CN105001873A

CN105001873A - 土壤改良材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105001873A
Application number: CN201410158389.2A
Authority: CN
Inventors: 夏金华
Original assignee: SUZHOU ZHONGKE HUISHENG BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU ZHONGKE HUISHENG BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-10-28

Abstract

本发明的一种土壤改良材料及其制备方法属于环境保护和土壤改善技术领域。本发明的一种土壤改良材料由50％～75％重量份的水稻秸秆生物碳，10％～20％重量份的膨润土和15％～30％重量份的煤炭腐殖酸混合而成。本发明还包括制备上述改良材料的方法，所述的土壤改良材料的制备方法包括水稻秸秆生物碳的制备、混合与粉碎处理步骤和发酵步骤。本发明的技术方案既能够显著减少大气中温室气体的排放，同时还具有有效增强土壤中多环芳烃的吸附性能、减弱农药等污染物的扩散和渗漏、减少农药的农作物吸收及在蚯蚓体内的累积等特点。

Description

土壤改良材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及环境保护和土壤改良技术领域，尤其涉及一种减少二氧化碳甲烷等排放并改善土壤性质的绿色环保的土壤改良材料及其制备方法。

背景技术

水稻秸秆是农业秸秆的重要组成部分，我国水稻秸秆资源丰富，秸秆还田可以增加土壤的有机肥。但是，土壤还田目前主要采用燃烧秸秆或者直接掩埋等方法，这些方法都有不足之处，其中，燃烧秸秆往往产生大量的二氧化碳排放，并对环境造成严重污染；而直接掩埋往往促进稻田甲烷等温室气体的排放，对环境也产生负面的影响。

另外，随着农作物生长过程中各类农药的使用，会造成土壤中残留各种农药，这种残留的农药土壤也会对农作物造成种种负面影响，例如减产或者吸入到果实中，人长期食用此类果实可能对健康产生不良的影响。现有的土壤改良材料都或多或少有很多不足，一些土壤改良化学材料虽然降解和稀释了土壤中的农药残留，但是也进一步带来了二次污染。

生物质炭具有高度稳定性和较强的养分吸附持留特性，如果能将水稻秸秆炭化用于制备碳基土壤改良剂，则无疑将为水稻秸秆资源化利用和耕地有机污染物改良提供一条新技术途径，也将为我国农田生态系统土壤资源污染防治和农业固碳减排作出重大贡献。

生物碳是生物质在缺氧或无氧条件下低温(一般＜700℃)裂解制备的富碳固体。研究表明，添加生物碳可提高土壤对营养元素的截留作用、促使有益微生物的生长和改善土壤持水性，进而促进农作物的生长。与生物物质原料相比，生物碳的性质更为稳定，能够在环境中长期存在。同时，添加到土壤的生物碳可以抑制温室气体CH₄、N₂O的释放，故生物碳在减缓全球气候变化上的潜力巨大。同时生物碳能够显著地增强土壤中多环芳烃的吸附性能、减弱农药等污染物的扩散和渗漏、减少农药的植物吸收及在蚯蚓体内的累积。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可高效利用废弃农业秸秆资源、制备成本廉价的有机物吸附材料，同时解决日益严重的耕地土壤农药残留超标问题的土壤改良材料，本发明的另一个目的是提供一种制备上述土壤改良材料的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种土壤改良材料，由50％～75％重量份的水稻秸秆生物碳，10％～20％重量份的膨润土和15％～30％重量份的煤炭腐殖酸组成。

一种土壤改良材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，水稻秸秆生物碳制备：

步骤A，将水稻秸秆切割成5cm长小段；

步骤B，将步骤A的颗粒状水稻秸秆放入炭化炉中进行炭化处理，炭化时间为1小时，炭化温度为400度，产生水稻秸秆生物炭；

步骤二，粒化处理，将步骤一制备的水稻秸秆生物碳粉碎成粒径小于100目的颗粒，膨润土粉碎成粒径小于100目的颗粒，煤炭腐殖酸粉碎成粒径小于100目的颗粒；

步骤三，混合，取步骤二粒化后的50％～75％重量份的水稻秸秆生物碳颗粒，10％～20％重量份的膨润土颗粒和15％～30％重量份的煤炭腐殖酸颗粒进行混合；

步骤四，发酵，取步骤四混合物并加添活性酵母液进行发酵处理，其中，在重量份数为100份的混合物中加入重量份数为20份活性酵母液，混拌后自然堆沤发酵，发酵温度控制在室温，4天后烘干终止发酵，形成土壤改良材料。

还有另外一种制备上述土壤改良材料的方法，其与上述方法的区别在于步骤三和步骤二顺序的互换，即先混合，然后将混合物同时粉碎成粒径小于100目的颗粒。

另外，还可以在步骤B之后增加步骤C，所述的步骤C为将出炉的生物炭冷却，并将冷却后的成品密封包装。

进一步地，所述的步骤B中还包括烟气处理步骤，所述的烟气处理步骤包括在炭化炉排烟管道外围设有水冷却装置，排烟管道与密封桶连通，将经过冷却的烟尘与焦油截留在密封桶内。

进一步地，在所述的烟气处理步骤之后还包括尾气净化步骤，欲排出的尾气经过尾气净化装置处理后才排出。所述的尾气净化装置为喷淋净化装置。

进一步地，所述的炭化炉为内径3米，高度6米的圆柱状。

进一步地，所述的炭化炉炉体中段分别设有点火口，进氧口和温度检测口。

通过上述本发明的技术方案，本发明的土壤改良材料具有能够显著地增强土壤中多环芳烃的吸附性能、减弱农药等污染物的扩散和渗漏、减少农药的农作物吸收及在蚯蚓体内的累积等特点。同时，在制备水稻秸秆生物碳的过程中还有效进行净化处理，减少了温室气体的排放。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

一种土壤改良材料，由70％重量份的水稻秸秆生物碳，10％重量份的膨润土和20％重量份的煤炭腐殖酸混合组成。

一种土壤改良材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，水稻秸秆生物碳制备：

步骤A，将水稻秸秆切割成5厘米左右小段；

步骤B，将步骤A的小段水稻秸秆放入炭化炉中进行炭化处理，炭化时间为1小时，炭化温度为400摄氏度，产生水稻秸秆生物炭；

步骤C，将出炉的生物炭冷却，并将冷却后的成品密封包装。

为了有效减少温室气体和有害气体的排放，在制备水稻秸秆生物碳的过程中，所述的步骤B中还包括烟气处理步骤，所述的烟气处理步骤包括在炭化炉排烟管道外围设有水冷却装置，排烟管道与密封桶连通，将经过冷却的烟尘与焦油截留在密封桶内。

在所述的烟气处理步骤之后还包括尾气净化步骤，欲排出的尾气经过尾气净化装置处理后才排出。所述的尾气净化装置为喷淋净化装置。

同时，本发明还对进行炭化处理的炭化炉进一步地进行优化，即所述的炭化炉为内径3米，高度6米的圆柱状。进一步地，所述的炭化炉炉体中段分别设有点火口，进氧口和温度检测口。

通过所述水稻秸秆生物碳制备工艺制备的高含碳量、高稳定性的生物碳，其碳含量约为53.67％。

本发明的另一种土壤改良材料的制备方法为步骤三和步骤二顺序的互换，即另一种制备方法是先混合，然后将混合物同时粉碎成粒径小于100目的颗粒。即

步骤二，混合，取步骤一制备的水稻秸秆生物碳颗粒50％～75％重量份，膨润土颗粒10％～20％重量份和煤炭腐殖酸颗粒15％～30％重量份进行混合；

步骤三，粒化处理，将步骤二的混合物颗粒粉碎成粒径小于100目的颗粒；

本发明的作用机理为：

水稻秸秆生物碳含有丰富的有机碳组分和无机矿物组分，随着裂解温度升高，生物碳中有机组分的含碳量逐渐升高、极性减弱、芳香性增强，而无机矿物组分的相对含量则不断增加；当裂解温度从300℃升至400℃时，比表面积突然增大、微孔结构被打开，主要由于水稻秸秆中纤维素组分大量分解所致。

水稻秸秆生物碳吸附土壤中有机污染物的主要介质为有机组分，等温吸附曲线符合Freundlich方程，回归参数N、logKf与生物碳的芳香性指数(H/C原子比)呈良好的线性关系。随碳化温度升高，等温吸附曲线由线性变为非线性，吸附机制从分配作用→分配作用+表面吸附作用→表面吸附作用；分配作用部分与有机污染物的logKow呈正相关，而表面吸附则与污染物的疏水性、分子尺寸及其与生物碳的极性匹配性有关。

本发明的土壤改良材料直接施于土壤中产生了预料不到的技术效果，下面结合两个实例说明本发明的土壤改良材料的明显效果。

实例一及其效果：

2010年以江西省某矿区附近1000亩重金属超标水稻田为实验基地，该试验耕地原重金属镉、铅污染程度严重。

实验基地面积为1000亩，随机采土取样，设置对照组和实验组。采取本专利改良材料及技术方法进行耕地土壤改良，每亩每次施用改良材料300公斤，每两月一次，12个月后对土壤进行镉、铅含量测定，结果表明：经改良后的的土壤中镉去除率达到85％，Cd去除率达到65.9％，改良效果十分明显。

实例二及其效果：

在江苏句容使用水稻秸秆生物碳基土壤改良材料针对300亩草莓地，每亩每季施用改良材料100公斤，试验表明，草莓黄萎病发病率从60％以上降为10％左右，提高草莓产量30％以上，减少化肥用量15-30％，并显著改善草莓品质，净增效3000-5000元/亩。

对连作草莓产量与生长的影响(句容，2013)

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种土壤改良材料，其特征在于，由50％～75％重量份的水稻秸秆生物碳，10％～20％重量份的膨润土和15％～30％重量份的煤炭腐殖酸组成。

2.一种土壤改良材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，水稻秸秆生物碳制备：

步骤A，将水稻秸秆切割成5厘米长的小段；

步骤B，将步骤A的水稻秸秆小段放入炭化炉中进行炭化处理，炭化时间为1小时，炭化温度为400度，产生水稻秸秆生物炭；

3.一种土壤改良材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，水稻秸秆生物碳制备：

步骤A，将水稻秸秆切割成5厘米长的小段；

4.根据权利要求2或者3所述的土壤改良材料的制备方法，其特征在于，在步骤B之后还包括步骤C，所述的步骤C为将出炉的生物炭冷却，并将冷却后的成品密封包装。

5.根据权利要求2或者3所述的土壤改良材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中还包括烟气处理步骤，所述的烟气处理步骤包括在炭化炉排烟管道外围设有水冷却装置，排烟管道与密封桶连通，将经过冷却的烟尘与焦油截留在密封桶内。

6.根据权利要求5所述的土壤改良材料的制备方法，其特征在于，在所述的烟气处理步骤之后还包括尾气净化步骤，欲排出的尾气经过尾气净化装置处理后才排出。

7.根据权利要求2或者3所述的土壤改良材料的制备方法，其特征在于，所述的炭化炉为内径3米，高度6米的圆柱状。

8.根据权利要求7所述的土壤改良材料的制备方法，其特征在于，所述的炭化炉炉体中段分别设有点火口，进氧口和温度检测口。