木薯酒糟污泥制生物有机肥途径探讨

赵 华 1，陈 磊2

天津科技大学 生物学院，天津300457

摘要：随着石油价格的不断上涨，生物燃料乙醇逐渐开始兴起, 利用荒山、荒坡及盐碱地种植木薯生产燃料乙醇, 是发展生物能源的主要途径之一。目前，我国酒精产量的1／3以木薯为原料；木薯酒精生产过程中会产生大量的污泥，因此污泥的处理成为了一项迫切需要解决的问题。木薯酒糟污泥中含有大量植物所需的有机物及多种微量元素，且重金属含量低，本文通过探讨利用木薯酒糟污泥生产生物肥料的有效途径，对污泥进行有效的处理处置，使之变废为宝。

关键词：木薯酒糟、污泥、脱水、资源化、有机肥

生物燃料乙醇是世界上生产规模最大的生物质能源, 利用荒山、 荒坡及盐碱地种植木薯生产燃料乙醇是发展生物能源的主要途径之一。 木薯产量高, 有很强的适应性, 在贫瘠土壤上也能生长, 在我国具有很大的潜在种植面积, 因此，木薯是生产生物酒精的首选原

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料。目前我国酒精产量的1／3以木薯为原料。但是，要想大力发展木薯酒精生产，必须首先解决生物酒精生产废液的治理与利用问题。因缺乏低成本、高效率的生产技术，目前绝大部分酒精厂排放的废液只经过简单处理就直接向外排放，对当地和下游的水环境造成了一

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定的影响。

木薯酒糟废液属于高浓度有机废水，干物质中粗蛋白含量达20％以上，含丰富的氨基酸、维生素、微量元素和多种生长类物质；且废液量特大，每生产1吨酒精就会产生10吨以上的

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废液。据统计，中国年产酒精废糟液排放量达6.5×10t，如果加以利用，既可以减少对环境造成的影响，又能为工厂带来经济效益，是一种很好的解决办法。

1.木薯酒精糟液处理现状分析

1．1木薯酒精糟液国内外处理现状

目前对于木薯酒精糟液的处理还没有一套完整的处理方法。国外主要有生物蛋白饲料法、生物制品法、厌氧发酵产沼气法等，但是，由于生物蛋白饲料法是以废水为基质获得生物饲料为目的．而木薯酒精废水中蛋白质含量远低于玉米酒精废液．所以用其加工饲料能耗高、利用价值低。木薯酒精废水中含有酒精酵母和糖分等有机物．可为微生物提供氮源，可从废水中分离出酵母或制成蛋白质菌体饲料，该方法有产品产出，有一定的经济效益，但废水中的有机物只被去除40％ ～50％，因此还需要后接好氧工艺进一步去除废水中的COD和营养物质。厌氧发酵产沼气法对于酒精废水来说是一种有效的处理方法．可以将废水中50％以上的COD转化为沼气，沼气可以用来发电，从而可以降低酒精生产的成本，是一种行

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之有效的方法。

在废水处理过程中，通常根据废水中的SS是否在厌氧前分离和分离的多少把其工艺路线分为：清液、半渣、和全渣三种类型。清液及半糟工艺则是指废液先经过固液分离，然后将

分离的SS（固渣）另行处理，液相废水再进入废水处理系统进行厌氧及好氧处理的方法。全渣工艺指的是蒸馏废水不经过固液分离，将所有的SS及COD全部进入废水处理系统进行厌氧

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及好氧处理的技术方法。

木薯酒精废水浓度高，黏度大，含沙量大，固形颗粒软，因此疏水性差。采用固液分离设备处理木薯酒精废水，使之固液分离，可降低废水中有机物浓度，为后续处理工艺减轻负

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荷。但是，目前木薯酒精废水的固液分离比较困难，分离后仍含有相当高的SS。张绪跃等认为，由于分离后渣的粗蛋白质低，粗脂肪低，粗纤维高，做饲料营养差，再利用价值低，对于大型企业，很难找到渣的出路，渣需要干燥，增加了酒精成本，而利用全渣厌氧可提高沼气产量，提供更多能源，从而降低酒精生产成本，随着厌氧技术的日益成熟，全渣厌氧成为了可能，并对全渣厌氧技术进行了初步探讨。

不管采用何种工艺，都不可避免的会产生大量的污泥，这些污泥含水率高，粘度大，难以运输，若任其堆放，不仅不利于企业废水治理，而且污染厂区环境，因此，对这些含水率高的初沉物必须进行处理，以便于综合利用。

目前大分厂家都是把酒糟污泥经过简单机械脱水后，运往干化场干化，或者是低价出售，既降低了污泥的利用效率，又对资源造成了极大的浪费。由于木薯酒糟污泥中含有大量的有机质和各种植物生长所需的微量元素，若是加以资源化利用，制作成生物有机肥，将大大增加污泥的附加值，对降低酒精生产成本，减少环境污染，将会产生极大的经济效益和社会效益。

1.2、影响木薯酒糟污泥资源化利用的主要问题

1．2．1 水分

从污泥浓缩池中排出的污泥含有大量的水分，一般含水率在97%左右，不便于储存和运输，必须要经过机械脱水。在污泥发酵过程中，水分也是一个重要的物理因素：一是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢。另外，水分蒸发时带走热量，起调节发酵温度的作用。水分的多少直接影响好氧发酵反应速度的快慢，影响有机肥的质量，甚至关系到好氧发酵工艺的成败。在发酵期间，如果含水量太高，会使堆体内自由空间少，通气性差，形成微生物发酵的厌氧状态，产生臭味，减慢降解速度，延长堆腐时间。大量的研究结果表明，发酵的起始含水率一般为50%～60%。在发酵的后熟期阶段，湿度也应保持在稳定的水平，以利于细菌和放线菌的生长而加快后熟。

1. 2. 2 除臭

发酵过程中物料的恶臭严重影响了环境和产品品质，解决发酵过程中的恶臭是木薯酒糟污泥制肥过程中另一个难点。传统的方法是利用一些物理和化学的方法加以防治，但成本高，

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效果不佳。范运湘等研究认为污泥处理中恶臭主要来源于初沉池污泥厌氧消化过程中产生的臭气以硫化氢及其包含硫气体为主，发酵过程中会产生氨气、胺、含硫化合物、脂肪酸、

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芳香族和二甲基硫等臭气。张毅民等研究表明恶臭的主要来源是NH3 、H2S 以及一些有机小分子，这些小分子常常是由一些微生物的代谢活动而产生的，抑止这些微生物的生长和繁殖有利于除臭。1978 年,日本田中米实将分离出的放线菌接种于家禽粪便中, NH3 、H2S 和VFA 等恶臭物质很快消失；1979 年藤尾雄策等分离出好热性放线菌有良好的除臭效果。之

后，研究者又开发出了硝化菌和硫化菌，使发酵基质中的NH3 和DMS (二甲基硫化物) 得到了较好的控制。最近也有生物除臭剂的专利出现。在发酵过程中，一般将除臭菌集成到发酵微生物菌群中，收到良好的效果。

1. 2. 3 增加腐殖质

发酵过程中较难降解的物质是纤维素，最难降解的则是木质素，木质纤维素的破坏意味着细胞物质的解体和腐殖质的产生，此为发酵生物有机肥腐熟过程中的最重要的物理性状变化。从而，纤维素分解菌剂与木质素分解菌成为发酵制肥微生物菌剂的核心。在发酵过程中，有机废物中的可溶性有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收；固体的和胶体的有机物先附着在微生物体外，由生物所分泌的胞外酶分解为可溶性小分子物质，再渗入细胞内为微生物利用。微生物通过自身的生命活动——氧化还原和生物合成过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长、活动所需要的能量，把另一部分有机物转化合成新的细胞物质，使微生物生长繁殖，产生更多的生物体，最终经腐熟得到质地

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松散、含有大量微生物的有机肥成品 。

2、木薯酒糟污泥生产生物有机肥途径探讨 检验有机质 项目 检验值 62.72 全氮 1.04 P2O5 0.64 K2O 0.38 砷 0.824 铬 8.81 镉 0.00675 铅 3.01 汞 0.001833

上表是某酒精厂木薯酒糟污泥的成分分析，由表可知，污泥中各种重金属含量低，符合有机肥的标准，含有大量的有机质，但是N、P、K含量略偏低，所以可以通过微生物的分解作用降解有机物：一是可以产生大量的热量带走大部分水分，达到降低含水率的目的；另一个就是降解有机质，产生植物生长需要的Ｎ、P、K等物质，提高有机肥的质量。按照发酵物中水分含量的多少，木薯酒糟污泥制有机肥的大致流程如下：

分离污泥 机械脱水 添加辅料 接种发酵 干化造粒

2.1 预处理和机械脱水

经过蒸馏塔出来的污水首先打入厌氧罐进行发酵，产生大量的沼气。据报道1t木薯酒精产沼气约220m³；分离滤液发酵沼气，每1m³滤液产沼气12～14m³。厌氧发酵后的污泥含水率在92～96%之间，必须进行机械脱水。污泥在进行机械脱水之前，一般需通过用絮凝剂调节絮凝程度来增加污泥的比阻值。污泥调节常用的絮凝剂包括无机絮凝剂与高分子絮凝剂。无机絮凝剂主要是铝盐和铁盐，它们的投加量一般较大况且在污泥脱水中效果不是很好。高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺（PAM）、聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铁（PFS）等，它们的优点是药剂消耗量大大低于无机絮凝剂。相比之下，在污泥脱水调节中高分子絮凝剂的应用

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较为广泛。吕斌等研究了微波技术、微生物絮凝剂技术、壳聚糖絮凝剂技术等，都证明是行之有效的方法。经过调理后的污泥，机械脱水效率将大大提高。

污泥机械脱水主要采用的设备有：带式压滤机、板框压滤机和离心脱水机。带式压滤脱水机受污泥负荷波动的影响小，还具有出泥含水率较低且工作稳定能耗少、管理控制相对简单、对运转人员的素质要求不高等特点。板框压滤机有着脱水含固率高、电耗低等优点．也有占地面积大、间歇运行、操作环境较差等缺点。离心式脱水机连续生产，生产能力大，所需基建投资少，占地少，操作环境卫生条件好，自动化程度高，操作简单，国内已较多采用（11）

。一般经过机械脱水后，可以使污泥的含水率降低到80%左右。

2.2添加辅料

当污泥中含水率降低到80%左右时，物料基本上呈现半固态，此时可以通过添加一些猪、牛、羊、鹿、鸡、鸭、鹅等畜、禽粪便；或加入粉碎或铡成小段的作物秸秆、稻壳、锯末、落叶、以及秕壳类等有机废弃物；也可加入一定量的草炭、腐叶土、腐殖质土等。另外矿物腐殖质泥炭、草炭、褐煤、风化煤；城市废弃物生活垃圾、污泥、粉煤灰等；工业废渣糠醛渣、酒精渣、甘蔗渣、甜菜渣等；粮食加工废弃物棉子饼、豆饼、菜子饼等；工业有机废液

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味精、造纸、淀粉生产废液(渣)等都可以添加进去。

为了保证作物对磷、钾及其他微量元素营养的需求，又不以化肥的无机形态进行施肥，在有机肥制作过程中加入适量的磷、钾等化肥，使其在发酵过程中由无机态转化成有机态营养，安全供给作物，以保证作物对磷、钾等营养的高强度大量需求。同时也可防止磷、钾肥供作物直接吸收后，在分解过程中，会产生二氧化碳以及各种有机酸和无机酸。二氧化碳除被植物吸收外，溶解在土壤水分中形成的碳酸和其它各种有机酸、无机酸都有促进土壤中某些难溶性矿质养分溶解的作用，从而增加土壤中有效养分的含量。有些肥料(如石灰、石膏)除直接增加土壤养分，还能通过调节土壤反应，提高土壤中有效养分的含量。此处理过程通过添加辅料，来进一步降低含水率和调节C/N等，以便于下一步进行发酵。

2．3 接种发酵

经上一步添加辅料，使木薯酒糟污泥含水率达到65%左右。研究表明，用机械方法只能除去一部分间隙水，而大部分临界面的结合水无法用机械方法除去；而且在含水率65%～35%的阶段是脱水的高能耗阶段，一般方法难以解决。所以考虑通过接种微生物发酵的方法，来达到降低污泥含水率的目的。

发酵主要是接种两类微生物，一类是复合发酵菌群，一类是复合有益微生物菌群。一般采用好氧发酵技术，利用微生物的代谢活动来分解物料中的有机物质，使物料达到稳定和无害化。研究表明纤维素和半纤维素是相对较难降解，木质素是最难降解的。为了加强发酵能

力,就需要引入一些能加强分解纤维素和半纤维素的微生物，例如对纤维素有强分解效果的木霉属微生物。发酵过程中物料的恶臭严重影响了环境和产品品质，用经分离的放线菌接种，可有效去除恶臭。随着生物技术的不断发展，目前，已形成了功能强大的发酵菌群，大大缩

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短了发酵周期。

发酵过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态氮、磷、钾化合物，同时又能合成新的高分子有机物——腐殖质，它是构成土壤肥力的重要活性物质.在发酵中添加解磷细菌能够溶解土壤中难溶的磷酸三钙、磷酸铁等磷酸盐而释放出水溶性磷，供植物生长利用。解钾细菌(硅酸盐细菌)能分解由硅酸盐和铝硅酸盐组成的矿物质，释放出可供植物生长直接利用的磷、钾、硅等元素。同时，固氮芽孢杆菌有较强的固氮能力。在发酵中加入大量复合有益微生物的目的是通过它们在土壤中的积极活动来提供作物需要的营养物质或产生激素来刺激作物生长，提高土壤肥力。同时向发酵好的物料中加入固氮、解磷、解钾功能的复合微生物菌剂，能进一步增加生物有机肥肥效，制成生物有机固体颗粒肥料。

而且，菌剂在进行生物发酵过程中，形成一种能量流、物质流的交换、互动、循环过程。产生大量发酵生物热能，在有氧条件下，微生物迅速繁殖，能强烈分解其中的有机物质。在高温微生物作用下，有机质氧化、分解产生生物热形成能量交换、运转和60～70℃高温，能

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杀死病菌、虫卵和有害微生物，降低水分含量，并产生矿质化和腐殖质。

2.4 干化造粒

木薯酒糟污泥经二次脱水后仍含有约30%左右的水分，这样的物料既不能进行粉碎也不能进行造粒，因此在造粒前需要对物料进行烘干，将水分降低到15%-20%，再进行粉碎、筛分，进入造粒系统。目前国内常用圆盘造粒和转鼓造粒设备生产有机肥料，圆盘造粒设备简单，造价低，便于操作，但生产规模小，一般年产量在一万吨以下。转鼓造粒设备生产规模较大，可采用蒸汽造粒、氨化造粒和喷浆造粒工艺。

3、展望

木薯酒糟污泥通过发酵制生物有机肥，不仅可以减少对环境的污染，而且达到了资源化利用，有利于降低工厂生产成本，改善工厂环境，有很好的经济效益和环境效益。随着长期施用化肥带来的土壤板结等问题，人们越来越倾向于使用生物有机肥来改善土壤营养，生物有机肥的发展前景十分广阔，利用木薯酒糟污泥生产生物有机肥是完全可行的。