CN106699464B

CN106699464B - 一种含镁法脱硫渣的生物有机肥及其制备方法

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Publication number: CN106699464B
Application number: CN201710019585.5A
Authority: CN
Inventors: 逄玉万; 孙明坤; 张发宝; 唐拴虎; 郭少萍; 付弘婷; 李苹
Original assignee: Guangzhou Wende Agricultural Technology Co ltd; Institute of Agricultural Resources and Environment of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Guangzhou Wende Agricultural Technology Co ltd; Institute of Agricultural Resources and Environment of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: CN106699464A

Abstract

本发明公开了一种含镁法脱硫渣的生物有机肥及其制备方法。本发明的含镁法脱硫渣的生物有机肥，以畜禽粪便、菌糠、米糠作为质量稳定的有机物来源；镁法脱硫渣能调节土壤pH值、提高土壤碳库容量、中微量元素含量、改善土壤团粒结构、提高作物产量和品质的效果；生物炭起到良好的吸水性也有部分功能性疏水基团，在吸附脱硫镁渣中的游离水的同时防止板结；膨润土也有巨大的吸水能力，既能吸附脱硫镁渣中的游离水又可以通过离子置换改性脱硫镁渣；腐殖酸能与土壤、肥料中的金属离子螯合，有利于营养元素向作物传送；具有良好的离子交换性和缓冲性、能改良土壤结构，这些原料特定配比，不仅较为环保，同时改善土壤质量。

Description

一种含镁法脱硫渣的生物有机肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及工业废弃物资源化利用的技术领域，具体而言，涉及一种含镁法脱硫渣的生物有机肥及其制备方法。

背景技术

高温堆肥是有机固体废弃物无害化、减量化和资源化的有效处理技术。然而传统的高温堆肥由于物料组分比例失衡及堆肥条件控制不当的影响，往往容易造成大量NH₃挥发。这不仅造成堆肥产品的养分损失，降低肥效，同时也对环境造成二次污染，限制了好氧堆肥的应用与推广。研究表明，高温期是堆肥过程中氮素损失的主要阶段。堆肥高温期较升温期和降温期具有温度高、pH值高的特点，是堆体中氨化细菌较为活跃的阶段，产生大量的NH4⁺-N，而NH4⁺-N在高温、高pH值条件下容易转化为NH₃挥发。有研究表明，以气态NH3形式损失可以高达氮损失总量的92％。堆肥过程保氮方法主要有物理法如添加吸附剂、化学法如投加化学试剂和生物法如添加生物菌剂，都有一定的保氮效果。

化学法具有效果稳定明显、操作方便等优点而广泛应用于控制堆肥处理过程中的NH₃挥发，其中磷酸铵镁沉淀法(MAP)不仅能有效减少堆肥过程氨挥发，而且其产生的MAP是一种优质缓释肥。MAP沉淀法是利用镁离子、磷酸根离子、铵离子在相同摩尔比及碱性条件下反应生成MAP沉淀。然受制于添加的镁盐和磷酸盐价格较贵，而用于堆肥的产品经济效益不高，该方法难以大规模应用。脱硫镁渣是湿式镁法烟气脱硫所得的副产物，其主要成分为硫酸镁和亚硫酸镁。该镁渣容易板结、难溶于水，资源化利用存在一定难度。由于我国当前废水排放标准没有对镁离子含量做明确要求，因此多数企业对镁渣的主要处理方法是填埋或曝气氧化为硫酸镁溶液直接排放。这不仅造成镁和硫两种营养元素的资源浪费，还容易对环境造成二次污染。

现有技术中，生物有机肥中有些会添加无机元素，如硫酸镁、氯化镁等，这些容易对环境造成一定的污染。另外，这些生物有机肥破会一定程度地破坏土壤质量，例如会使得土壤出现板块、营养元素容易流失、土壤微生物群落较低等。

发明内容

有鉴于此，本发明一方面在于提供一种含镁法脱硫渣的生物有机肥，该生物有机肥较为环保，可较好地改善土壤质量。

一种含镁法脱硫渣的生物有机肥，其原料按照质量份包含58～70份畜禽粪便、5～9份米糠、6～12份菌糠、3～8份镁法脱硫渣、1.5～3份生物炭、3～5份腐植酸、4～7份膨润土、6～14份含磷物质和0.1～0.2份复合菌剂。

进一步地，所述畜禽粪便的水分含量低于90％；

优选地，所述畜禽粪便为牛粪、猪粪、鸡粪、兔粪和羊粪中的一种或至少二种。

进一步地，所述镁法脱硫渣的游离水含量小于12％。

进一步地，所述生物炭为由树木或秸秆在400～500℃下绝氧裂解而成的生物炭。

优选地，所述生物炭比表面积大于5.5m²/g；

优选地，所述生物炭的pH为8.5～9.5。

进一步地，所述腐殖酸的pH为3.5～4.5；

优选地，所述腐殖酸的粒度大于200目。

进一步地，所述膨润土为钙镁基膨润土；

优选地，所述膨润土的蒙脱石含量大于85％；

优选地，所述膨润土的粒度小于200目。

进一步地，所述含磷物质为钙镁磷肥和/或工业废磷酸。

进一步地，所述复合菌剂为包含芽孢类菌种的微生物菌剂。

本发明又一方面在于提供一种镁法脱硫渣的生物有机肥的制备方法，由该制备方法获得的生物有机肥较为环保，可较好地改善土壤质量。

一种如上述生物有机肥的制备方法，将各原料混合而成。

进一步地，所述混合具体包括以下步骤：

将所述生物炭、膨润土与腐植酸混合，形成第一组分；

混合所述第一组分和所述镁法脱硫渣，形成第二组分；

混合所述第二组分和畜禽粪便、米糠、菌糠，形成第三组分；

混合所述三组分和含磷物质，得到第四组分；

以及，混合所述第四组分和复合菌剂。

优选地，所述第三组分在与含磷物质混合之前还包括发酵60～84h；

优选地，所述第三组分的发酵在加入水以至含水量为55～65％的条件下进行；

优选地，所述第四组分在与复合菌剂混合之前还包括发酵10～15d；

优选地，所述第四组分的发酵之后还包括陈化40d以上；

优选地，所述第四组分在与复合菌剂混合时的种子发芽指数达到80％且水分含量低于30％。

本发明的含镁法脱硫渣的生物有机肥，以畜禽粪便、菌糠、米糠作为质量稳定的有机物来源；镁法脱硫渣能调节土壤pH值、提高土壤碳库容量、中微量元素含量、改善土壤团粒结构、提高作物产量和品质的效果；生物炭起到良好的吸水性也有部分功能性疏水基团，在吸附脱硫镁渣中的游离水的同时防止板结；膨润土也有巨大的吸水能力，既能吸附脱硫镁渣中的游离水又可以通过离子置换改性脱硫镁渣；腐殖酸能与土壤、肥料中的金属离子螯合，有利于营养元素向作物传送；具有良好的离子交换性和缓冲性、能改良土壤结构，这些原料特定配比，不仅较为环保，同时改善土壤质量。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面合实施例来进一步说明本发明的技术方案。

如本文所用之术语：

“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量分数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。

“一个”、“一种”和“所述”可交换使用并指一个或多个。

“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)；

另外，本文中由端点表述的范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至10包括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等)。

另外，本文中“至少一个”的表述包括一个及以上的所有数目(例如，至少2个、至少4个、至少6个、至少8个、至少10个、至少25个、至少50个、至少100个等)。

本发明的含镁法脱硫渣的生物有机肥，其原料按照质量份包含58～70份畜禽粪便、5～9份米糠、6～12份菌糠、3～8份镁法脱硫渣、1.5～3份生物炭、3～5份腐植酸、4～7份膨润土、6～14份含磷物质和0.1～0.2份复合菌剂。

具体地，畜禽粪便的质量份可以为58份、58.5份、59份、60份、64份、68份、69份或70份等；米糠的质量份可以为5份、5.5份、6份、7份、8份、8.5份、9份等；菌糠的质量份可以为6份、6.5份、7份、8份、9份、11份、11.5份、12份等；镁法脱硫渣的质量份可以为3份、3.5份、4份、5份、6份、7份、7.5份、8份等；生物炭的质量份可以为1.5份、2份、2.5份、2.8份、3份等；腐植酸的质量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份等；膨润土的质量份可以为4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份等；含磷物质的质量份可以为6份、6.5份、7份、8份、10份、12份、13份、13.5份、14份等；复合菌剂的质量份可以为0.1份、0.12份、0.15份、0.18份、0.19份或0.2份等。

上述畜禽粪便可列举出牛粪、猪粪、鸡粪、兔粪和羊粪中的一种或至少二种的具体实例。较好地，选用这几种畜禽粪便的混合物，这样可避免单一成分的畜禽粪便或多或少的存在一些不足，如水分偏高、电导率偏高、养分不足、抗生素种类单一或超标等。市政污泥存在重金属超标、易板结等问题。

米糠是指稻谷加工成大米所得到的废弃物，通俗地说即稻壳。

菌糠是指利用秸秆、木屑等原料进行食用菌代料栽培，收货后的培养基剩余物，俗称食用菌栽培废料、菌渣或余料；是食用菌菌丝残体及经食用菌酶解，结构发生质变的粗纤维等成分的复合物。

上述畜禽粪便、米糠和菌糠为提供有机物的主要来源，保证了有机原料的质量稳定性。

镁法脱硫渣即采用镁法脱硫技术对烟气进行脱硫所得到的固体废弃物。为了克服脱硫镁渣易板结的缺点，更好实现其固氮效果。优选地，所述脱硫镁渣经过了一系列重金属钝化、去除工序，完全避免了二次污染土壤的风险。本发明中，镁法脱硫渣的游离水含量以小于12％为佳。

本发明以镁法脱硫渣为无机营养成分，不仅实现了资源化利用工农业废弃物的同时能够达到调节土壤pH值、提高土壤碳库容量、中微量元素含量、改善土壤团粒结构、提高作物产量和品质的效果。

生物炭是指生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物。本发明中，生物炭的作用是，通过其疏松多孔的结构，既具备良好的吸水性也有部分功能性疏水基团，在吸附脱硫镁渣中的游离水的同时防止板结。

本发明的生物炭可列举出以树木或秸秆为原料而得到的生物炭。此处，树木可以为果树枝条等。秸秆可以为农作物秸秆，如小麦秸秆、稻草秸秆、玉米秸秆等不限于形式等。以树木或秸秆为原料得到生物炭的相关反应的条件，如温度和时间不作特别限定。较好地，可在400～500℃下绝氧裂解，如绝氧裂解温度可以为400℃、405℃、410℃、420℃、450℃、480℃、490℃、495℃或500℃。于此绝氧裂解的温度下，其时间可参考性地为2～4h，如2h、2.5h、3h、3h、3.5h或4h等，优选为2.5h。绝氧裂解反应之前，可将树木或秸秆进行粉碎，例如可粉碎至长度为4cm左右，直径小于1cm规格。

上述生物炭的比表面以大于5.5m²/g为佳。生物炭的pH以8.5～9.5为佳，如pH为8.5、9、9.2、9.5等。生物炭的粒度以大于100目为佳。

腐植酸是动植物遗骸，主要是植物的遗骸，经过微生物的分解和转化，以及地球化学的一系列过程造成和积累起来的一类有机物质。其基本结构是芳环和脂环，环上连有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团。

本发明中，腐植酸的作用是，能与土壤、肥料中的金属离子螯合，有利于营养元素向作物传送；具有良好的离子交换性和缓冲性、能改良土壤结构，利于农作物的生长。

腐植酸以粒度大于200目为佳。

本发明中，膨润土的作用是，其具有巨大的吸水能力，既能吸附脱硫镁渣中的游离水又可以通过离子置换改性脱硫镁渣。膨润土又叫斑脱岩，皂土或膨土岩，是指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。

本发明的膨润土的具体种类没有特别限定，例如优选为钙镁基膨润土。此处，钙镁基膨润土是指层间阳离子为钙离子和镁离子。

膨润土的蒙脱石含量以大于85％为宜。膨润土的水分含量以小于5％为佳。膨润土的粒度以小于200目为佳。

含磷物质是指能提供磷元素的化合物的总称。本发明中，含磷物质能补充有机肥中的磷元素，以满足作物生长的需求。

含磷物质可列举出钙镁磷肥和/或工业废磷酸。钙镁磷肥和工业废磷酸能为MAP(磷酸铵镁)法处理提供游离正磷酸根。此处，MAP(磷酸铵镁)法是指将Mg²⁺加入到含有磷酸盐和氨氮的污水中反应生成难溶的磷酸铵镁沉淀，从而去除污水中的磷酸盐和氨氮的方法。

复合菌剂即含有多种微生物菌种的微生物菌剂。微生物菌剂是指目标微生物(有效菌)经过工业化生产扩繁后，利用多孔的物质作为吸附剂(如草炭、蛭石)，吸附菌体的发酵液加工制成的活菌制剂。本发明中，复合菌剂优选为包含芽孢类菌种的微生物菌剂。

本发明如上述生物有机肥的制备方法，将各原料混合而成。

上述制备方法中，混合的方式没有特别的限定。可列举出一种混合的方式，如其可具体包括以下步骤：

将所述生物炭、膨润土与腐植酸混合，形成第一组分；

混合所述第一组分和所述镁法脱硫渣，形成第二组分；

混合所述三组分和含磷物质，得到第四组分；

以及，混合所述第四组分和复合菌剂。

上述第三组分在与含磷物质混合之前还可以包括发酵60～84h，如发酵60h、62h、65h、72h、78h、80h、82h或84h，优选为80h。该发酵在好氧条件下实施。

为提高发酵的效果，第三组分的发酵在加入水以至含水量为55～65％的条件下进行。

上述，第四组分在与复合菌剂混合之前还包括发酵10～15d，例如发酵10d、11d、12d、13d、14d、15d等。此处，“d”即天。

上述第四组分的发酵之后还可以包括陈化40d以上。陈化在陈化槽中进行。

第四组分在与复合菌剂混合时的种子发芽指数达到80％且水分含量低于30％。

需要说明的是，这里第四组分在与复合菌剂混合时是指第四组分在加入混合菌剂的时刻。其位于陈化之后。

以上未述及之处适用于现有技术。

实施例1

将2份柑桔枝、玉米秸秆粉碎后在400℃下绝氧裂解2.5小时得到的生物炭粉碎后分别过150目筛，与5份过200目筛的钙基膨润土与4份pH为4.0的腐植酸混合，制得第一混合物；

将所述第一混合物与5份游离水为13％的脱硫镁渣混合，搅拌均匀，得到第二混合物；

将28份80％水分的鸡粪与30份70％水分的牛粪混合，再与9份米糠、8.8份菌糠混合。该混合物与第二混合物混匀，调节水分至60％，移入好氧发酵槽进行好氧发酵，即为第三混合物。

移入发酵槽后保持曝气8分钟，停22分钟的频率，于第72小时将所述3份钙镁磷肥和5份废磷酸加入第三混合物，立即搅拌均匀，得到第四混合物。

第四混合物发酵12天后移出发酵槽，转入陈化槽放置45天后，加入所述0.2份自研复合菌剂，包装。即为本专利申请的含镁法脱硫渣的生物有机肥。

该生物有机肥pH为8.2，有机质含量为60.7.％，。水分含量为28.7％，氮磷钾养分为1.4：1.4：1.3。可用于南方酸性或弱酸性土壤(5.0＜pH＜6.0)的蔬菜、水稻、甜玉米、甘蔗等的生产的基肥施用。达到增产提质、培肥地力的效果。

该生物有机肥试验以芥菜(品种为香港竹芥)为目标作物，采用盆栽试验，每盆4株。以不添加脱硫镁渣(CK)和添加等当量硫酸镁(T1)的有机肥作为对照(本实施例之生物有机肥为T2)，化肥比例相同，氮用量为0.2g·kg^-1，氮磷钾施用比例为3:1:2。有机无机肥配施比例为2:8(按肥料中总氮量计)。所有(生物)有机肥皆作为基肥一次性使用。结果如表1所示。

表1芥菜试验结果

实施例2

将2.3份花生壳、玉米秸秆粉碎后在400℃下绝氧裂解2小时得到的生物炭粉碎后分别过150目筛，与4.5份过200目筛的钙基膨润土与3份pH为4.5的腐植酸混合，制得第一混合物；

将所述第一混合物与4份游离水为13％的脱硫镁渣混合，搅拌均匀，得到第二混合物；

将32份82％水分的猪粪与32份73％水分的牛粪混合，再与5份米糠、9份菌糠混合。该混合物与第二混合物混匀，调节水分至60％，移入好氧发酵槽进行好氧发酵，即为第三混合物。

移入发酵槽后保持曝气10分钟，停20分钟的频率，于第72小时将所述4份钙镁磷肥和4份废磷酸加入第三混合物，立即搅拌均匀，得到第四混合物。

第四混合物发酵12天后移出发酵槽，转入陈化槽放置60天后，加入所述0.2份自研复合菌剂，包装。即为本专利申请的含镁法脱硫渣的生物有机肥。

该生物有机肥pH为8.5，有机质含量为62.3.％，。水分含量为29.2％，氮磷钾养分为1.4：1.5：1.3。可用于南方酸性或强酸性土壤(4.5＜pH＜5.5)的蔬菜、水稻、甜玉米、果树等的生产的基肥施用。达到增产提质、培肥地力的效果。

该生物有机肥试验以甜玉米(品种为台湾华珍)为目标作物，采用大田试验，种植密度为60000株·hm-2。以不添加脱硫镁渣(CK)和添加等当量硫酸镁(T1)的有机肥作为对照(本实施例之生物有机肥为T2)，化肥比例相同，氮用量为22kg·hm-2，氮磷钾施用比例为2:1:1.8。有机无机肥配施比例为2:8(按肥料中总氮量计)。所有(生物)有机肥皆作为基肥一次性使用。结果如表2所示。

表2甜玉米试验结果

实施例3

将1.6份花生壳、柑桔枝粉碎后在400℃下绝氧裂解2.5小时得到的生物炭粉碎后分别过150目筛，与4份过200目筛的钙基膨润土与4.2份pH为4的腐植酸混合，制得第一混合物；

将所述第一混合物与5份游离水为12％的脱硫镁渣混合，搅拌均匀，得到第二混合物；

将30份82％水分的猪粪与35份80％水分的鸡粪混合，再与5份米糠、7份菌糠混合。该混合物与第二混合物混匀，调节水分至65％，移入好氧发酵槽进行好氧发酵，即为第三混合物。

移入发酵槽后保持曝气12分钟，停18分钟的频率，于第72小时将所述5份钙镁磷肥和4份废磷酸加入第三混合物，立即搅拌均匀，得到第四混合物。

第四混合物发酵14天后移出发酵槽，转入陈化槽放置50天后，加入所述0.2份自研复合菌剂，包装。即为本专利申请的含镁法脱硫渣的生物有机肥。

该生物有机肥pH为7.8，有机质含量为61.6.％，。水分含量为29.5％，氮磷钾养分为1.3：1.6：1.4。可用于南方酸性或弱性土壤(5.0＜pH＜6.0)的蔬菜、水稻、甜玉米、甘蔗等的生产的基肥施用。达到增产提质、培肥地力的效果。

该生物有机肥试验以甘蔗(品种为台糖22)为目标作物，采用大田试验，种植密度为50000穴·hm-2。以不添加脱硫镁渣(CK)和添加等当量硫酸镁(T1)的有机肥作为对照(本实施例之生物有机肥为T2)，化肥比例相同，氮用量为30kg·hm-2，氮磷钾施用比例为2:1:2。有机无机肥配施比例为2:8(按肥料中总氮量计)。所有(生物)有机肥皆作为基肥一次性使用。结果如表3所示。

表3甜玉米试验结果

从上述表可以看出：本发明实施例提供的含脱硫镁渣的生物有机肥对提高土壤有机质、pH、CEC等理化指标有较好的效果；并且在提高产量、提高可溶性糖、维生素C含量指标上也有较好的表现。与添加硫酸镁(T1)的处理比较，土壤肥力以及植株指标皆有不同程度的差异，但未达到显著水平。表明在该发明方案下以脱硫镁渣替代市场上的农用硫酸镁有很好的可行性，在废弃物处理和土壤学、植物营养学方向都有较好的应用前景。

由于本发明中所涉及的各工艺参数的数值范围在上述实施例中不可能全部体现，但本领域的技术人员完全可以想象到只要落入上述该数值范围内的任何数值均可实施本发明，当然也包括若干项数值范围内具体值的任意组合。此处，出于篇幅的考虑，省略了给出某一项或多项数值范围内具体值的实施例，此不应当视为本发明的技术方案的公开不充分。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式选择等，落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种含镁法脱硫渣的生物有机肥，其特征在于，其原料按照质量份包含58～70份畜禽粪便、5～9份米糠、6～12份菌糠、3～8份镁法脱硫渣、1.5～3份生物炭、3～5份腐植酸、4～7份膨润土、6～14份含磷物质和0.1～0.2份复合菌剂；

所述畜禽粪便的水分含量低于90％；

所述镁法脱硫渣的游离水含量小于12％；

所述生物炭为由树木或秸秆在400～500℃下绝氧裂解而成的生物炭，所述生物炭比表面积大于5.5m²/g，所述生物炭的pH为8.5～9.5；

所述腐殖酸的pH为3.5～4.5，所述腐殖酸的粒度大于200目；

所述膨润土为钙镁基膨润土，所述膨润土的蒙脱石含量大于85％，所述膨润土的粒度小于200目。

2.根据权利要求1所述的生物有机肥，其特征在于，所述畜禽粪便为牛粪、猪粪、鸡粪、兔粪和羊粪中的一种或至少二种。

3.根据权利要求1所述的生物有机肥，其特征在于，所述含磷物质为钙镁磷肥和/或工业废磷酸。

4.根据权利要求1所述的生物有机肥，其特征在于，所述复合菌剂为包含芽孢类菌种的微生物菌剂。

5.一种如权利要求1～4任意一项所述生物有机肥的制备方法，其特征在于，将各原料混合而成。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述混合具体包括以下步骤：

将所述生物炭、膨润土与腐植酸混合，形成第一组分；

混合所述第一组分和所述镁法脱硫渣，形成第二组分；

混合所述三组分和含磷物质，得到第四组分；

以及，混合所述第四组分和复合菌剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第三组分在与含磷物质混合之前还包括发酵60～84h。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第三组分的发酵在加入水以至含水量为55～65％的条件下进行。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第四组分在与复合菌剂混合之前还包括发酵10～15d。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第四组分的发酵之后还包括陈化40d以上。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第四组分在与复合菌剂混合时的种子发芽指数达到80％且水分含量低于30％。