一种酸性土壤调理剂及其制备方法
【技术领域】
本发明属于土壤改良技术领域。更具体地,本发明涉及一种酸性土壤调理剂,还涉及所述土壤调理剂的制备方法。
【背景技术】
酸性土壤是pH值小于7的土壤总称。通常,我国酸性土壤主要分布在长江以南及云贵川等地。然而,随着近年来化肥大量且长期使用,北方地区也出现了大面积农田土壤酸化现象。土壤酸化,通常会破坏土壤团粒结构,引起板结,降低土壤的透气性及微生物活性;并且,铝离子、铁离子、锰离子含量增加,妨碍其他多种金属矿质元素的吸收利用,造成毒害;同时,还增加了土壤中重金属离子的活性,使其更容易被作物吸收,加剧了重金属的危害。另外,农药多年使用也使得土壤中的农药残存量增加,破坏土壤根际生态。上述这些因素导致作物生长不良,抗病能力差,产量降低。不断加剧的土壤酸化及污染问题已成为我国农业可持续发展的一大障碍。
过去,人们往往更重视的是土壤酸化问题,而忽略了重金属及残留农药对土壤的危害。这就造成在使用了土壤调理剂后,土壤酸化问题减轻了,但重金属及农药残留问题仍然存在。
CN101085920、发明名称“一种南方旱地酸性土壤调理剂的制备方法”公开了一种南方旱地酸性土壤调理剂的制备方法,该土壤调理剂是将按质量比计的40~65%煅烧贝壳产物、15~30%硅酸钙镁和10~28%磷酸铵镁充分混匀,得到混合物料,主要采用无机物来调理土壤pH。CN102876576A、发明名称“一种酸性土壤调理剂及其制备方法和应用”公开了一种酸性土壤调理剂及其制备方法和应用,该酸性土壤调理剂含有以重量份计4~8份复合菌剂、80~90份调酸因子、3~7份螯合物质与2~6份有机物质。这种酸性土壤调理剂可以达到增强作物根际微生物活性,调节土壤pH等效果。CN103436266A、发明名称“利用工业硅钙板废料生产中量元素酸性土壤调理剂的方法”公开了一种利用工业硅钙板废料生产中量元素酸性土壤调理剂的方法,该方法生产是将硅钙板、白泥、白云石等以及助添加剂A和B作为混合物料,经球磨、烘干、成型加工、焙烧活化、冷却、粉碎,制得矿物质营养型酸性土壤调理剂。该发明实现了工业固体废弃物高效农业资源化利用,达到了调节土壤理化性质,提升土壤中、微量元素的作用。上述专利申请虽然都实现了对酸性土壤改良的作用,甚至还对作物根际生态有恢复功能,但往往忽略或没有达到对土壤中重金属及农药残留的去除效果。
草甘膦是一种非选择性、灭生性除草剂,目前在全世界范围内应用广泛。2012年我国草甘膦产量达39万吨,而每生产1吨草甘膦平均产生5吨废液。草甘膦废液中含有大量有机磷及其他有机物,直接排放会导致严重的环境污染。磷是一种重要的难以再生的矿质资源,我国探明的具有经济价值的磷矿石只有40.5亿吨,并以每年1亿吨的惊人速度下降。为此,国土资源部早已将磷矿列为2010年后不能满足国民经济发展需要的20个矿种之一。如何将草甘膦废水中宝贵的磷资源再利用,具有重要意义。
本发明人在总结现有酸性土壤调理剂功能及技术特点的基础上,通过大量试验,以草甘膦废水回收的含磷酸盐固体物为主要原料开发了颗粒状的酸性土壤调理剂。该土壤调理剂为草甘膦废水资源可持续化利用找到了一条新的途径,同时,还兼具土壤调酸、缓解重金属及农药污染、提高作物抗病能力等功能。其颗粒形状适用于机械化作业,防止了粉尘飞扬对农业生产活动的影响,提高了工作效率。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种酸性土壤调理剂。
本发明的另一个目的是提供所述酸性土壤调理剂的制备方法。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种酸性土壤调理剂的生产方法。
所述生产方法的步骤如下:
A、由草甘膦废液制备含磷酸盐固体物
(1)重金属离子沉淀
让pH 0.5~1.0的草甘膦生产废液与硫化氢气体在温度5~50℃与压力0.1~0.5MPa的条件下进行反应2~5小时,分离得到一种含有重金属硫化物的沉淀与一种沉淀母液;
(2)有机磷氧化
将步骤(1)得到的沉淀母液加热到温度60~120℃,再在压力0.1~0.5MPa的条件下通入空气进行氧化反应1~6h,得到一种氧化沉淀母液;
(3)磷酸盐沉淀
按照氧化沉淀母液与石灰石粉末的重量比为1.0~6.0:0.1~0.5,往步骤(2)得到的氧化沉淀母液中加入石灰石粉末,在温度20~30℃的条件下搅拌反应1~4h,分离得到一种含磷酸盐沉淀与一种沉淀母液;
(4)氯化钠分离
让步骤(3)得到的沉淀母液在温度100~105℃的条件下蒸发结晶2~6h,分离得到氯化钠晶体;
(5)制浆除去杂质
按照含磷酸盐沉淀与水的重量比1:3~8,往步骤(3)得到的含磷酸盐沉淀中添加水,在搅拌速度100~400rpm的条件下再制浆,接着固液分离,这种操作重复进行2~4次,最后沉淀分离,将得到的沉淀物转移到烘干机中在温度95~105℃的条件下干燥1~5h,得到一种含磷酸盐固体物;
B、土壤调理剂配制
步骤A得到的含磷酸盐固体物、膨润土与凹凸棒石分别在温度95~105℃的条件下烘干,然后冷却至室温,再研磨、筛分,得到粒度250~300目的粉末;接着含磷酸盐固体物粉、膨润土粉与凹凸棒石粉按照重量比30~45:20~40:20~30在盘式搅拌机中混合均匀,然后添加激活蛋白、壳聚糖与腐植酸盐,激活蛋白、壳聚糖与腐植酸盐的重量比为0.01~0.10:0.1~0.5:5~10,继续混合均匀,得到一种混合物;
C、造粒
将步骤B得到的混合物转移到转鼓造粒机中,在转鼓造粒机转动的条件下喷洒粘合剂,制成颗粒直径为2~4mm的湿土壤调理剂颗粒;
D、烘干
将步骤C得到的湿土壤调理剂颗粒在温度100~110℃的条件下烘干至含水量为以酸性土壤调理剂重量计5~8%,于是得到所述的酸性土壤调理剂。
根据本发明的一种优选实施方案,所述的草甘膦生产废液是采用IDA法生产草甘膦时所产生的废液。
根据本发明的另一种优选实施方案,在步骤A(2)中,以升计沉淀母液量与以升计空气的量之比是1:10~28。
根据本发明的另一种优选实施方案,在步骤A(3)中,所述石灰石粉末的粒径是0.2~1.0mm。
根据本发明的另一种优选实施方案,在步骤A(3)中,氧化沉淀母液与石灰石在搅拌速度50~100rpm的条件下反应1.5~3.5h。
根据本发明的另一种优选实施方案,在步骤A(5)中,所述的含磷酸盐固体物由磷酸钙与氧化钙按照重量比1~3:1组成,其中以P2O5计的磷含量是以重量计10~30%。
根据本发明的另一种优选实施方案,所述的腐植酸盐是一种或多种选自腐植酸钾、腐植酸钙、腐植酸镁、腐植酸铁或腐植酸锌的腐植酸盐。
根据本发明的另一种优选实施方案,所述的粘合剂是一种由糖与淀粉组成的混合水溶液;在所述的粘合剂中,所述糖的浓度是以重量计1.0~2.0%,所述的糖是一种或多种选自蔗糖、果糖或麦芽糖的糖;所述淀粉的浓度是以重量计0.1~0.5%;所述的淀粉是一种或多种选自玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉或大米淀粉的淀粉。
本发明还涉及上述生产方法所得到的酸性土壤调理剂。
该酸性土壤调理剂组成如下:以重量份计
优选地,所述的酸性土壤调理剂组成如下:以重量份计
下面将更详细地描述本发明。
本发明涉及一种酸性土壤调理剂的生产方法。
所述的生产方法步骤如下:
A、由草甘膦废液制备含磷酸盐固体物
(1)重金属离子沉淀
让pH 0.5~1.0的草甘膦生产废液与硫化氢气体在温度5~50℃与压力0.1~0.5MPa的条件下进行反应2~5小时,分离得到一种含有重金属硫化物的沉淀与一种沉淀母液。
本发明使用的草甘膦生产废液是采用IDA法生产草甘膦时所产生的废液。IDA法是亚氨基二乙酸主要原料与三氯化磷合成双甘膦,进而合成得到草甘膦,具体可以参见《浙江化工》,44(5),pp8-11(2013)。
IDA法生产草甘膦,尤其是生产双甘膦所产生废液的pH为0.5~1.0,是一种强酸性废液,这种草甘膦生产废液才适合于本发明生产酸性土壤调理剂。
在这个步骤中,硫化氢气体与草甘膦生产废液中的重金属离子反应生成重金属硫化物沉淀,该反应在密闭条件下进行,以防止发生爆炸。如果该反应温度低于5℃时则会导致该反应速度过慢;如果该反应温度高于50℃时则会造成硫化氢溶解度降低,其反应产率也随之降低。该反应压力为0.1~0.5MPa有利于增加硫化氢在废水中的溶解度,因此有利于保证其反应产率稳定不变。如果该反应时间低于2小时,则会造成重金属离子除去不完全,如果该反应时间高于5小时,则草甘膦生产废液中重金属离子因已基本去除,继续进行其反应会增加处理成本,浪费设备资源。
这个步骤使用的设备是目前市场上销售的在化工技术领域里通常采用的吸收塔,例如扬州市恒通环保科技有限公司以商品名HLB型液体吸收塔销售的吸收塔、苏州宏拓环境科技有限公司以商品名HTV型直立逆流式填料塔销售的吸收塔、苏州利盛化工设备有限公司以商品名吸收塔销售的吸收塔。
(2)有机磷氧化
将步骤(1)得到的沉淀母液加热到温度60~120℃,再在压力0.1~0.5MPa的条件下通入空气进行氧化反应1~6h,得到一种氧化沉淀母液。
这个步骤的目的是将草甘膦生产废液中的有机磷氧化成正磷酸根离子,同时将草甘膦生产废液中含有的其它有机物进行氧化,从而实现无害化。将步骤(1)得到的沉淀母液的温度升高到60~120℃,这样让有机磷完全氧化成正磷酸根离子,有利于氧化反应进行得完全彻底。在这个步骤中,空气氧化反应是在压力0.1~0.5MPa的条件下进行的,这样保证氧气在所述沉淀母液中有足够的溶解度,从而保证加快氧化反应进程,实现有机磷与其它有机物的充分氧化。
在这个步骤中,以升计沉淀母液量与以升计空气的量之比是1:10~28,优选地是1:14~24,更优选地是1:16~22。
这个步骤使用的设备是目前市场上销售的本技术领域技术人员熟知的曝气机,例如江苏如克环保设备有限公司以商品名SBJ深水曝气搅拌两用机销售的曝气机、浙江扬子江泵业有限公司以商品名QXB型潜水离心式曝气机销售的曝气机、河北双美环泵业有限公司以商品名QSB型潜水射流式曝气机销售的曝气机。
(3)磷酸盐沉淀
按照氧化沉淀母液与石灰石粉末的质量比为1.0~6.0:0.1~0.5,往步骤(2)得到的氧化沉淀母液中加入石灰石粉末,在温度20~30℃条件下搅拌反应1~4h,分离得到含磷酸盐沉淀及其沉淀母液;
这个步骤是利用氧化沉淀母液中的磷酸根离子与石灰石含有的钙(少量镁)离子反应生成磷酸钙与磷酸镁沉淀。
在这个步骤中,使用石灰石粉末的粒径是0.2~1.0mm,优选地是0.4~0.8mm。
优选地,所述氧化沉淀母液与石灰石在搅拌速度50~100rpm的条件下反应1.5~3.5h。
这个步骤使用的搅拌机是目前市场上销售的本技术领域技术人员熟知的搅拌机,例如重庆市晨鸣水处理设备有限公司以商品名LFPQ~D型液下环流搅拌机销售的搅拌机、江苏如克环保设备有限公司以商品名QJB潜水搅拌机销售的搅拌机、江苏南源环保科技有限公司以商品名SQJB型双曲面搅拌机销售的搅拌机。
(4)氯化钠分离
让步骤(3)得到的沉淀母液在温度100~105℃的条件下蒸发结晶2~6h,分离得到氯化钠晶体。
这个步骤使用的蒸发结晶设备是本技术领域技术人员熟知的蒸发结晶设备,例如江苏国粮仓储工程有限公司以商品名正昌“金丰”系列流化床蒸发结晶器销售的蒸发结晶设备、石家庄鼎威化工设备工程有限公司以商品名强制循环蒸发器为商品名销售的蒸发结晶设备、江苏嘉泰蒸发结晶设备有限公司以商品名氯化钠蒸发结晶装置销售的蒸发结晶设备。
(5)制浆除去杂质
按照含磷酸盐沉淀与水的重量比1:3~8,往步骤(3)得到的含磷酸盐沉淀中添加水,在搅拌速度100~400rpm的条件下再制浆,接着固液分离,这种操作重复进行2~4次,最后沉淀分离,将得到的沉淀物转移到烘干机中在温度95~105℃的条件下干燥1~5h,得到一种含磷酸盐固体物;
这个步骤使用的搅拌机与步骤(3)使用的搅拌机相同,在此不再赘述。
在这个步骤中,用水再制浆的目的在于除去所述含磷酸盐沉淀还含有的一些杂质除去,尤其是少量重金属杂质,提高含磷酸盐沉淀的纯度。由于一次再制浆处理难以除去这些重金属杂质,所以要重复进行再制浆处理。
这个步骤使用的沉淀分离设备是目前市场上销售的产品,例如丽水中圣环保科技有限公司以商品名沉降离心机LW360不锈钢销售的沉淀分离设备、浙江三联环保机械设备有限公司以商品名双电机卧式螺旋卸料沉淀离心机销售的沉淀分离设备、金华神舟离心机有限公司以商品名LW530卧螺离心机销售的沉淀分离设备。这个步骤使用的烘干机是本技术领域技术人员熟知的烘干机,例如河南勃达微博设备有限责任公司以商品名BDMD~PM~P系列综合类粉体干燥设备为商品名销售的烘干机、常州市长江干燥设备有限公司以商品名长江GZQ震动流化床销售的干燥机、常州文达干燥机械设备有限公司以商品名双轴桨叶干燥机销售的干燥机。
本发明方法制备得到的含磷酸盐固体物采用常规化学分析与常规X射线衍射确定,它由磷酸钙与氧化钙按照重量比1~3:1组成,其中以P2O5计的磷含量是以重量计10~30%。
B、土壤调理剂配制
步骤A得到的含磷酸盐固体物、膨润土与凹凸棒石分别在温度95~105℃的条件下烘干,然后冷却至室温,再研磨、筛分,得到粒度250~300目的粉末;接着含磷酸盐固体物粉、膨润土粉与凹凸棒石粉按照重量比30~45:20~40:20~30在盘式搅拌机中混合均匀,然后添加激活蛋白、壳聚糖与腐植酸盐,激活蛋白、壳聚糖与腐植酸盐的重量比为0.01~0.10:0.1~0.5:5~10,继续混合均匀,得到一种混合物。
含磷酸盐固体物主要由石灰石粉末与磷酸钙组成,它们可以中和土壤中的酸,磷酸钙将释放钙、磷元素到土壤中,同时石灰石还会释放含有的镁、铁等其它营养元素,有助于提高土壤肥力。
膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产,蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构,由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子,如Cu2+、Mg2+、Na+、K+等,且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不稳定,易被其它阳离子交换,故具有较好的离子交换性。膨润土可吸附土壤中残留的农药及重金属离子,保水能力强,同时还可提高土调剂颗粒的强度。本发明使用的膨润土是目前市场上销售的产品。
凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物,具有独特的层链状结构特征,在其结构中存在晶格置换,晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+,晶体呈针状,纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构,具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力。凹凸棒石具有阳离子可交换性、吸水性、吸附脱色性,大的比表面积等特点。凹凸棒石可将土壤中的重金属离子吸附以防被作物吸收,同时通过离子交换作用提高土壤pH,改良酸性土壤,并向土壤中释放多种中、微量元素,提高土壤肥力。本发明使用的凹凸棒石是目前市场上销售的产品。
这个步骤使用的烘干设备是目前市场上销售的本技术领域技术人员熟知的烘干机,例如衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名滚筒式烘干(冷却)机销售的烘干机、曲阜市应用科技研究所以商品名科阳牌滚筒干燥机销售的干燥机、济南中鲁新能源有限公司以商品名滚筒烘干机销售的干燥机。
本发明使用的磨粉机是本技术领域技术人员熟知的磨粉机,例如河南高峰重工机械有限公司以商品名锥度雷蒙磨粉机销售的磨粉机、建冶重工以商品名JYM系列节能砂粉磨粉机销售的磨粉机、上海山卓重工有限公司以商品名雷蒙磨粉机销售的磨粉机。
本发明使用的盘式搅拌机是本技术领域技术人员熟知的搅拌机,例如:郑州通赢机械设备有限公司以商品名PJ1500盘式搅拌机销售的搅拌机,衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名豹牌盘式搅拌机销售的搅拌机,鹤壁市亿丰机械制造有限公司以商品名YF~YP50盘式搅拌机销售的搅拌机。
激活蛋白是从葡萄孢菌(Botrytis)、交链孢菌(Alternaria)、黄曲霉菌(Asporgillus)、稻瘟菌(Pyrcularia)、青霉菌(Penicillium)、纹枯病菌(Rhizoctoniasolani)、木霉菌(Trichoderma)、镰刀菌(Fusarium)等多种真菌中筛选、分离、纯化得到的新型蛋白。这种蛋白主要通过激活植物体内分子免疫系统,提高植物自身免疫力;通过激发植物体内的一系列代谢调控,促进植物根、茎、叶生长和提高叶绿素含量,从而提高作物产量。本发明使用的激活蛋白是目前市场上销售的产品,例如河南省沃宝生物科技有限公司以商品名激活蛋白销售的产品。
壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的一种产物,是N-乙酰-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键连接而成的无分枝的线性高分子化合物。它在医药、食品、化工、水处理、生化和生物医学工程等诸多领域具有广泛应用。在农业上通常作为植物病害诱抗剂、病原菌抑制剂使用。本发明使用的壳聚糖是目前市场上销售的产品。
腐植酸作为一种重要的植物生长刺激物质,可有效促进土壤团粒结构形成,增强土壤保水透气能力,提高根际微生物活性,螯合重金属离子,提高作物抗逆能力。本发明使用的腐植酸盐是一种或多种选自腐植酸钾、腐植酸钙、腐植酸镁、腐植酸铁或腐植酸锌的腐植酸盐,它们都是目前市场上销售的产品。
C、造粒
将步骤B得到的混合物转移到转鼓造粒机中,在转鼓造粒机转动的条件下喷洒粘合剂,制成颗粒直径为2~4mm的湿土壤调理剂颗粒。
根据本发明,所述的粘合剂是一种由糖与淀粉组成的混合水溶液;在所述的粘合剂中,所述糖的浓度是以重量计1.0~2.0%,所述的糖是一种或多种选自蔗糖、果糖或麦芽糖的糖;所述淀粉的浓度是以重量计0.1~0.5%,所述的淀粉是一种或多种选自玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉或大米淀粉的淀粉。所述的糖在土壤调理剂中起到将不同组分粘合起来的作用,同时还能增加颗粒强度及表面光滑度,本发明方法中使用的糖是目前市场上广泛销售的产品。所述的淀粉在土壤调理剂中起到崩解剂的作用,使土壤调理剂在施入土壤后能够易于崩解,提高土壤调理剂的效果。本发明方法中使用的淀粉是本技术领域常用的淀粉,可在市场上很容易地购得,例如赵县庆阳淀粉糖业有限公司生产销售的马铃薯淀粉、玉米淀粉、郑州天通食品配料有限公司生产销售的小麦淀粉。
将土壤调理剂制成颗粒,便于运输及使用,提高使用效率。其中所述转鼓造粒机是本技术领域的技术人员熟知的加工设备,例如郑州鑫盛复合肥设备有限公司以商品名ZG系列销售的转鼓式造粒机、随州金峰节能设备制造有限公司以商品名JFJN~ZLJ系列销售的转鼓式造粒机、河北景塔干燥设备有限公司以商品名ZG系列销售的转鼓式造粒机。
D、烘干
将步骤C得到的湿土壤调理剂颗粒在温度100~110℃的条件下烘干至含水量为以酸性土壤调理剂重量计5~8%,于是得到所述的酸性土壤调理剂。
所述的湿土壤调理剂在烘干温度低于110℃的条件下进行烘干,以避免激活蛋白及壳寡糖结构被破坏,从而保证它们具有良好的效果。同时,其烘干温度应高于100℃,以避免烘干温度过低造成烘干时间过长,导致生产效率降低。
本发明还涉及由所述生产方法得到的酸性土壤调理剂。
该酸性土壤调理剂的组成如下:以重量份计
优选地,所述的酸性土壤调理剂组成如下:以重量份计
[有益效果]
本发明的酸性土壤调理剂具有改善土壤团粒结构,调节pH,提高作物抗逆性,增加土壤肥力的作用。本发明生产酸性土壤调理剂是以草甘膦生产废液为原料的,变废为宝,环境友好;它为颗粒状,使用运输方便,利于机械化使用。本发明的酸性土壤调理剂应用效果明显,与CK相比,使用本发明酸性土壤调理剂的水稻小区土壤pH升高了0.56个单位以上,水稻产量提高4.4%以上;同时,米粒中镉、铅、总汞、总砷的含量分别降低了56.28%、61.48%、52.17%、32.50%。在油菜地里的使用效果显示,使用了本发明酸性土壤调理剂的油菜小区土壤pH比对照增加了0.41个单位;产量折合每亩190.34kg,比对照小区产量提高了5.88%;另外,与对照小区相比,本发明酸性土壤调理剂将油菜菌核病的发病率由7.42%降低到了5.74%,将油菜病毒病的发病率由0.94%降低到了0.71%。
本发明实现了高酸度高污染的草甘膦废水的资源化再利用,节约了宝贵的磷矿资源,同时,在水稻及油菜地里的试验效果也显示,本发明酸性土壤调理剂对于提高土壤pH、降低作物体内重金属含量及降低作物病害发生率均具有明显效果。
【具体实施方式】
通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
实施例1:酸性土壤调理剂的生产
该实施例的实施步骤如下:
A、由草甘膦生产废液制备含磷酸盐固体物
(1)重金属离子沉淀
让采用IDA法生产草甘膦时所产生的pH 0.6的草甘膦生产废液与纯硫化氢气体,在苏州宏拓环境科技有限公司以商品名HTV型直立逆流式填料塔销售的吸收塔中在温度5℃与压力0.1MPa的条件下反应5小时,硫化氢与重金属离子反应生成重金属硫化物沉淀,分离得到一种含有重金属硫化物的沉淀与一种沉淀母液;
(2)有机磷氧化
将步骤(1)得到的沉淀母液加热到温度60℃,再在压力0.1MPa的条件下,通过河北双美环泵业有限公司以商品名QSB型潜水射流式曝气机销售的曝气机以升计沉淀母液量与以升计空气的量之比为1:20通入空气进行氧化反应6h,得到一种氧化沉淀母液;
(3)磷酸盐沉淀
按照氧化沉淀母液与石灰石粉末的质量比为1.0:0.5,往步骤(2)得到的氧化沉淀母液中加入粒径0.8mm的石灰石粉末,使用重庆市晨鸣水处理设备有限公司以商品名LFPQ~D型液下环流搅拌机销售的搅拌机,在温度20℃与搅拌速度80rpm的条件下搅拌反应4h,分离得到含磷酸盐沉淀及其沉淀母液;
(4)分离氯化钠
让步骤(3)得到的沉淀母液使用江苏嘉泰蒸发结晶设备有限公司以商品名氯化钠蒸发结晶装置销售的蒸发结晶设备在温度100℃的条件下蒸发结晶6h,分离得到氯化钠晶体;
(5)制浆除去杂质
按照含磷酸盐沉淀与水的重量比1:3,往步骤(3)得到的含磷酸盐沉淀中添加水,使用重庆市晨鸣水处理设备有限公司以商品名LFPQ~D型液下环流搅拌机销售的搅拌机在搅拌速度100rpm的条件下再制浆,接着固液分离,这种操作重复进行3次,然后沉淀分离,将沉淀物转入到常州市长江干燥设备有限公司以商品名长江GZQ震动流化床销售的干燥机中在温度95℃的条件下干燥5h,得到所述的含磷酸盐固体物;所述的含磷酸盐固体物由磷酸钙与氧化钙按照重量比3.0:1.0组成,其中以P2O5计的磷含量是以重量计30%;
B、土壤调理剂配制
步骤A得到的含磷酸盐固体物、膨润土与凹凸棒石分别在衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名滚筒式烘干(冷却)机中在温度95℃的条件下烘干,然后冷却至室温,再使用河南高峰重工机械有限公司以商品名锥度雷蒙磨粉机销售的磨粉机研磨,得到粒度250目的粉末,接着含磷酸盐固体物粉、膨润土粉与凹凸棒石粉按照重量比30.00:40.00:21.61在郑州通赢机械设备有限公司以商品名PJ1500盘式搅拌机销售的搅拌机盘式搅拌机中混合均匀;然后添加激活蛋白、壳聚糖、腐植酸钾;激活蛋白、壳聚糖与腐植酸钾的重量比为0.03:0.36:8.00,继续混合均匀,得到一种混合物;
C、造粒
将步骤B得到的混合物转移到郑州鑫盛复合肥设备有限公司以商品名ZG系列销售的转鼓造粒机中,在转鼓造粒机转动的条件下喷洒粘合剂,制成颗粒直径为2mm的湿土壤调理剂颗粒,所述的粘合剂是以重量计1%麦芽糖和0.5%玉米淀粉的混合水溶液;
D、烘干
将步骤C得到的湿土壤调理剂颗粒转移到曲阜市应用科技研究所以商品名科阳牌滚筒干燥机销售的干燥机中,在温度100℃的条件下烘干至含水量为以酸性土壤调理剂重量计8%,于是得到所述的酸性土壤调理剂,它由30重量份含磷酸盐固体物、0.03重量份激活蛋白、0.36重量份壳聚糖、8重量份腐植酸钾、40重量份膨润土与21.61重量份凹凸棒石组成。
实施例2:酸性土壤调理剂的生产
该实施例的实施步骤如下:
A、由草甘膦生产废液制备含磷酸盐固体物
(1)重金属离子沉淀
让采用IDA法生产草甘膦时所产生的pH 0.5的草甘膦生产废液与纯硫化氢气体,在扬州市恒通环保科技有限公司以商品名HLB型液体吸收塔销售的吸收塔中在温度10℃与压力0.3MPa的条件下进行反应4小时,硫化氢与重金属离子反应生成重金属硫化物沉淀,分离得到一种含有重金属硫化物的沉淀与一种沉淀母液;
(2)有机磷氧化
将步骤(1)得到的沉淀母液加热到温度80℃,再在压力0.3MPa的条件下,通过江苏如克环保设备有限公司以商品名SBJ深水曝气搅拌两用机销售的曝气机以升计沉淀母液量与以升计空气的量之比为1:15通入空气进行氧化反应4h,得到一种氧化沉淀母液;
(3)磷酸盐沉淀
按照氧化沉淀母液与石灰石粉末的质量比为2.0:0.4,往步骤(2)得到的氧化沉淀母液中粒径0.2mm的石灰石粉末,使用江苏南源环保科技有限公司以商品名SQJB型双曲面搅拌机销售的搅拌机,在温度24℃与搅拌速度90rpm的条件下搅拌反应3.5h,分离得到含磷酸盐沉淀及其沉淀母液;
(4)分离氯化钠
让步骤(3)得到的沉淀母液使用江苏嘉泰蒸发结晶设备有限公司以商品名氯化钠蒸发结晶装置销售的蒸发结晶设备,在温度102℃的条件下蒸发结晶5h,分离得到氯化钠晶体;
(5)制浆除去杂质
按照含磷酸盐沉淀与水的重量比1:5,往步骤(3)得到的含磷酸盐沉淀中添加水,使用江苏南源环保科技有限公司以商品名SQJB型双曲面搅拌机销售的搅拌机在搅拌速度150rpm的条件下再制浆,接着固液分离,这种操作重复进行2次,然后沉淀分离,将沉淀物转移到常州市长江干燥设备有限公司以商品名长江GZQ震动流化床销售的干燥机中在温度97℃的条件下干燥4h,得到所述的含磷酸盐固体物;所述的含磷酸盐固体物由磷酸钙与氧化钙按照重量比1.6:1.0组成,其中以P2O5计的磷含量是以重量计15%;
B、土壤调理剂配制
步骤A得到的含磷酸盐固体物、膨润土与凹凸棒石分别在衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名滚筒式烘干(冷却)机中在温度98℃的条件下烘干,然后冷却至室温,再使用河南高峰重工机械有限公司以商品名锥度雷蒙磨粉机销售的磨粉机研磨,得到粒度260目的粉末,接着含磷酸盐固体物粉、膨润土粉与凹凸棒石粉按照重量比45:20:24.49在衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名豹牌盘式搅拌机销售的搅拌机中混合均匀;然后添加激活蛋白、壳聚糖、腐植酸钙;激活蛋白、壳聚糖与腐植酸钙的重量比为0.01:0.50:10.00,继续混合均匀,得到一种混合物;
C、造粒
将步骤B得到的混合物转移到随州金峰节能设备制造有限公司以商品名JFJN~ZLJ系列销售的转鼓式造粒机中,在转鼓造粒机转动的条件下喷洒粘合剂,制成颗粒直径为2.5mm的湿土壤调理剂颗粒,所述的粘合剂是以重量计1.2%蔗糖和0.4%小麦淀粉的混合水溶液;
D、烘干
将步骤C得到的湿土壤调理剂颗粒转移到曲阜市应用科技研究所以商品名科阳牌滚筒干燥机销售的干燥机中,在温度103℃的条件下烘干至含水量为以酸性土壤调理剂重量计7%,于是得到所述的酸性土壤调理剂,它由45重量份含磷酸盐固体物、0.01重量份激活蛋白、0.5重量份壳聚糖、10重量份腐植酸钙、20重量份膨润土与24.49重量份凹凸棒石组成。
实施例3:酸性土壤调理剂的生产
该实施例的实施步骤如下:
A、由草甘膦生产废液制备含磷酸盐固体物
(1)重金属离子沉淀
让采用IDA法生产草甘膦时所产生的pH 1.0的草甘膦生产废液与纯硫化氢气体,在苏州利盛化工设备有限公司以商品名吸收塔销售的吸收塔中在温度20℃与压力0.5MPa的条件下进行反应3小时,硫化氢与重金属离子反应生成重金属硫化物沉淀,分离得到一种含有重金属硫化物的沉淀与一种沉淀母液;
(2)有机磷的氧化
将步骤(1)得到的沉淀母液加热到温度100℃,再在压力0.5MPa的条件下,通过河北双美环泵业有限公司以商品名QSB型潜水射流式曝气机销售的曝气机以升计沉淀母液量与以升计空气的量之比为1:10通入空气进行氧化反应3h,得到一种氧化沉淀母液;
(3)磷酸盐沉淀
按照氧化沉淀母液与石灰石粉末的质量比为3.0:0.3,往步骤(2)得到的氧化沉淀母液中粒径1.0mm的石灰石粉末,使用江苏如克环保设备有限公司以商品名QJB潜水搅拌机销售的搅拌机,在温度26℃与搅拌速度50rpm的条件下搅拌反应3h,分离得到含磷酸盐沉淀及其沉淀母液;
(4)分离氯化钠
让步骤(3)得到的沉淀母液使用江苏国粮仓储工程有限公司以商品名正昌“金丰”系列流化床蒸发结晶器销售的蒸发结晶设备,在温度103℃的条件下蒸发结晶4h,分离得到氯化钠晶体;
(5)制浆除去杂质:按照含磷酸盐沉淀与水的重量比1:6,往步骤(3)得到的含磷酸盐沉淀中添加水,使用江苏如克环保设备有限公司以商品名QJB潜水搅拌机销售的搅拌机在搅拌速度200rpm的条件下再制浆,接着固液分离,这种操作重复进行4次,然后沉淀分离,将沉淀物转移到常州市长江干燥设备有限公司以商品名长江GZQ震动流化床销售的干燥机中在温度99℃的条件下干燥3h,得到所述的含磷酸盐固体物;所述的含磷酸盐固体物由磷酸钙与氧化钙按照重量比2.0:1.0组成,其中以P2O5计的磷含量是以重量计18%;
B、土壤调理剂配制
步骤A得到的含磷酸盐固体物、膨润土与凹凸棒石分别在衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名滚筒式烘干(冷却)机中,在温度101℃的条件下烘干,然后冷却至室温,再使用建冶重工以商品名JYM系列节能砂粉磨粉机销售的磨粉机研磨,得到粒度270目的粉末,接着含磷酸盐固体物粉、膨润土粉与凹凸棒石粉按照重量比40.0:34.8:20.0在郑州通赢机械设备有限公司以商品名PJ1500盘式搅拌机销售的搅拌机盘式搅拌机中混合均匀;然后添加激活蛋白、壳聚糖、腐植酸镁;激活蛋白、壳聚糖与腐植酸镁的重量比为0.1:0.1:5.0,继续混合均匀,得到一种混合物;
C、造粒
将步骤B得到的混合物转移到河北景塔干燥设备有限公司以商品名ZG系列销售的转鼓式造粒机中,在转鼓造粒机转动的条件下喷洒粘合剂,制成颗粒直径为3mm的湿土壤调理剂颗粒,所述的粘合剂是以重量计1.6%果糖和0.3%马铃薯淀粉的混合水溶液;
D、烘干
将步骤C得到的湿土壤调理剂颗粒转移到衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名滚筒式烘干(冷却)机销售的烘干机中,在温度105℃的条件下烘干至含水量为以酸性土壤调理剂重量计6.5%,于是得到所述的酸性土壤调理剂,它由40重量份含磷酸盐固体物、0.1重量份激活蛋白、0.1重量份壳聚糖、5重量份腐植酸镁、34.8重量份膨润土与20重量份凹凸棒石组成。
实施例4:酸性土壤调理剂的生产
该实施例的实施步骤如下:
A、由草甘膦生产废液制备含磷酸盐固体物
(1)重金属离子沉淀
让采用IDA法生产草甘膦时所产生的pH 0.8的草甘膦生产废液与纯硫化氢气体在苏州宏拓环境科技有限公司以商品名HTV型直立逆流式填料塔销售的吸收塔中在温度30℃与压力0.2MPa的条件下进行反应2.5小时,硫化氢与重金属离子反应生成重金属硫化物沉淀,分离得到一种含有重金属硫化物的沉淀与一种沉淀母液;
(2)有机磷的氧化
将步骤(1)得到的沉淀母液加热到温度110℃,再在压力0.2MPa的条件下,通过浙江扬子江泵业有限公司以商品名QXB型潜水离心式曝气机销售的曝气机以升计沉淀母液量与以升计空气的量之比为1:28通入空气进行氧化反应4h,得到一种氧化沉淀母液;
(3)磷酸盐沉淀
按照氧化沉淀母液与石灰石粉末的质量比为5.0:0.2,往步骤(2)得到的氧化沉淀母液中粒径0.6mm的石灰石粉末,使用重庆市晨鸣水处理设备有限公司以商品名LFPQ~D型液下环流搅拌机销售的搅拌机,在温度28℃与搅拌速度60rpm的条件下搅拌反应2h,分离得到含磷酸盐沉淀及其沉淀母液;
(4)分离氯化钠
让步骤(3)得到的沉淀母液使用江苏嘉泰蒸发结晶设备有限公司以商品名氯化钠蒸发结晶装置销售的蒸发结晶设备,在温度104℃的条件下蒸发结晶3h,分离得到氯化钠晶体;
(5)制浆除去杂质:按照含磷酸盐沉淀与水的重量比1:7,往步骤(3)得到的含磷酸盐沉淀中添加水,在重庆市晨鸣水处理设备有限公司以商品名LFPQ~D型液下环流搅拌机销售的搅拌机的搅拌下,以搅拌速度300rpm的条件下用水再制浆,接着固液分离,这种操作重复进行3次,然后沉淀分离,将沉淀物转移到常州市长江干燥设备有限公司以商品名长江GZQ震动流化床销售的干燥机中在温度102℃的条件下干燥2h,得到所述的含磷酸盐固体物;所述的含磷酸盐固体物由磷酸钙与氧化钙按照重量比2.4:1.0组成,其中以P2O5计的磷含量是以重量计24%;
B、土壤调理剂配制
步骤A得到的含磷酸盐固体物、膨润土与凹凸棒石分别在衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名滚筒式烘干(冷却)机中在温度103℃的条件下烘干,然后冷却至室温,再使用上海山卓重工有限公司以商品名雷蒙磨粉机销售的磨粉机研磨,得到粒度280目的粉末,接着含磷酸盐固体物、膨润土粉与凹凸棒石粉按照重量比35:30:30在鹤壁市亿丰机械制造有限公司以商品名YF~YP50盘式搅拌机销售的搅拌机中混合均匀;然后添加激活蛋白、壳聚糖、腐植酸铁;激活蛋白、壳聚糖与腐植酸铁的重量比为0.06:0.25:6.49,继续混合均匀,得到一种混合物;
C、造粒
将步骤B得到的混合物转移到郑州鑫盛复合肥设备有限公司以商品名ZG系列销售的转鼓造粒机中,在转鼓造粒机转动的条件下喷洒粘合剂,制成颗粒直径为3.5mm的湿土壤调理剂颗粒,所述的粘合剂是以重量计1.8%麦芽糖和0.2%大米淀粉的混合水溶液;
D、烘干
将步骤C得到的湿土壤调理剂颗粒转移到曲阜市应用科技研究所以商品名科阳牌滚筒干燥机销售的干燥机中,在温度107℃的条件下烘干至含水量为以酸性土壤调理剂重量计6%,于是得到所述的酸性土壤调理剂,它由35重量份含磷酸盐固体物、0.06重量份激活蛋白、0.25重量份壳聚糖、6.49重量份腐植酸铁、30重量份膨润土与30重量份凹凸棒石组成。
实施例5:酸性土壤调理剂的生产
该实施例的实施步骤如下:
A、由草甘膦生产废液制备含磷酸盐固体物
(1)重金属离子沉淀
让采用IDA法生产草甘膦时所产生的pH 0.9的草甘膦生产废液与纯硫化氢气体在扬州市恒通环保科技有限公司以商品名HLB型液体吸收塔销售的吸收塔中在温度50℃与压力0.4MPa的条件下进行反应2小时,硫化氢与重金属离子反应生成重金属硫化物沉淀,分离得到一种含有重金属硫化物的沉淀与一种沉淀母液;
(2)有机磷的氧化
将步骤(1)得到的沉淀母液加热到温度120℃,再在压力0.4MPa的条件下,通过河北双美环泵业有限公司以商品名QSB型潜水射流式曝气机销售的曝气机以升计沉淀母液量与以升计空气的量之比为1:24通入空气进行氧化反应1h,得到一种氧化沉淀母液;
(3)磷酸盐沉淀
按照氧化沉淀母液与石灰石粉末的质量比为6.0:0.1,往步骤(2)得到的氧化沉淀母液中粒径0.4mm的石灰石粉末,使用重庆市晨鸣水处理设备有限公司以商品名LFPQ~D型液下环流搅拌机销售的搅拌机,在温度30℃与搅拌速度100rpm的条件下搅拌反应1h,分离得到含磷酸盐沉淀及其沉淀母液;
(4)分离氯化钠
让步骤(3)得到的沉淀母液通过石家庄鼎威化工设备工程有限公司以商品名强制循环蒸发器为商品名销售的蒸发结晶设备,在温度105℃的条件下蒸发结晶2h,分离得到氯化钠晶体;
(5)制浆除去杂质:按照含磷酸盐沉淀与水的重量比1:8,往步骤(3)得到的含磷酸盐沉淀中添加水,在重庆市晨鸣水处理设备有限公司以商品名LFPQ~D型液下环流搅拌机销售的搅拌机的搅拌下,以搅拌速度400rpm的条件下用水再制浆,接着固液分离,这种操作重复进行2次,然后沉淀分离,将沉淀物转移到常州市长江干燥设备有限公司以商品名长江GZQ震动流化床销售的干燥机中在温度105℃的条件下干燥1h,得到所述的含磷酸盐固体物;所述的含磷酸盐固体物由磷酸钙与氧化钙按照重量比1.0:1组成,其中以P2O5计的磷含量是以重量计10%;
B、土壤调理剂配制
步骤A得到的含磷酸盐固体物、膨润土与凹凸棒石分别在衡水隆昌肥料造粒机械有限公司以商品名滚筒式烘干(冷却)机中在温度105℃的条件下烘干,然后冷却至室温,再使用河南高峰重工机械有限公司以商品名锥度雷蒙磨粉机销售的磨粉机研磨,得到粒度300目的粉末,接着含磷酸盐固体物、膨润土粉与凹凸棒石粉按照重量比38.00:33.00:20.95在郑州通赢机械设备有限公司以商品名PJ1500盘式搅拌机销售的搅拌机盘式搅拌机中混合均匀;然后添加激活蛋白、壳聚糖、腐植酸锌;激活蛋白、壳聚糖与腐植酸锌的重量比为0.08:0.37:7.60,继续混合均匀,得到一种混合物;
C、造粒
将步骤B得到的混合物转移到郑州鑫盛复合肥设备有限公司以商品名ZG系列销售的转鼓造粒机中,在转鼓造粒机转动的条件下喷洒粘合剂,制成颗粒直径为4mm的湿土壤调理剂颗粒,所述的粘合剂是以重量计2%麦芽糖和0.1%马铃薯淀粉的混合水溶液;
D、烘干
将步骤C得到的湿土壤调理剂颗粒转移到济南中鲁新能源有限公司以商品名滚筒烘干机销售的干燥机中,在温度110℃的条件下烘干至含水量为以酸性土壤调理剂重量计5%,于是得到所述的酸性土壤调理剂,它由38重量份含磷酸盐固体物、0.08重量份激活蛋白、0.37重量份壳聚糖、7.6重量份腐植酸锌、33重量份膨润土与20.95重量份凹凸棒石组成。
试验实施例1:本发明酸性土壤调理剂对土壤pH、水稻产量及水稻重金属含量的影响
试验地点:湖南省株洲市清水塘工业区外围的白马乡。
试验条件:水稻田,水稻品种“株两优39”。
试验方法:试验设置两个处理:常规施肥(CK)、常规施肥+按照实施例1所述方法制备的酸性土壤调理剂(T),每个处理重复四次,随机区组排列,每个小区面积为5m×5m=25m2。
试验试验的常规肥料为金正大生态工程集团股份有限公司生产的配方为17~17~17的复合肥,用量为基施40kg/亩。
在水稻成熟收获后,土壤样品采集方法按照NY/T1121.1~2006进行,土壤pH测定方法按照NY/T1377~2007标准进行,并与施肥前土壤pH比较;采用GB/T5009.15、GB/T5009.12、GB/T5009.17、GB/T5006.11标准方法分别测定水稻糙米中的镉、铅、总汞、总砷含量,测定结果数据采用IBM SPSS 21.0软件进行统计分析,统计分析结果列于表1中。
表1水稻田土壤pH、水稻产量及重金属含量测定平均值
注:表中所述重金属含量均为在去壳后糙米中的含量,不同字母表示不同处理下的数据差异显著(α≤0.05)。
从表1中的数据可以看出,使用了本发明酸性土壤调理剂的试验小区土壤pH由5.76升高到了6.32,与CK相比升高了0.56个单位,且差异显著,本发明的酸性土壤调理剂对于提高土壤pH效果非常明显。
另外,对照小区的水稻平均产量达到471.28kg/亩,而施用本发明酸性土壤调理剂的小区水稻产量达到492.23kg/亩,产量增幅为4.4%,且差异显著。
第三,测定糙米中重金属含量发现,与对照处理相比,施用本发明酸性土壤调理剂的镉、铅、总汞、总砷含量分别降低了56.28%、61.48%、52.17%、32.50%,且差异均达到了显著水平。
总之,本发明酸性土壤调理剂可显著提高土壤pH,降低土壤酸化水平,同时对于吸附固定土壤中的镉、铅、汞、砷等重金属,进而降低稻粒中这些重金属含量具有级为显著的效果。
试验实施例2:本发明酸性土壤调理剂对土壤pH、油菜产量及抗病性的影响
试验地点:湖北省荆州市江陵县马家寨乡。
试验条件:油菜田,油菜品种“广源58号”油菜。
试验方法:试验设置两个处理:常规施肥(CK)、常规施肥+按照实施例2所述方法制备的酸性土壤调理剂(T),每个处理重复四次,随机区组排列,每个小区面积为5m×5m=25m2。
试验使用的常规肥料为湖北宜施壮农业科技有限公司生产的配方为25~7~8的油菜专用复合肥,用量为基施50kg/亩。
在油菜成熟收获后,按照NY/T1121.1~2006标准采集土壤样本,并按照NY/T1377~2007标准描述的方法测定土壤pH。试验测定数据采用IBM SPSS 21.0软件进行统计分析,统计分析结果列于表2中。
表2油菜田土壤pH、油菜产量以及相关病害发生率试验结果
注:表中不同字母表示不同处理下的数据差异显著(α≤0.05)。
由表2的结果可以清楚地看出,使用了本发明酸性土壤调理剂的小区土壤pH值与对照相比,升高了0.41个单位,且差异显著。
另外,对照处理油菜产量达到179.77kg/亩,而施用本发明酸性土壤调理剂油菜产量达到190.34kg/亩,与对照相比,施用本发明酸性土壤调理剂的油菜产量提高5.88%,且差异显著。
第三,本发明酸性酸性土壤调理剂对于提高广源58号油菜抗病性方面也有明显效果。在收获前每个小区随机选取5个点,每个点选取5株油菜,对油菜菌核病发病率进行统计。统计结果如下:对照小区油菜菌核病发病率为7.42%,而使用本发明酸性土壤调理剂的小区油菜菌核病的发病率平均为5.74%,因此本发明处理结果明显低于对照处理,且差异显著。
采用同样方法对油菜终花期油菜病毒病发病率进行统计。统计结果如下:对照小区油菜病毒病发病率为0.94%,使用了本发明酸性土壤调理剂的小区油菜病毒病发病率为0.71%,比对照处理降低了0.23个百分点,且差异显著。
本试验实施例试验结果表明,本发明酸性土壤调理剂低于提高油菜地土壤pH由明显效果,可显著提高油菜产量,同时对于油菜常见的菌核病和病毒病菌具有显著抑制作用。