CN101723730A - 一种富氮高磷的肥料及其制备方法 - Google Patents

一种富氮高磷的肥料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种富氮高磷的肥料及其制备方法。该肥料是以氢氧化镁、磷酸、水、尿素、秸秆和畜禽粪便为原料，按照如下步骤制备：1)将氢氧化镁、磷酸与水混合，制得乳状液；2)将步骤1)的乳状液、尿素与堆肥物料混合后进行静态密闭发酵，得到所述肥料；所述堆肥物料为秸秆和畜禽粪便；所述原料中，氢氧化镁的质量份为1.4～1.7，磷酸的质量份为2.4～7.4，尿素的质量份为2.1～2.2，秸秆的质量份为39～41，畜禽粪便的质量份为50～53，所述秸秆和畜禽粪便的质量份均为干重。本发明操作简单、易行，适用于垃圾、粪便等的堆肥化处理。按照该发明的方法进行堆肥，不仅减少了氮素损失及臭味的产生，并且增加了堆肥产品的肥效，最终获得一种含有鸟粪石的肥料，提高了堆肥品质。

Description

一种富氮高磷的肥料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种富氮高磷的肥料及其制备方法。
背景技术
近年来，堆肥过程中由于氨气释放所造成的堆肥品质下降和堆肥厂臭气排放问题一直是学者们关注的热点。根据氮素损失的规律，学者们采取不同的方式进行控制，归纳之，可以分为几大类：一是通过调节物料属性，如添加富碳物质调节物料的C/N比，或通过酸洗方式降低物料的pH值；二是直接使用一些氨气吸收材料，如活性炭、沸石、膨润土等(Witter，E，1989)；三是添加一些化学试剂(Jeong，2001；Hu，2006；)，其原理或直接通过化学反应或通过影响物料性质，进而影响发酵过程来达到控制氮素的目的；四是通过生物方法，即通过添加外源微生物的方法来调控堆肥过程中N、C的代谢，减少NH3的产生，并保留更多的N养分。这些方法在一定程度上控制了堆肥氮素的损失，但并没有从根本上解决堆肥品质低下的问题。
由于利用鸟粪石结晶原理可以去除和回收污水中的N、P元素，回收的鸟粪石是一种优质缓释肥，因而成为污水处理厂普遍应用的一种方法(de-Bashan et al.，2004；Suzuki，2005；王绍贵等，2005)。韩国学者(Jeong，2001)将鸟粪石结晶原理应用到堆肥中来控制氮素损失，通过添加Mg2+和PO4 3-盐将堆肥中的NH4 +以鸟粪石的形式固定下来，从而减少了氮素的损失。由于鸟粪石结晶体的存在，使得该方法很有应用前景，然而，在堆肥中添加镁盐和磷盐会增加堆肥产品的总盐度，抑制堆肥过程中微生物的活动(Jeong et al.，2005)。因此，如何在避免副作用的同时达到保持堆肥氮素营养，生成含有鸟粪石结晶体的堆肥，是我们需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种富氮高磷的肥料及其制备方法。
本发明所提供的肥料，是以氢氧化镁、磷酸、水、尿素、秸秆和畜禽粪便为原料，按照如下步骤制备：
1)将氢氧化镁、磷酸与水混合，制得乳状液；
2)将步骤1)的乳状液、尿素与堆肥物料混合后进行静态密闭发酵，得到所述肥料；所述堆肥物料为秸秆和畜禽粪便；
所述原料中，氢氧化镁的质量份为1.4～1.7，磷酸的质量份为2.4～7.4，尿素的质量份为2.1～2.2，秸秆的质量份为39～41，畜禽粪便的质量份为50～53，所述秸秆和畜禽粪便的质量份均为干重。
所述乳状液具体可按如下方法制备：将氢氧化镁与水混合，然后缓慢倒入磷酸，得到一种带颗粒状的乳状液。
尿素的加入是为了调节堆肥物料中的C/N比为15-30，提高堆肥产品品质。
所述秸秆具体可为稻草、麦秸、玉米秆、高梁秆、花生藤、红薯藤、大豆秆、酒糟、甘蔗渣、甜菜渣等。
所述发酵过程中，堆肥物料的水分含量为60～70％。
所述发酵过程中，保持高温期发酵温度在50℃以上10～13天，具体可为50-60℃。整个发酵过程的时间为25-30天。所述发酵的过程中，所述堆肥物料中的含氧量为8％-18％。
所述发酵过程中，若考虑氮素固定效果，氢氧化镁、磷酸、尿素与秸秆、畜禽粪便干重按1.5∶7.4∶2.1∶39∶50进行堆肥发酵，氮素固定率可达99％；若考虑投加成本，氢氧化镁、磷酸、尿素与秸秆、畜禽粪便投加质量按1.4∶2.4∶2.2∶41∶53进行堆肥发酵，投加固定剂成本最低；若考虑产品中氮磷含量高且腐熟效果好，氢氧化镁、磷酸、尿素与秸秆、畜禽粪便投加质量按1.7∶5.6∶2.1∶39.6∶51进行堆肥发酵，氮磷含量最高，可比普通堆肥产品总氮高出13.47g/kg，总磷高出15.75g/kg。
本发明提供的肥料中总氮、总磷含量明显高于普通堆肥，总氮高出普通堆肥10.05～13.47g/kg，总磷高出9.02～19.14g/kg。因此，该肥料肥效明显增高，并且通过X-ray衍射分析验证了鸟粪石(磷酸铵镁)的存在。
目前，针对堆肥氨气排放所引起的堆肥氮素养分含量低的研究很多，但都没有从根本上解决堆肥品质低下的问题，且所使用的添加剂如果不当会引起负面效应。本发明的方法在有效控制堆肥氮素损失同时，通过控制外在条件，以及各堆肥物料具体比例的添加，使堆肥产品的营养元素含量最优化，从而扩大堆肥的市场潜力，提高堆肥在肥料的市场的占有率。
本发明将氢氧化镁、磷酸用于有机固体废弃物堆肥化过程中，有效控制了氮素损失，并通过一定的外在条件的控制，促使堆肥产品品质提高。发酵过程中鸟粪石(磷酸镁铵)的形成，增加了有机无机复混肥的营养价值。MgNH4PO4在堆制过程中与堆肥产品自然混合生成有机无机复混肥，同时由于将无机磷加入到有机肥料中，堆肥过程中产生的有机酸包括腐殖酸等能够有效地保护无机磷不被土壤固定，因而能显著提高其利用率，有利于作物的生长。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的操作方法简单易行，在堆肥发酵的过程中原位控制氨气挥发，为解决堆肥厂臭味问题提供了方案；
(2)本发明提供的堆肥，养分含量高于普通堆肥，并含有磷酸铵镁，与普通堆肥相比，具有更高的营养价值和市场潜力；
(3)与普通有机肥相比，本发明的堆肥产品在养分释放速度上具有优势，有效弥补了作为有机肥养分含量低、养分释放缓慢的缺陷，同时还包含了能较快释放养分的无机肥，从而是一种优质的有机肥。
附图说明
图1为实施例1中含有鸟粪石的堆肥产品X-ray衍射分析图。
图2为实施例2中含有鸟粪石的堆肥产品X-ray衍射分析图。
图3为实施例3中含有鸟粪石的堆肥产品X-ray衍射分析图。
具体实施方式
实施例1、氢氧化镁、磷酸、尿素、秸秆、畜禽粪便按质量比为1.4∶2.4∶2.2∶41∶53(干重)制备堆肥产品
以猪粪和粉碎为1cm长的玉米秸秆作为堆肥化物料，将猪粪、秸秆、尿素、氢氧化镁、磷酸按照53∶41∶2.2∶1.4∶2.4的干重比例进行混合，使混合物料C/N比＝15，物料湿重约21.5kg(当水分含量为65％时)。
将110g氢氧化镁与2kg水混合，然后缓慢倒入118ml磷酸，得到带颗粒状的乳状液。其中，Mg(OH)2和H3PO4的质量比1.4∶2.4，Mg(OH)2和H3PO4的质量占物料总干物重的3.8％。
将堆肥物料混和搅拌进行水分调节，加入上述乳状液，通过适当的搅拌使乳状颗粒均匀的附着在物料表面，使堆肥中的氨及其引起的臭味在堆肥生产运行阶段得到控制，物料水分含量最终控制在65％左右。在60L的密闭堆肥化装置中进行高温好氧堆肥化，发酵过程中，保持高温期温度为50℃-65℃，持续10天，，含氧量为8％-18％。采用机械强制通风，通风量控制在0.084[m3/(min.m3)]左右，堆制26d。堆制期间，进行翻堆和水分补充。堆肥产品风干备用。
试验结束后，通过下述公式计算氮素固定率：
N损失量＝C1×M1-C2×M2                                     (1)
Figure G2008102253377D0000041
C1，C2：初始物料和最终堆肥产品的总氮含量(g·kg-1)；
M1，M2：初始物料和最终堆肥产品的干重(kg)
NCK损失量：空白的氮损失量；
NXF损失量：投加固定剂处理的氮损失量。
计算得该种堆肥产品制备方式氮素固定率为88％。总氮及总磷含量比普通堆肥分别高出10.05g/kg、9.02g/kg。按此方案获得的堆肥产品最终的理化属性见表1所示。
表1堆肥产品营养成分及理化性质
Figure G2008102253377D0000042
堆肥结束后，通过X-ray衍射分析(见图1)证实了该方案生产的堆肥中有鸟粪石结晶体的存在。
实施例2、氢氧化镁、磷酸、尿素、秸秆、畜禽粪便按质量比为1.7∶5.6∶2.1∶39.6∶51(干重)制备堆肥产品
将猪粪、秸秆、尿素、氢氧化镁、磷酸按照51∶40∶2.1∶1.7∶5.6的干重比例进行混合，使混合物料C/N比＝15，物料总重21.8kg(当水分含量为65％时)。
将133g氢氧化镁与2kg水混合，然后缓慢倒入286ml磷酸，得到带颗粒状的乳状液。其中，Mg(OH)2和H3PO4的质量比1.7∶5.6，Mg(OH)2和H3PO4的质量占物料总干物重的7.3％。
通过适当的搅拌使乳状颗粒均匀的附着在物料表面，使堆肥中的氨及其引起的臭味在堆肥生产运行阶段得到控制，物料水分含量最终控制在65％左右。在60L的密闭堆肥化装置中进行高温好氧堆肥化，发酵过程中，保持高温期温度为50℃-65℃，持续13天，含氧量为8％-18％。采用机械强制通风，通风量控制在0.084[m3/(min.m3)]左右，堆制26d。堆制期间，进行翻堆和水分补充。堆肥产品风干备用。
试验结束后，通过氮素损失率及氮素固定率的公式计算，该种制备方法氮素固定率为95％，所得有机无机复混肥产品总氮、总磷含量比普通堆肥分别高出13.47g/kg、15.95g/kg。按此方案获得的堆肥产品最终的理化属性见表2所示。
表2堆肥产品的营养成分及理化性质
Figure G2008102253377D0000051
堆肥结束后，通过X-ray衍射分析(见图2)证实了该方案堆肥产品中鸟粪石结晶体的存在。
实施例3、氢氧化镁、磷酸、尿素、秸秆、畜禽粪便按质量比为1.5∶7.4∶2.1∶39∶50(干重)制备堆肥产品
将猪粪、秸秆、尿素、氢氧化镁和磷酸按照50∶39∶2.1∶1.5∶7.4的干重比例进行混合，使混合物料C/N比＝15，物料总重22kg(当水分含量为65％时)。
将122g氢氧化镁与2kg水混合，然后缓慢倒入392ml磷酸，得到带颗粒状的乳状液。其中，Mg(OH)2和H3PO4的质量比1.5∶7.4，Mg(OH)2和H3PO4的质量占物料总干物重的8.9％。
通过适当的搅拌使乳状颗粒均匀的附着在物料表面，使堆肥中的氨及其引起的臭味在堆肥生产运行阶段得到控制，物料水分含量最终控制在65％左右。在60L的密闭堆肥化装置中进行高温好氧堆肥化，发酵过程中，保持高温期温度为50℃-65℃，持续10天，含氧量为8％-18％。采用机械强制通风，通风量控制在0.084[m3/(min.m3)]左右，堆制26d。堆制期间，进行翻堆和水分补充。堆肥产品风干备用。
试验结束后，通过氮素损失率及氮素固定率的公式计算，该种方法制备时氮素固定率为99％，所得有机无机复混肥产品总氮、总磷含量比普通堆肥分别高出11.65g/kg、3.13g/kg。按此方案获得的堆肥最终的理化属性如表3所示：
表3堆肥产品营养成分及理化性质
Figure G2008102253377D0000061
堆肥结束后，通过X-ray衍射分析(见图3)证实了堆肥中鸟粪石结晶体的存在。
对比例、不添加氢氧化镁和磷酸的普通堆肥产品
以猪粪和粉碎为1cm长的玉米秸秆作为堆肥化物料，将猪粪、秸秆、尿素按照干重比例53∶41∶2.2进行混合，混合物料C/N比＝15，物料总重21kg(当水分含量为65％时)。
堆肥物料混和搅拌进行水分调节，物料水分含量最终控制在65％。在密闭堆肥化装置中进行高温好氧堆肥化，温度为50℃-65℃，含氧量为8％-18％。采用机械强制通风，通风量控制在0.084[m3/(min.m3)]左右，堆制26d。堆制期间，进行翻堆和水分补充。堆肥产品风干备用。
按此方案获得的堆肥产品最终的理化属性见表4所示：
表4普通堆肥产品的理化性质
Figure G2008102253377D0000071
实例5、堆肥产品的养分释放效应测试
本发明提供了可获得含磷酸铵镁堆肥的三种方案，综合评价其养分含量和理化属性，选取实例3堆肥产品进行养分释放效应测试，以普通化肥(尿素、过磷酸钙)和普通堆肥(未添加氢氧化镁和磷酸的堆肥产品)作为对比，来检验该产品的养分释放速度。试验选取200目滤布封塑料管底口，并在滤布上垫有少量的沙子(25g)的塑料管(直径5cm，高30cm)中模拟耕层土壤，按1.3g/cm3容重装入400g(约20cm高)土壤(风干，过2mm筛)，在其上按同样紧实度装入土肥混合物100g(1g肥料/1kg土壤)(土柱高约25cm)。施肥量按照施N600kg/hm2，P2O5450kg/hm2，即施N0.118g/柱，施P2O50.088g/柱，氮和磷不足用尿素和过磷酸钙补足。土柱上面再以少量沙子(25g)覆盖以防止灌水时扰乱土层。土柱最下方承接布氏漏斗，用100ml容量瓶收集淋溶液。第一次灌溉175ml水使土壤水分接近饱和，再以100ml水一次灌入土柱中，收集24h内淋溶液，淋溶结束后以刺穿有小孔的塑料薄膜封塑料管上口，并放在30℃培养箱中培养3天后，用100ml水进行第2次淋溶，以后每次按同样操作进行，淋溶后收集淋溶液，淋溶分析每次淋溶液的氮、磷、镁元素的含量。以不施肥的土柱作为对照，每个处理重复三次。共进行5次淋溶，淋溶出的N、P浓度分别见表5和表6所示。
表5不同处理淋溶液总氮浓度的变化(ug/l)
Figure G2008102253377D0000081
表6不同处理淋溶液总磷浓度的变化(ug/l)
Figure G2008102253377D0000082
从养分的释放的效果来看，无论哪种肥料，一般需要淋溶2～3次所释放出的养分浓度达到最大，然后随养分含量的减少而降低。三种肥料中，总体上表现为：以普通化肥处理释放养分的速度最快，普通堆肥处理最小，含磷酸铵镁的堆肥介于二者中间。说明该发明的产品，有效弥补了作为有机肥养分含量低、养分释放缓慢的缺陷，同时还包含了能较快释放养分的无机肥(磷酸铵镁结晶体)，从而是一种优质的肥料。

Claims (7)

1.一种生产肥料的方法，是以氢氧化镁、磷酸、水、尿素、秸秆和畜禽粪便为原料，按照如下步骤制备：
1)将氢氧化镁、磷酸与水混合，制得乳状液；
2)将步骤1)的乳状液、尿素与堆肥物料混合后进行静态密闭发酵，得到所述肥料；所述堆肥物料为秸秆和畜禽粪便；
所述原料中，氢氧化镁的质量份为1.4～1.7，磷酸的质量份为2.4～7.4，尿素的质量份为2.1～2.2，秸秆的质量份为39～41，畜禽粪便的质量份为50～53，所述秸秆和畜禽粪便的质量份均为干重。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发酵的过程中，所述堆肥物料的水分含量为60～70％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述发酵的过程中，发酵温度在50℃以上保持10～13天。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述发酵的过程中，发酵温度在50℃-60℃保持10～13天。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：所述发酵的过程中，所述堆肥物料中的含氧量为8％-18％。
6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于：所述发酵过程中，发酵的时间为25-30天。
7.按照权利要求1-6中任一所述的方法制备的肥料。
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