CN101781568B

CN101781568B - 一种土壤调理剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101781568B
Application number: CN2010191140198A
Authority: CN
Inventors: 谢方淼; 袁立; 吴尚惠; 王艳博; 沈倩; 刘文瑞; 朱廷彬; 苏敏龙; 那民呼; 王乃京
Original assignee: BEIJING HAIYA DIDA BIOCHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HAIYA DIDA BIOCHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: CN101781568A

Abstract

本发明提供一种土壤调理剂，以干基计，它由以下重量百分比的组分组成：加氨污泥70-90％，活性成分0.1-10％，辅料5-25％。本发明还提供所述土壤调理剂的制备方法和应用。本发明通过把污泥经过加氨处理，一方面提高了土壤调理剂的养分含量，同时把污泥及有机物料从污染或危害环境的废物变为一种资源，既解决了废弃物处理问题，改善了环境，又做到废物的资源化，开辟了土壤调理剂生产所需原料的新途径。

Description

一种土壤调理剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种土壤调理剂，尤其涉及一种以污泥为原料的土壤调理剂，及其制备方法和应用。

背景技术

水土流失导致江河湖泊淤积，需要及时清理，若能肥料化，则能做到来之于田，回归于田，对土地肥力是极大的补充。江河湖泊淤积的大量有机物质等又引起水体富营养化，导致水生生物产生大量，需要去除，同时随着人们生活水平的提高，产生越来越多的各类垃圾需要处理。

至于污泥农用存不存在危害，有多大的危害，这方面的研究也较多，林兰稳等《城市污水污泥与稻草、粉煤灰混合堆肥及其利用评价》(生态环境2005，14(5)：678-682)指出，广州大坦沙污水处理厂生产的污泥，由最小限制因子重金属Cd决定的污肥年最大施用量(连续20a)为82.0t/hm²(污肥B)和72.1t/hm²(污肥C)，由N决定的污肥年最大施用量分别为31.33t/hm²(污肥B)和32.49t/hm²(污肥C)。

本发明对于江河湖泊的淤泥处理具有重大意义，我国大多数湖泊河流，特别是湖泊存在污泥与水生生物共存，形成有污泥就有水生生物的局面，2007年江苏太湖水生生物大面积发生所产生的影响足以引起人们对于如何处置水生生物及污泥投入很大的研究力量，人们把污泥及水生生物从湖泊江河中拿出来后，该怎么处理，就成了摆在眼前的很实际的问题，有关这方面有不少的专利及文献报道，有些技术及工艺是成熟的。相对于城市污水处理出来的污泥，江河湖泊的淤泥重金属含量及有害微生物数量方面，均是较低的，所以其农用比污水处理厂的污泥农用更安全。

CN101274859A公布了一种有机垃圾处理方法及专用设备，只涉及有机垃圾的处理，而对于加氨过程没有涉及。CN 1063413C公布了一种污泥或藻渣复混肥及其制备方法，涉及的只是市污水处理废弃物一污泥或自来水厂处理废弃物一藻渣，添加养分是以无机肥形式加入，辅料为蛭石、膨润土或磷矿粉。CN101418316A公布了一种水生生物和污泥混合厌氧发酵产沼气的方法，提出将水生生物和污泥混合厌氧发酵产沼气，产生的沼气经过脱硫处理后供给用户燃烧或者集中发电，将水生生物发酵产沼气后的沼液、沼渣作为肥料用于花木、林地，并没有提出水生生物和污泥如何制高效肥的方法及工艺。CN 1243692C公布了一种水华水生生物复混肥及制备方法，提出水华水生生物复混肥是由水生生物粉、尿素、过磷酸钙、磷酸一铵、硫酸钾均按一定比例混配，经过一定工艺而成，但没有考虑污泥的利用问题。还有CN 1O1215539A公布了一种微生物菌组合物、含有其的水生生物生物菌发酵剂、营养物和生物土壤调理剂及其制备方法，以及CN 101 139224A公布的一种以水生生物泥和废弃烟叶为主制作的土壤调理剂及生产工艺，都没有考虑污泥的利用问题。

张益民等在利用城市污泥生产高效有机无机复混肥研究初探一文中提出了污泥的预处理工艺及有机无机复混肥的生产工艺(农业科学研究2006，27(1)：95-96)。赵丽君等在城市污泥堆肥技术研究一文中针对我国国情和天津市现有条件，探索出一套少加甚至不加调节剂、工艺简单、便于操作管理的污泥堆肥工艺，同时提出了工艺流程和技术参数，为生产线的设计与建设提供了一定的技术依据(中国给水排水，1999，15(9)：58-60)。

综上所述，把污泥加氨后进行生成土壤调理剂，进行高效利用，变废为宝的有关文献或专利还不见报道，本发明的目的就是要把污泥经过加氨处理，变为一种高效资源，进行综合利用。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种土壤调理剂，能够更高效、更安全地作用于土壤的改良。

本发明的另一目的在于：提供一种所述的土壤调理剂的制备方法，不但使土壤调理剂具有更好的应用性，而且有助于改善环境，使废物资源化。

本发明的再一目的在于：提供所述的土壤调理剂的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

提供一种土壤调理剂，以干基计，它由以下重量百分比的组分组成：加氨污泥70-90％，聚合氨基酸0.1-10％，辅料5-25％；

所述加氨污泥是经过加氨工艺处理过的污泥；

所述聚合氨基酸是可以自然降解、无残留的含羧基、氨基或亚氨基的聚合氨基酸；主要起提高养分利用率，调节作物生理功能的作用；

所述辅料是动植物残体、腐植酸、膨润土、麦饭石、粉煤灰、草炭、磷石膏、过磷酸钙等的一种或多种；辅料的作用在于，一方面由于它们具有多孔或强吸附功能，可以促进加氨污泥及活性成分更好地发挥调理作用，另一方面作为辅料，以补充配方所缺份量。

所述的加氨污泥中的污泥，可以是污水处理厂的污泥、江河湖泊的底泥、生活垃圾或工业垃圾中的一种或多种。

本发明还提供一种所述土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：把经过分选去除了金属、塑料、玻璃、砂石的污泥及经过切碎的有机物料送入水解釜内，在80-180℃，压力为0.8-1.2MPa和酸催化剂的作用下1-2小时后完成水解反应；所述的有机物料是动物残体、有机废弃物或危害江河湖泊的生物；所述的酸催化剂为无机酸或有机强酸，浓度为10-20％，用量为加入物料干基重的0.5-2％；无机酸加入量小，有机酸加入量大；浓度低时加入量大，浓度高时加入量小。

步骤二：将完成了步骤一水解反应的物料泵入加氨反应釜，然后将液氨和催化剂通入加氨反应釜中，在80-150℃，压力为0.8-1.2MPa作用下1-2小时后完成加氨反应；所述的液氨通入量，以干基计，为水解反应的物料重量的3-16％；所述的催化剂为铜盐、铁盐或亚铁盐，用量为水解反应的物料重量的0.5-1％；

步骤三：将完成了步骤二的加氨反应的物料中的水分挤出，得到含有养分的溶液和含水量30-60％的固体状物料，固体状物料即所述加氨污泥；

步骤四：将步骤三得到的加氨污泥与所述聚合氨基酸及辅料，按照所述配比，依照常规的肥料生产方法制备土壤调理剂。

当步骤一所述的污泥取自江河湖泊的底泥时，优选先将该底泥经过自然熟化。所述的自然熟化方法是：将江河湖泊的底泥打捞出来后，存放在野外1-3年，使其在冬天经过低于0℃的低温，夏天经过高于25℃的酷暑的冷热交替处理，让其自然熟化。

步骤三挤出的含有养分的溶液中有大量营养物溶解在其中，经过处理后可作液体肥料直接进行销售，或将其浓缩至含水量小于70％后，随加氨污泥进入所述步骤四的制肥工艺。所述的浓缩可以通过蒸发器完成，蒸发的水分带有大量的热能，还可对其进行循环利用。

本发明还提供所述土壤调理剂在对作物生长有障碍的土壤改良中的应用。所述对作物生长有障碍的土壤可以是盐碱土、粘重土壤或冷浸田等。

本发明所述的土壤调理剂可以按照以下方法施用：在对作物生长有障碍的土壤上种植作物前，将本发明调理剂按375-3750kg/hm²的用量均匀施入土中，也可以与肥料同时施入土中。

本发明的土壤调理剂是以经过加氨处理的污泥及有机物料为主要原料制备的高效土壤调理剂。与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、把污泥及有机物料经过加氨处理，一方面能大大减少堆肥过程中氨的挥发损失，另一方面能大大提高原料的氮含量，使本发明所述的土壤调理剂具有更好的应用性。

2、本发明所述的土壤调理剂的制备方法把污泥及有机物料从污染或危害环境的废物变为一种资源，既解决了废弃物处理问题，改善了环境，又做到废物的资源化。

3、本发明通过在土壤调理剂中添加聚合氨基酸活性成分，富集营养元素，再加上辅料的多孔和强吸附功能，可以极大地改善土壤微环境，使土壤微生物大量发生，刺激作物根系大量生长，从而促使作物在有障碍的土壤中能正常生长发育。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细描述，应理解的是本发明实施例中所述的配比仅用于说明，不限制本发明的范围。

实施例1

一种土壤调理剂，可用于盐碱土树木种植，以干基计，包含以下组分：

加氨污泥85％、聚合氨基酸4％、辅料11％。

制备方法：

备料(按占调理剂总重量的百分比计)：

污泥85％，聚合氨基酸4％，动植物残体3％，磷石膏3％，粉煤灰5％。

制备：

1)将污泥及有机物料加氨，经过如下步骤得加氨污泥。

步骤一：把经过分选去除了金属、塑料、玻璃、砂石的污泥及经过切碎的动植物残体送入水解釜内，在80℃下，压力为0.8MPa和用量为加入物料干基重的0.5％的浓度为10％的稀硫酸的条件下作用2小时后完成水解反应；

步骤二：将完成了步骤一水解反应的物料泵入加氨反应釜，然后，以干基计，在加氨反应釜中通入水解反应的物料重量5％的液氨，并加入用量为水解反应的物料重量0.5％的硫酸亚铁，在80℃下，压力为0.8MPa条件下作用2小时后完成加氨反应；

步骤三：将完成了步骤二的加氨反应的物料中的水分挤出，得到含养分的溶液和含水量40～50％的固体状物料，固体状物料即所述加氨污泥；

2)将所述比例的聚合氨基酸与粉煤灰混合得混合物1。

3)将步骤1)制备的加氨污泥与混合物1混合，进入调理剂生产工序，同时添加所述比例的磷石膏，在此工序，可以不造粒，直接烘干筛分后合格品包装入库，不合格品返回生产工序，也可以造粒，输入造粒机进行造粒，产品经检验合格后包装入库，不合格品返回造粒机再进行造粒。

将本实施例生产的调理剂用于盐碱土的改良试验，试验地点在齐齐哈尔市昂昂溪林场，试验分成使用本发明实施例1的调理剂(处理1，用量为3375kg/hm²，栽树前放入树坑内，盖5cm厚表土再栽树)及不使用本发明调理剂(对照，不使用调理剂，其余措施相同)两组，面积均为1hm²，2007年6月5日种植2年生白杨树，种植前及2009年9月均匀采集30棵树的相关数据，测定试验前后土壤盐碱状况(表1)，土壤养分状况(表2)，树高及树径变化(表3)。从土壤盐碱状况变化来看，使用本实施例的土壤调理剂能显著改良土壤盐碱状况，土壤pH值降低0.57，降幅达6.78％，全盐含量降低0.118，降幅达65.5％，钠碱化度减低3.79，降幅达51.2％；从土壤养分状况来看，使用本实施例的土壤调理剂能显著改善土壤养分状况，土壤有机质提高9.21％，碱解氮提高67.57mg/kg，提高23.27％，有效磷提高0.6mg/kg，提高6.98％；从树木长势来看，使用本实施例的土壤调理剂能显著提高树体长势，成活率从36.6％提高到96.2％，树高年增量提高0.46m，增幅达56.79％，树径年增量提高4.6mm，增幅达95.83％。

表1土壤盐碱状况变化

表2土壤养分状况变化

表3树势状况变化

项目	成活率(％)	树高增量(m/y)	树径增量(mm/y)
				对照	36.6	0.81	4.8
处理1	96.2	1.27	9.4

实施例2

一种土壤调理剂，可用于粘重土茶叶生产，以干基计，包含以下组分：

加氨污泥75％、聚合氨基酸8％、辅料17％。

制备方法：

备料(按占调理剂总重量的百分比计)：

污泥75％，聚合氨基酸8％，动植物残体7％，腐殖酸3％，麦饭石7％。

制备：

1)将污泥及有机物料加氨，经过如下步骤得加氨污泥。

步骤一：把经过分选去除了金属、塑料、玻璃、砂石的污泥及经过切碎的动植物残体送入水解釜内，在100℃下，压力为1.0MPa和用量为加入物料干基重的1％的浓度为10％的稀盐酸作用1.5小时后完成水解反应；

步骤二：将完成了步骤一水解反应的物料泵入加氨反应釜，然后，以干基计，在加氨反应釜中通入水解反应的物料重量10％的液氨，并加入用量为水解反应的物料重量0.5％的硫酸铁，在100℃下，压力为1.0MPa条件下作用1.5小时后完成加氨反应；

2)将所述比例的聚合氨基酸与麦饭石混合得混合物1。

3)将步骤1)制备的加氨污泥与混合物1混合，进入调理剂生产工序，同时添加所述比例的腐殖酸，在此工序，可以不造粒，直接烘干筛分后合格品包装入库，不合格品返回生产工序，也可以造粒，输入造粒机进行造粒，产品经检验合格后包装入库，不合格品返回造粒机再进行造粒。

将本实施例的土壤调理剂用于茶叶的生产试验，试验地点在上海市黄山查林场观光茶园，茶树为栽植2年的茶园，试验分两个处理，处理1为采用本实施例的土壤调理剂与肥料混施的方法，用量为1125kg/hm²，在2009年3月6号随施肥沟施入茶树根部附近，然后覆土，处理2为对照，不使用本实施例的土壤调理剂，其余耕种措施相同，试验茶树面积均为60m²。多点采样测定试验前及试验开始后5月15日的土壤机械组成、容重和孔隙度，并在2009年3月26日、4月8日及5月15日进行三次10株的芽梢密度、百芽重平均值测定及10m²小区产量，结果见表4、表5。从对粘重土壤的结构影响来看，使用本实施例的土壤调理剂对于粘重土的改良效果显著，粘重土的物理性砂粒从30.2％提高到38.4％，提高幅度为27.15％，而物理性粘粒从69.8％降低到38.4％；土壤容重从1.39g/cm³降低到1.24g/cm³，降幅达12.10％，孔隙度相应从42.8％提高到49.7％，提高幅度达16.12％。从对茶叶产量影响来看，随着使用时间的延长，对于芽梢密度、百芽重、产量均有显著提高，芽梢密度增幅为10％～43.24％，百芽重增幅为3.85％～51.21％，小区产量增幅为36.89％～57.14％，说明本实施例的土壤调理剂对于茶叶产量提高非常显著，原因就是本实施例的土壤调理剂改善了土壤结构，增加了粘重土的孔隙度，从而改善了根系环境，所以产量由显著提高。

表4本实施例的土壤调理剂对粘重土壤结构的影响

表5本实施例的土壤调理剂对茶叶产量的影响

实施例3

一种土壤调理剂，可用于冷浸田水稻种植，以干基计，包含以下组分：

加氨污泥80％、聚合氨基酸1％、辅料19％。

制备方法：

备料(按占调理剂总重量的百分比计)：

污泥80％，聚合氨基酸1％，动植物残体4％，草炭4％，过磷酸钙8％，膨润土2％。

制备：

1)将污泥及有机物料加氨，经过如下步骤得加氨污泥。

步骤一：把经过分选去除了金属、塑料、玻璃、砂石的污泥及经过切碎的动植物残体送入水解釜内，在180℃下，压力为1.2MPa和用量为加入物料干基重的2％的浓度为15％的乙酸作用2小时后完成水解反应；

步骤二：将完成了步骤一水解反应的物料泵入加氨反应釜，然后，以干基计，在加氨反应釜中通入水解反应的物料重量16％的液氨，并加入用量为水解反应的物料重量1％的硫酸亚铁，在150℃下，压力为1.2MPa条件下作用2小时后完成加氨反应；

2)将所述比例的聚合氨基酸与膨润土混合得混合物1。

3)将步骤1)制备的加氨污泥与混合物1混合，进入调理剂生产工序，同时添加所述比例的草炭、过磷酸钙，在此工序，可以不造粒，直接烘干筛分后合格品包装入库，不合格品返回生产工序，也可以造粒，输入造粒机进行造粒，产品经检验合格后包装入库，不合格品返回造粒机再进行造粒。

将生产的调理剂用于冷浸田水稻种植的试验，黑龙江省佳木斯莲江口农垦科学院水稻研究所植保研究室试验田。供试水稻品种：垦稻10号，试验设二个处理，三次重复，处理1为采用本实施例的土壤调理剂与底肥混施的方法，用量为750kg/hm²，处理2为对照，不使用本实施例的土壤调理剂，其余耕种措施相同。4月16浸种，5月10上底肥，5月19日插秧。试验结果见表6～表10。

表6本实施例土壤调理剂对冷浸田土壤状况的影响

项目	代换性钾(mg/kg)	速效磷(mg/kg)	CEC(me/100g土)
				处理1	73.8	14.3	163.9
对照	33.6	8.7	68.4

冷浸田使用本实施例的土壤调理剂，使土壤的代换性钾从33.6mg/kg提高到73.8mg/kg，提高幅度为119.6％，速效磷从8.7mg/kg提高到14.3mg/kg，提高幅度为64.4％，阳离子交换量(CEC)从68.4me/100g土提高到163.9me/100g土，提高幅度达139.2％。

表7不同时期地下部根量调查表单位：条/株

日期	6月12日	6月25日	7月3日
				处理1	45.7	83.5	188.5
对照	21.5	50.5	138.2

不同时期地下部根量调查分析表明，处理1较对照增加21.2～50.3条/株。说明使用本实施例的土壤调理剂能促进冷浸田水稻的根系正常发生。

表8分蘖调查单位：个/株

项目	6月12日	6月25日	7月3日	7月20日
					处理1	2.8	5.3	6.1	6.7
对照	2.1	3.2	4.8	5.3

不同时期分蘖调查分析表明，处理1较对照增加0.7～1.4条/株。

表9产量结构考种表

表10试验产量分析表

注：表10中的**表示产量比较经方差分析后差异显著

处理1有效穗数较对照增加119.9个/m²；处理1每穗着粒数较对照增加22.0粒/穗；处理1结实率较对照增加6.0个百分点；处理1千粒重较对照增加0.3g；处理1产量较对照增加229.1公斤/666.7m²，增产率146.5％，增产非常显著。

通过试验表明：说明使用本实施例的土壤调理剂能克服冷浸田对于水稻生长的障碍因子，增加有效养分的供给，具有促进水稻分蘖、增加着粒数及增根效果，增产效果非常显著。

Claims

1.一种土壤调理剂，其特征在于，以干基计，它由以下重量百分比的组分组成：加氨污泥70-90％，聚合氨基酸0.1-10％，辅料5-25％；

所述加氨污泥是经过以下加氨工艺处理过的污泥：

步骤一：把经过分选去除了金属、塑料、玻璃、砂石的污泥及经过切碎的有机物料送入水解釜内，在80-180℃，压力为0.8-1.2MPa和酸催化剂的作用下1-2小时后完成水解反应；所述的有机物料是动物残体、有机废弃物或危害江河湖泊的生物；所述的危害江河湖泊的生物是蓝藻、风眼莲或空心莲子草；所述的酸催化剂为无机酸或有机强酸，浓度为10-20％，用量为加入物料干基重的0.5-2％；

步骤二：将完成了步骤一水解反应的物料泵入加氨反应釜，然后将液氨和催化剂通入加氨反应釜中，在80-150℃，压力为0.8-1.2MPa作用下1-2小时后完成加氨反应；以干基计，所述的液氨通入量为水解反应的物料重量的3-16％；所述的催化剂为铜盐、铁盐或亚铁盐，用量为水解反应的物料重量的0.5-1％；

步骤三：将完成了步骤二的加氨反应的物料中的水分挤出，得到含养分的溶液和含水量30-60％的固体状物料，固体状物料即所述加氨污泥；

所述辅料是动植物残体、腐植酸、膨润土、麦饭石、粉煤灰、草炭、磷石膏、过磷酸钙的一种或多种。

2.权利要求1所述的土壤调理剂，其特征在于：所述加氨污泥中的污泥为污水处理厂的污泥或江河湖泊的底泥中的一种或两种。

3.一种权利要求1所述的土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：把经过分选去除了金属、塑料、玻璃、砂石的污泥及经过切碎的有机物料送入水解釜内，在80-180℃，压力为0.8-1.2MPa和酸催化剂的作用下1-2小时后完成水解反应；所述的有机物料是动物残体、有机废弃物或危害江河湖泊的生物；所述的危害江河湖泊的生物是蓝藻、凤眼莲或空心莲子草；所述的酸催化剂为无机酸或有机强酸，浓度为10-20％，用量为加入物料干基重的0.5-2％；

4.权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤一所述的酸催化剂为磷酸、硝酸、盐酸、硫酸或乙酸。

5.权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤一所述的污泥是经过自然熟化的江河湖泊的底泥。

6.权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的自然熟化是：将江河湖泊的底泥打捞出来后，存放在野外，使其在冬天经过低于0℃的低温，夏天经过高于25℃的酷暑的冷热交替处理1-3年，达到自然熟化。

7.权利要求3所述的制备方法，其特征在于：将步骤三所述的含有养分的溶液浓缩至含水量小于70％后，用于步骤四的制肥工艺中。

8.权利要求1所述的土壤调理剂在对作物生长有障碍的土壤改良中的应用，其特征在于：所述的对作物生长有障碍的土壤是盐碱土、粘重土壤或冷浸田。