CN108083935A - 一种用于改善土壤的复合材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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CN108083935A CN201711225410.6A CN201711225410A CN108083935A CN 108083935 A CN108083935 A CN 108083935A CN 201711225410 A CN201711225410 A CN 201711225410A CN 108083935 A CN108083935 A CN 108083935A
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汪海龙
王幼琴
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Abstract

本发明提供一种用于改善土壤的复合材料，所述复合材料包括电炉滚筒钢渣、城市生活垃圾和草木灰，其中电炉滚筒钢渣、城市生活垃圾和草木灰的质量比为1:（1~2）:（0.5~1.5）。本发明中上述用于改善土壤的复合材料及堆肥方法养分充足，具有肥效长久、肥力强劲的特点，而且能改善土壤的团粒结构。

Description

一种用于改善土壤的复合材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种土壤的改良，特别是涉及一种用于改善土壤的复合材料。
背景技术
堆肥技术作为现代农业发展出的一项新的高效农肥制备技术，为农业生产做出来巨大的贡献，其主要原理是主要利用多种微生物的作用，将各种复杂的物质进行矿质化、腐质化以及无害化，使其转化成可溶性养分高和腐殖质含量高的物质。堆肥的产品所含营养物质丰富，而且肥效类似于农家肥，效果长久而稳定。同时，堆肥后的产品一般具有良好的结构特性，在土壤结构保持、水分及稳定稳定方面具备独特的优势。
堆肥目前常用的物质有家禽粪便，饲料残渣、城市生活垃圾、污泥、植物秸秆等。。
国内申请号为CN101696136A的专利公开了一种降低畜禽粪便堆肥中重金属生物有效性的钝化剂及使用方法，该专利中新鲜猪粪等畜禽粪便与粉碎后的稻草或其他农作物秸秆按重量比2-8:1的比例混合，在水分含量为60％-65％，进行简单高温堆肥，高温堆肥期温度不超过70摄氏度，适于在有机肥料厂和广大农村推广。但是由于新鲜猪粪的原料获得一般在养猪场或农村地区，数量有限，而且有浓重的味道，其并不适合在城市周边大规模应用。现有技术中堆肥方案也往往操作复杂，成本高，不易大规模实现，城市生活垃圾主要是采用焚烧法、堆肥法、填埋法等方式进行处理。尽管城市生活垃圾已具有一些城市的处理技术，但需求一种更高效、简单的利用途径势在必行。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于改善土壤的复合材料及其制备方法和用途，用于解决现有技术中改善土壤的复合材料肥效不持久，改善土壤团粒效果不明显以及制备方法复杂不可大规模生产的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括如下的技术方案获得的。
本发明提供一种用于改善土壤的复合材料，所述复合材料包括电炉滚筒钢渣、城市生活垃圾和草木灰，其中电炉滚筒钢渣、城市生活垃圾和草木灰的质量比为1:(1～2):(0.5～1.5)。
钢渣是炼钢过程中产生的废渣，根据炼钢工艺和钢渣处理工艺不同性质也不同。
由电炉炼钢的废渣通过滚筒工艺经过铁选后获得的。
优选地，所述电炉滚筒钢渣的粒径小于7.6mm。
优选地，所述电炉滚筒钢渣中二氧化硅含量大于等于10wt％；氧化镁的含量大于等于5wt％；五氧化二磷的含量大于等于2wt％；其中，所述电炉滚筒渣中锑、砷、铍、镉、铬、钴、铜、铅、汞、镍、锡、钒和锌的总量少于0.5mg/kg。
优选地，所述电炉滚筒钢渣的比表面积为(150～250)m2/kg。本申请中采用的电炉滚筒钢渣具有大量的孔结构，能够提供较强的吸附能力，对保氮具有重要的作用。
本申请中所述草木灰为植物燃烧很厚的残余物。
草木灰的主要成分是碳酸钾，相对分子质量为138。草木灰肥料因草木灰为植物燃烧后的灰烬，所以凡织物所含的矿质元素，草木灰中几乎都含有。其中含量最多的是钾元素，其中90％以上是水溶性的，其次是磷，还含有钙、镁、硅、硫和铁、锰、铜、锌、硼、钼等微量营养元素。
优选地，所述草木灰中钾的含量大于等于6wt％。
优选地，所述草木灰中磷的含量大于等于3wt％。
本申请中的城市生活垃圾不含金属、玻璃、杂草种子、塑料、织物；有机物含量在70wt％以上。
本申请中的城市生活垃圾为餐厨垃圾。餐厨垃圾的有机物含量较高。
优选地，所述城市生活垃圾的粒径小于7.6mm。
本发明还公开了堆肥方法，将电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾装入发酵装置中发酵，其中采用温度为80℃～100℃的电炉滚筒钢渣置于发酵装置对底层，草木灰置于中层，城市生活垃圾位于最上层。
现有技术中的电炉滚筒钢渣在使用时多采用已经处于冷却状态的钢渣；本申请中方法可以采用未完全放热完毕处于半热态的电炉滚筒钢渣进行堆肥。
本申请中采用湿基质有一定温度的电炉滚筒钢渣进行发酵系统能量源，以利于水分的蒸发，无需通过外界提供的能量完成堆肥；同时，处于80～100℃的半热态的电炉滚筒钢渣能够消灭堆肥系统中有害病菌、虫卵和杂草种子，以便达到堆肥产品无害化；电炉滚筒钢渣中的铁系及其他氧化物质可以为城市生活垃圾中的微生物提供充足的生存条件。
优选地，所述发酵装置中电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾的总厚度为130～150cm。在这一厚度下会产生较好的发酵效果。
优选地，所述发酵过程中，所述电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾中的水分含量控制在40wt％～60wt％。
优选地，发酵过程中，氧气浓度大于5％。优选地，发酵过程中进行强制通风。
优选地，发酵过程中，pH为6.0～9.0。
优选地，发酵的初始温度为45℃～60℃。
优选地，发酵中可溶性盐浓度小于2.5ms/cm。
优选地，所述电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾中均不含有杂草种子。
优选地，发酵混合物中，污染物浓度低于国家标准GB/T14848-1993《地下水质量标准》中Ⅰ类标准规定值。
优选地，发酵时间为至少15天。更优选地，发酵时间为15天～20天。
堆肥过程就是微生物繁殖以及作用的过程，微生物的含量以及生存状态决定了能否腐熟。本申请中选用的堆肥条件能够有效保证微生物繁殖及作用过程，以使得复合材料能够腐熟。
本发明还公开了一种肥料，由上述堆肥方法制备获得。
如上所述，本发明的用于改善土壤的复合材料及堆肥方法，具有以下有益效果：
本专利提出一种新型的堆肥技术，利用半热态电炉滚筒钢渣、草木灰、城市生活垃圾来实现堆肥的效果，而且具有操作简单、实现高效反应且无二次污染、成本低廉的效果。堆肥后的速效养分在4-5％之间，并含有微量元素；水溶性有机质含量不超过2.2g/l，腐熟堆肥的水溶性糖含量SC大于0.1％；总氮含量超过干重的0.6％；并且堆肥后检测不出大肠杆菌，达到快递堆肥，且节省成本的目的；本发明中上述用于改善土壤的复合材料及堆肥方法养分充足，具有肥效长久、肥力强劲的特点，而且能改善土壤的团粒结构。
具体实施方式
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
本申请中所述电炉滚筒钢渣取自宝钢滚筒工艺的电炉渣。
实施例1
本申请中所述城市生活垃圾为对某城市城市生活垃圾处理机构处理后的垃圾进行取样，总有机质含量在81.3％，含水率为45％，粒径为6.9mm以下，大肠菌群值大于18500MPN/100gDM。
本申请中的电炉滚筒钢渣其粒径为7.3mm以下，二氧化硅含量为12wt％，氧化镁含量为7％，五氧化二磷的含量为4wt％。
本实施例中草木灰取自农家稻田秸秆焚烧后的废物，其中水溶性钾含量为11.5％，氮含量为9.2％。
本申请中各原料组分的质量比为：电炉滚筒钢渣：城市生活垃圾：草木灰之间的质量比为1:1.5:0.5。
采用上述复合材料进行堆肥，将电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾装入发酵装置中发酵，其中采用温度为90℃的电炉滚筒钢渣置于发酵装置对底层，草木灰置于中层，城市生活垃圾位于最上层。
发酵过程中，水分含量控制在45％，氧气浓度为7％，pH控制在8左右，体系初始温度为45℃，没有杂草种子，通风方式为强制通风，发酵时间为15天。发酵前可溶性盐浓度小于2.5ms/cm。
堆肥后，速效养分在4.1％，并含有微量元素。水溶性有机质含量为1.6g/l，腐熟堆肥的水溶性糖含量SC为2.6％。总氮含量为干重的2.9％，并且堆肥后检测不出大肠杆菌值。
实施例2
本申请中所述城市生活垃圾为对某城市城市生活垃圾处理机构处理后的垃圾进行取样，总有机质含量在72.4％，含水率为50％，粒径为5.5mm以下，大肠菌群值大于18500MPN/100gDM。
本申请中的电炉滚筒钢渣其粒径为6.0mm以下，二氧化硅含量为10wt％，氧化镁含量为5％，五氧化二磷的含量为2wt％。
本实施例中草木灰取自农家稻田秸秆焚烧后的废物，其中水溶性钾含量为8.9％，氮含量为7.8％。
本申请中各原料组分的质量比为：电炉滚筒钢渣：城市生活垃圾：草木灰之间的质量比为1:1:1。
采用上述复合材料进行堆肥，将电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾装入发酵装置中发酵，其中采用温度为80℃的电炉滚筒钢渣置于发酵装置对底层，草木灰置于中层，城市生活垃圾位于最上层。
发酵过程中，水分含量控制在55％，氧气浓度为5％，pH控制在7左右，体系初始温度为55℃，没有杂草种子，通风方式为强制通风，发酵时间为15天。发酵前可溶性盐浓度小于2.5ms/cm。发酵混合物中污染物浓度低于国家标准GB/T14848-1993《地下水质量标准》中Ⅰ类标准规定值。
堆肥后，速效养分在4.8％，并含有微量元素。水溶性有机质含量为1.3g/l，腐熟堆肥的水溶性糖含量SC为0.8％。总氮含量为干重的5.5％，并且堆肥后检测不出大肠杆菌值。
实施例3
本申请中所述城市生活垃圾为对某城市城市生活垃圾处理机构处理后的垃圾进行取样，总有机质含量在76.8％，含水率为50％，粒径为7.6mm以下，大肠菌群值大于18500MPN/100gDM。
本申请中的电炉滚筒钢渣其粒径为7.6mm以下，二氧化硅含量为10wt％，氧化镁含量为5％，五氧化二磷的含量为2wt％。
本实施例中草木灰取自农家稻田秸秆焚烧后的废物，其中水溶性钾含量为8.4％，氮含量为7.3％。
本申请中各原料组分的质量比为：电炉滚筒钢渣：城市生活垃圾：草木灰之间的质量比为1:2:1。
采用上述复合材料进行堆肥，将电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾装入发酵装置中发酵，其中采用温度为100℃的电炉滚筒钢渣置于发酵装置对底层，草木灰置于中层，城市生活垃圾位于最上层。
发酵过程中，水分含量控制在40％，氧气浓度为6％，pH控制在6左右，体系初始温度为45℃，体系中没有杂草种子，通风方式为强制通风，发酵时间为20天。发酵前可溶性盐浓度小于2.4ms/cm。发酵混合物中污染物浓度低于国家标准GB/T14848-1993《地下水质量标准》中Ⅰ类标准规定值。
堆肥后，速效养分在4.6％，并含有微量元素；水溶性有机质含量为1.5g/l，腐熟堆肥的水溶性糖含量SC为0.6％；总氮含量为干重的5.7％，并且堆肥后检测不出大肠杆菌值。
采用本申请实施例1～3中上述用于改善土壤的复合材料及堆肥方法获得的肥料用于土壤改良，由于其养分充足，具有肥效长久、肥力强劲的特点，并且能够改善土壤的团粒结构。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于改善土壤的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括电炉滚筒钢渣、城市生活垃圾和草木灰，其中电炉滚筒钢渣、城市生活垃圾和草木灰的质量比为1:(1～2):(0.5～1.5)。
2.根据权利要求1所述的用于改善土壤的复合材料，其特征在于：所述电炉滚筒钢渣中二氧化硅含量大于等于10wt％；氧化镁的含量大于等于5wt％；五氧化二磷的含量大于等于2wt％；其中，所述电炉滚筒渣中锑、砷、铍、镉、铬、钴、铜、铅、汞、镍、锡、钒和锌的总量少于0.5mg/kg。
3.根据权利要求1所述的用于改善土壤的复合材料，其特征在于：所述电炉滚筒钢渣的比表面积为(150～250)m2/kg。
4.根据权利要求1所述的用于改善土壤的复合材料，其特征在于：城市生活垃圾不含金属、玻璃、杂草种子、塑料、织物；有机物含量在70wt％以上。
5.根据权利要求1所述的用于改善土壤的复合材料，其特征在于：所述城市生活垃圾的粒径小于7.6mm。
6.一种堆肥方法，将电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾装入发酵装置中发酵，其中采用温度为80℃～100℃的电炉滚筒钢渣置于发酵装置对底层，草木灰置于中层，城市生活垃圾位于最上层。
7.根据权利要求6所述的堆肥方法，其特征在于：所述发酵装置中电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾的总厚度为130～150cm。
8.根据权利要求6所述的堆肥方法，其特征在于：所述发酵过程中，所述电炉滚筒钢渣、草木灰和城市生活垃圾中的水分含量控制在40wt％～60wt％。
9.根据权利要求6所述的堆肥方法，其特征在于：发酵过程中，氧气浓度大于5％。
10.一种用于改善土壤的肥料，由如权利要求6～9任一项所述堆肥方法制备获得。
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