发明内容
本发明的目的是提供一种育苗基质,该基质经北京林业大学土地资源与肥料研究所、山东农业大学山东省植物营养与肥料协会、天津市农业资源与环境研究所三家权威研究机构检测,pH值、EC值、有机质、腐殖酸、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效钾、速效钾各项指标均符合有机基质的使用范围,其中通透性、养分含量均优于泥炭珍珠岩。将所制备的基质用于林业苗木的生长试验,不仅各项生长情况明显,而且不用再增加珍珠岩等辅料,尤其是林业苗木的根系数量增多30%以上,根的粗度也增加,能够代替泥炭,降低育苗成本。
本发明的育苗基质解决了现有技术中存在的上述问题,即原料组分复杂,制备过程长且制备成本高这样的问题。
具体地说,本发明所提供的育苗基质,包括如下原料组分:
农作物副产品、有机废弃物、禾草制浆过程中备料时产生的副产物中的一种或几种的混合物;
及氨水。
本发明所提供的育苗基质是将所述的农作物副产品、有机废弃物、禾草浆备料时产生的副产物的一种或几种的混合物与氨水混合后得到发酵前混合物,再将所得的发酵前混合物进行发酵,待混合物中碳与氮的质量比为15~30:1,pH值在6.5~8.5时发酵完成所得到的。
本发明中,所述的氨水为含氨的水溶液,包括市售的氨水、工业废氨水、亚铵法制浆过程中产生的冷凝水等。
本发明中,可利用工业上含氨的、且具有一定温度的所有水溶液作为氨水原料,所述的温度为25-70℃。
具有一定温度的工业废氨水可以提高发酵温度,促进发酵的进行,大大缩短了发酵时间,充分利用废氨水的余热和含氮量。
本发明中,优选工业废氨水和/或重污冷凝水,更优选重污冷凝水;所述的重污冷凝水为亚铵法制浆过程中产生的黑液进行浓缩时产生的含氮冷凝水,优选浓度以氮的质量百分含量计为0.05-0.5%、温度为25~70℃的含氮冷凝水,更优选以氮的质量百分含量计为0.1-0.3%、温度为50~70℃的含氮冷凝水。
本发明中,所述的重污冷凝水可直接选用亚铵法制浆过程中产生的黑液进行浓缩时产生的含氮冷凝水,优选浓度以氮的质量百分含量计为0.05-0.5%、温度为25~70℃的含氮冷凝水,更优选以氮的质量百分含量计为0.1-0.3%、温度为50~70℃的含氮冷凝水。
另外,本发明所述的重污冷凝水也可采用六效七体蒸发器对亚铵法制浆过程中产生的黑液进行蒸发浓缩时产生。六效七体蒸发器是通过对五效蒸发器的内部结构进行改进后得到的。具体为在蒸发器效体器室中设置上隔板和下隔板,通过蒸发器内部隔板的分配,将现有技术的亚铵法制浆工艺中得到的NH4+-N浓度高于1500mg/l的而无法生化处理的污冷凝水分成了NH4+-N浓度低于100mg/l的轻污冷凝水和NH4+-N浓度高于4000mg/l的重污冷凝水两部分。这样,既解决了污冷凝水因NH4+-N浓度高,在生化处理过程中无法脱色的难题,同时,轻污冷凝水直接用于上述的洗涤,而重污冷凝水因NH4+-N浓度高可以与制浆的备料过程中产生的废料混合生产基质或肥料,进一步创造了经济效益,降低了基质或肥料发酵运行成本。
农作物秸秆、副产品或有机废弃物在好氧发酵过程中需要60%以上含水量,55-65℃左右的温度,同时C:N必须控制在15-30:1之间为最佳的发酵条件。本发明中,优选重污冷凝水,即亚铵法制浆过程中产生的黑液进行浓缩时产生的含氮冷凝水,优选浓度以氮的质量百分含量计为0.05-0.5%、温度为25~70℃的含氮冷凝水,更优选以氮的质量百分含量计为0.1-0.3%、温度为50~70℃的含氮冷凝水。由于所述的重污冷凝水的浓度以氮的质量百分含量计为0.1-0.3%,利用这种高氮重污冷凝水可以补充农作物秸秆发酵过程中需要的氮素;同时,由于重污冷凝水中含有氮,可提高发酵初期的pH值,使菌种更适宜在碱性条件下生存,从而可以使发酵在不加石灰的条件下完成;另外,本发明所述的重污冷凝水的水温可高达50-70℃,与农作物混合后,可迅速提升发酵温度,加快菌种繁殖,大大缩短了发酵时间。本发明中,优选这种重污冷凝水,不仅为发酵提供了氮素、碱性环境和热量,还实现了资源的再利用,使亚铵法制浆过程中的废水以及农作物副产品或有机废弃物都得到了利用,产生了新的对农作物、园林、蔬菜等有用的育苗基质,充分实现了资源的再利用。
本发明中,所述的发酵前混合物中碳与氮的质量比为15~30:1。
根据需要,发酵前通常要将原料混合物中碳的质量比与氮的质量比进行适当控制,以制得相应用途的育苗基质。本发明在发酵前混合物中的碳与氮的质量比为15~30:1。
常用的农作物的碳与氮的质量比可以参考《沼气开发手册》用书中查阅到,有机废弃物的碳氮比在《城市固体废物管理》等书中也能查阅到。根据选择的原料的碳氮比和总重量及可以计算出缺少氮的质量,即可得出需要加入的氨水的量,在氨水的调节下,使最后的原料混合物中碳与氮的质量比控制在15~30:1。
本发明中,所述的发酵为在碱性条件下发酵,pH值优选9.5~10。
对于制备育苗基质,pH值的调节也是制备育苗基质的一个重要的参数。通常pH值碱性即可制备育苗基质,然而为了更快、更好地制得育苗基质,优选pH=9.5~10。
发酵温度太低,制备育苗基质的时间将太长;发酵温度太高的话,尽管育苗基质的制备时间将大大缩短,但高温将不利于菌种的繁衍和生长,因此,同样对育苗基质的制备不利。
因此,所述的发酵温度通常高于常温,但低于70℃,优选在55~60℃。
本发明中,所述的发酵完成为发酵混合物的温度在环境温度和40℃之间时发酵完成。
另外,通过对本发明育苗基质产品的分析可知,其产品中包含如下有效成分:
有机质 10—50重量份
腐殖酸 5—20重量份
全氮 0.5—2.0重量份
全钾 1.0—2.0重量份
全磷 0.1—0.5重量份;
腐殖酸主要成分含碳、氢、氮等元素,还含有甲氧基等活性基团,可以促进农作物对氮、磷或钾元素的吸收利用;改良土壤理化性状,刺激作物生长发育,增强农作物抗逆性能,改善农产品品质等多种功能。本发明提供的育苗基质含有5%—20%的腐殖酸,能够促进农作物对氮、磷或钾元素的吸收利用;改良土壤的理化性质,刺激作物生长发育,增强农作物抗逆性能,改善农产品品质等多种功能。
氮、磷、钾元素是农作物生长所必须的氧分,经检测,本发明的育苗基质的全氮、全磷、全钾的含量分别为泥炭基质的2.3倍、12倍和57倍。可见,本发明的育苗基质的大量元素的养分含量明显优于泥炭基质。
优选的,本发明所提供的育苗基质包含如下有效成分:
有机质 20—30重量份
腐殖酸 10—20重量份
全氮 1.0—1.5重量份
全钾 1.0—1.5重量份
全磷 0.1—0.3重量份。
本发明中,所述的全氮为育苗基质中有机氮和无机氮之和;所述的全磷是以P2O5计;所述的全钾以K2O计。
本发明中,所述基质的总孔隙度为40~60、通气孔隙为30~50、持水孔隙为5~20;优选的,所述基质的总孔隙度为45~55、通气孔隙为35~40、持水孔隙为8~12。
在苗木的生长过程中,需要保住一定的水分,并需要维持水分的正常渗透,因此,基质的通气孔隙、持水孔隙是衡量基质的质量标准之一,而基质具有较优良的通气孔隙和持水孔隙对植物的生长非常有利。经检测,本发明的基质的通气孔隙为38.80%,泥炭基质的平均通气孔隙为5%-30%,可见,本发明的基质的通气孔隙优于泥炭基质,可有效增加土壤的疏松度和透气性,有效缓解土壤板结程度。
本发明中,所述的育苗基质的pH为6.5-8.5。
本发明中,所述的育苗基质的EC值小于4。
本发明中,所述的育苗基质中水分含量在35%~50%。
本发明中,所述的育苗基质中还含有微量元素铜、锌、铁和/或锰。因此,本发明的育苗基质能够更好的满足农作物的生长需求。
根据不同农作物的需要,本发明提供的育苗基质可以与无机肥料等混合使用,所述的无机肥料包括氮肥、磷肥或钾肥的一种或两种以上的混合。
本发明的另一个目的是提供一种育苗基质的制备方法,该方法可以使农作物副产品或有机废弃物得到很好的处理,实现资源的再利用。
本发明所提供的制备方法包括如下步骤:
1)将氨水与农作物副产品、有机废弃物、禾草制浆过程中备料时产生的副产品中的一种或几种的混合物相混合,得到发酵前混合物;
2)将步骤1)所得到的发酵前混合物进行发酵,得到发酵混合物;
3)待步骤2)所得到的发酵混合物中碳与氮的质量比为15~30:1,pH值在6.5~8.5时发酵完成,得到所述的育苗基质。
上述制备方法中,所述的氨水为含氨的水溶液,包括市售的氨水、工业废氨水、亚铵法制浆过程中产生的冷凝水等。
上述制备方法中,可利用工业上含氨的、且具有一定温度的所有水溶液作为氨水原料,所述的温度为25-70℃。
具有一定温度的工业废氨水可以提高发酵温度,促进发酵的进行,大大缩短了发酵时间,充分利用废氨水的余热和含氮量。
本发明中,优选工业废氨水和/或重污冷凝水,更优选重污冷凝水;所述的重污冷凝水为亚铵法制浆过程中产生的黑液进行浓缩时产生的含氮冷凝水,优选浓度以氮的质量百分含量计为0.05-0.5%、温度为25~70℃的含氮冷凝水,更优选以氮的质量百分含量计为0.1-0.3%、温度为50~70℃的含氮冷凝水。
本发明中,所述的重污冷凝水可直接选用亚铵法制浆过程中产生的黑液进行浓缩时产生的含氮冷凝水,优选浓度以氮的质量百分含量计为0.05-0.5%、温度为25~70℃的含氮冷凝水,更优选以氮的质量百分含量计为0.1-0.3%、温度为50~70℃的含氮冷凝水。
另外,本发明所述的重污冷凝水也可采用六效七体蒸发器对亚铵法制浆过程中产生的黑液进行蒸发浓缩时产生。六效七体蒸发器是通过对五效蒸发器的内部结构进行改进后得到的。具体为在蒸发器效体器室中设置上隔板和下隔板,通过蒸发器内部隔板的分配,将现有技术的亚铵法制浆工艺中得到的NH4+-N浓度高于1500mg/l的而无法生化处理的污冷凝水分成了NH4+-N浓度低于100mg/l的轻污冷凝水和NH4+-N浓度高于4000mg/1的重污冷凝水两部分。这样,既解决了污冷凝水因NH4+-N浓度高,在生化处理过程中无法脱色的难题,同时,轻污冷凝水直接用于上述的洗涤,而重污冷凝水因NH4+-N浓度高可以与制浆的备料过程中产生的废料混合生产基质或肥料,进一步创造了经济效益,降低了基质或肥料发酵运行成本。
农作物秸秆、副产品或有机废弃物在好氧发酵过程中需要60%以上含水量,55-65℃左右的温度,同时C:N必须控制在15-30:1之间为最佳的发酵条件。本发明中,优选重污冷凝水,即亚铵法制浆过程中产生的黑液进行浓缩时产生的含氮冷凝水,其浓度以氮的质量百分含量计为0.05-0.5%、优选0.1-0.3%,温度为25~70℃、50~70℃。由于所述的重污冷凝水的含氮量高,利用这种高氮重污冷凝水可以补充农作物秸秆发酵过程中需要的氮素;同时,由于重污冷凝水中含有氮,可提高发酵初期的pH值,使菌种更适宜在碱性条件下生存,从而可以使发酵在不加石灰的条件下完成;另外,本发明所述的重污冷凝水的水温可高达50-70℃,与农作物混合后,可迅速提升发酵温度,加快菌种繁殖,大大缩短了发酵时间。本发明中,优选这种重污冷凝水,不仅为发酵提供了氮素、碱性环境和热量,还实现了资源的再利用,使亚铵法制浆过程中的废水以及农作物副产品或有机废弃物都得到了利用,产生了新的对农作物、园林、蔬菜等有用的育苗基质,充分实现了资源的再利用。
优选的,本发明制备方法为:
1)将重污冷凝水与农作物副产品、有机废弃物、禾草制浆过程中备料时产生的副产品中的一种或几种的混合物相混合,得到发酵前混合物;
2)将步骤1)所得到的发酵前混合物进行发酵,得到发酵混合物;
3)待步骤2)所得到的发酵混合物中碳与氮的质量比为15~30:1,pH值在6.5~8.5时发酵完成,得到所述的育苗基质。
所述的禾草包括麦草、稻草、棉秆、甘蔗渣、芦竹或芦苇。
所述的有机废弃物包括园林有机废弃物或生活垃圾的有机物。
所述的园林有机废弃物包括修剪的树枝、树叶和/或草坪。
本发明中,农作物副产品、有机废弃物、禾草制浆过程中备料时产生的副产品中的一种或几种的混合物优选禾草制浆过程中备料时产生的副产品。这样,可以将亚铵法制浆过程中产生的副产品和亚铵法制浆过程中产生的黑液进行浓缩时产生的含氮冷凝水——重污冷凝水得到重新利用,不仅避免了废弃物污染环境,而且使废弃物变废为宝,实现了资源的再利用。
所述制备方法中,所述的发酵前混合物中碳与氮的质量比为15~30:1。
根据需要,发酵前通常要将原料混合物中碳的质量比与氮的质量比进行适当控制,以制得相应用途的育苗基质。本发明在发酵前混合物中的碳与氮的质量比为15~30:1。
常用的农作物的碳与氮的质量比可以参考《沼气开发手册》用书中查阅到,有机废弃物的碳氮比在《城市固体废物管理》等书中也能查阅到。根据选择的原料的碳氮比和总重量及可以计算出缺少氮的质量,即可得出需要加入的氨水的量,在氨水的调节下,使最后的原料混合物中碳与氮的质量比控制在15~30:1。
禾草制浆过程中备料时产生的副产品作为发酵原料时,与重物冷凝水的质量比1:2~5。
上述制备方法中,所述的发酵为在碱性条件下发酵,pH值优选9.5~10。
对于制备育苗基质,pH值的调节也是制备育苗基质的一个重要的参数。通常pH值碱性即可制备育苗基质,然而为了更快、更好地制得育苗基质,优选pH=9.5~10。
发酵温度太低,制备育苗基质的时间将太长;发酵温度太高的话,尽管育苗基质的制备时间将大大缩短,但高温将不利于菌种的繁衍和生长,因此,同样对育苗基质的制备不利。
因此,所述的发酵温度通常高于常温,但低于70℃,优选在55~60℃。
本发明中,所述的发酵完成为发酵混合物的温度在环境温度和40℃之间时发酵完成。
发酵过程中,随着发酵的进行,发酵混合物的温度先逐渐升高,升高到一定的温度后会再保持稳定,并持续一段时间,然后又逐渐下降。当发酵混合物的温度在环境温度和40℃之间时,对发酵混合物中碳与氮的质量比和pH值进行检测,若碳与氮的质量比在15~30:1之间,pH值在6.5~8.5之间时,则发酵完成;而当碳与氮的质量比和pH值不在所述范围内时,则发酵还未完成,可向发酵混合物中加入一定量的水使其发酵完成,以避免发生“烧苗”现象。
本发明中,所述的农作物副产品优选农作物秸秆或麸皮,农作物秸秆包括小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、豆秸、高粱秸秆或花生秸秆的一种或几种的混合。
所述的农作物副产品更优选秸秆和麸皮的混合物。
所述的麸皮加入量为农作物秸秆质量的0.3%-0.6%。
在进行发酵前还可加入发酵菌种、过磷酸钙、污泥、苗圃土、石灰或畜禽粪便中的一种或几种的混合。
本发明的重污冷凝水可以补充农作秸秆或备料过程中副产品中不足的氮元素,除了重污冷凝水之外,同时还可以加入其他所有能提供氮元素的物质,例如苗圃土、污泥等,为了提高育苗基质其他成分的含量,例如钙、氮、磷或钾等,可以加入相应还有这些元素的物质。
所述的发酵过程为自然好氧发酵。
所述的好氧发酵使用的好氧菌种包括曲霉属真菌、青霉菌、枯草杆菌、木霉菌或放线菌的一种或两种以上的混合。
发酵完成之后将发酵后的混合物晾晒、装袋。
本发明中,所述的亚铵法制浆工艺为现有技术中常规的亚铵法蒸煮,优选采用本发明所述的亚铵法蒸煮。本发明所述的亚铵法蒸煮可在间歇式球型蒸煮器、连续蒸煮器或立式蒸煮锅中进行,具体如下:
1)在间歇式球型蒸煮器或连续蒸煮器中:
所述的亚铵法蒸煮为:
①在用于制浆的秸秆原料中加入蒸煮药液,其中亚硫酸铵用量为对绝干原料量的9-13%,配氢氧化钠量为绝干原料量的0-8%,液比为1:2-4;
②通入蒸汽进行加热,加热升温至温度165-173℃,升温、小放气、保温全程时间160-210分钟;
2)在立式蒸煮锅中:
所述的亚铵法蒸煮优选为:
将用于制浆的秸秆原料由温度为120-140℃的热黑液通过装锅器装入蒸煮锅中,当装锅满后关闭锅盖,往蒸煮锅中补充温度为130-160℃蒸煮药剂,同时排出锅内的空气并升压至0.6-0.75MPa,开启系统的蒸煮液加热循环泵和列管加热器为蒸煮液升温至156-173℃,升温、保温和置换为180-220分钟,最后用泵放将浆送到喷放锅;所述的蒸煮药剂中,其中亚硫酸铵用量为对绝干原料量的9-15%,配氢氧化钠量为绝干原料量的0-8%,液比为1:6-10。
现有技术中通常认为禾草类植物制浆如果要达到高白度的化学浆,需要在蒸煮时,蒸煮及保温的时间要长,使得浆料煮得比较“软”,例如在1999年第14卷第3期的《湖北工学院学报》上发表的题为“强化禾草备料和改革蒸煮的设想与初步实践”一文中提到了纸浆硬度K值为10以下,好的达7-8,成浆得率50%以上,好的达57%,裂断长4000m以上,好的达7000m以上,可以取得草浆深度脱木素,成浆浅好漂白,强度好,蒸煮得率高,可以节能、减污,降耗等优点。
本发明的亚铵法蒸煮工艺中,通过降低蒸煮药液的用量,缩短蒸煮的时间,制备出高硬度浆。化学药液用量的减少以及蒸煮时间的缩短都会大大降低企业生产成本,而得率得到了很大的提高,因而大大提高了生产效率。同时,本发明所述的高硬度浆可以作为制备漂白化学浆的原料,由于蒸煮时所用的药液的浓度降低,而且蒸煮和保温的时间也大大缩短,因而在最大限度上减少了纸浆中所需要的纤维素和半纤维素的损失和降解,纸浆的得率和强度都得到了提高。
采用本发明的亚铵法蒸煮工艺,将禾草类植物进行蒸煮完之后,得到了高锰酸钾值为16-28的高硬度浆相当于卡伯价24-50。用本发明所制备的纸浆造的纸,硬挺度等都明显优于现有技术。
所述的发酵过程中随着发酵的进行,混合物的温度先逐渐升高,再保持稳定,然后又逐渐下降,混合物的pH也逐渐的下降。在发酵过程中如果水分不够,而未发酵完成,即若碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值不在15~30:1之间,pH值不在6.5~8.5之间时,可以另添加水分使其发酵完成,以避免用于种植农作物时发生“烧苗”现象。
所述的重污冷凝水中含有氮元素。
所述的重污冷凝水中氮的质量百分比为0.05~0.5%,其优选0.1~0.3%。
所述的重污冷凝水与农作物副产品或有机废弃物或禾草制浆过程中备料时产生的副产品之一或其混合物相混合后,其混合后碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值为15~30:1,含水量60%~80%,pH=9.5~10,温度为55~60℃。
亚铵法制浆过程中产生的黑液在浓缩时,有冷凝水产生,本发明称为重污冷凝水,该重污冷凝水中含有黑液浓缩是产生的氨气,即重污冷凝水中含有氨水,其冷凝水的温度优选50~70℃。
农作物秸秆或有机废弃物发酵的适宜温度在55~60℃,温度越高,生化反应速度越快,所需发酵时间越短,并且在这个温度范围开始发酵,基本上能把混合原料中绝大多数病原菌都灭掉;如果发酵时温度太低,导致发酵时间太长,并且病原菌不能去除;如果发酵温度太高,发酵时间缩短了,但是有益的微生物在高温会死掉。
本发明利用黑液浓缩时产生的重污冷凝水与农作物秸秆或有机废弃物混合后其温度在55~60℃,该冷凝水与农作物秸秆混合物补充了秸秆发酵过程中需要的氮元素,同时无需外界加热,其混合后温度即可迅速达到农作物秸秆或有机废弃物发酵的适宜温度。将制浆过程中产生的废弃液即重污冷凝水充分循环利用;另外,节约了能耗,直接利用了重污冷凝水的热能,缩短了发酵时间,利用重污冷凝水可以节约在发酵过程中需要的水,节约了水资源;最后将农作物秸秆和有机废弃物充分利用。既节约能源又避免了环境污染,得到对农作物有用的育苗基质。
所述的农作物副产品优选农作物秸秆或麸皮,农作物秸秆包括小麦秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、豆秸、高粱秸秆或花生秸秆的一种或几种的混合。
所述的农作物副产品更优选秸秆和麸皮的混合物。
所述的麸皮加入量为农作物秸秆质量的0.3%-0.6%。
在进行发酵前还可加入发酵菌种、过磷酸钙、污泥、苗圃土、石灰或畜禽粪便中的一种或几种的混合。
本发明的重污冷凝水可以补充农作秸秆或备料过程中副产品中不足的氮元素,除了重污冷凝水之外,同时还可以加入其他所有能提供氮元素的物质,例如苗圃土、污泥等,为了提高育苗基质中其他成分的含量,例如钙、氮、磷或钾等,可以加入相应含有这些元素的物质。
所述的发酵过程为自然好氧发酵。
所述的好氧发酵使用的好氧菌种包括曲霉属真菌、青霉菌、枯草杆菌、木霉菌或放线菌的一种或两种以上的混合。
本发明更优选的制备方法为:
1)将重污冷凝水与禾草制浆过程中备料时产生的副产品中的一种或几种相混合,得到发酵前混合物;
2)将步骤1)所得到的发酵前混合物进行发酵,得到发酵混合物;
3)待步骤2)所得到的发酵混合物中碳与氮的质量比为15~30:1,pH值在6.5~8.5时发酵完成,得到所述的育苗基质。
在亚铵法制浆工艺中,会产生废料——废弃秸秆和废液——重污冷凝水,如果将这些废料或废液直接扔弃或排放会对环境造成严重的污染,本发明中,充分利用造纸产生的黑液在浓缩过程中形成的50~70℃的含氮的重污冷凝水与废弃秸秆发酵制得育苗基质,一方面解决了环境污染问题,将造纸废液重污冷凝水以及热量充分利用,解决了废液污染问题;另一方面,将废弃秸秆也综合利用了,真正实现了资源充分利用的目的。整个工艺过程操作简单,重污冷凝水与废弃秸秆制得育苗,该育苗基质用于育苗,促进苗木的生长,而这些苗木包括能作为亚铵法制浆的原料的,将这些能作为亚铵法制浆原料的苗木再次用于亚铵法制浆中,如此循环利用,是工业化生产的持久发展的良性循环。
重污冷凝水的温度优选50~70℃。
农作物秸秆或禾草制浆过程中备料时产生的副产品作为发酵原料时,与重物冷凝水的质量比1:2~5。
在专利申请200610012804.9公开了利用造纸废液和农作物秸秆制作肥料工艺,是利用造纸废液(又称造纸黑液)和秸秆混合加热、加压蒸煮,熟化秸秆粉,之后再加浓硫酸中和到中性为止,中和后的混合物加入酵母和酶发酵制得有机肥。
与专利申请200610012804.9相比,本发明制备育苗基质采用的造纸黑液在制备肥料过程中蒸馏出的含氮的重污冷凝水与秸秆或造纸过程中备料时产生的副产品的混合发酵,充分利用了重污冷凝水中的氮及其热量,不需要另外加热、加压,即可制得pH=6.5~8.5,C:N=15~25:1的育苗基质,从原料的利用、制备工艺等方面,本发明比专利申请200610012804.9更能将造纸废液充分利用,得到对农林植物有用的育苗基质。
本发明提供的育苗基质含有有机质、腐殖酸、微量元素等成分,并且总孔隙度为40~60、通气孔隙为30~50,持水孔隙为5~20,改良土壤理化性状明显,使得土壤的含水率、土壤孔隙率、土壤透气性和渗透性发生明显改变,有效缓解土壤板结现象,刺激作物生长发育,增强农作物抗逆性能,改善农产品品质等多种功能。
这种育苗基质是充分利用造纸产生的黑液在浓缩过程中形成的50~70℃的含氮的重污冷凝水与秸秆发酵制得,一方面解决了环境污染问题,将造纸废液重污冷凝水以及热量充分利用,解决了废液污染问题;另一方面,将农作物秸秆或造纸过程中备料时产生的副产品也综合利用,真正实现了秸秆还田的目的。整个工艺过程操作简单,在造纸过程中又产生重污冷凝水与秸秆制得育苗基质,该育苗基质再次应用到农林作物生长的过程,生长出的秸秆可用于造纸行业,如此循环利用,是工业化生产的持久发展的良性循环。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
(1)本发明所制备的育苗基质,pH值、EC值、有机质、腐殖酸、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效钾、速效钾各项指标均符合有机基质的使用范围,其中通透性、养分含量均优于泥炭珍珠岩,将所制备的基质用于林业苗木的生长试验,不仅各项生长情况明显,而且不用再增加珍珠岩等辅料,尤其是林业苗木的根系数量增多30%以上,根的粗度也增加,能够代替泥炭,并且效果优于泥炭,降低育苗成本;
(2)本发明的育苗基质是充分利用造纸产生的黑液在浓缩过程中形成的50~70℃的含氮的重污冷凝水与秸秆发酵制得,一方面解决了环境污染问题,将造纸废液重污冷凝水以及热量充分利用,解决了废液污染问题;另一方面,将农作物秸秆或造纸过程中备料时产生的副产品也综合利用,真正实现了秸秆还田的目的。整个工艺过程操作简单,在造纸过程中又产生重污冷凝水与秸秆制得育苗基质,该育苗基质再次应用到农林作物生长的过程,生长出的秸秆可用于造纸行业,如此循环利用,是工业化生产的持久发展的良性循环。
(3)本发明制备方法不仅将亚铵法制浆过程中产生的黑液在浓缩过程中形成的重污冷凝水重新利用了,而且将其备料过程中产生的废弃秸秆也回收利用了,使制浆工艺中的各种次产品附加值得到了提高,取得了良好的经济效益,为循环经济发展提供了新的亮点。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式,所述的实施例是为了进一步描述本发明,而不是限制本发明。
实施例1
(1)将麦草秸秆采用常规方法进行备料得到用于制浆的麦草秸秆原料和废弃麦草秸秆;
(2)将上步得到的用于制浆的麦草秸秆装入蒸球中,往蒸球中加入蒸煮药剂亚硫酸铵,其中亚硫酸铵的用量为绝干原料量9%,液比为1:2,通入蒸汽进行加热,加热升温至温度为100℃时保温20分钟,进行小放汽,继续加热升温至165℃,保温60分钟,得到浓度为8%、硬度为16高锰酸钾值的高硬度浆;
(3)高硬度浆后处理得到稀黑液
将上步得到的高硬度浆从挤浆机的入口进入,挤出黑液,挤出黑液之后,进行洗浆,合并挤出的黑液和洗浆的黑液,得到固含量为15%,波美度为9的稀黑液,pH为10。
(4)蒸发浓缩
将上步得到的稀黑液采用六效七体蒸发器进行蒸发浓缩,其中I效110-100℃、II效90-100℃、III效80-90℃、IV效70-80℃、V效60-70℃、VI50-60℃,各效的浓度分别应为(以波美度计):VI效5—8、V效7—10、IV效9—12、III效11—14;第一次经过II效和I效时,II效14—17、I效18—21;第二次经过II效和I效时,II效23—25、I效25-29,得到浓黑液、轻污冷凝水和含氮量为2000ppm、温度为60℃的重污冷凝水,浓黑液用于制肥料;
(5)发酵
收集步骤(1)中产生的废弃麦草秸秆1000Kg,加入2000Kg步骤(4)得到的重污冷凝水和6kg麸皮,搅拌混合均匀,其中混合物中含水量为60%,碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值为25:1,pH为9.5,混合后采用条垛式发酵方法进行自然好氧发酵,在发酵的过程中对温度进行监测,发酵过程的温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续25天后开始下降,温度下降至40℃发酵过程结束,其pH为7.45,得到的产品育苗基质中,含有24.32%有机质,12.47%腐殖酸,全钾含量为1.13%,全磷含量为0.12%,全氮含量为1.14%;通气孔隙为38.8%,总孔隙度为49.64,持水孔隙为10.84%,并且还含有微量元素22.53mg/kg铜、62.70mg/kg锌、2.38g/kg铁、281.03mg/kg锰。
实施例2
(1)将稻草秸秆采用常规方法进行备料得到用于制浆的稻草秸秆和废弃稻草秸秆;
(2)将上步得到的用于制浆的稻草秸秆装入蒸球中,往蒸球中加入蒸煮药剂亚硫酸铵,其中亚硫酸铵的用量为绝干原料量13%,液比为1:4,通入蒸汽进行加热,加热升温至温度为120℃时保温40分钟,进行小放汽,继续加热升温至173℃,保温90分钟,得到浓度为15%、硬度为28高锰酸钾值的高硬度浆;
(3)高硬度浆后处理得到稀黑液
将上步得到的高硬度浆从挤浆机的入口进入,挤出黑液,挤出黑液之后,进行洗浆,合并挤出的黑液和洗浆的黑液,得到固含量为4%,波美度为2的稀黑液,pH为7;
(4)蒸发浓缩
将上步得到的稀黑液采用六效七体蒸发器进行蒸发浓缩,其中I效110-100℃、II效90-100℃、III效80-90℃、IV效70-80℃、V效60-70℃、VI50-60℃,各效的浓度分别应为(以波美度计):VI效5—8、V效7—10、IV效9—12、III效11—14;第一次经过II效和I效时,II效14—17、I效18—21;第二次经过II效和I效时,II效23—25、I效25-29,得到浓黑液、轻污冷凝水和含氮量为3000ppm、温度为50℃的冷凝水,浓黑液用于制肥料;
(5)发酵
收集步骤(1)中产生的废弃稻草秸秆500Kg,加入500Kg稻草秸秆和3000Kg步骤(4)得到的污冷凝水,搅拌混合均匀,其中混合物中含水量为60%,碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值为15:1,pH为10,混合后采用条垛式发酵方法进行自然耗氧发酵,在发酵的过程中对温度进行监测,发酵过程的温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续25天以后开始下降,温度下降至35℃发酵过程结束,其pH为6.5,得到的产品有机基质中,含有10%有机质,5%腐殖酸,全钾含量为1.0%,全磷含量为0.1%,全氮含量为0.5%;通气孔隙为30%,总孔隙度为40,持水孔隙为5%,并且还含有微量元素22.50mg/kg铜、62.68mg/kg锌、2.36g/kg铁、281.01mg/kg锰。
实施例3
(1)将芦竹秸秆采用常规方法进行备料得到用于制浆的芦竹秸秆和废弃芦竹秸秆;
(2)将上步得到的用于制浆的芦竹秸秆装入蒸球中,往蒸球中加入蒸煮药剂亚硫酸铵,其中亚硫酸铵的用量为绝干原料量10%,液比为1:3,通入蒸汽进行加热,加热升温至温度为110℃时保温30分钟,进行小放汽,继续加热升温至170℃,保温80分钟,得到浓度为9%、硬度为18高锰酸钾值的高硬度浆;
(3)将上步得到的高硬度浆从挤浆机的入口进入,挤出黑液,挤出黑液之后,进行洗浆,合并挤出的黑液和洗浆的黑液,得到固含量为8%,波美度为5的稀黑液,pH为8。
(4)将上步得到的稀黑液采用六效七体蒸发器进行蒸发浓缩,其中I效110-100℃、II效90-100℃、III效80-90℃、IV效70-80℃、V效60-70℃、VI50-60℃,各效的浓度分别应为(以波美度计):VI效5—8、V效7—10、IV效9—12、III效11—14;第一次经过II效和I效时,II效14—17、I效18—21;第二次经过II效和I效时,II效23—25、I效25-29,得到浓黑液、轻污冷凝水和含氮量为1000ppm、温度为70℃的冷凝水,浓黑液用于制肥料;
(5)收集园艺工人修剪的枝叶1000Kg,加入5000Kg步骤(4)得到的污冷凝水,搅拌混合均匀,其中混合物中含水量为60%,碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值为20:1,pH为9.8,混合后采用条垛式发酵方法进行自然耗氧发酵,在发酵的过程中对温度进行监测,发酵过程的温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续15天以后开始下降,温度下降至32℃发酵过程结束,其pH为8.2,得到的产品有机基质中,含有50%有机质,20%腐殖酸,全钾含量为2.0%,全磷含量为0.5%,全氮含量为2%;通气孔隙为50%,总孔隙度为60,持水孔隙为20%,并且还含有微量元素22.48mg/kg铜、62.65mg/kg锌、2.38g/kg铁、281.03mg/kg锰。
实施例4
(1)将芦苇秸秆采用常规方法进行备料得到用于制浆的芦苇秸秆和废弃芦苇秸秆;
(2)将上步得到的用于制浆的芦苇秸秆按照本领域常用的亚铵法蒸煮制浆工艺制浆得到浆;
(3)将上步得到的浆从挤浆机的入口进入,挤出黑液,挤出黑液之后,进行洗浆,合并挤出的黑液和洗浆的黑液,得到稀黑液;
(4)将上步得到的稀黑液采用六效七体蒸发器进行蒸发浓缩,其中I效110-100℃、II效90-100℃、III效80-90℃、IV效70-80℃、V效60-70℃、VI50-60℃,各效的浓度分别应为(以波美度计):VI效5—8、V效7—10、IV效9—12、III效11—14;第一次经过II效和I效时,II效14—17、I效18—21;第二次经过II效和I效时,II效23—25、I效25-29,得到浓黑液、轻污冷凝水和含氮量为3000ppm、温度为50℃的冷凝水,浓黑液用于制肥料;
(5)收集步骤(1)中产生的废弃芦苇秸秆1000Kg,加入10kg粪便和2500Kg步骤(4)得到的冷凝水,搅拌混合均匀,其中混合物中含水量为60%,碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值为25:1,pH为9.6,混合后采用条垛式发酵方法进行自然耗氧发酵,在发酵的过程中对温度进行监测,发酵过程的温度逐渐上升,当温度在55—60℃并持续25天后开始下降,温度下降至26℃发酵过程结束,其pH为7.2,得到的产品有机基质中,含有20%有机质,10%腐殖酸,全钾含量为1.5%,全磷含量为0.3%,全氮含量为1%;通气孔隙为35%,总孔隙度为45,持水孔隙为8%,并且还含有微量元素22.56mg/kg铜、62.56mg/kg锌、2.42g/kg铁、281.10mg/kg锰。
实施例5
(1)将稻草秸秆采用干法备料得到用于制浆的稻草秸秆和废弃稻草秸秆;
(2)将上步得到的用于制浆的稻草秸秆采用本领域常用的亚铵法蒸煮制浆工艺制浆;
(3)将上步得到的浆从挤浆机的入口进入,挤出黑液,挤出黑液之后,进行洗浆,合并挤出的黑液和洗浆的黑液,得到稀黑液;
(4)将上步得到的稀黑液采用六效七体蒸发器进行蒸发浓缩,其中I效110-100℃、II效90-100℃、III效80-90℃、IV效70-80℃、V效60-70℃、VI50-60℃,各效的浓度分别应为(以波美度计):VI效5—8、V效7—10、IV效9—12、III效11—14;第一次经过II效和I效时,II效14—17、I效18—21;第二次经过II效和I效时,II效23—25、I效25-29,得到浓黑液、轻污冷凝水和含氮量为2800ppm、温度为68℃的冷凝水,浓黑液用于制肥料;
(5)收集步骤(1)得到的废弃稻草秸秆1000Kg,加入氨水2500kg,搅拌混合均匀,其中混合物含水量为60%,碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值为25:1,pH为9.6,混合后采用条垛式发酵方法进行自然耗氧发酵,在发酵的过程中对温度进行监测,发酵过程的温度逐渐上升,当温度升至55—60℃持续并25天后开始下降,温度下降至15℃发酵过程结束,其pH为6.8,得到的产品有机基质中,含有30%有机质,15%腐殖酸,全钾含量为1.8%,全磷含量为0.4%,全氮含量为1.5%;通气孔隙为40%,总孔隙度为55,持水孔隙为12%,并且还含有微量元素22.63mg/kg铜、62.62mg/kg锌、2.51g/kg铁、281.12mg/kg锰。
实施例6
(1)备料
将麦草草秸秆备料得到处理好的麦草秸秆和废料麦糠;
(2)蒸煮制浆
向上步得到的处理好的麦草秸秆中加入蒸煮药剂亚硫酸铵,其中亚硫酸铵的用量为绝干原料量9%,液比为1:2,通入蒸汽进行加热,加热升温至温度为100℃时保温20分钟,进行小放汽,继续加热升温至165℃,保温60分钟,得到浓度为8%、硬度为16高锰酸钾值的高硬度浆;
(3)高硬度浆后处理得到稀黑液
将上步得到的高硬度浆从挤浆机的入口进入,挤出黑液,挤出黑液之后,进行洗浆,合并挤出的黑液和洗浆的黑液,得到固含量为15%,波美度为9的稀黑液,pH为10。
(4)蒸发浓缩
将上步得到的稀黑液进行蒸发浓缩得到浓黑液和含氮量为2000ppm、温度为60℃的冷凝水,浓黑液用于制肥料;
(5)发酵
步骤(1)得到的废料麦糠1000kg中加入2000kg步骤(4)所述的重污冷凝水和6kg麸皮,搅拌混合均匀,其中含水量为70%,混合物中碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值C:N=25:1,pH为9.5,混合后采用条垛式发酵方法进行自然好氧发酵,在发酵的过程中对温度进行检测,发酵过程中温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续25天以后开始下降,温度下降至40℃发酵过程结束,其pH值为7.1,得到的产品育苗基质每100g中,含有24.32g有机质,12.47g腐殖酸,全钾含量为1.13g,全磷含量为0.12g,全氮含量为1.14g;通气孔隙为38.8%,总孔隙度为49.64,持水孔隙为10.84%,并且还含有微量元素22.53mg/kg铜、62.70mg/kg锌、2.38g/kg铁、281.03mg/kg锰。
实施例7
将水稻秸秆1000kg中加入3000kg亚铵法制浆过程中产生的含氮量为2500ppm、温度为70℃重污冷凝水,再加入5kg麸皮,搅拌混合均匀,其中含水量为65%,混合物中碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值C:N=18:1,pH为10.0,混合后采用条垛式发酵方法进行自然好氧发酵,在发酵的过程中对温度进行检测,发酵过程中温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续14天以后开始下降,温度下降至35℃发酵过程结束,其pH为6.5,得到的产品有机育苗基质每100g中,含有35.25g有机质,10.85g腐殖酸,全钾含量为1.63g,全磷含量为0.84g,全氮含量为1.59g;通气孔隙为48.8%,总孔隙度为46.64,持水孔隙为16.84%,并且还含有微量元素32.54mg/kg铜、68.52mg/kg锌、3.13g/kg铁、280.54mg/kg锰。
实施例8
将制浆过程中产生的废料麦糠1000Kg中加入4500kg亚铵法制浆过程中产生的含氮量为500ppm、温度为60℃重污冷凝水,搅拌混合均匀,其中含水量为75%,混合物中碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值C:N=30:1,pH为9.5,混合后采用条垛式发酵方法进行自然好氧发酵,在发酵的过程中对温度进行检测,发酵过程中温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续15天以后开始下降,温度下降至32℃发酵过程结束,其pH为8.2,得到的产品育苗基质每100g中,含有41.25g有机质,15.85g腐殖酸,全钾含量为1.13g,全磷含量为0.2g,全氮含量为1.13g;通气孔隙为38.8%,总孔隙度为49.64,持水孔隙为10.84%,并且还含有微量元素19.93mg/kg铜、62.70mg/kg锌、2.38g/kg铁、281.03mg/kg锰。
实施例9
将制浆过程中产生的废料麦糠800kg和切碎的小麦秸秆100kg混合,再加入2600kg亚铵法制浆过程中产生的含氮量为2000ppm、温度为70℃重污冷凝水,搅拌混合均匀,其中含水量为60%,混合物中碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值C:N=25:1,pH为9.5,混合后采用条垛式发酵方法进行自然好氧发酵,在发酵的过程中对温度进行检测,发酵过程中温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续20天以后开始下降,温度下降至26℃发酵过程结束,其pH为7.2,得到的产品育苗基质每100g中,含有45.31g有机质,15.21g腐殖酸,全钾含量为1.31g,全磷含量为0.18g,全氮含量为1.28g。
实施例10
将制浆过程中产生的废料稻糠1000kg、10kg粪便和5kg枯草杆菌混合,再加入亚铵法制浆过程中产生的含氮量为2500ppm、温度为68℃重污冷凝水,搅拌混合均匀,其中含水量为60%,混合物中碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值C:N=30:1,pH为9.5,混合后采用条垛式发酵方法进行自然好氧发酵,在发酵的过程中对温度进行检测,发酵过程中温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续13天以后开始下降,温度下降至15℃表明发酵过程结束,其pH为6.8,得到的育苗基质每100g中含有18.61g有机质,16.47g腐殖酸,全钾含量为0.86g,全磷含量为0.25g,全氮含量为1.57g。
实施例11
将切碎的玉米秸秆500kg、切碎的棉杆300kg和修剪树木、草坪废弃物200kg相混合,再加入3100kg亚铵法制浆过程中产生的含氮量为1500ppm、温度为68℃重污冷凝水,搅拌混合均匀,同时加入10kg的苗圃土,其中含水量为75%,混合物中碳的质量百分比与氮的质量百分比的比值C:N=17:1,pH为9.6,混合后采用条垛式发酵方法进行自然好氧发酵,在发酵的过程中对温度进行检测,发酵过程的温度逐渐上升,在温度为55—60℃持续21天以后开始下降,温度下降至37℃发酵过程结束,其pH为7.0,得到的产品育苗基质每100g中,含有26.24g有机质,14.91g腐殖酸,全钾含量为1.41g,全磷含量为0.20g,全氮含量为1.48g。
比较例
下表为本发明所提供的育苗基质与泥炭理化指标对比表。
从下面的检测结果可以看到基质全氮、全磷、全钾的含量高于泥炭,通气孔隙也优于泥炭基质,可见其效果优于泥炭基质。