瞿虞珍

（上海清美綠色食品（集團(tuán)）有限公司，上海 201300）

豆渣和黃漿水是我國豆制品生產(chǎn)過程中的主要副產(chǎn)品，在我國產(chǎn)量巨大。1 kg泡豆水產(chǎn)出的豆渣超過30%，豆渣富含豐富的有機(jī)物，是一筆可回收利用的寶貴資源[1]。豆渣中含有3種抗?fàn)I養(yǎng)因子，即胰蛋白酶抑制素、致甲狀腺腫素和凝血素，特別是胰蛋白酶抑制因子會(huì)阻礙動(dòng)物體內(nèi)胰蛋白酶對(duì)豆類蛋白質(zhì)的消化吸收，不能直接用于畜禽養(yǎng)殖，且豆渣含水量高（85%），蛋白質(zhì)、脂肪含量豐富，極易發(fā)霉、腐敗、變質(zhì)，限制了其高效再利用。黃漿水脫水后的污泥中有機(jī)物含量豐富，直接廢棄不僅會(huì)造成有益營(yíng)養(yǎng)大量流失，同時(shí)也會(huì)造成環(huán)境的可生化污染[2]。

本研究著眼于豆制品行業(yè)廢棄物豆渣和黃漿水，采用好氧發(fā)酵方式將其轉(zhuǎn)化為生物有機(jī)肥，并將堆肥成品施用于一般植物中，力求開發(fā)一套簡(jiǎn)便易行且安全高效的豆制品行業(yè)廢棄物處理方案，解決豆制品行業(yè)廢棄物對(duì)環(huán)境造成的污染問題，實(shí)現(xiàn)豆制品行業(yè)環(huán)境零污染，有序形成豆制品行業(yè)綠色循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈，為實(shí)現(xiàn)豆制品副產(chǎn)物高附加值再利用的開發(fā)研究提供理論依據(jù)，探索出一條豆制品行業(yè)廢棄物處理的新思路。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

豆渣，上海清美集團(tuán)生產(chǎn)車間副產(chǎn)物；黃漿水污泥，上海清美集團(tuán)提供；稻殼和秸稈，清美集團(tuán)公司附近農(nóng)戶提供；EM發(fā)酵菌劑，上海創(chuàng)博生態(tài)工程有限公司提供；污泥疏水試劑，上海清美集團(tuán)技術(shù)中心開發(fā)；上海青蔬菜種子，來源于綠亨科技股份有限公司。

1.2 主要試劑與儀器

調(diào)pH試劑Na2CO3溶液，水分測(cè)定儀、溫度計(jì)、彈性軟框高壓壓濾機(jī)、通氣管、滲濾液收集管、TOC測(cè)定儀、螺旋擠壓脫水生產(chǎn)線設(shè)備。

1.3 原料預(yù)處理方法

1.3.1 豆渣脫水處理方法

豆渣的脫水采用螺旋擠壓脫水生產(chǎn)線設(shè)備，含有機(jī)質(zhì)高濕物料的濃縮：當(dāng)螺旋推動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)在推動(dòng)軸外圍的多重固活疊片相對(duì)移動(dòng)，在重力作用下，水從相對(duì)移動(dòng)的疊片間隙中濾出，實(shí)現(xiàn)快速濃縮，可達(dá)到豆渣含水率為50%～55%的效果。

1.3.2 黃漿水污泥預(yù)處理方法

取清美公司豆制品廢棄的黃漿水污泥（含水量80%左右），按相應(yīng)比例加入生石灰粉末和污泥疏水試劑，采用彈性軟框高壓壓濾機(jī)壓榨脫水，脫水后含水率60%左右。脫水污泥經(jīng)調(diào)理壓濾后，污泥泥餅堅(jiān)實(shí)緊密，硬度較高。

1.4 試驗(yàn)方法

影響豆渣與黃漿水污泥共堆肥效果的工藝參數(shù)很多，也相當(dāng)復(fù)雜。本試驗(yàn)首先將預(yù)處理的黃漿水污泥與豆渣按照1∶4質(zhì)量比例混合均勻，形成污泥豆渣混合物，然后添加不同物料配比的調(diào)理劑：稻殼和秸稈粉[4]，按照表1所示的物料配比，調(diào)試形成4個(gè)不同C/N比（總有機(jī)碳/全氮）的堆體來進(jìn)行試驗(yàn)研究，由此確定豆渣與黃漿水共堆肥工藝的技術(shù)參數(shù)。

測(cè)定指標(biāo)選定為堆肥溫度和有機(jī)碳（TOC）含量。具體試驗(yàn)方法為：（1）接種：采用EM接種方法，加入堆肥物料干質(zhì)量的1%EM菌，再加入少量麩皮作為菌劑的吸附材料，混合均勻，進(jìn)行堆肥。（2）堆肥方式：建造底面半徑為80 cm，高50 cm的直立式反應(yīng)槽4個(gè)，有效容積約1 m3。于槽上、中、下3處分別設(shè)置開孔用以測(cè)量溫度。（3）通風(fēng)方式：采用抽氣的方式通風(fēng)，堆肥開始后第1周每天抽氣通風(fēng)1次，之后每周通風(fēng)3次。每天測(cè)定堆體溫度。（4）取樣：每隔2 d取樣，設(shè)固定采樣點(diǎn)，采樣部位為堆肥表層以下10～20 cm。

表1 以稻殼和秸稈粉為調(diào)理劑添加的不同物料配比

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.5.1 含水率

取樣2～3 g，精確至0.000 1 g，采用105 ℃恒溫干燥法進(jìn)行測(cè)定。

1.5.2 有機(jī)質(zhì)

取樣2.0 g，精確到0.000 1 g，然后置于瓷坩堝中（已經(jīng)恒質(zhì)量），將坩堝置于馬弗爐中，于600 ℃下恒溫6～8 h后移入干燥器，冷卻稱質(zhì)量，再重新將坩堝置于馬弗爐中，同樣溫度下灼燒10 min，冷卻后稱質(zhì)量，直至恒質(zhì)量。

1.5.3 總有機(jī)碳和全氮

總有機(jī)碳（TOC）的測(cè)定：取風(fēng)干樣5 g，用KCl（1 mol/L）溶液浸提，浸提比為1∶20，震蕩20 min后過濾，稀釋100倍后用TOC測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。全氮的測(cè)定：凱氏定氮法。

1.5.4 發(fā)芽率

以上海青蔬菜種子作為試驗(yàn)對(duì)象，首先準(zhǔn)備2個(gè)培養(yǎng)皿，分別放入1張濾紙，編號(hào)1號(hào)、2號(hào)。在1號(hào)培養(yǎng)皿中倒入豆渣與黃漿水污泥發(fā)酵有機(jī)肥浸提液30 mL，2號(hào)培養(yǎng)皿中倒入30 mL清水。每個(gè)培養(yǎng)皿中均勻撒入20粒種子，21 ℃下恒溫培養(yǎng)2 d。記錄1號(hào)、2號(hào)培養(yǎng)皿中發(fā)芽種子數(shù)（分別為a、b）、種子平均根長(zhǎng)（分別為c、d）。

種子發(fā)芽率計(jì)算公式為：[（a/20）×c]/[（b/20）×d]×100%。

1.5.5 堆肥腐熟度評(píng)定

堆肥腐熟度是指堆肥產(chǎn)品的穩(wěn)定程度。判斷堆肥腐熟度的指標(biāo)包括物理學(xué)指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)（包括腐殖質(zhì)）和生物學(xué)指標(biāo)。判斷堆肥腐熟的評(píng)估參數(shù)如表2所示。

1.5.6 堆肥肥效檢測(cè)

肥效檢測(cè)方法參照國家標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2002規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)記錄，主要檢測(cè)指標(biāo)有全氮、銨態(tài)氮、全磷、有效磷、全鉀、有效鉀。

表2 堆肥腐熟度評(píng)估參數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中溫度和時(shí)間參數(shù)檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

在堆肥過程中，堆體發(fā)酵溫度是關(guān)鍵參數(shù)，也是判斷堆肥能否成功，實(shí)現(xiàn)無害化的重要指標(biāo)之一。結(jié)合表3數(shù)據(jù)分析及圖1所示，4個(gè)堆體堆肥過程中溫度變化趨勢(shì)基本相同，均經(jīng)歷了4個(gè)階段：快速升溫期、緩慢升溫期、高溫持續(xù)期、降溫期。堆肥初期，堆料中易分解的有機(jī)質(zhì)在菌劑作用下分解，堆體產(chǎn)生大量熱量導(dǎo)致溫度升高，各堆體幾乎均在24 h內(nèi)完成快速升溫。計(jì)算各堆體從環(huán)境溫度（10 ℃）至第1波峰時(shí)升溫速率（以2#堆體為例：（34 ℃－10 ℃）/6 h＝4 ℃/h），依次計(jì)算出2#堆體升溫速率最高為4 ℃/h，4#和3#堆體次之，分別為2.75、2.3 ℃/h，1#最低為1.61 ℃/h。雖然4個(gè)堆體高溫溫度均達(dá)到50 ℃以上，但高溫溫度不同，高溫持續(xù)時(shí)間也有很大差異。其中2#堆體最快達(dá)到50 ℃以上，但高溫持續(xù)時(shí)間較短，持續(xù)23 h，而后進(jìn)入降溫期，降至36.7 ℃。4#堆體高溫溫度為53 ℃，高溫持續(xù)24 h，＜2 d。1#堆體達(dá)到高溫（51 ℃）最慢，僅持續(xù)20 h，故1#、2#和4#堆體均不符合無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（國家有機(jī)肥驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)）。3#堆體在高溫持續(xù)期和最高溫方面均最佳，高溫溫度可達(dá)57 ℃，整個(gè)發(fā)酵過程中，發(fā)酵溫度＞50 ℃的持續(xù)時(shí)間為130 h，可有效消滅有害細(xì)菌，符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，綜合數(shù)據(jù)考慮，3#堆體最優(yōu)。

2.2 確定調(diào)理劑添加量及碳氮比

堆肥腐熟度是反應(yīng)有機(jī)物降解和生物化學(xué)穩(wěn)定度的指標(biāo)。腐熟度判定對(duì)堆肥工藝、堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及堆肥使用后對(duì)環(huán)境的影響都具有重要意義。表4展現(xiàn)了不同碳氮比（C/N）和調(diào)理劑添加量組合的不同配比產(chǎn)生的堆肥腐熟度參數(shù)的測(cè)定結(jié)果，綜合來看：pH均呈堿性，含水率都控制在44%以內(nèi)，C/N比＜20。堆肥的腐熟水平可以用施用后對(duì)植物的生物效應(yīng)來判定，種子發(fā)芽率是植物重要的生物量之一。表5展現(xiàn)了不同堆體的發(fā)芽率及平均發(fā)芽時(shí)間，可以看出施用浸提液處理種子后，平均發(fā)芽時(shí)間2.7 d，發(fā)芽率均在90%左右，其中3#堆體發(fā)芽時(shí)間最短（2 d），發(fā)芽率達(dá)到96.6%。綜合考慮各項(xiàng)參數(shù)結(jié)果及發(fā)芽率，最佳配比是3#堆體，即堆肥工藝調(diào)理劑為秸稈粉，投加量為15 kg，C/N＝25∶1。

2.3 不同堆體堆肥成品肥效評(píng)價(jià)結(jié)果

由于黃漿水污泥/豆渣共堆肥發(fā)酵工藝原料為黃漿水污泥、豆渣、秸稈粉/稻殼，在整個(gè)發(fā)酵過程中也未添加任何有害污染成分，從源頭上做到安全無害，故堆肥成品無重金屬有害成分。由表6檢測(cè)結(jié)果可知，堆肥成品各理化指標(biāo)均符合國家有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)，堆肥成品呈棕褐色，結(jié)構(gòu)松散，透氣性強(qiáng)，物理性狀好，無不愉快異味。其中3#堆體各肥效指標(biāo)效果最佳，堆肥成品肥效中等，可作為一般植物的耕種肥料。

表3 堆體堆肥過程參數(shù)

表4 不同堆體堆肥腐熟度參數(shù)

表5 不同堆體種子發(fā)芽率及發(fā)芽時(shí)間

3 結(jié)論與討論

黃漿水污泥與豆渣共堆肥技術(shù)的研究采用生物好氧發(fā)酵技術(shù)，對(duì)脫水后的黃漿水污泥和豆渣進(jìn)行共堆肥化處理。試驗(yàn)結(jié)果顯示：選用秸稈粉為調(diào)理劑，投加量為15 kg，調(diào)試堆體碳氮比為25∶1時(shí)，堆肥化時(shí)間較短且堆肥成品質(zhì)量較好，堆肥過程中臭度較小，浸提液上海青種子發(fā)芽率＞95%。堆肥的肥效符合一般植物的耕種肥料，堆肥達(dá)到國家關(guān)于污泥用作土壤改良劑和有機(jī)肥料的標(biāo)準(zhǔn)。本研究實(shí)現(xiàn)了豆制品行業(yè)黃漿水污泥、豆渣的零排放，減輕環(huán)境污染，避免有效資源浪費(fèi)。下一步的深入研究方向以目前研發(fā)的生物有機(jī)肥作為基本原料，添加不同種類變質(zhì)腐爛蔬菜（含有各種微量營(yíng)養(yǎng)元素）和腐敗遭丟棄的海鮮產(chǎn)品如蝦、蟹（含磷較多）等作為堆肥的營(yíng)養(yǎng)成分，進(jìn)而細(xì)化有機(jī)肥成品肥效等級(jí)，研發(fā)出可適宜不同生長(zhǎng)基地（如：蔬菜基地、城市綠化帶及花卉等），多種植物生長(zhǎng)的各種復(fù)合肥料產(chǎn)品。同時(shí)依托清美集團(tuán)蔬菜基地，進(jìn)一步做肥料施用方法、使用量及肥效持續(xù)時(shí)間等方面的研究。將最初發(fā)酵產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成多種高附加值產(chǎn)品，技術(shù)成熟后通過示范向全國的豆制品企業(yè)進(jìn)行推廣，將取得長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

表6 堆肥成品肥效檢測(cè)