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让错位资源“变身”绿色肥料

发布日期:2019-08-02   来源:农民日报   作者:颜旭
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图为领先公司功能膜好氧发酵堆肥机。资料图

世上没有绝对的垃圾,只有放错位置的资源。作为一个农业大国,我国每年制造出了大量的农业“垃圾”:畜禽粪污年产生量约38亿吨,农作物秸秆年产生量约9亿吨,且资源化利用率较低。目前有机肥资源总养分约7000万吨,实际利用不足50%,其中禽畜粪污综合利用率仅为60%左右。禽畜粪污的肥料化利用是一个重要途径,我国目前大约有3000家有机固体废弃物堆肥工厂。但现阶段堆肥生产应用过程尚存在发酵调控难、除臭难、施肥难等重大技术难题,且堆肥周期长,占用土地、人力、物力资源较多,堆肥成本高、品质参差不齐,缺乏有效的自动化监测和原位除臭技术等等,制约了堆肥产业的绿色和智能化发展步伐。

那么,该如何将这些“垃圾”通过经济、环保、有效处理,放在正确的位置呢?

中国农业大学工学院黄光群教授及其科研团队,长期致力于农业废弃物的资源化利用技术和智能型装备研发。最近,他告诉记者,利用其形成的完全具有自主知识产权的功能型膜覆盖好氧发酵绿色堆肥装备技术,可以实现禽畜粪污高效、环保、安全、经济的无害化处理及肥料化利用,已在全国20余省50余地市推广应用,综合效益显著。

近年来,好氧堆肥已成为我国有机固体废弃物处置和资源化利用的重要途径。在黄光群看来,现有的工厂化好氧堆肥过程一般通过强制通风或者机械翻堆的方式对堆体进行氧气供应。通过强制通风的方式供氧,通入的空气流因堆体内存在的大孔道“短路”大量逸散,导致供氧效率低的同时还会造成堆体氧气分布产生巨大梯度差异,极大地增加了经济成本,并使得发酵不均匀,发酵产物品质难以保证。

难题亦是机遇。针对上述问题,黄光群团队研发的功能型膜覆盖好氧发酵绿色堆肥系统,可有效解决堆肥过程氧气供应不足、分布不均及其带来的因厌氧发酵产生大量有害臭气、温室气体和周期较长的问题。该系统可实现对堆肥过程中温度、氧浓度和压力的实时在线监测和数据获取,自动调节通风次数与通风时长,使间隙空间氧气能有效向堆体颗粒内部渗透,使堆料始终处于最佳的发酵状态,有效减少能耗、降低堆肥成本、缩短堆肥周期并提高堆肥品质。

把准时代脉搏对症下药

2018年6月,中共中央国务院发布的《关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》(以下简称《意见》)明确指出:到2020年,畜禽粪污综合利用率达75%以上,畜禽粪污资源化利用设备配套率95%以上。该《意见》还明确指出:制定并严格执行化肥农药等农业投入品质量标准,推进有机肥替代化肥。

“养殖粪污等农业废弃物资源化利用的先进适用技术装备研发和推广应用,始终是为了解决当前农业绿色发展存在的现实问题。我们利用现代农业工程的手段来提高畜禽粪污资源化利用率,这也是解决我国农业面源污染的重要举措。”黄光群说。据悉,传统的好氧发酵工程技术模式一般采用槽式或条垛式,发酵过程温室气体、臭气等产排量较大,易造成环境的二次污染。黄光群团队针对这一问题,创新选用微米级功能膜覆盖材料,不仅仅是简单地阻止未完全降解的大分子物质和有害气体排放,而是在膜下形成微正压环境,大幅提升氧气利用效率、减少通风耗能,原位减少堆体有害、温室气体产生,并据其特有的选择透过性,使得水蒸汽等小分子可以透过膜层,而大分子有害物质则被阻止逸出。同时,由于膜内外层温差的原因,会在膜下表面形成水膜,逸散的氨气会快速溶于其中,并流回堆体,可有效减少氮素损失。

当前,要想破解农业“用工难、用工贵”“谁来种地、怎么种地”的难题,推进农业机械化和智能化,实现“机器换人”无疑是题中之义。

“我们还想要继续提高设备的自动化、智能化程度,用自动化的手段,结合生物化学的传统工艺,去解决目前畜禽粪污资源化利用面临的一系列问题,并尽量减少人为参与。比如我们研发的自动化控制系统,内嵌了多元控制方案,可以在发酵过程中基于实时获取的关键参数自动启动关键点控制方案,整个过程不需要人工干预,还可将实时信息推送至手机等终端。”黄光群总结道。

优势互补产学研协同攻关

这套新型堆肥系统已经在北京市顺义区北郎中有机肥料厂进行了试验示范研究,节能减排效果显著。应用该装备技术可比传统技术模式降低能耗33%、综合温室潜势减少28.71%、吨处理(生产)成本降低100元。2018年通过授权实施许可和战略合作与河北省秦皇岛市领先生物农业股份有限公司(以下简称领先公司)强强联合,进行成果转化和技术转移,提升了领先生物纳米膜好氧堆肥技术基础,并在全国推广。同时和江苏思威博生物科技有限公司签定了战略合作协议,促进该项技术的推广应用。

该技术落地后全面开花。以领先公司为例,截至目前,已在我国天津市、河北省、内蒙古自治区、黑龙江省、吉林省、辽宁省、浙江省等7省(市、区)10余地市推广应用上述装备近50套,年处理猪粪、粪和鸡粪等畜禽养殖粪污以及农作物秸秆等近千万吨。功能型膜覆盖好氧发酵绿色堆肥成套装备技术生产能耗、气体排放均可减少40%以上,装备自动化程度大大提升,产出有机肥品质好,综合效益显著,得到多地政府部门和用户的一致认可。

“该领域企业主要缺的是原创性技术,但是并不缺生产、销售、推广的能力。所以我们走的是产学研协同创新,通过促进产业振兴服务三农的路子。”黄光群说。他的博士研究生马双双经常“驻扎”在领先公司堆肥场做生产性试验,说起校企合作,她深有体会:“自己做的科研成果能落地,解决产业亟需的现实问题,能对社会有一定的贡献,有一种别样的成就感。”走出实验室后,她觉得自己更“接地气”了:“以前我们在实验室做试验研究,局限于从理论和技术上理解什么是臭气减排,什么是温室气体减排。但实际上环评要求到底是什么样,居民对臭气排放到底会有什么样的反应?如果我们不走出去的话,根本不知道。”记者问及跟企业一起做事情,怎样才能协调各方?她回答道:“我觉得大家有共同的目标,也都有各自的需求,我们能给企业提供他们想要的技术,所以合作协同度很高。”

领先公司副总经理杜迎辉说:“我们希望技术一落地,能够尽快产生效益。它相比传统的装备技术模式,能够节约三分之一到一半的成本。当前环保督查十分严格,这套设备十分环保,而且节省人工。”

产学研协同创新的模式要想持久,离不开政策层面的支持。对于这一点,黄光群有着自己的看法:“希望国家今后在进行资源配置的时候,能够调动一切力量统筹考虑。比如科技项目立项时,资源的配置不应简单在形式上进行产学研协同。任何一个项目的解决肯定不是说哪一家高校,或者是哪一个企业,哪一个院所就能独立解决的,其实三方或多方是一个共同体:企业需要产生利润,高校需要技术创新和成果转移,政府希望看到产业发展从而带动农民增收。希望今后更多的是面向国家需求和以解决产业问题为导向,科学设置任务。明确各自分工后,优化体制、机制和政策体系,形成真正的合力去解决实际问题。”

农民得实惠企业收效益

金杯银杯不如百姓口碑,金奖银奖不如百姓夸奖。政策的红利、先进的科技,最后能让老百姓真正得到实惠,这才是最高的评价标准。

记者来到河北省秦皇岛市卢龙县李各庄村李建明的养鸡场,一台功能膜好氧发酵堆肥机正在紧张地工作。在养鸡场院子一角,堆放着堆肥机以前生产出来的有机肥。走近肥料堆,丝毫闻不见臭味,李建明随手抓起一把,细闻起来只有淡淡的生物发酵气味,干爽清洁,大家直呼神奇。

2018年李建明与领先公司合作,采用了功能膜好氧发酵堆肥技术。随着对技术的不断熟悉,现在他操作起来已经得心应手。建明养殖场共养了2万只鸡,以前的鸡粪处理就是露天晾晒,臭味熏人,附近百姓怨声不断。这套装置投用后,每次可以处理80吨鸡粪,通过与废蘑菇菌棒、碎秸秆和生物菌剂的拌和、高温发酵,最后生产出生物有机肥。

“这套装置特别好,以前鸡粪味臭不可闻,别说是老百姓骂了,连我自己也受不了。现在好了,臭味基本上没有了,还能生产有机肥,这可真是一举两得的好事。”李建明赞不绝口。他还种了80亩苹果树,去年秋后就是用的这种肥,土壤板结情况有了很大改善。有机肥的效果初步显现,让李建明非常满意。今年,除了苹果树以外,他还准备给自己家的玉米地使用。李建明还给记者算了一笔账:功能膜好氧发酵堆肥每一个生产周期需要25天,每次可以生产将近百吨,每吨售价400元左右,效益非常可观。经过一年的运行,李建明目前已经回本。

文章关键词: 畜禽粪 资源化利用
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