[01517503]糖蜜发酵废液制备系列有机碳肥技术研发与产业化

本成果为计划外的自选项目,属于高校自选重点科技攻关项目。 制糖业在为地区经济发展做出重要贡献的同时,也成为了污染较为严重的行业之一。制糖过程中会产生大量对水体生态系统造成严重破坏的副产物。因此,为了社会经济的稳定发展和地球家园的良性循环,寻找绿色有效的制糖业副产物的处理方式迫在眉睫。 在巴西,利用糖蜜酒精废液直接灌溉甘蔗已有悠久的历史,并收到了很好的经济效益。我国近年来也开展了其作为肥料对作物产量、品质、生理代谢和土壤理化性状的影响等方面的研究工作,广西农科院李杨瑞和科研人员发现,将糖厂的酒精发酵液兑水,按照波美度为8以下的配比浓度适当稀释,以每亩7吨左右的量施放到新植蔗地里,加盖地膜,就能形成了一个可实现保水、保温、保肥、防治地下害虫害的“酒精发酵液定量还田技术体系”,这一技术体系不但可以实现糖厂酒精发酵液零排放,还可使蔗区三分之一的蔗地完全不需施用化肥,平均每亩可节省化肥投资60~100元,增产甘蔗1吨左右,增收400元以上。目前将糖蜜废液稀释后直接用于农田浇灌,是最主要的利用方式,可以减少运费,起到节约成本、增加产量的效果,但施用过多也会造成烧苗和土壤板结。张志宏等通过浓缩烘干,降解后并加入氮磷钾盐等无机肥,制备有机-无机复合肥 ,但该方法耗能高,运行成本也大,浓缩产生的大分子降解困难;程红胜等通过低温蒸发或者膜浓缩等技术手段,浓缩含腐殖酸较高的废液,制备有机碳肥,该方法简单、可行性强,但生产成本高,处理效率低。 本成果所应用的技术原理与性能指标,包括以下几点： 1 酸化、氧化反应对有机高分子具有降解作用,并且反应条件温和,具备高效简便制备平均粒径1000nm以下,有机质含量20%以上的小分子有机碳肥的潜力。 2 由于水溶性的氨基酸或糖类小分子金属螯（络）合物可以更容易的被植物所吸收,而废水中的氨态氮含量可达3%~5%。将废水经氧化催化等化学处理,把聚合的大分子有机质分解为小分子物质,再与金属离子络合反应处理后,应用于农作物种植灌溉,大幅度减少农田投资。 3 使用有机碳微生物包裹技术,将有机碳、微生物、复合肥颗粒或尿素颗粒有效的结合在一起,可以在保证微生物活性的同时,使不同物质之间功能发挥相互促进,达到突破微生物肥料成产瓶颈的效果。 本成果所应用的创新性与先进性,包括以下几点： 1 通过酸化氧化催化等工艺降解高浓度高分子量的糖蜜废液和氨基酸发酵废液,获得了小分子有机碳液体肥,通过降解络合微量元素或与天然矿物质、碱性氧化物等结合,得到可直接被作物吸收的新型有机碳液体肥与土壤调理、给作物营养双重功效的土壤调理剂,且在国内利用糖蜜废液制备有机碳液体肥料并产业化。 2 将微生物、粉体纳米水溶有机碳引入复合肥塔式生产工艺,制备有机无机复混肥作为追肥使用的新方法,解决了在高塔工艺中,水溶有机质115℃高温易变性问题 3 首次采用纳米有机碳微生物包裹技术,将有机碳、微生物、复合肥颗粒或尿素颗粒有效的结合在一起,不同物质之间相互促进功能的发挥,达到多技术协同增效的目的,并且具有微生物保质期长,杜绝高盐对微生物活性的影响等优点,突破高盐微生物肥料生产瓶颈在总养分不高于50%的肥料中注入微生物功能。 本成果已在全国22个省市区500多家农资企业推广应用,团队研发的有机碳液体肥和微生物包膜肥料（芭田黄金系列产品）,在叶菜作物（菜心、小白菜、韭菜等）、瓜菜类作物（冬瓜、豇豆、番茄等）、果树作物（柑橘、香蕉、番石榴等）等作物进行了青枯病、枯萎病等土传病害防止以及土壤连作障碍改良等。产品应用后可减少化学农药使用次数1-2次,作物增产8.2%-9.8%,亩收益平均增加243元。成果截止2020年生产肥料超31万t;推广应用该成果累计新增产值10.95元,新增利润1.64亿元,近两年（2018-2019）推广面积分别为2600万亩和4320万亩,2年累计面积达6920万亩,累计增收节支（社会经济效益）2.15亿元,取得了明显的生态环境效益。 本成果仍旧存在一定局限性,分别为以下几点： 1. 酸化催化氧化虽然具备高效、反应温和等特点,使用的氧化剂与酸化剂为高浓度酸,对设备要求高,生产成本较大。 2. 制备有机碳液体肥虽然便于植物吸收,但其中有机碳肥粒度仅有60%在200nm以下,如何提高大分子有机质酸化氧化效果,以提高200nm以下有机碳肥产率,还有待进一步研究。 3. 有机质固型占45%以上,有机碳肥生产如何将其利用,以提高有机质的利用效率,仍需更深一步的探讨。