日前,我校“点废成金”项目团队凭借项目“农业固废资源化处理与有机肥料生产新模式”获得第十四届“挑战杯”大赛国赛金奖。
如何有效利用有机废弃物?如何变废为宝?如何让科研从实验室走进田间?“点废成金”团队贾小锐介绍道:“每年全国有机肥资源中氮、磷、钾养分储量据估计高达7000万吨,如果这些有机废弃物的利用率达到50%,就可以替代一半左右的化肥。堆肥项目前景广阔、能让农民切实获益,这也是我们选择这个研究点的初衷所在。”
贾小锐,水利水电学院农业水利工程专业本科生。刚入学时,她对自己的专业学习还缺乏方向,一次学校的专业课介绍让她遇到了自己的人生“伯乐”。“幸亏遇到了周蓓蓓教授和陈晓鹏两位老师,让我找到了自己学习的动力和努力的方向。”大一下学期贾小锐有幸加入了农业固废资源化处理的课题组,有机会到实地参加很多实验,其中的一些项目还得到了当地农户认可,这给了她很大的鼓舞,慢慢对专业产生了浓厚的兴趣,并决定在这个方向上继续走下去。在老师的指导和帮助下,她和团队同学利用周末和寒暑假时间钻研项目,制定了一种农业固废资源化处理与有机肥料生产的新模式。
突破研发瓶颈:实地考察与用户反馈,打造有机废弃物处理技术新优势
堆肥项目前景广阔,很多研究团队都参与其中。怎样“突出重围”,让自己的技术优于他人,这是贾小锐和团队成员面临的重大难题。
在研发过程中,必须确保团队的产品具有显著的优势。为此,团队搜集相关资料时,必须明确了解对方机器的优缺点。尽管可能只有说明书或者口头描述,但实际使用者的体验和技术的具体表现往往更为关键。由于成本高昂,不可能购买每一台机器进行测试,因此,团队成员一一走访养殖场,特别是那些使用国际集团旗下机器的地方。面对一个个难以解决的问题,贾小锐和团队成员都曾一筹莫展。
“团队指导周蓓蓓教授工作很忙,但依然挤出时间来,为我们联系到了一些极具代表性的厂家,并一定会抽出时间和我们一起去实地参观机器。每次周老师都会为我们逐一讲解这些具体罐子的结构、传感器等关键技术要点,还会引导我们在什么地方可以去创新。”贾小锐回忆说,“有了周老师的指导,大家都有了很大的信心。”团队通过实地考察和与农民交流,了解他们对于机器的看法,并在获得允许的情况下,亲自检查机器的内部结构,从而发现其技术优势与潜在缺陷,在这上面去找出新的点去突破。
堆肥革新:动态翻抛技术突破,打造零污染有机肥生产新模式
怎样提高堆肥效率?传统堆肥方法是一种自然静态,固废腐熟过程中所需的水、气、热元素,并不能随堆肥阶段的转化而实现精准供给,这也是堆肥效率低的主要原因。针对堆肥技术的现状难点,团队成员从滚筒洗衣机中获得了灵感。
要想让其处理得快,就要让它像滚筒洗衣机一样翻滚,将传统的静态堆肥转变成动态模式,但是如何“翻滚”,“翻滚”速度的最佳值是多少?这是团队面临的新问题。“翻滚”过快,会影响混合物含水率增加不必要的消耗;“翻滚”过慢又会影响含氧率进而影响耗氧发酵发酵速度。
最开始贾小锐和团队的同学们在实验室用手摇杆人为翻抛找到最佳速度,但是这种方式并不长久,把团队的同学们个个累得满头大汗,项目却并没有太多进展。于是他们很快想到去做一个自动翻抛装置,由于团队中没有学机械专业的,贾小锐找来了机械工程专业的同学,最终实现通电控制速度。而对于堆肥过程中产生以氨气、二氧化氮为主的尾气,团队一下子想到了氮的农业资源化利用,他们再次变废为宝,创新设计了尾废四级过滤回收体系,回收后形成的氨水、碳基固态肥料经过稀释处理后,可作为液态肥料使用,尾废基本实现了100%的资源化利用。
最后通过这种方式将堆肥效率提高至68%,过程近乎0污染,优质产出率达到75%,这也为团队从实验室研究,走向田间地头推广奠定了信任基础和认可前提。之后在眉县进行一年试点,试点地区土壤肥力大大提升,土壤酸碱度得到有效调节,效果明显优于化肥作用。
砥砺前行,创新不止:从挑战杯大赛到有机肥研发的持续征程
在技术不断提升的过程中,贾小锐和同学们把目标放在参加“挑战杯”上,准备在该比赛上努力斩获一席之地。从去年10月份开始,首先是通过校级选拔,接着是连续的校赛,直到今年的4月份才进入省赛阶段。在这期间,他们还参加了许多大规模的模拟赛,包括邀请校外专家进行辅导等活动。
最初,由于对比赛不够了解,团队成员之间的配合还不够默契,他们经常工作到深夜,有时甚至到十一二点或更晚。在网评阶段的PPT限制为20页的情况下,如何将整个项目内容精炼并在这20页的PPT中让评委接受,这是一个重大的挑战。
周蓓蓓教授和陈晓鹏两位指导老师向大家展示了之前参加挑战杯表现优秀的团队制作的PPT,并逐一向大家分析这些获奖团队的特点。在两位指导教师的帮助下,团队的同学们慢慢地从这些优秀的PPT的整体结构和排版中,受到了很大的启发。“哪些部分应该进行突出展示,怎样让成果更清晰地展示......不管多晚,两位老师都会一直陪伴在我们身边,帮助团队不停地打磨优化。”贾小锐回忆道。在技术研发的同时,参与赛事并制作PPT,团队必须合理分配两者的时间,不让任何一项拖后腿。PPT演讲、计划书、现场答辩……每一项都在考验着参赛成员的能力,心往一处想,劲往一处使,这场比赛不仅收获了奖项,更有团队的友谊和成长。
比赛结束后,贾小锐和团队同学们的工作并没有结束。堆肥是过程,而有机肥的适用才是农民认可的关键。实现有机肥的多向功能性才能适用于更多复杂的农业生产环境。未来,贾小锐团队会继续完善技术,准备在第三代设备中加入微生物靶向调控,定制功能性的有机肥并将其投入实际的生产生活中去。贾小锐笑着说:“我们想做有机废弃物界的‘神笔马良’,农田需要什么肥,我们就能制作什么肥。”