一种秸秆废弃物无害化处理衍生有机肥料的方法与流程

本发明涉及秸秆废弃物的处理技术领域,特别涉及一种秸秆废弃物无害化处理衍生有机肥料的方法。

背景技术：

中国是农业大国，随着城镇化建设城市园艺修剪枝叶和农业生产废弃物，形成了数量巨大秸秆资源。但，由于其主要成分为难以降解的木质素和纤维素，其它元素相对资源化利用来说价值也较低，而且带有诸多植物病原。

目前处理处置主要为以下方式：

1.第一种是堆弃或焚烧：由此自然腐烂导致病原扩散，植物病害频发造成产量降低质量下降。焚烧不仅造成了资源的浪费，而且增加了空气污染指数，给环境造成了极大的危害和安全隐患。

2.第二种是作为垃圾填埋：既浪费资源，又百害无一利。

3.第三种是资源化利用，加工成碳素物资或粗质纸材：此模式投资成本高昂，最低效益都无法实现。且生产过程对环境的污染，更是使此路不通，各路厂家关门息业。因此，积极探索使其化害为利、资源化利用已迫在眉睫。

4.第四种是生物质发电：目前的生物质发电技术还不成熟，关键技术还需从国外引进，成本高，上网电价难以支撑秸秆发电厂的正常运营。

5.第五种是高温碳化：高温碳化设备投入高，耗能大，且碳化后仅保留灰分，蛋白质等有机物质损失较大。

因此，如何能够对秸秆废弃物进行综合利用，尤其对其中的蛋白质进行有效利用是研发的重点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，是针对现有针对秸秆废弃物的蛋白质等有机质利用率较低的情况，而提供一种秸秆废弃物无害化处理衍生有机肥料的方法。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案来实现：

一种秸秆废弃物无害化处理衍生有机肥料的方法，包括如下步骤：

步骤一：将秸秆加工粉碎得到符合要求的秸秆粗原料，使其含水量小于20％、粒径小于3mm；

步骤二：将所述秸秆原料、辅料、复合菌剂以质量比为50—60％、50—40、1‰混合搅拌均匀形成发酵前料，所述发酵前料混合体含水率控制在40-50％，

所述辅料为蛋白质、腐殖酸和水的混合物，其中蛋白质质量百分比为60—70％、腐殖酸质量百分比为35—25％、其他部分水补足；

其中，所述复合菌剂中含有如下数量的菌株：

步骤三：将步骤二得到的待发酵配方混合物布入密封式发酵槽内进行好氧发酵处理，成为有机肥料半成品，发酵产生的气体进行收集和循环利用，净化处理；

步骤四：将步骤三得到的有机肥料半成品，粉碎筛分，筛下物进行熟化处理得到经衍生基础无害化指标检测合格的有机肥料成品。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤四中获得的有机肥料成品含有以下成分：

所述中微量元素包括ca、mg、s、si、b和zn，其质量配比为0.52％～0.60％∶0.13％～0.21％∶0.05％～0.10％∶0.10％～0.15％∶0.23％～0.25％∶0.17％～0.19％。所述有机肥料成品的其余成分为灰分和纤维素。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤三当中的好氧发酵处理为：每天定时往发酵槽内布入含水量为43％～47％的待发酵配方混合物，在待发酵配方混合物本身的碳能和微生物呼吸热合力产生的热能，使其在24小时内形成55—65℃的发酵温度；每天定时翻堆散热、供氧、干燥，使其保持55—65℃的恒定亚高温状态，并向连续式发酵槽出口端移动，经7天的连续发酵，已转化了大部分可溶性有机物，生化速度渐趋和缓，基本完成了配方混合物料无害化处置，成为有机肥料半成品。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤三当中所述的发酵产生的气体进行收集和循环利用：具体是，由设置在发酵床1/3的前送气部和2/3的后抽气部两部分配气管道，与发酵槽外的管道风机、管道、新鲜空气配送装置组成的发酵气体循环和配气系统。通过利用时控装置设定本系统的启动工作时长(5—10分钟/次)和间隔启动周期(2—4小时)，通过发酵气体循环和新鲜空气的配送，充分保障了被发酵物料正常发酵所需要的湿度(发酵槽后部≤35％，中部40—45％)、温度(45—65℃)、溶氧量(10—18％)；充分利用发酵槽后部分发酵物料中的亚高温气体，迅速提高前部新进被发酵物料的温度，做到了发酵槽内的温度不受外界气温影响；在发酵过程中，使发酵气体中的有效成分饱和在发酵物料之中，将养分损失降到最低而避免了周边空气的污染。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤三当中的发酵尾气的净化处理，具体是，由设置在密闭发酵槽顶部的管道风机和管道、以及气体分配器和水塔、水帘膜(或气体盛水容器)等五部分组成发酵尾气净化系统。利用系统的分配器将收集的尾气进行多流均匀分配，并使其垂直射向水塔之水面既产生气、水撞击，水体产生物理裂变形成水分子雾。且，在此物理变化中，发酵气体中的混合物被充分吸附融合，并经塔内气压作用升至上部水帘膜。水帘膜吸溜水气混合物，释放净化气体而达标排放。

在本发明的一个优选实施例中，所述步骤四当中的熟化处理的方式为：将筛下物自然堆放，堆放高度为2m到3m，熟化温度为65℃以下，熟化时间为3—5天。

在本发明的一个优选实施例中，所述的经衍生基础无害化指标检测合格为：将有害物质限制在国家有机肥(ny525-2012)、生物有机肥(ny884-2012)及城镇垃圾农用控制标准(gb8172-87)之内，并达到上述“产品组分的质量”标准。

本发明的有益效果在于：

本发明在好氧微生物发酵过程中，首先利用步骤二所述的主料和辅料的科学配伍，使发酵前物质c/n比值保障在本发明的好氧发酵工艺要求范围之内。发酵过程中，有效的利用蛋白酶分解蛋白质，转换为氨氮等。有效的避免了蛋白质等物质在厌氧环境中腐败所产生的大量恶臭有害气体。同时，秸秆的木质素、纤维素及碳水化合物等经相应的活性酶通过7天发酵分解，将高分子有机氮、磷、钾等降解为低分子态植物能充分吸收营养物资。并将有害物质限制在国家有机肥(ny525-2012)、生物有机肥(ny884-2012)及城镇垃圾农用控制标准(gb8172-87)之内，并达到上述“产品组分的质量”标准。

上述衍生有机肥料，可广泛使用于良田保护性生产和土壤修复。

附图说明

图1为本发明秸秆废弃物无害化处理衍生有机肥料的方法的工艺流程图。

图2为实际应用例的株高对照图片。

具体实施方式

本发明的实施例具体如下：

秸秆的预处理：将秸秆加工粉碎得到符合要求的秸秆粗原料，使其含水量小于20％、粒径小于3mm；

待发酵配方混合物的制备：将所述秸秆原料(主料)、辅料、复合菌剂以质量比为50—60％、50—40、1‰混合搅拌均匀形成发酵前料，其发酵前料混合体含水率控制在45％左右，所述辅料为蛋白质物质、腐殖酸和水的混合物，其中蛋白质物质质量百分比为60—70％、腐殖酸质量百分比为35—25％、水分质量百分比为适量(根据步骤一所得的秸秆原料和步骤二所述各辅料的含水量来确定，并使发酵前料混合体含水率控制在45％左右)；其中，所述复合菌剂中含有如下数量的菌株(cfu/g)：

好氧发酵处理：将步骤2)得到的待发酵配方混合物布入密封式发酵槽内进行好氧发酵处理，即：每天定时往发酵槽内布入含水量为43％～47％的待发酵配方混合物，在待发酵配方混合物本身的碳能和微生物呼吸热合力产生的热能，使其在24小时内形成55—65℃的发酵温度；每天定时翻堆散热、供氧、干燥，使其保持55—65℃的恒定亚高温状态，并向连续式发酵槽出口端移动，经7天的连续发酵，已转化了大部分可溶性有机物，生化速度渐趋和缓，基本完成了配方混合物料无害化处置，成为有机肥料半成品。

另外，发酵产生的气体进行收集循环利用，是指的：由设置在发酵床1/3的前送气部和2/3的后抽气部两部分配气管道，与发酵槽外的管道风机、管道、新鲜空气配送装置组成的发酵气体循环和配气系统。通过利用时控装置设定本系统的启动工作时长(5—10分钟/次)和间隔启动周期(2—4小时)，通过发酵气体循环和新鲜空气的配送，充分保障了被发酵物料正常发酵所需要的湿度(发酵槽后部≤35％，中部40—45％)、温度(45—65℃)、溶氧量(10—18％)；充分利用发酵槽后部分发酵物料中的亚高温气体，迅速提高前部新进被发酵物料的温度，做到了发酵槽内的温度不受外界气温影响；在发酵过程中，使发酵气体中的有效成分饱和在发酵物料之中，将养分损失降到最低而避免了周边空气的污染。

发酵尾气的净化处理，是指的：由设置在密闭发酵槽顶部的管道风机和管道、以及气体分配器和水塔、水帘膜(或气体盛水容器)等五部分组成发酵尾气净化系统。利用系统的分配器将收集的尾气进行多流均匀分配，并使其垂直射向水塔之水面既产生气水撞击、摩擦，水体产生物理裂变形成水分子状雾体。且，在此物理变化中，发酵气体中的混合物被充分吸附融合，并经塔内气压作用升至上部水帘膜。水帘膜吸溜水气混合物，释放净化气体而达标排放。

成品熟化：将步骤3)得到的有机肥料半成品，粉碎并使用5—8mm的筛分器具进行筛分，筛下物进行熟化处理：即将筛下物自然堆放，堆放高度为2m到3m，熟化温度为65℃以下，熟化时间为3—5天后进行标准要求配制，既得到符合或优于国家有机肥(ny525-2012)标准的有机肥料成品；有机肥料成品含有以下成分：

所述中微量元素包括ca、mg、s、si、b和zn，其质量配比为0.52％～0.60％∶0.13％～0.21％∶0.05％～0.10％∶0.10％～0.15％∶0.23％～0.25％∶0.17％～0.19％。

有机肥料成品的其余成分为灰分和纤维素。

本发明方法处理后的有机肥料半成品的菌含量如下(cfu/g)：

经过了熟化和筛分后，本发明方法处理得当的有机肥料成品的菌含量如下(cfu/g)：

以下结合具体实施例来详细描述本发明，下面各实施例涉及的工艺参数仅是对本发明的说明，并不构成对本发明权利要求保护的范围的限制。

实施例1

执行配方如下：

实施例1

制备步骤如下：

一种秸秆废弃物无害化处理衍生有机肥料的方法，包括如下步骤：

1)将上述配方的符合物理质量要求的品质和规格的秸秆处理物、秸秆粗原料(主料)、蛋白质物质、腐殖酸和水的混合物、复合菌剂以质量比为1‰(辅料)：其中秸秆处理料50％、蛋白质物质质量百分比为35％、腐殖酸质量百分比为15％、复合菌剂以质量比为1‰、水分质量百分比为适量(根据步骤一所得的秸秆原料和步骤二所述各辅料的含水量来确定，并使发酵前料混合体含水率控制在45％左右)；

2)将步骤1)得到的待发酵配方混合物布入连续式发酵槽内进行好氧连续发酵处理，成为有机肥料半成品；具体过程是每天定时往发酵槽内布入含水量为43％～47％的待发酵配方混合物，在待发酵配方混合物本身的碳能和微生物呼吸热合力产生的热能，使其在24小时内形成55—65℃的发酵温度；每天定时翻堆散热、供氧、干燥，使其保持55—65℃的恒定亚高温状态，并向连续式发酵槽出口端移动，经7天的连续发酵，已转化了大部分可溶性有机物，生化速度渐趋和缓，基本完成了配方混合物料无害化处置。通过输送系统输入粉碎车间粉碎、筛分，筛下物随即布入陈化间进行自然堆放熟化处理：堆放高度为2m到3m，熟化温度为65℃以下，熟化时间为3天成为有机肥料半成品。

3)将步骤2)得到的有机肥料半成品，通过设定配方指标要求调配得到有机肥料成品。

4)将步骤3)得到的有机肥料成品进行检测，检测合格后包装库存。

经以上步骤得到的衍生有机肥料的各主要组分质量比如下表1:

表1

实施例2

执行配方如下：

实施例2的制备步骤同实施例1。

该实施例得到的衍生有机肥料的各主要组分质量比如下表2:

表2

实施例3

执行配方如下：

主料：

实施例2的制备步骤同实施例1。

该实施例得到的衍生有机肥料的各主要组分质量比如下表3:

表3

以上各实施例，充分显示出本专利对秸秆废弃物的无害化处理和资源化利用衍生有机肥料方法的科学性、稳定性、和可复制推广性，填补了国内行业空白。

实际应用例：

实验面积：

实验：3亩；对照：2.5亩。

水稻品种：湘早籼45号自留种。

实验底肥：“润华大地”土壤生态修复斟剂120㎏×3亩；

对照底肥：(测土配方肥12.5㎏+碳酸氢铵25㎏)×2.5亩。

结果对比：在实验和对照丘块分别四点随机三蔸取样，

对无效分蘖、穗均粒数、瘪壳率、株高获取的数据。下表中千粒重、镉含量、亩产量均为收获后过磅和取样分析所得数据。调查结果列表如下表4：

表4

实物对比见图2。

由于应用了上述方案，本发明及其产品优点在于：

修复田间生态，提高了植物生长的抗逆性能，恢复土壤自身的造肥功能，解决土壤的酸化和板结问题，回归产品特性及其品质有着积极的作用。本产品在生产过程中消除了产生ch4的前体物质，比传统的厌氧发酵方法减少95％以上的生产量，肥料施用于土壤后大量减少了ch4的排放量，特别是水稻田的效果比不施加任何肥料时候的效果更佳。