一种蔬菜尾菜资源化利用处理方法与流程

本发明涉及农业废弃物资源化处理，具体为一种蔬菜尾菜资源化利用处理方法。

背景技术：

1、蔬菜尾菜在农业采收、流通和加工过程中大量产生，将其进行好氧发酵制备成肥料是实现资源化利用的常见途径。然而，蔬菜尾菜本身具有含水率高、易降解有机质丰富以及缺乏物理支撑骨架的特点。在常规的好氧发酵过程中，由于堆体自身重力及微生物的快速降解作用，物料内部的孔隙容易发生塌陷和闭合。这种物理结构的破坏阻碍了外部空气向堆体深层的输送，导致物料内部出现局部厌氧环境。在供氧不足的条件下，易降解有机物会快速产生挥发性脂肪酸并形成积累，造成发酵体系发生酸败，这不仅会产生恶臭气体，还会抑制好氧发酵微生物的正常代谢活性。

2、与此同时，蔬菜尾菜富含蛋白质等含氮物质。在发酵中后期，随着堆体温度的升高和含氮有机物的持续降解，体系中的氮元素容易转化为氨气，并随强制通风气流向外挥发流失。这种现象降低了最终肥料产物中的总氮等营养成分含量，影响了产物的农用价值。

3、为了缓解上述问题，传统的处理工艺多采用大量添加秸秆、稻壳或锯末等低含水率的外源辅料。通过混入这些辅料来吸收多余水分，并依靠外源辅料的木质素纤维结构来提供堆体的孔隙骨架。但这种处理方式增加了辅料的采购、运输与预处理成本。更为不利的是，大量外源辅料的加入挤占了有限的发酵槽设备空间，显著降低了单位发酵容积内对目标蔬菜尾菜的实际消纳处理量，使得整体处理效率低下。依靠单纯的物理混拌也很难在不增加大量辅料的前提下，同步解决物料流变性差、孔隙易闭合以及后期氮素流失的综合性问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种蔬菜尾菜资源化利用处理方法，解决了蔬菜尾菜含水率高且物理结构强度低，在好氧发酵过程中孔隙易发生塌陷导致局部厌氧；同时，发酵前期物料易快速产酸造成体系酸败，中后期存在氨气挥发与氮素流失，导致发酵效率低及肥料产物质量不达标的问题。

2、第一方面，本发明提供一种蔬菜尾菜资源化利用处理方法，采用如下的技术方案：

3、一种蔬菜尾菜资源化利用处理方法，包括以下步骤：

4、（1）破碎及破乳调理：将蔬菜尾菜进行破碎处理，随后向破碎后的物料中均匀投加聚合硫酸铁，在50～70rpm的转速下进行剪切搅拌混合，得到处理物料a；

5、（2）骨架预混物及发泡源错位投加：降低搅拌转速至10～20rpm，先向处理物料a中匀速撒入骨架与保氮干粉预混物并维持搅拌，随后再向物料体系中均匀投加过碳酸钠并继续维持搅拌，得到处理物料b；

6、（3）受控低幅正压成孔处理：将处理物料b置于密闭发酵空间内，向内部泵入空气形成受控低幅正压环境并保压，保压结束后瞬间泄压至常压状态；连续循环执行所述保压与瞬间泄压步骤；

7、（4）好氧发酵及排料：在常压下进行强制通风好氧发酵，待发酵完成后进行排料，即得固体有机肥料产物；

8、按重量份计，每1000份所述蔬菜尾菜，所对应添加的各原料用量如下：

9、所述聚合硫酸铁为1.0～3.0份；

10、所述骨架与保氮干粉预混物由20.0～40.0份的过磷酸钙与10.0～25.0份的七水硫酸镁组成；

11、所述过碳酸钠为15.0～30.0份。

12、通过采用上述技术方案，本发明通过物理机械工艺与添加剂协同，在好氧发酵前对蔬菜尾菜的物理孔隙及相关组分进行前置调理。其对应的反应过程及机理体现为：

13、步骤（1）中，由于尾菜破碎通常会释放胞内物质并形成乳化胶体，投加聚合硫酸铁后，其发生水解产生多核羟基络合物与铁离子，可通过中和胶体表面的负电荷来降低排斥电位，促使胶体微粒脱稳。在此基础上，借助聚合物分子的吸附架桥作用使细小颗粒产生初步絮凝，以此打破原有的物料持水形态，促使较多结合水转化为游离水状态。

14、步骤（2）中，发酵前期含氮有机物降解往往会产生氨气并溶入液相形成铵根离子，预混物中的过磷酸钙与七水硫酸镁溶解释放出的磷酸根和镁离子，能在物料微环境中与上述铵根离子发生反应，生成磷酸铵镁晶体（mg2+nh4++po43-+6h2o→mgnh4po4·6h2o↓）。这种结晶反应倾向于将体系内游离态的氮元素转化为相对稳定的难溶盐，进而抑制氨气随气流挥发流失。另一方面，过碳酸钠在体系中遇水分解释放出过氧化氢，并进一步产氧（2na2co3·3h2o2→2na2co3+3h2o+1.5o2↑）。所产氧气受限于物料黏度会形成微小气泡，为后续物理成孔提供气相基础，且副产物碳酸钠能够对体系因过磷酸钙引入的酸性起到一定的缓冲调节作用。

15、步骤（3）中，随着密闭空间正压建立，分布于物料内的微气泡因受压而体积收缩；在随后的瞬时泄压操作下，外部压力骤降使得气泡因压差失衡快速膨胀，进而克服周围液膜阻力并破裂。配合循环执行的压差波动操作，容易促使原本孤立封闭的微气泡发生交汇贯通，引导物料内部形成连通的孔隙网络，从而在不需要大量添加外部膨松剂的情况下，改善气流扩散条件，降低强制通风阻力。

16、优选的，步骤（1）中，所述破碎处理控制物料的粒径为5～10mm；所述剪切搅拌混合的具体工艺参数为：搅拌轴转速设定为50～70rpm，连续搅拌3～8min。

17、通过采用上述技术方案，特定的粒径范围有助于药剂渗透接触并维持物料基础骨架。搅拌参数设定的目的在于提供足以分散聚合硫酸铁的剪切强度，促使其发挥絮凝作用，同时也兼顾防止过高转速破坏初生的絮凝微观结构。

18、优选的，步骤（2）中所述骨架与保氮干粉预混物为预先配制而成的混合物，其具体的制备方法包括：将过磷酸钙和七水硫酸镁分别进行干法粉碎并过60目筛，然后按配比分别称取；在温度为15～25℃且相对湿度低于40%的条件下，投入干粉混合设备中控制主轴转速为30～40rpm连续混合10～15min；最后置于密闭容器中防潮保存，于配制后24h内使用。

19、通过采用上述技术方案，干法粉碎与过筛操作旨在减少因颗粒过大引发的反应速率不均现象。在受控温湿度下混合及密封存放，主要为了降低过磷酸钙吸湿结块或与硫酸镁提前发生水化的风险，有助于维持药剂在投料时的反应活性。

20、优选的，步骤（2）中所述骨架预混物及发泡源错位投加的具体时序及工艺参数为：将搅拌转速调整至10～20rpm，先撒入所述骨架与保氮干粉预混物，在10～20rpm的转速下维持搅拌3～8min；随后投加所述过碳酸钠，继续在10～20rpm转速下维持搅拌10～20min。

21、通过采用上述技术方案，骨架预混物的先行投加能在体系中建立起初期沉淀位点。后续接入过碳酸钠，能在一定程度上延缓其与大量游离水瞬时接触的面积，减缓分解产气速率；配合低速搅拌，可降低刚产生的微气泡被机械力打散的概率，使其更容易留存于物料内部。

22、优选的，步骤（2）中，在投加所述过碳酸钠后的15min内，所述物料体系的最高温升峰值控制在6.2～8.7℃，ph波动区间维持在6.32～7.22。

23、通过采用上述技术方案，对温升与ph波动的区间限定，反映了过碳酸钠分解处于相对平缓的状态。温升可控意味着放热不易破坏物料絮凝结构，而此弱酸至中性的微环境一方面对发酵初期的微生物存活较为友好，另一方面也倾向于为磷酸铵镁的结晶析出提供适宜的缓冲条件。

24、优选的，步骤（3）中所述受控低幅正压成孔处理的具体工艺参数为：所述受控低幅正压环境为0.03～0.06mpa表压，达到设定压力后维持保压10～20min；所述瞬间泄压为在5～15s内将压力骤降至0mpa表压；所述保压与瞬间泄压步骤采用连续循环执行3～5次。

25、通过采用上述技术方案，选定此表压范围可在不对底层物料造成过度压实的情况下压缩微气泡体积。借助短暂时间内的压力骤降形成压差冲击，多次循环执行这一过程，有助于打通原本独立的孔隙死角，逐步构建出具备连通性质的气道。

26、通过采用上述技术方案，特定孔隙率与压降指标体现出受压后物料物理结构的改变程度。开孔比例的增加与通气阻力的下降，反映出气相通道的形成，这在较大程度上改善了尾菜原本因胶体持水带来的致密黏稠状态，从而利于后续好氧发酵阶段的氧气传质交换。

27、优选的，所述聚合硫酸铁为固体粉末，聚合硫酸铁的全铁质量分数≥19.0wt%，盐基度为8.0～16.0%。

28、通过采用上述技术方案，此规格的聚合硫酸铁带有较高的全铁含量，易于在体系中提供凝聚核心；相应的盐基度参数有助于维持多核聚合物形态，使其在偏酸性的尾菜液相环境中保持较好的电中和与架桥絮凝效果。

29、优选的，所述过磷酸钙的有效五氧化二磷质量分数≥12.0wt%，游离酸质量分数为3.0～5.5wt%。

30、通过采用上述技术方案，过磷酸钙所含的有效磷作为结晶沉淀的阴离子来源发挥作用。其附带的少量游离酸赋予了物料局部微酸性，这不仅有助于在短期内抑制游离氨的挥发逸散，还能作为体系缓冲物质，用来对冲后期过碳酸钠分解带来的部分碱性。

31、优选的，所述过碳酸钠为硬脂酸包衣微颗粒，过碳酸钠的粒径为0.5～1.5mm，活性氧质量分数≥13.0wt%。

32、通过采用上述技术方案，表层带有疏水特性的硬脂酸包衣往往会限制水分向药剂核心的渗透速度，促使过碳酸钠分解产氧趋于缓释。相匹配的粒径和活性氧指标，主要用以控制单颗粒分解时的产气规模，以期形成分布相对分散的微气泡群，降低因局部气泡膨胀过大引发物料堆体结构塌陷的可能性。

33、本发明提供了一种蔬菜尾菜资源化利用处理方法。具备以下有益效果：

34、1、本发明改善了尾菜发酵过程中的物料结构稳定性和传质效率。通过投加聚合硫酸铁对尾菜浆料进行破乳与增黏调理，结合过磷酸钙与过碳酸钠反应生成的钙基沉淀，为物料提供了力学支撑骨架；同时配合受控低幅正压交变处理，使物料内部的闭合气泡发生物理撕裂并转化为连通孔道。这种结构改变降低了发酵床层的通气阻力，增加了物料深层与外部气流的对流传质效率，从而降低了物料塌陷和局部厌氧酸败的发生概率。

35、2、本发明实现了发酵初期的生化环境缓冲与温度控制。采用骨架预混物与发泡源错位投加的工艺，利用过磷酸钙引入的游离酸与过碳酸钠释放的碱度发生中和反应，抑制了发泡源在游离水中的瞬间剧烈分解。该过程避免了体系局部温度的急剧上升和ph的剧烈波动，为好氧发酵前期的微生物群落建立了相对稳定的底物条件，限制了挥发性脂肪酸的异常累积。

36、3、本发明提高了好氧发酵全周期的总氮保留率及产物肥效。在发酵中后期，尾菜中有机氮降解产生的氨气溶于水形成铵根离子，其与体系中七水硫酸镁提供的镁离子以及过磷酸钙提供的磷酸根离子，在微碱性环境下发生络合结晶反应并生成鸟粪石。该理化机制将易挥发的氨态氮以固态结晶的形式固定在发酵基质中，控制了气态氮的挥发流失，提升了最终肥料产物的营养物质含量。