。發(fā)酵過程中添加有益微生物菌群，在微生物的降解作用下，不但可以生成大量可被植物吸收利用的有效態(tài)氮、磷、鉀化合物，同時又能合成新的高分子有機物腐殖質(zhì)，在發(fā)酵中加入大量復(fù)合有益微生物的目的是通過它們在土壤中的積極活動來

17、提供作物需要的營養(yǎng)物質(zhì)或產(chǎn)生激素來刺激作物生長，提高土壤肥力。同時向發(fā)酵好的物料中加入固氮、解磷、解鉀功能的復(fù)合微生物菌劑，能進一步增加生物有機肥肥效，制酒2010成生物有機固體顆粒肥料。而且，菌劑在進行生物發(fā)酵過程中，形成一種能量流、物質(zhì)流的交換、互動、循環(huán)過程。產(chǎn)生大量發(fā)酵生物熱能，在有氧條件下，微生物迅速繁殖，能強烈分解其中的有機物質(zhì)。在高溫微生物作用下，有機質(zhì)氧化、分解產(chǎn)生生物熱形成能量交換、運轉(zhuǎn)和6070高溫，能殺死病菌、蟲卵和有害微生物，降低水分含量，并產(chǎn)生礦質(zhì)化和腐殖質(zhì)8。2.4干化造粒木薯酒糟污泥經(jīng)發(fā)酵后含有約30%左右的水分，這樣的物料既不能進行粉碎也不能進行造粒，因此在造粒前需要對物料進行烘干，將水分降低到15%20%，再進行粉碎、篩分，進入造粒系統(tǒng)。目前國內(nèi)常用圓盤造粒和轉(zhuǎn)鼓造粒設(shè)備生產(chǎn)有機肥料，圓盤造粒設(shè)備簡單，造價低，便于操作，但生產(chǎn)規(guī)模小，一般年產(chǎn)量在一萬噸以下。轉(zhuǎn)鼓造粒設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模較大，可采用蒸汽造粒、氨化造粒和噴漿造粒工藝。3展望木薯酒糟污泥通過發(fā)酵制生物有機肥，不僅可以減少對環(huán)境的污染，而且達到了資源化利用，有利于降低工廠生產(chǎn)成本，改善工廠環(huán)境，有很好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。隨著長