CN106631225A - 一种高养分复合肥及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用有机废弃物经催化水解形成小分子速效有机碳素营养同速效无机营养及功能微生物构成高养分复合肥。生产方法有三种类型，第一是以化学催化水解法为主，功能微生物法为辅。第二是用功能微生物法为主，蒸汽热解为辅，不加催化剂。第三是二种方法的有效结合。施用高养分复合肥料，不仅增产，还能使农作物提前成熟，提高农产品品质，明显改良土壤，提高养分利用率，减少化肥用量高达40％-50％。

Description

一种高养分复合肥及其生产方法

技术领域：本发明公开了一种高养分复合肥产品及其生产方法属利用有机固体废弃物处理生产高养分复合肥料领域。

背景技术：本发明属于利用有机固体废弃物制成的高养分复合肥料。

目前，国内外针对长期、单施、过量施用化肥及其复合肥所造成的土壤硬化、板结，农产品质量下降，环境污染严重的诸多问题，普遍做法是采用了将有机废弃物经堆肥发酵后做基肥，或同化肥混合成有机无机复混肥做基肥。也有的加功能性微生物强化堆肥发酵制成微生物-有机-无机复混肥。以上两种复混肥比单纯化肥的复混肥要好些，增加了有机质。但缺乏速效有机营养，对遏制土壤退化，改善农产品品质的效果不是很明显。

近年来，我国推广的美国早已推行过的秸秆还田，形式上使土壤有机质不减，但靠土壤微生物分解很缓慢，秸秆经粉碎翻入土壤的形式，起到破坏土壤结构增加土壤空隙率，不宜保墒，对解决春旱不利。

过去传统理论认为；有机质主要是通过其中的腐植物质改良土壤的理化性状而起作用，但从现代理论认为，这是不全面的理解。实际上，有机质中被自然微生物缓慢分解形成的能溶于水的速效有机碳，如小分子糖类、有机酸类、氨基糖类、糖醇类、糖醛酸类、氨基酸类，对作物起到积极的有机营养作用。

过去传统理论认为这种小分子速效有机碳，如葡萄糖只能靠光合作用通过固定二氧化碳来实现。但只靠光合作用形成葡萄糖的速度缓慢，光能转化为化学能的效率只有4％左右，同作物吸收的速度不同步。无法满足作物对小分子速效有机碳的强烈需求，使作物生育期延长，并影响对N、P、K的吸收，还容易产生硝酸盐和亚硝酸盐的化学残留。

发明内容：本发明的目的，是利用自然界中富含木质素、纤维素、半纤维素、蛋白质、果胶质和淀粉质的剩余物和废弃物，如作物秸秆、分拣后的有机生活垃圾、人、活性污泥、畜、禽粪便，工业有机废渣做原料，用化学催化水解的方法或微生物方法或两种方法协同作用，使之产生小分子速效有机碳为主要的营养成分，再配合氮、磷、钾及中量元素、微量元素的无机速效营养，形成营养齐全，高养分的复合肥。以此克服上述单施化肥及复混肥、单施堆肥发酵有机肥及其和无机化肥构成的有机无机复混肥的弊病。

本发明的内容所涉及的高养分复合肥是：

该肥料中含如下组分(以肥料总重量计)：小分子速效有机碳10-30％，小分子速效有机碳与总有机碳的比重为40-60％，速效氮肥、磷肥与钾肥，其总量与有机碳重量比为1∶1-3。钙肥、镁肥、硫肥与硅肥总量占5-20％，铁肥、锰肥、铜肥、锌肥、钼肥与硼肥总量占0.5-5％。

本发明高养分复合肥产品中所用的菌种如下：产半纤维素酶的细菌类的枯草芽孢杆菌；产果胶酶的细菌类枯草芽孢杆菌，产纤维素酶的细菌类的产黄纤维单胞菌。

本发明产品中，所述的小分子速效有机碳是溶于水的，其中包括还原糖类、氨基糖类、糖醇类、糖醛酸类、有机酸类、氨基酸类、苯丙烷低聚物类。

本发明产品中的微生物部分：首先，由产半纤维素的枯草芽胞杆菌，产果胶酶的枯草芽胞杆菌与产纤维素酶的产黄纤维单胞菌，分别经菌种活化，截面菌种培养，然后斜面菌种扩大培养，再经摇床扩大培养，种子罐、发酵罐扩大培养，最后将这三种菌液混合，得到混合菌液，做为高养分复合肥的组成成分之一。

生产方法有三种类型。以工农业剩余物和废弃物为主要原料，其中包括：以农作物秸秆和林业废弃物、有机生活垃圾、糠醛渣、木糖醇渣、淀粉渣、酒糟及其它工业发酵有机废弃物及人、畜、禽粪便的一种或二种以上为原料，采用化学催化水解的方法，控制上述物料的含水量为有机干基物料重量的110倍，以无机酸为催化剂，其中包括：硫酸、盐酸、硝酸、磷酸，其中的一种或两种混合。催化剂用量为有机物料干基总重量的0.1-3％，在其反应温度为80℃-250℃，压力为常压-2.5Mpa。反应时间为1-8小时。生产出含有的主要有机营养成份为小分子速效有机碳占总有机碳的40％-60％，然后用草木灰、菱苦土粉、轻镁粉的一种或两种以上混合物中和水解物料中的酸性到PH5.5-8，再加入前述的混和菌液，其混合菌液加入量为有机物料干基重量的5％-30％后，与大量、中量、微量元素化肥混均后，得到高养分复合肥产品。

在化学催化水解完成后，用空压缩机的空气加热成的干热空气，使罐内脱水至物料含水量达20％-50％时，压力保持在0.3Mpa-0.8Mpa时，打开快开阀门，一次性膨化出料，将有机碳中未水解成小分子速效有机碳的木质素、纤维素、半纤维素、果胶质的没有降解部分，进一步降解。先以化学催化水解为主的方法，所产生的速效有机碳占总有机碳重量的20％-30％，剩余的用功能微生物解有机碳，使之最后达总有机碳的40％-60％，混合菌液加量为有机物料干基重量的5％-30％。

第二种以功能微生物法为主的方法，有机质固体废弃物先经蒸汽或湿热空气进行湿热预处理，不加催化剂。温度控制在80-150℃，压力为常压-1.5Mpa，时间为1h-8h。然后出料降温到20℃-35℃，加功能菌液，加量为预处理物料，干基计的5％-30％，含水量控制在50％-60％，搅拌式通氧，发酵时间为1天-3天，使小分子速效有机碳占总有机碳重量的40％-60％。

第三种方法是先用化学催化水解的方法，使小分子速效有机碳达到占总有机碳的20％-30％后，中和酸性到PH5.5-8.0后，加功能微生物混和菌液，加量为水解有机物料干基重量的5％-30％，含水量控制在50％-60％，搅拌式通氧，发酵时间为24小时，最终使小分子速效有机碳占总有机碳重量的40％-60％。三种方法中的膨化出料后，水解物料的酸性中和到5.5-8.0后，进行干燥脱水到含水量10％-30％后，加入混合菌液，菌液中含有益活菌数控制在5亿个-20亿个/ml，加入量为水解干基物料的10％-30％，最后干燥成含水量10％-30％后，成粉末状或再造粒，即成高养分复合肥。

本发明的优越性在于克服化肥及其复混肥使土壤板结，有机质含量下降，农产品质量降低的弊病。同事也克服堆肥发酵有机肥及其与无机化肥混合成的复混肥和加微生物形成的有机无机复混肥都缺乏小分子速效性有机碳素营养，肥效低，施用量大，作物生育期长的弊病。

本发明所产生的积极效果为缩短作物生育期，大幅度提早成熟(20-30天)。提高农产品质量，避免化学残留物。降低化肥用量40-50％，提高化肥利用率(由30％提高到60％)，使肥料生产成本大幅度降低。使农民投入降低30％，同纯化肥等投入相比提高产量15-20％。

对土壤肥力的影响，施用本发明产品的土壤，当年就有明显改变，土壤明显松软，作物收获后测定土壤容重降低10％左右，土壤孔隙率增加13％左右。土壤有机质增加0.43％，全N增加0.241％，碱解氮增加20.3mg/kg，速效P增加11.48mg/kg。微生物区系的变化，经作物收获后测定，施本发明产品的较施纯化肥的细菌总数增加84％，放线菌总数增加56％，真菌减少了29％。这是因单施化肥土壤偏酸，有利于真菌繁殖，易发生病害，减少真菌数量，增加细菌，放线菌数量是很有好处的，因病害菌90％以上是真菌。

附图说明：

图1为本发明以化学催化水解为主的工艺流程图。

图2为微生物分解有机碳为主的工艺流程图。

图3为化学催化水解和微生物分解相结合的工艺流程图。

具体实施方式，下面结合附图和实施例，对本发明详细说明如下：

结合图1说明实施例1。

将解纤维素菌、解半纤维素菌、解果胶质的微生物统称为解有机碳微生物。三种菌三套系统，以一套系统代表简要说明三种菌分别为原菌种6-(1)，经菌种活化，斜面固体培养6-(2)然后进行斜面扩大培养6-(3)后，进入种子罐扩大培养6-(4)，然后进入发酵罐扩大培养6-(5)，最后进入菌液贮罐6-(6)。使用三种菌液经菌液混合罐6-(7)备用，此三种菌液逐渐扩大培养，使活菌数达增殖高峰就结束，不用它的代谢产物，习惯叫发酵，并非真正的发酵。

将氮肥、磷肥、钾肥7-1-(1)按适当比例定量混配为7-1-(2)，然后进行粉碎7-1-(3)，粉碎数目为80目皆可，然后进入贮料仓7-1-(4)备用。

将含有机碳的剩余物或废弃物1经粉碎机2，将物料粉碎成1-5cm的小段，然后送至化学催化水解罐3，加水为干物料5倍，然后加催化剂，加有机干物料的0.1-3％，通入高压蒸汽，第一步控制蒸汽压力为0.05-0.3Mpa，温度为80℃-250℃。水解时间为1-4小时，将半纤维素和果胶质部分水解。然后，再加压到0.1-2Mpa，温度控制在150℃-250℃，反应时间1-4小时，以上过程产生的小分子速效有机碳为总有机碳10-60％，最后，开动0.1-1Mpa干热空气，温度为100-300℃浓缩脱水，排出水蒸气使罐内含水量为30-45％时，打开快开阀，将物料排出，送至脱水干燥机4使物料干燥到5-15％，然后进入中和罐5，加中和剂5-(1)，中和剂种类为草木灰、轻烧镁粉、菱苦土粉一种或两种以上混合，加量1-8％。最后送至发酵解碳罐，由混合菌液罐6-(7)的混合菌液同干物粉混合。混合菌液为干物料的30-40％，进行菌体增殖发酵，发酵时间为3-5天。待每克物料含活菌数为1-5亿时停止发酵，加解碳微生物作用，使解碳微生物能在土壤中解残根和死亡菌体中的有机碳。按物料各50％分别送至混配烘干脱水机7-1，7-2。烘干温度为100-200℃，待水分将到5-15％是暂停烘干，送到混配罐8-1，再由纯化肥贮料仓7-1-(4)中适量化肥也送至混配罐8-1混配均匀后，送造粒机9-1。6中另一半物料送至烘干脱水机时7-2，进行低温烘干，温度控制在40-80℃，保留有益活菌数≥1个亿/g，当含水量降到5-15％时，送到混配罐8-2，由来自贮料仓7-1-(4)中，化肥加量由定量控制器7-2(1)定量送至8-2混配。化肥加量为有机物料5-10％，不使活菌被杀灭，混配均匀后，进入造料机9-2进行造粒，两种造粒机出料定量进入混配罐10，混配均匀后，进入冷却机11进行冷却，等温度下降到常温后，进入称量、包装机12，进行自动称量包装，最后经质检13合格后，成品入库14。

结合图2说明实施例2。

分解有机碳微生物从原菌种培养7(1)直到逐级扩大培养最后到菌液罐7-(6)，同工艺流程图1实施例1完全一样，化肥9-(1)定量混配，粉碎直到贮料仓9-(4)同图1实施例1相关部分完全相同。所不同的是有机碳分解成部分小分子速效有机碳，不是靠化学催化水解，不加催化剂。而是将含有机碳物料1经粉碎机粉碎后，进入熟化、活化罐。在中性条件下，将水按固液比0.5-1控制，蒸汽压力0.1-0.4Mpa，温度100-250℃，作用时间1-2小时。然后加干热空气使罐内脱水至物料含水量30-45％，打开快开阀门，一次性膨化出料。将有机碳中木质素、纤维素、半纤维素、果胶质的结合部胀裂、撕开。使它们之间的结合变成松散，为解碳生物创造解碳条件。另外，使纤维素、半纤维素、果胶质自身结合键也开始松动、活化。使键能降低，为解碳生物解有机碳进一步创造条件。熟化、活化完成后排料只贮罐4中，然后进入干燥机5。彻底脱水至含水量5-10％。然后进筛分机6.筛上物返回熟化活化罐，筛下物进发酵解碳罐中，因是以微生物解碳为主，从此7-(6)中加大菌剂混入量为干物料的15-45％，进行解碳发酵。最后，使速效有机碳占总有机碳的40-60％。为了使解碳微生物快速增殖，需加营养剂。主要氮源，如碳酸氢铵、硫铵、尿素任选其一或二种混合皆可，加量为3-5％。发酵解碳时间为3-5天。当小分子速效有机碳占总有机碳40-60％时，停止发酵，同工艺流程图1实施例一样分两批物料各50％，一批进烘干机8-1，烘干温度为100-250℃，高温快速干燥，然后由9-(4)贮料仓中化肥同8-1中烘干后物料一起进入混配机，然后进造粒机10-1.进入烘干机8-2的物料保留活菌体，采用低温烘干方法，烘干温度为80-120℃，然后进混配机9-2中，同来自贮料仓9-(4)的化肥一起混配，但化肥的量不超过有机物料的5-6％，不使解碳微生物被化肥抑制。保留活菌体到土壤中继续解碳。由混配机9-2混配均匀后，进入造粒机10-2，造粒后两种粒按适当比例一起进入混配机11中，混配均匀后，经冷却机12后，进入自动称量包装机13，经质检14合格后，为成品入库15.

结合图3说明实施例3

工艺流程图3实施例3是前两者(图1实施例1，图2实施例2)的有机结合，各项催化水解参数同实施例1相关部分。速效有机碳达总有机碳20-30％，然后用微生物解物料中的有机碳，使之最后达总有机碳的40-60％。加解碳微生物目的，同样是在土壤中解残根和死亡菌体中的有机碳。将菌液贮罐71(6)中混合菌进入装有化学催化水解，中和烘干后的干有机碳物料的混配机中，进行混配。加入菌液的量有机物料的20-30％。然后进入低温烘干机8-1，使含水量降至5-10％。然后经造粒机9-2冷却10-2，同加大量化肥，然后经造粒机9-2冷却10-2的粒料，一起进行混配。经质检1，检查合格后，方为成品入库13。

Claims (8)

1.一种高养分复合肥及其生产方法，其特征在于该肥料的高养分，包括小分子速效有机碳素养分和无机速效养分，进一步活化形成速效养分的有益微生物。含有如下组分(以肥料总重量记)：

产半纤维素酶的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtillis，CGMCC NO.0279，1996，10，25)，产果胶酶的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtillis，CGMCC NO.0279，1996，10，25)与产纤维素酶的产黄纤维单胞菌(Cellulomouas flavigl，NO.0279，1996，10，25)。

所述的小分子速效有机碳是溶于水的，其中包括还原糖类、氨基糖类、糖醇类、糖醛酸类、有机酸类、氨基酸类、苯丙烷低聚物类。

2.如权利要求1所述高养分复合肥及其生产方法，其特征在于该生产方法首先由产半纤维素酶的枯草芽孢杆菌，产果胶酶的枯草芽孢杆菌与产纤维素酶的产黄纤维单胞菌，分别经菌种活化，斜面菌种培养，然后斜面菌种扩大培养，再经摇床扩大培养、种子罐、发酵罐扩大培养，最后将这三种菌液混合得到混合菌液。

3.如权利要求1所述的一种高养分复合肥及其生产方法，其特征在于以农作物秸秆和林业废弃物、有机生活垃圾、糠醛渣、木糖醇渣、淀粉渣、酒糟及其他工业发酵有机废弃物及人、畜、禽粪便的一种或二种以上为原料采用化学催化水解方法，控制上述物料的含水量为有机干基物料重量的1～10倍，以无机酸为催化剂，催化剂用量为有机物料干基重量的0.1-3％，在反应温度80～250℃、压力为常压～2.5Mpa，反应时间1～8小时，生产出含有的主要有机营养成分为小分子速效有机碳为总有机碳的40～60％，然后用草木灰、菱苦土、轻烧镁粉中的一种或两种及以上混合物中和水解物料中的酸性到PH5.5～8，再加入前述的混合菌液，其混和菌液加入量为有机物料干基重量的5～30％后，与大量、中量、 微量元素化肥混匀后即得到所述的高养分复合肥产品。

4.按权利要求2、3所述，其特征在于化学催化水解完成后，用空气压缩机的空气加热成的干热空气使罐内脱水至物料含水量达20～50％时，压力保持在0.3MPa～0.8MPa时，打开快开阀门，一次性膨化出料，将有机碳中未水解成小分子速效有机碳的木质素，纤维素、半纤维素、果胶质的没有降解部分进一步降解。

5.按照权利要求2、3所述的高养分复合肥的生产方法，其特征在于先以化学催化水解为主的方法，所产生的速效有机碳占总有机碳重量的20～30％，剩余的用功能微生物解有机碳，使之最后达总有机碳的40～60％，混合菌液加量为有机物料干基重量的5～30％。

6.按照权利要求2、3所述的高养分复合肥的生产方法，其特征在于以功能微生物法为主的方法，有机固体废弃物先经蒸汽或湿热空气，进行湿热解预处理，不加催化剂，温度控制在80℃～150℃，压力为常压～1.5MPa，时间为1h～8h。然后出料降温到20℃～35℃，加功能微生物混和菌液，加量为预处理物料干基计的5％～30％，含水量控制在50％～60％，搅拌式通氧，发酵时间为1天～3天，使小分子速效有机碳占总有机碳重量的40％～60％。

7.按照权利要求2、3所述的高养分复合肥的生产方法，其特征在于先用化学催化水解的方法使小分子速效有机碳达到占总有机碳的20％～30％后，中和酸性到PH5.5～8.0后，加功能微生物混和菌液，加量为水解有机物料干基重量的5％～30％，含水量控制在50％～60％，搅拌式通氧，发酵时间为24小时，最终使小分子速效有机碳占总有机碳重量的40％～60％。

8.按权利要求4所述膨化出料后，其特征在于中和水解物料酸性中和到PH值为5.5～8.0后，进行干燥脱水到含水量10％～30％后，加入混和菌液，菌液中含有益活菌数控制在5亿个～20亿个/ml。加入量为水解干基物料的10％～30％，最后干燥成含水量10％～30％后成粉末状或再造粒，即成高养分复合肥。