CN109438126A - 一种无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的制备方法。该方法包括如下步骤：将有机湿垃圾经干燥、粉碎后，300~700℃限氧热解1~5小时，冷却至室温，研磨，过筛，得生物炭；将生物炭浸润至磷酸溶液0.5~5小时，充分混匀，固液分离；将生物炭‑磷酸混合物和装有氨水的敞口容器放入密闭容器，抽真空后，反应1~24小时，取出生物炭‑磷酸铵混合物，室温干燥0~5天；将生物炭‑磷酸铵混合物与微生物复合菌剂混合，充分搅拌，造粒，即可。本发明克服了传统生物炭基肥为了保持高效，缓释等效果，添加大量包膜材料，进而增加成本，甚至造成二次污染等问题,降低了该肥料对土壤和环境的影响，减轻了农产品的安全风险，具有制备工艺简单易行、成本低等优点。

Description

一种无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的制备方法
技术领域
本发明涉及肥料，具体涉及到一种无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的制备方法。
背景技术
生物炭是生物质在无氧或者限氧的环境下，高温裂解后的炭化产品。生物炭作为一种新型肥料的缓释增效载体，可以有效改善土壤的物理化学和生物学特性，延缓土壤中的养分释放，降低养分损失，提高养分利用率(Gul,et al,2016,Soil Biology andBiochemistry,103,1-15)。
生物炭经热解后形成较高的孔隙率和比表面积，能增强土壤孔隙和保水性。其表面会形成未配对的负电荷，例如羧基(COO-)和羟基(OH-)，具有吸引正电荷的能力,能增强阳离子交换能力(Al-Wabel et al.,2017,Environmental Geochemistry and Health,1-18)。
包膜技术目前被广泛应用于缓释技术，主要是通过粘合材料进行包膜工艺，达到缓释效果。但是包膜材料的使用增加了生产成本，限制了其广泛推广。同时，其施入土壤后，可能会成为土壤污染的来源。
经文献检索发现，中国专利“一种用棉花秸秆制备生物炭基肥料的方法”(公开号：CN103467192B)，“一种利于土壤改良的生物炭基肥料及其制备工艺”(公开号：CN108640800A)，“一种生物炭基肥及其制备方法与应用”(公开号：CN108456113A)，这些技术均采用了大量包膜材料，使生物炭基肥具有缓释效果，增加了肥料的成本，但同时也造成了二次污染的隐患。
发明内容
本发明提供一种无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料，将蔬菜瓜果，厨余垃圾等废弃物转化为生物炭，化废为宝，利用生物炭孔隙度，比表面积大及表面功能团丰富的特性，克服了传统生物炭肥料需要添加大量材料进行包膜，进而增加成本，甚至造成二次污染等问题，降低了该肥料对土壤和环境的影响，减轻了农产品的安全风险，具有制备工艺简单易行、成本低等优点。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料，是通过包括如下步骤的方法制得的：
步骤一、将有机湿垃圾风干、粉碎；
步骤二、将步骤一所得的粉碎物，300～700℃限氧热解1～5小时，冷却至室
温，研磨，过筛，得生物炭；
步骤三、将生物炭浸入至磷酸溶液0.5～5小时，充分混匀，固液分离；步骤四、将生物炭-磷酸混合物和装有氨水的敞口容器放入密闭容器，抽真空后，反应1～24小时后取出，室温干燥0～5天。将生物炭-磷酸铵混合物与微生物复合菌剂混合，充分搅拌，造粒，即可；
所述的，所述有机湿垃圾为菜蔬瓜果废弃物，厨余垃圾中的一种或者几种。
所述的，所述过筛为过20～100目筛。所述生物炭的粒径为80～100目；
所述的，所述限氧热解的温度为400℃～600℃；
所述的，添加的生物炭与磷酸的体积比为1：1-10。添加的生物炭-磷酸混合物和氨水的体积比为1：1-20。优选方案中所述的步骤三中添加的生物炭与磷酸的体积比为1:3，步骤四中添加的生物炭-磷酸混合物和氨水的体积比为1:8；
所述的，所述微生物复合菌剂中菌种为枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌、氮单胞菌、克雷伯氏菌、木霉、曲霉中几种的混合，其浓度为106～108cfu/ml；
在上述技术方案的基础上，本发明针对步骤三、四还提供了一种无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料的技术方案，具体如下：
所述的步骤三中还可以为将生物炭浸入至磷酸溶液0.5～5小时，充分混匀，得到生物炭-磷酸混合物，将该混合物在250～280℃，压力为0.08～0.1MPa下聚合得到含聚合度为10-15的聚磷酸，即生物炭-聚磷酸混合物；
进一步的，步骤四中将生物炭-聚磷酸混合物和装有氨水的敞口容器放入密闭容器，在140～150℃下，反应1～24小时，取出含生物炭-聚磷酸铵混合物，室温干燥0～5天，造粒，即为所述无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料；
其优选方案中，所述的步骤三中将生物炭浸入至磷酸溶液3小时，充分混匀，得到生物炭-磷酸混合物，将该混合物在260℃，压力为0.1MPa下聚合得到含聚合度为10-15的聚磷酸，即生物炭-聚磷酸混合物。步骤四、将生物炭-聚磷酸混合物和装有氨水的敞口容器放入密闭容器，在145℃下，反应14小时，取出含生物炭-聚磷酸铵混合物，室温干燥3天，造粒，即为所述无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料。
本发明克服了传统生物炭基肥为了保持高效，缓释等效果，添加大量包膜材料，进而增加成本，甚至造成二次污染等问题，降低了该肥料对土壤和环境的影响，减轻了农产品的安全风险，具有制备工艺简单易行、成本低等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是肥料的制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例的肥料的制备流程如图1所示，具体步骤如下：
1.生物炭的制备：采用的有机湿垃圾的主要成分为农贸市场废弃的菜蔬瓜果。有机湿垃圾干燥粉碎后，450℃限氧条件下，利用炭化炉热解4小时制备生物炭，研磨，过80目筛。
2.复合菌剂的制备：选择芽孢杆菌，假单胞菌、氮单胞菌、放线菌，木霉菌混合配制，其重量配比为2:2:1:1:1，所用菌株均为常用菌株。
3.肥料的制备：将生物炭与磷酸充分混匀，其体积配比为1:2，充分混匀后固液分离，得到生物炭-磷酸混合物。将生物炭-磷酸混合物放入密闭容器，同时放入氨水，容器抽真空，生物炭-磷酸混合物和氨水的体积配比为1:5，12小时后取出，室温干燥3天。
4.将生物炭-磷酸铵混合物与微生物复合菌剂混合，菌液浓度为108cfu/ml，充分搅拌，造粒，制备得到肥料。
5.将无包膜生物炭基肥施入土壤，种植青菜，磷酸二氢铵作为无机肥对照，在相同理化性质的土壤上每平方施肥0.3kg，40天后测量株高和干重；结果如表1所示：
表1
处理 株高cm 干重mg
空白对照 6.4 147
磷酸二氢铵(无机肥对照) 8.3 189
有机湿垃圾生物炭 10.2 233
无包膜有机湿垃圾生物炭基肥 17.9 523
由表1可知，添加无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的青菜株高比空白对照增加了179.69％，比无机肥对照增加了115.66％，比有机湿垃圾生物炭增加了75.49％。
添加无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的青菜干重比空白对照增加了255.78％，比添加无机肥增加了176.72％，比添加有机湿垃圾生物炭增加了124.46％。
实施例2
本实施例的肥料的制备流程如图1所示，具体步骤如下：
1.生物炭的制备：采用果蔬瓜果废弃物和厨余垃圾粉碎物，干燥后，500℃氮气气氛条件下，利用炭化炉热解4小时制备生物炭，研磨，过80目筛。
2.复合菌剂的制备：选择芽孢杆菌，假单胞菌，放线菌，木霉混合配制，其重量配比为3:2:1:1。所用菌株均为常用菌株。
3.肥料的制备：将生物炭与磷酸充分混匀，其体积配比为1:3，充分混匀后固液分离，得到生物炭-磷酸混合物。将生物炭-磷酸混合物和氨水放入密闭容器，生物炭-磷酸混合物和氨水的体积配比为1:8，12小时后取出，室温干燥4天。
4.将生物炭-磷酸铵混合物与微生物复合菌剂混合，菌液浓度为107cfu/ml充分搅拌，造粒，制备得到肥料。
5.将无包膜有机湿垃圾生物炭基肥施入土壤，种植青菜，磷酸二氢铵作为无机肥对照，在相同理化性质的土壤上每平方施肥0.3kg，40天后测量株高和干重；结果如表2所示：
表2
由表2可知，添加无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的青菜株高比空白对照增加了221.57％，比无机肥对照增加了137.69％，比有机湿垃圾生物炭增加了90.70％。
添加无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的青菜干重比空白对照增加了344.64％，比添加无机肥增加了167.74％，比添加秸秆生物炭增加了141.75％。
实施例3
本实施例的肥料的制备流程如图1所示，具体步骤如下：
1.生物炭的制备：采用菜蔬瓜果废弃物和厨余垃圾粉碎物，干燥后，500℃氮气气氛条件下，利用炭化炉热解4小时制备生物炭，研磨，过80目筛。
2.复合菌剂的制备：选择芽孢杆菌，假单胞菌，，木霉混合配制，其重量配比为1:1:1。所用菌株均为常用菌株。
3.肥料的制备：将生物炭浸入至磷酸溶液3小时，充分混匀，得到生物炭-磷酸混合物，其体积配比为1:3，将该混合物在260℃，压力为0.1MPa下聚合得到含聚合度为10-15的聚磷酸，即生物炭-聚磷酸混合物；将生物炭-聚磷酸混合物和装有氨水的敞口容器放入密闭容器，生物炭-聚磷酸混合物和氨水的体积比为1：10，在145℃下，反应14小时，取出含生物炭-聚磷酸铵混合物，室温干燥3天，造粒，即为所述无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料。将生物炭-聚磷酸铵混合物与微生物复合菌剂混合，菌液浓度为106cfu/ml充分搅拌，造粒，制备得到肥料。
4.将无包膜有机湿垃圾生物炭基肥施入土壤，种植青菜，磷酸二氢铵作为无机肥对照，在相同理化性质的土壤上每平方施肥0.3kg，40天后测量株高和干重；结果如表3所示：
表3
处理 株高cm 干重mg
空白对照 5.8 116
磷酸二氢铵(无机肥对照) 7.2 185
有机湿垃圾生物炭 8.7 215
无包膜有机湿垃圾生物炭基肥 19.7 563
由表3可知，添加无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的青菜株高比空白对照增加了239.66％，比无机肥对照增加了173.61％，比有机湿垃圾生物炭增加了126.44％。
添加无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的青菜干重比空白对照增加了385.34％，比添加无机肥增加了204.32％，比添加秸秆生物炭增加了161.86％。

Claims (9)

1.一种无包膜有机湿垃圾生物炭基肥的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一、将有机湿垃圾风干、粉碎；
步骤二、将步骤一所得的粉碎物在300~700℃条件下热解1~5小时，冷却至室温，研磨，过筛，得生物炭；
步骤三、将生物炭浸入至磷酸溶液0.5~5小时，充分混匀，得到生物炭-磷酸混合物；
步骤四、将生物炭-磷酸混合物和装有氨水的敞口容器放入密闭容器，抽真空后，反应1~24小时，取出生物炭-磷酸铵混合物，室温干燥0~5天，造粒，即为所述无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料。
2.如权利要求1所述的无包膜有机湿垃圾生物炭基肥，其特征在于，步骤一中所述有机湿垃圾包括菜蔬瓜果废弃物，厨余垃圾中的一种或者几种。
3.如权利要求1所述的无包膜有机湿垃圾生物炭基肥，其特征在于，步骤二中所述过筛为过20～100目筛，得到的生物炭粒径为80～100目。
4.如权利要求1所述的无包膜有机湿垃圾生物炭基肥，其特征在于，所述限氧热解的温度为400～600℃。
5.如权利要求1所述的无包膜有机湿垃圾生物炭基肥，其特征在于，步骤三中添加的生物炭与磷酸的体积比为1: 1~10，步骤四中添加的生物炭-磷酸混合物和氨水的体积比为1:1~20。
6.如权利要求5所述的无包膜有机湿垃圾生物炭基肥，其特征在于，步骤三中添加的生物炭与磷酸的体积比为1: 3，步骤四中添加的生物炭-磷酸混合物和氨水的体积比为1:8。
7.如权利要求1所述的无包膜有机湿垃圾生物炭基肥，其特征在于，所述微生物复合菌剂中菌种为枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、假单胞菌、放线菌、氮单胞菌、克雷伯氏菌、木霉、曲霉中一种或几种的混合，其浓度为106~108cfu/ml。
8.如权利要求1所述的无包膜有机湿垃圾生物炭基肥，其特征在于，所述的步骤三中还可以为将生物炭浸入至磷酸溶液0.5~5小时，充分混匀，得到生物炭-磷酸混合物，将该混合物在250-280℃，压力为0.08-0.1MPa下聚合得到含聚合度为10-15的聚磷酸，即生物炭-聚磷酸混合物；
进一步的，步骤四中将生物炭-聚磷酸混合物和装有氨水的敞口容器放入密闭容器，在140-150℃下，反应1~24小时，取出含生物炭-聚磷酸铵混合物，室温干燥0~5天，造粒，即为所述无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料。
9.如权利要求8所述的无包膜有机湿垃圾生物炭基肥，其特征在于，所述的步骤三中将生物炭浸入至磷酸溶液3小时，充分混匀，得到生物炭-磷酸混合物，将该混合物在260℃，压力为0.1MPa下聚合得到含聚合度为10-15的聚磷酸，即生物炭-聚磷酸混合物；
步骤四、将生物炭-聚磷酸混合物和装有氨水的敞口容器放入密闭容器，在145℃下，反应14小时，取出含生物炭-聚磷酸铵混合物，室温干燥3天，造粒，即为所述无包膜有机湿垃圾生物炭基肥料。
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