木薯渣等有机固态废弃物快速资源化利用的研究

辅料，用于猪、鱼饲料［７］ ；厌氧发酵生产沼气［８］ ；用 作培养菇类的培养基［９－１０］ ；发酵后作为肥料［１１］ ，国 外学者研究发现木薯渣还含有生长素和赤霉素等植 物生长调节剂，能够刺激植物种子发芽及根茎叶器 官发育；同时也可进行二次发酵生产酒精［１２］ 。
有机固态废弃物极其普遍，产量极大。 以农业 生产为例，在蘑菇种植过程中，蘑菇渣是蘑菇生长的 废弃培养基，渣中含有食用菌的代谢产物包括糖类、 有机酸类、酶和生物活性物质，数量庞大的微生物群 落以及残留的菌丝体 ，具有生态高值化利用的潜力， ２０１０ 年我国食用菌产生废弃的蘑菇渣产量就达到 ３６０ 万 ｔ［１３］ 。 秸秆是成熟农作物茎叶的总称，如今 秸秆焚烧常常造成大气污染， 已经被国家明令禁止。 目前秸秆利用率约为 ３３％，其中大部分未加处理， 经技术处理利用的仅约占 ２．６％ 。 ［１４］ 我国烟草种 植面积和产量均居世界首位，常年烟叶种植 １５００ 万 亩，生产烟叶 １７５ 万 ｔ，每年有数十万吨烟草废弃物 被弃置［１５］ 。 如此大量的有机固态废弃物若处理不 及时或不当，还会造成二次污染。 反之，处理及时， 方法得当则可变废为宝。
标准溶液，邻菲罗啉指示剂，硼酸， 氢氧化钠，溴甲酚 率为开 １０ ｍｉｎ，停 ５０ ｍｉｎ，整个反应过程维持在 ８０
马弗炉高温焚烧法，磷、钾用火焰光度计法测定， 氮 左右时反应结束。
采用凯氏定氮仪测定，另还需消煮炉，ｐＨ 计，各当量 １．４．２ 木薯渣和秸秆粉混合发酵
级的天平，烘箱若干。
在热酶快速反应器小式设备中，木薯渣和秸秆
试验用浓硫酸，过氧 比例混合，共 ３０ ｋｇ，添加 ３０ ｇ ＢＭ１，通风频
试验用热酶快速反应器由标优美生态工程股份 有限公司设备制造厂自行设计，具有自动调速、自动
４期
刘立鹤，聂伟，徐金鹏，等：木薯渣等有机固态废弃物快速资源化利用的研究
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控温、自动控制进风量及进风频率等功能。 样品的 器中进行快速发酵反应，通风频率为开 １０ ｍｉｎ 停 ５０
水分测定采用赛多利斯水分测定仪，灰分测定采用 ｍｉｎ，整个反应过程维持在 ８０ ℃，物料水分在 ３０ ％
Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｕｉｔ ｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｓｓａｖａ ｅｒ ｓｉｄｕｅ ａｎｄ ｏｔ ｈｅｒ ｏｒ ｇａ ｎｉｃ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｅｔ ｂｙ ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃｄ ｉｇｅｓｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩＵ Ｌｉ－ｈｅ１ ，ＮＩＥ Ｗｅｉ１ ，ＸＵ Ｊｉｎ－ｅｐ ｎｇ１ ，ＺＯＵ Ｙｉ，１ ＺＨＯＵ Ｚｈｅ２ ，ＷＡＮＧ Ｚｈｅ２ ，ＹＵ Ｘｕｅ－ｓｈｅｎｇ２， ＹＵ Ｙｉｎ ｇ２ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｗｕｈａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００２３， Ｃｈｉｎａ；
木薯是世界三大种植薯类之一， 在我国主要分 布南方省份，其中广西木薯种植面积约占全国的三 分之一以上 。 木薯渣是用木薯生产加工淀粉或乙醇 后的残料，木薯淀粉渣主要集中在每年 １１ 月至次年 １ 月底生产，而木薯乙醇渣生产原料是鲜木薯和木 薯干片，因此全年都可以生产［４］ 。 我国每年木薯淀 粉加工产生的木薯渣有 ３０ 万 ｔ，加上生产酒精等其 他产品的木薯渣总计已达 １５０ 万 ｔ［５］ 。 目前，因木薯 渣保水性强，气味重，粗纤维含量高，适口性差，绝大 多数木薯渣没作处理，而直接堆放或丢弃。 木薯渣 若无法及时处理利用，在特有气候条件下，会成为有 害霉菌繁殖的良好培养基，并产生一定量的 ＨＣＮ， 下渗会对植 被、 土 壤 和 地 下 水 环 境 造 成 较 大 破 坏。 其堆存时变质腐烂过程中，不仅占用大量土地资源， 而且产生恶臭，滋生蝇蚊，污染环境。 随着市场对淀 粉、酒精需求量的不断增加，木薯渣存量也随之急剧 增加［６］ 。 目前主要的处理方法有：发酵后作为饲料
第 ３３ 卷第 ４ 期 ２０１４ 年 １２ 月
武 汉 轻 工 大 学 学 报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
文章编号：２０９５－７３８６（２０１４）０４－０００１－０６
ＤＯＩ：１０．３９６９ ／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－７３８６．２０１４．０４．００１
Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２０１４
随着我国大规模城镇化和工业化进程，国内环 境污染与治理，资源浪费与短缺问题同时凸显。 城 市化、工业化和农业生产常常产生大量有机固体废 弃物，主要包括城市生活垃圾、城市污泥、集约化禽 畜粪便、农业生产中的各类秸秆、工业加工中产生的 各类沼渣等，产量巨大，且成分非常复杂［１］ 。 一方 面，鉴于当前，原有的填埋、堆积等处理方法，不仅周 期长，占据大量土地资源，而且造成环境污染，滋生 蚊蝇，更无法有效解决日益增多的固废增量。 传统 农业废弃物大量堆积和焚烧对大气环境、水环境和 土壤环境等造成严重的污染［２］ 。另一方面 ，在自然 资源的耗竭、匮乏和能源的短缺的情况下，有机固态 废弃物自身富含植物所需养分和有机质，若处理得 当，是优质的 有 机 肥 源， 有 些 甚 至 还 可 作 为 饲 料 原 料，此外 ，有机固态废弃物自身蕴含着大量的生物质 能，若能有效利用这类生物质能源，对实现环境和经 济的可持续发展具有重要意义［３］ 。
本研究以木薯渣为主料，辅以蘑菇渣等其他有 机固态废弃物，系统研究了热酶快速发酵工艺生物 资源化利用的可行性，以期为木薯渣等有机固态废 弃物的快速资源化利用，提供一定的理论依据和可 参考的试验数据。
１ 材料与方法
１．１ 试验材料 试验用木薯渣来源于江苏镇江长兴酒精厂生产
酒精的废渣；试验用秸秆、稻壳来自周围农田，烟杆 粉、蘑菇渣均为烟叶和蘑菇养殖户提供。 １．２ 试验仪器与试剂
２．Ｂｉｏｍａｘｔｅｃｈ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｓｈａｒｅｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２３００１９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔａｒ ｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｓｓａｖａ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｆｔｅｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｃｏｈｏｌ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｓｔｒａｗ， ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ， ｔｏｂａｃｃｏ ｐｏｗｄｅｒ， ｍｕｓｈｒｏｏｍ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｏｒ－ ｇａｎｉｃ ｗａｓｔｅ ａｒｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｍａｄｅ ａ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｒ ｂｙ ａｄｄｉｎｇ １‰ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｎｚｙｍｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｗｅｔ ｗｅｉｇｈｔ．Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｍｏｉｓｔｕｒｅ， ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ， ｐｏｔａｓｓｉｕｍ， ｃａｒｂｏｎ， ｐＨ， ｔｏｔａｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ， ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ａｎｄ ｃｒｕｄｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｆｉｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｃｒｕｄｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｃａｓｓａｖａ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｎｄ ｍｕｓｈｒｏｏｍ ｂｙ ８∶２ ｗａｓ １４．６９％，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ７．２％（ Ｎ－Ｐ２ Ｏ５ －Ｋ２ Ｏ ｄｒｙ ｂａｓｉｓ）；ｗｈｅｎ Ｃａｓｓａｖａ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｎｄ ｓｔｒａｗ ｐｏｗｄｅｒ， ｔｏｂａｃｃｏ ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ ｐｏｗｄｅｒ ｆｅｒｍｅｎｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ９ ∶１， ｔｈｅ ｃｒｕｄｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ １３．５６％， １７．６９％ ａｎｄ １２．９４％， ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ７．３５％， ５．５１％ ａｎｄ ７．０５％．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｄｕｒ－
木薯渣等有机固态废弃物快速资源化利用的研究
刘立鹤１ ，聂 伟１ ，徐金鹏１ ，邹 义 １ ，周 哲，２ 王 哲２ ，于学胜２ ，余 赢２
（１．武汉轻工大学 动物科学与营养工程学院，湖北 武汉 ４３００２３；２． 标优美生态工程股份有限公司 ，江苏 南京 ２１００２９）
摘 要： 研究以提取酒精后的木薯渣为主料，分别与秸秆、稻壳、烟叶粉、蘑菇渣等农业有机废 弃物以不同的配比，添加 １‰的热酶发酵剂，在热酶反应器中快速发酵，通过研究发酵产物的 水分、总氮、总磷、钾、碳、ｐＨ、总养分、有机质、粗蛋白含量的变化，系统评估了木薯渣等有机固 态废弃物热酶快速发酵资源化利用的可行性。 试验结果表明：木薯渣与蘑菇渣按 ８∶２ 发酵终 产物粗蛋白质为 １４．６９％，总养分（ Ｎ－Ｐ２ Ｏ５ －Ｋ２ Ｏ 干基计） 达 ７．２％；木薯渣酒糟与秸秆粉按 ９∶１ 发酵终产物粗蛋白质为 １３５．６ ％，总养分达 ７．３５％；木薯渣酒糟与烟叶粉按 ９∶１ 发酵终产物中 粗蛋白质为 １７．６９％，总养分达 ５．５１％；木薯渣酒糟与稻壳粉按 ９∶１ 发酵总养分从 ４ ｈ 的 ６． ８８％增加到 ２４ ｈ 的 ７．３１％，终产物粗蛋白质为 １２．９４％，总养分至 ７．０５％，上述各项检测指标 均符合农业部 ＮＹ－５２５ 有机肥标准。 因此，利用热酶快速发酵工艺，木薯渣等有机固态废弃物 经发酵处理后，可用于有机肥、鱼肥，部分也可作为饲料原料。 关键词：木薯渣；发酵菌剂；有机固体废弃物；热酶发酵系统；有机肥料；饲料资源 中图分类号： ＴＱ ４４０．２ 文献标识码： Ａ
收 稿 日 期 ：２０１４ －０７－０８ ． 作者简介：刘立鹤（１９７２－） ，男，博士，副教授，Ｅ－ｍａｉｌ：７６３８２６８６５＠ｑｑ．ｃｏｍ．
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武 汉 轻 工 大 学 学 报
２０１４ 年
ｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃａｓｓａｖａ ｌｅｅｓ ａｎｄ ｒｉｃｅ ｈｕｓｋ ｐｏｗｄｅｒ ｒｅｓｉｄｕｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｙ ９∶１， ｔｏｔａｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ４ ｈ ｔｏ ２４ ｈ， ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｆｒｏｍ ６．８８％ ｔｏ ７．３１％， ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ， ｔｈｅ ｃｒｕｄｅ ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ １２．９４％ ， ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｗａｓ ７．０５％．Ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｆｅｒ－ ｔｉｌｉｚｅｒ ＮＹ－５２５ ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｕｓ， ｃａｓｓａｖａ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ， ｆｉｓｈ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ， ａｎｄ ｓｏｍｅ ｃｏｕｌｄ ａｌｓｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｅｅｄ ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ ｂｙ ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｓｓａｖａ ｒｅｓｉｄｕｅ；ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ ； ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ；ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ； ｏｒｇａｎｉｃ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ； ｆｅｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ