CN102838403A - 一种植物体制浆并联产有机肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用化学制浆新工艺联产含钾有机肥源的方法。新工艺碱法制浆黑液中钾含量最高，不含硫化物、蒽醌等物质，同时含有腐殖酸、木质素等有助于提高土壤理化性质的有机物，大量植物栽培的试验结果表明，新工艺制浆黑液调整pH后可直接或提取木质素后或浓缩为固态后均可作为含钾有机肥或有机无机复合肥料使用，效果显著。试验表明适宜用量的新工艺制浆黑液对植物生长无副作用，且有利于植物生长，肥效不亚于无机钾肥，同时还有具有释磷节肥效果。该新工艺制浆黑液可单独施加，还可与无机肥配合施用，或与风化煤、纤维等复合施用。本发明提供了一种制浆液绿色利用的方法。

Description

一种植物体制浆并联产有机肥的方法

技术领域

本发明涉及一种利用化学制浆新工艺联产含钾有机肥源的方法，属于植物体全价开发及三废资源化利用的领域。

背景技术

造纸工业是世界上六大污染工业之一。目前，我国造纸行业每年排放废水量达40亿吨，占全国工业废水排放量的1/6；排放废水中有机污染物(以BOD计)达170万吨，约占全国工业废水中有机污染物总量的1/4；COD为287.7万吨，约占全国COD排放量的1/2。碱法制浆废液的污染负荷约占制浆造纸生产线生产废水总污染负荷的90％。

黑液是造纸工业最大的污染源，对黑液处理行业认可方法是浓缩、焚烧、碱回收，该方法不但设备投资大，流程长，物耗能耗高，日常运行费用高，而且将木质素等宝贵的有机质白白焚烧，产生大量的废气、废渣、废水，造成二次污染。该方法还必须具备万吨以上生产规模才能平衡成本，许多中小规模造纸厂直接排放黑液，造成严重的环境污染和生态破坏，导致国家出台政策大量关闭1.7万吨以下的环境不达标的原浆生产企业，大大减少了生物质的利用途径，造成植物秸秆等宝贵生物资源的浪费，同时加剧了制浆工艺的紧张和对外进口的依赖性。采用直接生化处理、电渗析法、超滤膜法、流化床碱回收法等黑液处理技术因成本或效果等问题都还不能彻底解决制浆黑液的污染问题。综上所述，清洁制浆工艺的研发，制浆残余液的综合利用是解决生物质高效循环利用，缓解纤维原料供应不足、成本偏高的关键。

近年来，随着无机化肥的施用量逐年增加，带来了一系列的问题，加重了水和大气污染，导致了土壤有机质含量降低、板结、保水保肥能力下降等。目前当季作物对肥料的利用率只有20％左右。钾是植物必需的大量元素，我国的钾肥产量只占世界总产量的8％，但消耗量占18％。南方土壤100％缺钾，北方土壤65％缺钾。钾易通过水体大量流失，植物体中的钾未能很好循环利用，钾矿资源的严重不足，不得不大量进口，我国钾资源短缺情况严峻，必须高度重视稀缺有限的钾资源的合理和充分的循环利用。

据估算全国农作物副产的秸秆每年约有7亿吨左右，农作物秸秆中含有丰富的氮、磷、钾及微量元素等成分，其中以钾元素含量最高，是一种具有开发价值与综合利用的钾资源补充。植物秸秆制浆黑液中溶解了植物体中绝大部分钾元素，如能大幅降低氢氧化钾或氢氧化钠用量，不使用硫化碱、亚硫酸盐、蒽醌等有害物质制浆，即能大幅收率，大大降低消耗，纸浆的品质能够保证，我们开发的制浆新工艺正是取得了这样的突破，使黑液的高附加值、多渠道利用在经济和技术层面具有了可行性，显然，利用新工艺黑液开发改造含钾的复合肥料最具有经济、社会、环保效益，符合节省资源、循环经济和可持续性发展要求，不仅可实现植物体全价开发利用，同时可以使植物体中的绝大部分钾和制浆使用的钾成为富钾资源，如果能通过生物栽培试验全面系统的评价制浆黑液作为有机肥源的使用效果，肯定其对植物的安全性及对品质的影响与提升，筛选出经济有效的最佳用量和系列优选配方，将对于促进有机农业，生态产业的发展，缓解钾资源不足，实现钾资源循环利用具有极重要的社会、经济、环保效益。

制浆黑液作为肥料研究由来已久。在公开号为CN86104368A，CN1167853A，CN1206761A，CN1537830A等专利中也提出了制浆黑液生产肥料的技术方案和方法，但由于普通的制浆黑液中含有大量的钠离子、硫化物、蒽醌等对植物生长不利的物质，过量施用造成土壤盐碱化，造成土壤板结，酸中和成本高，气味大，所以到目前为止未见作为肥料大面积推广；在现有制浆工艺中，直接用氢氧化钾代替氢氧化钠制浆虽可解决上述问题，但由于氢氧化钾价格高、使用量太大，很难过成本关，至今未见推广。

本发明者在专利CN101748633A和CN101899794A中发明了可显著减少碱用量，大幅提高纤维提取率，提升浆料品质的制浆新工艺，这一技术的重大突破使得用氢氧化钾替代氢氧化钠，避免使用硫化钠、蒽醌等有毒物质，大大减少制浆原料和成本，提高综合效益成为可能。

新工艺能使纤维的提取率达到75％左右，以竹子为原料的纤维提余液组分分析大致结果如下：氢氧化钾法制浆黑液(固含量为31％)中全钾(以K₂O计)含量达到9％以上(约占固体物的29％)；氢氧化钠法制浆黑液(固含量为24％)中全钾(以K₂O计)含量也超过1.4％(约占固体物的5％)，竹子对钾法黑液中钾的贡献为15％左右。其他各种植物秸秆钾含量在1％以上，每提取一吨浆后的黑液中植物对钾贡献的经济价值至少在200元以上。同时，由于新工艺中避免添加硫化物、蒽醌等这些对植物生长有害的物质，减少了浓碱和高温对植株有效成分的破坏，制浆黑液中更有效的保留了植物所需的各种营养成分，所以制浆黑液可开发为很有价值的富钾肥源，生产有机无机复合肥等，特别是其中的木质素、半纤维素、腐殖酸等有机物质有利于土壤胶体结构的形成，起到保水保肥的作用，有一定的协助植物吸收磷及其他养分的效果，起到了土壤养分增效、促释作用，进一步提高土壤的有机质含量，有利于农业生产的可持续发展。温室盆栽及田间小区试验肯定了新工艺制浆黑液作为钾肥的可行性和良好肥效。

发明内容

本发明利用新工艺制浆黑液，特别是钾法制浆黑液通过玉米、水稻、小麦、蔬菜的盆栽或田间肥效试验证明其肥效优于无机钾肥，无论单独使用还是复配使用，都效果明显，同时还有改善土壤、缓释长效、提高蔬菜品质的效果。可以开发为效果明显、肥效全面的有机钾肥或各种有机无机复合肥，这种富含钾、腐殖酸、木质素及微量元素液体或浓缩固体物不仅可以单独作为有机钾肥使用，还可以配合农业喷灌及滴灌技术进行灌溉及施肥，发展芦苇制浆等湿地产业，更合理利用水源、肥源和生物质资源；还可以与氮肥、磷肥等组合开发为各种有机无机复合肥或各种专用肥；可进一步与风化煤、褐煤，制成具有特殊功能的肥料。

本专利发明为造纸制浆黑液的治理及钾资源的循环利用提供了一条崭新的途径，它生产工艺简单、处理成本低、无二次污染，具有显著经济、环保和社会效益。利用这一技术不仅可以实现农业废弃物秸秆及盛产南方各地的竹子等的开发利用，还可以大量获得有机肥和化工原料来源，不但可解决黑液污染，还将大大延伸、提升植物体清洁及全价开发的产业链价值，生态、经济和社会效益极其显著。

具体实施方式

本发明可用下文具体实施例作进一步的说明。

新工艺制浆黑液由北京英力和泓新材料技术有限公司涿州中试基地提供，植物纤维原料为重庆楠竹。其制浆流程和反应条件在专利文献CN101748633A和CN101899794A已述及。将上述制浆黑液浓缩至固含量20％-30％，用硫酸调节pH值为6-7，搅拌均匀。

实施实例1

将上述方法制成的肥料单独使用。玉米盆栽试验表明在适宜施用量(50mgN/kg土)肥效显著，与不施肥对照CK₀相比，钾法制浆黑液和钠法制浆黑液处理玉米生物量增幅均大于50％。

表1制浆黑液玉米苗期生物量的影响

注：K代表钾法制浆黑液，Na代表钠法制浆黑液

实施实例2

制浆黑液与氮肥、磷肥组合开发有机无机复合肥。小麦盆栽肥效试验表明，钾法制浆黑液与钠法制浆黑液均可作为有机钾肥，在N、P施加量相同情况下，与不施钾肥K₀对照相比，小麦生物量增加明显，最高增幅为22.06％。在相同施钾量的情况下，钠法制浆黑液钾肥的效果优于钾法制浆黑液，但钠法制浆黑液施加量为钾法制浆黑液的6倍左右。制浆黑液提取木质素前后钾肥肥效差异不显著。

表2小麦盆栽试验生物量数据

注：K_L代表钾法制浆黑液，K_T代表提取木质素后的钾法制浆黑液，Na_L代表钠法制浆黑液，Na_T代表提取木质素后的钠法制浆黑液。

实施实例3

制浆黑液与氮肥、磷肥组合开发有机无机复合肥。白菜温室小区试验表明，钾法制浆黑液钾肥肥效优于无机钾肥，且具有一定释磷效果。在N、P施加量相同情况下，与无机钾肥CK对照相比，钾法制浆黑液处理的白菜产量提高明显，最高可达11.2％(表3)。在N、K施加量相同情况下，钾法制浆黑液组不施加磷肥或者少施加磷肥，白菜产量增加明显。

表3白菜小区试验产量统计

注：K代表钾法制浆黑液，无机钾肥为硫酸钾。

实施实例4

制浆黑液与氮肥、磷肥组合开发有机无机复合肥。莴笋田间小区试验结果(表4)表明，与无机钾肥CK₁对照相比，钾法制浆黑液处理莴笋产量提高，硝酸盐含量降低明显，营养品质差异不显著。说明钾法制浆黑液作为有机钾肥不仅可以提高产量，在保证莴笋营养品质的同时，可以提高莴笋的食用安全。

表4莴笋田间试验结果(1)

注：K代表钾法制浆黑液，无机钾肥为硫酸钾。

实施实例5

制浆黑液与氮肥、磷肥、风化煤组合开发有机无机复合肥。莴笋田间小区试验结果(表5)表明，与无机钾肥(CK₂)相比，K+M处理的莴笋产量接近；莴笋硝酸盐含量降低效果明显；莴笋营养品质除茎中维生素C含量降低外，维生素C与氨基酸含量均得到提高；

表5莴笋田间试验结果(2)

注：K+M代表钾法制浆黑液与风化煤混合肥，无机钾肥为硫酸钾。

实施实例6

制浆黑液与氮肥、磷肥、纤维组合开发有机无机复合肥。莴笋田间小区试验结果(表6)表明，与无机钾肥(CK₂)相比，K+X处理的莴笋产量提高明显，增幅达8,4％；莴笋硝酸盐含量差异不显著；除莴笋叶中还原糖、茎中氨基酸含量略有下降外，其余营养品质含量均得到提高。

表6莴笋田间试验结果(3)

注：K+X代表钾法制浆黑液与纤维混合肥，无机钾肥为硫酸钾。

Claims (7)

1.本发明涉及利用农作物秸秆、竹子、芦苇等植物体低物耗、能耗、高得率、高品质获得本色浆并联产富钾黑液作为优质肥源，生产各种有机或有机无机复合肥的方法。

2.根据权利要求1所用的制浆方法为碱法制浆，可选用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和石灰等，其制浆液可用酸中和后提取或不提取木质素、浓缩或不浓缩、单独或复合作为肥料使用，其中以氢氧化钾制浆液最具富钾肥源的潜力。

3.根据权利要求2所述的制浆液的中和酸，可以采用CO₂、H₃PO₄、HNO₃、H₂SO₄、HCl、腐殖酸、柠檬酸、纤维磺酸及其他有机酸等，以H₂SO₄和富含腐殖酸的各种原料中和后用作复合肥效果最具潜力。

4.根据权利要求2所述的制浆液酸中和后可回收木质素，再用作富钾肥源单独或复配施用，但以不提取木质素的制浆液直接施用或复配效果最好。

5.根据权利要求2所述的制浆液可中和后直接施用，还可浓缩为半固态、固态后与各种无机和有机营养组份复配使用或中和后单独使用。

6.根据权利要求1所述的方法，各种制浆液的温室盆栽及田间小区试验证明其在玉米、小麦、白菜、莴笋、水稻等各种农作物中施用中肥效明显，最适合作为底肥、窝肥或滴灌液肥。

7.根据权利要求1所述的方法，相关配方可以根据土壤和植物种类的不同进行优选，不完全局限实施例所列的配方和比例。