CN102010235B

CN102010235B - 一种木薯淀粉渣制备的腐植酸液肥及其方法

Info

Publication number: CN102010235B
Application number: CN 201010291022
Authority: CN
Inventors: 侯宪文; 李勤奋; 李光义; 邓晓; 武春媛
Original assignee: CATAS Environment and Plant Protection Institute
Current assignee: CATAS Environment and Plant Protection Institute
Priority date: 2010-09-25
Filing date: 2010-09-25
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: CN102010235A

Abstract

本发明公开了一种木薯淀粉渣制备的腐植酸液肥及其方法，将木薯渣等经生物发酵或生化处理，可以转化为活性腐植酸，进而开发出适合市场需求的各类肥料产品等。本发明提供的制备生物腐植酸液肥的方法，包括如下步骤：1)将堆体物料堆积至堆体物料温度为60℃-70℃保持2-3天，得到一次堆肥产物；2)向步骤1)得到的一次堆肥产物中添加菌，继续中温发酵，得到发酵产物；3)用碱的水溶液对步骤2)得到的发酵产物进行提取，得到提取物，即得到生物腐植酸；4)将步骤3)得到的腐植酸溶液过滤、浓缩，加入尿素和磷酸二氢钾即制得生物腐植酸液肥。本发明得到的液肥产品兑水稀释后可用作根部追肥或叶面肥施用。

Description

一种木薯淀粉渣制备的腐植酸液肥及其方法

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化利用技术领域，尤其涉及一种生物腐植酸液肥的制备方法及其应用。

背景技术

木薯渣是木薯提取淀粉后的剩余物，以纤维素为主，还含有少量淀粉等营养物质，含水量高。目前，对木薯渣的研究多在利用其生产单细胞蛋白、乙醇或用作饲料等方面，但由于工艺复杂，设备投资大等影响，利用量甚少。新鲜木薯渣如不及时处理极易腐败变质，就不能用作饲料或其他生产原料，大量的木薯渣被废弃，造成极大浪费，且严重污染环境。

腐植酸是一类成分复杂的高分子有机物质，应用面广泛。腐植酸类产品的发展与农业、园艺、降低杀虫剂、化肥的使用量以及有机种植食品的发展趋向密切相关，腐植酸类产品的应用已经全面发展起来。CN1626478A和CN101024590A等公开了利用风化煤等制取腐植酸肥料的方法和技术，随着科学技术的发展，可形成腐植酸类物质的原材料在不断地增多，除了取源于泥炭、褐煤、风化烟煤以外，还可以通过消纳工农业生产中的纤维素废弃物等制取。在利用废弃物制取生物腐植酸方面已有一些成果，其中，CN1023153和CN1105006A公开了发酵制肥和生化腐植酸的方法，但在原料中需加油脂类和蜂蜜等原料；CN101040622A公开了一种利用植物秸秆制取腐植酸植物生长调节剂的方法，原料需在80-90度高温下灭菌10-30min，且制得的产品浓度较低，商品化价值低。因此，利用更廉价的原料和更合理的工艺，制取生物腐植酸肥料仍是一个重要课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种木薯淀粉渣转化生物腐植酸的制备方法及其应用。

本发明提供的制备腐植酸的方法，包括如下步骤：

1)将堆体物料堆积至堆体物料温度为60℃-70℃，得到一次堆肥产物；

2)向步骤1)得到的一次堆肥产物中添加菌，进行发酵，得到发酵产物；

3)用碱的水溶液对步骤2)得到的发酵产物进行提取，得到提取物，即得到腐植酸。

所述步骤1)中，所述堆体物料按照如下方法制备：将木薯渣和禽畜粪便混合，调节其C/N比至(30-20)∶1，调节其含水量至(60-70)％，得到堆体物料；所述C/N具体为25∶1，所述含水量具体为65％；

所述步骤2)中，所述菌为植物乳杆菌、米曲霉、枯草芽孢杆菌；所述植物乳杆菌优选为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171，所述米曲霉优选为米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146，所述枯草芽孢杆菌优选为枯草芽孢杆菌(Bacinussubtilis)CICC 10076；

ACCC为中国农业微生物菌种保藏管理中心，CICC为中国工业微生物菌种保藏管理中心。

所述步骤3)中，所述用碱的水溶液对步骤2)得到的发酵产物进行提取的方法包括如下步骤：将所述碱的水溶液与所述发酵产物混合，分离，取分离出的液体，得到提取物。

所述步骤1)中，所述禽畜粪便为鸡粪和/或牛粪；所述木薯渣为干木薯渣和/或鲜木薯渣；

所述C/N比通过添加尿素或鸡粪调节；

所述堆积的时间为(2-3)天；所述堆积的时间具体为2天；

所述步骤2)中，所述菌的添加方式如下：

A、分别培养所述植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)ACCC 10171、所述米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146和所述枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076，得到植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171培养物、米曲霉(Aspergillusoryzae)CICC 2146培养物和枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076培养物，

B、将A得到的所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171培养物、所述米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146培养物和所述枯草芽孢杆菌(Bacinussubtilis)CICC 10076培养物按如下比例添加到所述一次堆肥产物中，所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171∶所述米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146∶所述枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076∶所述一次堆肥产物为：1×10⁷-10×10⁷CFU∶1×10⁵-10×10⁵CFU∶1×10⁷-10×10⁷CFU∶1g；

所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171∶所述米曲霉(Aspergillusoryzae)CICC 2146∶所述枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076∶所述一次堆肥产物具体为：1×10⁷CFU∶1×10⁵CFU∶1×10⁷CFU∶1g；

所述发酵的温度为37℃-43℃，所述发酵的时间为10天-20天，所述发酵时间具体为15天；

所述步骤3)中，所述碱的水溶液与所述发酵产物的体积比为(1-2)∶1，所述碱的水溶液的浓度为1-2％(质量百分含量)；所述碱的水溶液与所述发酵产物的体积比具体为1∶1，所述碱的水溶液的浓度具体为1％(质量百分含量)；所述混合时间为5小时。

所述步骤1)中，所述木薯渣和所述禽畜粪便的干质量比为(14-4)∶(1-5)，所述木薯渣和禽畜粪便的质量配比具体为14∶5或4∶1；

所述步骤2)中，所述的一次堆肥产物高度为40cm-60cm，所述高度具体为40cm；

所述步骤3)中，所述分离为压榨分离；所述碱为氢氧化钾或氢氧化钠。

所述步骤1)中，在所述堆积至温度为60℃-70℃后，包括如下步骤：在将堆体物料堆积至堆体物料温度为60℃-70℃的基础上继续保持2天得到一次堆肥产物的步骤；

所述步骤2)中，在所述向步骤1)得到的堆肥中加入菌前，包括将堆肥温度降至40℃的步骤；所述将堆肥温度降至40℃通过翻堆通风降温实现的；

所述压榨分离是用板框压滤机进行的；

所述方法中，在所述步骤3)后，包括将所述提取物进行过滤和浓缩的步骤。

由所述方法得到的腐植酸也是本发明保护的范围。

所述的腐植酸在制备肥料中的应用也是本发明保护的范围。

本发明的另一个目的是提供肥料，按照包括如下步骤的方法制备：将800mL所述腐植酸、(70-200)克氮肥、(45-75)克磷肥和(40-75)克钾肥混合，用腐植酸补至1L，得到肥料；

所述肥料中N的浓度为不小于4％(质量百分含量)；

所述肥料中P₂O₅的浓度为不小于4％(质量百分含量)；

所述肥料中K₂O的浓度为不小于4％(质量百分含量)；

所述肥料中的N、P₂O₅和K₂O的总质量浓度为不小于20％(质量百分含量)。

所述肥料按照包括如下步骤的方法制备：将800mL所述的腐植酸、150克或200克氮肥、60克或75克磷肥和65克或75克钾肥混合，用腐植酸补至1L，得到肥料；

所述肥料中N的浓度为9.4％(质量百分含量)或7.1％(质量百分含量)；

所述肥料中P₂O₅的浓度为5.6％(质量百分含量)或7.8％(质量百分含量)；

所述肥料中K₂O的浓度为6.5％(质量百分含量)或5.3％(质量百分含量)；

所述方法中，在所述混合后，包括调节pH值至6-7的步骤，所述PH值具体为6。

所述氮肥为尿素，所述磷肥和钾肥均为磷酸二氢钾。

通过生物技术分解纤维素等获得的生物腐植酸与传统的矿物腐植酸相比，具有如下特点：一是分子量小，渗透能力强，容易被生物吸收利用；二是水溶性好，抗硬水，不絮凝，不沉淀，使用方便；三是活性基团含量高，生理活性大，对金属离子络合、螯合能力强；四是饱和溶解度大，与微量元素有良好的相溶性；五是不含重金属与其他有害物质。利用生物腐植酸的络合、刺激植物生长等特性，配以无机肥料提供养分，可以制成生物腐植酸肥料，有利于增强应用效果。本发明的出发点就是在于充分利用和发挥生物腐植酸的这些优异功能。

本发明的实验证明，利用本方法提取的生物腐植酸溶液中生物腐植酸的浓度为4.5％，可以制成生物腐植酸肥料，该生物腐植酸肥料中N的浓度为不小于4％(质量百分含量)、P₂O₅的浓度为不小于4％(质量百分含量)、K₂O的浓度为不小于4％(质量百分含量)、N+P₂O₅+K₂O的浓度为不小于20％(质量百分含量)，本发明的肥料(液体肥料)追肥量为100ml兑水15～20L，适量施入植物根部；100～200ml，兑水15～20L，可喷施一亩地。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、

一、生物腐植酸的制备

1、发酵堆肥原料：

将466Kg木薯渣(含水率70％)和60Kg干鸡粪(含水率16％)混合均匀(二者的干质量配比为14∶5)，水分控制在65％，C/N为25∶1(预先测定木薯渣和鸡粪的C/N，计算确定所需氮量，用尿素补充)，在发酵池中自然堆积2天，检测物料中心温度，至物料温度上升至60℃-70℃，在此状态下继续保持2天，得到一次堆肥产物。

2、加入菌种继续发酵：

将堆肥翻堆通风温度降至40℃；得到温度至40℃的堆体；

分别培养植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171、米曲霉(Aspergillusoryzae)CICC 2146和枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076，得到植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171培养物、米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146培养物和枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076培养物，

将得到的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171培养物、米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146培养物和枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076培养物按如下比例添加到一次堆肥产物中，所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171∶所述米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146∶所述枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076∶所述一次堆肥产物为：1×10⁷CFU∶1×10⁵CFU∶1×10⁷CFU∶1g；

ACCC为中国农业微生物菌种保藏管理中心，CICC为中国工业微生物菌种保藏管理中心。各菌的培养方法按照菌种提供单位提供的培养条件扩培后使用。

将一次堆肥产物厚度为40cm，在37℃-43℃下发酵15天，期间通过翻堆用以控制温度和通气，得到发酵好的物料；

3、提取生物腐植酸

小时，间歇搅拌，然后用板框压滤机压榨分离，取分离出的液体。

4、过滤浓缩

分离出的液体静置24小时，取上清液进行陶瓷膜(孔径1μm)过滤，再进行有机膜(截留分子量1KD)超滤浓缩，浓缩至腐植酸含量≥4.5％即可，得到生物腐植酸溶液。

5、检测

腐植酸浓度的测定(容量法)

方法：在强酸性溶液中，用重铬酸钾将腐植酸中的碳氧化成二氧化碳，根据重铬酸钾消耗量和腐植酸的碳系数计算腐植酸的含量。

试剂和溶液：本标准所用试剂均为分析纯试剂，溶液的配制与标定依GB/T601、GB/T603进行。试验用水符合GB/T6682中三级水指标。

重铬酸钾标准溶液：0.14mol/L，精确称取41.18克，加水溶解定容至1000mL。

硫酸(GB/T625)

硫酸亚铁铵标准溶液：0.1mol/L

邻菲罗林指示剂：邻菲罗林(分析纯)1.485克，硫酸亚铁0.695克，溶于100ml水中

分析步骤：

吸取由步骤4得到的生物腐植酸溶液1ml，置于250ml锥形瓶中，准确加入5ml重铬酸钾溶液，加硫酸15ml后于沸水浴上加热氧化30min，取下冷却至室温，加水70ml，加3滴邻菲罗林指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定至溶液呈砖红色即为终点。

相同条件下做空白试验。

结果计算：以质量百分数表示的腐植酸含量X，按下式计算，

X＝[c(V₁-V)×0.003/m×0.40]×100％

式中c-硫酸亚铁铵溶液的试剂浓度，mol/L

V₁-空白试验消耗硫酸亚铁铵标准溶液的体积，ml

V-试样消耗的硫酸亚铁铵溶液的体积，ml

m-试样体积，ml

0.003-与1.00硫酸亚铁铵标准溶液相当的碳的质量，g

0.40-腐植酸中含碳率。

取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果；腐植酸的浓度为4.5％(质量百分含量)，平行测定结果差值不大于3％。

二、生物腐植酸液肥的制备及检测

1、制备

取上述一得到的生物腐植酸溶液800mL，加入200g尿素(提供氮肥)和125g磷酸二氢钾，搅拌促溶后用磷酸或氢氧化钾溶液调节pH值为6，用腐植酸液补充至1L，得到生物腐植酸液肥。

2、生物腐植酸液肥N、P、K含量检测

检测上述得到的生物腐植酸液肥，N的检测方法参照GB-T 17767.1-1999中方法；P的检测方法参照GB-T 17767.2-1999中方法；K的检测方法参照GB-T 17767.3-1999中方法；

结果为：生物腐植酸液肥中：腐植酸含量4.05％，N含量9.4％，P(用P₂O₅表示)含量6.5％，K(用K₂O表示)含量5.6％。(百分比为质量百分含量)

实施例2：

一、生物腐植酸的制备

1、发酵堆肥原料：

与实施例1的方法一基本相同，不同的是将140Kg鲜木薯渣(含水率70％)、140Kg干木薯渣(含水率15％)和200Kg牛粪(含水率80％)混合均匀(木薯渣与牛粪的干质量配比为4∶1)。

2、加入菌种继续发酵：

与实施例1的相同。

3、提取生物腐植酸

与实施例1的基本相同，不同的是：向发酵好的物料中加入等体积的1％(质量百分含量)氢氧化钠水溶液；

4、过滤浓缩

与实施例1的相同。

5、检测

方法与实施例1的相同。

二、生物腐植酸液肥的制备及检测

1、制备

取上述一得到的生物腐植酸溶液800mL，加入150g尿素和150g磷酸二氢钾，搅拌促溶后用磷酸或氢氧化钾溶液调节pH值为6，补充至1L，得到生物腐植酸液肥。

2、检测生物腐植酸液肥N、P、K含量

方法与实施例1的相同。

结果为生物腐植酸液肥中：腐植酸含量4.2％，N含量7.1％，P(用P₂O₅表示)含量7.8％，K(用K₂O表示)含量5.3％。(百分比为质量百分含量)

本发明上述制备的生物腐植酸液肥的追肥量为100ml兑水15～20L，适量施入植物根部；100～200ml，兑水15～20L，可喷施一亩地。提取生物腐植酸后的残渣可加入堆料中继续发酵以备再次提取腐植酸，亦可作为土壤改良剂直接施入土壤中。

Claims

1.一种制备腐植酸的方法，包括如下步骤：

3)用碱的水溶液对步骤2)得到的发酵产物进行提取，得到提取物，即得到腐植酸；

所述堆体物料按照如下方法制备：将木薯渣和禽畜粪便混合，调节其C/N比至30-20∶1，调节其含水量至60％-70％，得到堆体物料；

所述菌为植物乳杆菌、米曲霉和枯草芽孢杆菌。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述禽畜粪便为鸡粪和/或牛粪；所述木薯渣为干木薯渣和/或鲜木薯渣。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述C/N为25∶1，所述含水量为65％。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，在所述堆积至温度为60℃-70℃后，包括如下步骤：在将堆体物料堆积至堆体物料温度为60℃-70℃的基础上继续保持2天。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述堆积的时间为2-3天。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述植物乳杆菌为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171，所述米曲霉为米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146，所述枯草芽孢杆菌为枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述菌的添加方式如下：

A、分别培养所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171、所述米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146和所述枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076，得到植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171培养物、米曲霉(Aspergillusoryzae)CICC 2146培养物和枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076培养物，

B、将A得到的所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171培养物、所述米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146培养物和所述枯草芽孢杆菌(Bacinussubtilis)CICC 10076培养物按如下比例添加到所述一次堆肥产物中，所述植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ACCC 10171∶所述米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146∶所述枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076∶所述一次堆肥产物为：(1×10⁷-10×10⁷)CFU∶(1×10⁵-10×10⁵)CFU∶(1×10⁷-10×10⁷)CFU∶1g.

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)ACCC 10171∶所述米曲霉(Aspergillus oryzae)CICC 2146∶所述枯草芽孢杆菌(Bacinus subtilis)CICC 10076∶所述一次堆肥产物为：1×10⁷CFU∶1×10⁵CFU∶1×10⁷CFU∶1g。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述发酵的温度为37℃-43℃，所述发酵的时间为10天-20天.

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述发酵时间为15天。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，在所述向步骤1)得到的堆肥中加入菌前，包括将堆肥温度降至40℃的步骤；所述将堆肥温度降至40℃通过翻堆通风降温实现的。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述提取的方法包括如下步骤：将所述碱的水溶液与所述发酵产物混合，分离，取分离出的液体，得到提取物。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述碱的水溶液与所述发酵产物的体积比为1-2∶1，所述碱的水溶液的质量百分比浓度为1％-2％。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述碱的水溶液与所述发酵产物的体积比为1∶1，所述碱的水溶液的质量百分比浓度为1％；所述混合时间为5小时。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述分离为压榨分离；所述碱为氢氧化钾或氢氧化钠。

16.由权利要求1-15中任一所述方法得到的腐植酸。

17.权利要求16所述的腐植酸在制备肥料中的应用。

18.一种肥料，按照包括如下步骤的方法制备：将800mL权利要求16所述的腐植酸、70-200克氮肥、45-75克磷肥和40-75克钾肥混合，用腐植酸溶液补至1L，得到肥料；

所述肥料中N的质量百分比浓度为不小于4％；

所述肥料中P₂O₅的质量百分比浓度为不小于4％；

所述肥料中K₂O的质量百分比浓度为不小于4％；

所述肥料中的N、P₂O₅和K₂O的总质量浓度为不小于20％。

19.根据权利要求18所述的肥料，其特征在于：所述肥料按照包括如下步骤的方法制备：将800mL权利要求16所述的腐植酸、150克或200克氮肥、60克或75克磷肥和65克或75克钾肥混合，用腐植酸溶液补至1L，得到肥料；

所述肥料中N的质量百分比浓度为9.4％或7.1％；

所述肥料中P₂O₅的质量百分比浓度为5.6％或7.8％；

所述肥料中K₂O的质量百分比浓度为6.5％或5.3％；

所述方法中，在所述混合后，包括调节pH值至6-7的步骤。

20.根据权利要求18所述的肥料，其特征在于：所述氮肥为尿素，所述磷肥和钾肥均为磷酸二氢钾。