CN109534897A - 一种用于吸附重金属的生物有机肥及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于吸附重金属的生物有机肥，其特征在于，包括以下按重量份计的各组分：基质33～45份、微生物菌群12～18份和无机重金属吸附材料19～27份，所述基质包括以下按重量份计的各组分：动物粪便30～42份、植物秸秆26～38份、稻壳12～19份和小麦皮11～20份。生物有机肥中的微生物菌群和无机重金属吸附材料可有效吸附土壤中的重金属离子，相互促进，去除重金属的同时，提高土壤质量，利于农作物生长；将发酵原料放置于推流式发酵仓中进行发酵，同时还采用搅拌器不断搅拌，可以使发酵更充分、更均匀，以提高生物有机肥的质量和利用率，使生物有机肥可以充分被分解利用，改良土壤，减少病害。

Description

一种用于吸附重金属的生物有机肥及其制备工艺
技术领域
本发明涉及生物有机肥技术领域，具体涉及一种用于吸附重金属的生物有机肥及其制备工艺。
背景技术
生物有机肥是指特定功能微生物与主要以动植物残体为来源，并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料，生物有机肥的营养元素齐全、能够改良土壤、提高植物的抗病虫能力、提高产量与品质。耕作土壤中含有少量重金属，主要是铜、镉、铅、铬和锌，这些重金属主要来源于土壤自身和人类工业排放造成的污染，工业排放的重金属不仅量大，而且转移能力强，易被动植物吸收。自然界中的重金属分为生物有效态和生物无效态，有效态主要指是能游离于环境中被外界吸收的离子态，无效态重金属主要结合在土壤的无机盐矿物中，难以被作物利用，不利于农作物生长，且用微生物制作的肥料对重金属消除的应用鲜有推广，鉴于此，有必要对传统的生物有机肥及其制备工艺做出改进。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于吸附重金属的生物有机肥及其制备工艺，可降低土壤中的重金属离子含量，提高土壤质量，利于农作物生长。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种用于吸附重金属的生物有机肥，包括以下按重量份计的各组分：基质33～45份、微生物菌群12～18份和无机重金属吸附材料19～27份，基质包括以下按重量份计的各组分：动物粪便30～42份、植物秸秆26～38份、稻壳12～19份、小麦皮11～20份和尾菜8～12份。
优选地，前述微生物菌群为褐球固氮菌、放射形根瘤菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、康宁木霉、草酸青霉、硫酸盐还原菌、氧化亚铁硫杆菌、荧光假单胞菌、双歧杆菌、布氏乳杆菌、腐质生放线菌、嗜冷芽胞杆菌、溶硫胺芽胞杆菌、产黄青霉、淡紫拟青霉和重金属钝化菌种的混合物，重金属钝化菌种为黄孢原毛平革菌、胶质芽孢杆菌、球囊菌和芽枝胞菌的混合物。
再优选地，前述无机重金属吸附材料包括以下按重量份计的各组分：硅藻土12～19份、粉煤灰15～22份、生物炭粉11～16份、蒙脱石21～29份和海泡石8～12份。
更优选地，前述动物粪便为猪粪、鸡粪、牛粪中的任意一种或任意几种的混合物。
进一步优选地，前述植物秸秆为水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆中的任意一种或任意几种的混合物，尾菜为蔬菜餐厨剩余物或菜地及菜场残留叶片。
一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，包括以下制备步骤：
S1、将动物粪便进行干湿分离，然后将物秸秆、稻壳、小麦皮和尾菜混合均匀后进行粉碎，粉碎后的物料与干燥的动物粪便混合后，送入烘房中进行干燥，干燥的过程中持续搅拌，干燥完成后冷却至室温，得到基质；
S2、将基质和微生物菌群按照上述重量比混合均匀，并采用搅拌机充分搅拌形成发酵原料，将发酵原料放置于推流式发酵仓中，发酵原料由发酵仓的进料口进入，发酵仓开始旋转翻滚以混合发酵原料，同时通过搅拌器对发酵原料进行充分搅拌，进行发酵，发酵原料沿发酵仓移动至出料口，得到发酵料；
S3、取出发酵料进行冷却风干后倒入搅拌机中，加入无机重金属吸附材料，搅拌均匀后，得到生物有机肥；
S4、将生物有机肥送入造粒车间进行造粒，然后依次进行烘干、冷却后包装储藏，得到生物有机肥产品。
优选地，前述步骤S1中，粉碎后的物料目数为60～70目，烘房的干燥温度为55～65℃，干燥时间为1.5～2.5h。
再优选地，前述步骤S2中，发酵时间为6～11天，发酵温度为42～55℃。
更优选地，前述步骤S2中，搅拌器的搅拌速度为1500～2000r/min。
进一步优选地，前述步骤S3中，冷却风干的时间为2～4天。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明的生物有机肥中的微生物菌群可以大大降低土壤中的重金属离子含量，以提高土壤质量，利于农作物生长，其中，双歧杆菌和布氏乳杆菌可通过分泌脂肪分解酵素来提高环境的pH，使重金属离子发生絮凝沉淀，从而大大降低重金属离子的含量；荧光假单胞菌分泌的生物高分子可以通过羟基、羧基等官能团使Hg、Cd、Zn等重金属离子发生沉淀；硫酸盐还原菌通过释放甘油使锌发生沉淀；氧化亚铁硫杆菌分泌硫化氢来沉淀铜；产黄青霉和淡紫拟青霉对Pb和Cd离子具有较好的吸附和耐受性；
(2)荧光假单胞菌、胶质芽孢杆菌、芽枝胞菌和双歧杆菌不仅可以分泌降解秸秆、粪便的酶，转化为植物利用，还可分泌拮抗病原菌的多种成分，减少了果蔬及植物病害，提高了农作物的产量；荧光假单胞菌在钝化重金属同时，还可以起到促进植物生长的作用，且可提高有机肥的肥效；
(3)微生物菌群中的腐质生放线菌和嗜冷芽胞杆菌促进了钝化菌的生长，进一步提高了重金属的去除效果；
(4)重金属钝化菌种可让重金属离子进行缓慢氧化，使重金属离子不在以离子状态减少，以缓解作物的吸收，且黄孢原毛平革菌可以降低土壤中的金属镉含量；
(5)本发明的生物有机肥中的无机重金属吸附材料可有效吸附土壤中的重金属离子，从而提高土壤质量，利于农作物生长；
(6)将发酵原料放置于推流式发酵仓中进行发酵，同时还采用搅拌器不断搅拌，可以使发酵更充分、更均匀，以提高生物有机肥的质量和利用率，使生物有机肥可以充分被分解利用。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
一种用于吸附重金属的生物有机肥，包括以下按重量份计的各组分：基质33份、微生物菌群12份和无机重金属吸附材料19份，基质包括以下按重量份计的各组分：猪粪30份、水稻秸秆26份、稻壳12份、小麦皮11份和蔬菜餐厨剩余物8份。
微生物菌群为褐球固氮菌、放射形根瘤菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、康宁木霉、草酸青霉、硫酸盐还原菌、氧化亚铁硫杆菌、荧光假单胞菌、双歧杆菌、布氏乳杆菌、腐质生放线菌、嗜冷芽胞杆菌、溶硫胺芽胞杆菌、产黄青霉、淡紫拟青霉和重金属钝化菌种的混合物，重金属钝化菌种为黄孢原毛平革菌、胶质芽孢杆菌、球囊菌和芽枝胞菌的混合物。
无机重金属吸附材料包括以下按重量份计的各组分：硅藻土12份、粉煤灰15份、生物炭粉11份、蒙脱石21份和海泡石8份。
一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，包括以下制备步骤：
S1、将动物粪便进行干湿分离，然后将物秸秆、稻壳、小麦皮和蔬菜餐厨剩余物混合均匀后进行粉碎至目数为60目，粉碎后的物料与干燥的动物粪便混合后，送入烘房中进行干燥，干燥温度为55℃，干燥时间为1.5h，干燥的过程中持续搅拌，干燥完成后冷却至室温，得到基质；
S2、将基质和微生物菌群按照上述重量比混合均匀，并采用搅拌机充分搅拌形成发酵原料，将发酵原料放置于推流式发酵仓中，发酵原料由发酵仓的进料口进入，发酵仓开始旋转翻滚以混合发酵原料，同时通过搅拌器对发酵原料进行充分搅拌，搅拌速度为1500r/min，进行发酵过程，发酵时间为6天，发酵温度为42℃，发酵原料沿发酵仓移动至出料口，得到发酵料；
S3、取出发酵料进行冷却风干2天后倒入搅拌机中，加入无机重金属吸附材料，搅拌均匀后，得到生物有机肥；
S4、将生物有机肥送入造粒车间进行造粒，然后依次进行烘干、冷却后包装储藏，得到生物有机肥产品。
实施例2
一种用于吸附重金属的生物有机肥，包括以下按重量份计的各组分：基质45份、微生物菌群18份和无机重金属吸附材料27份，基质包括以下按重量份计的各组分：鸡粪42份、玉米秸秆38份、稻壳19份、小麦皮20份和蔬菜餐厨剩余物12份。
微生物菌群为褐球固氮菌、放射形根瘤菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、康宁木霉、草酸青霉、硫酸盐还原菌、氧化亚铁硫杆菌、荧光假单胞菌、双歧杆菌、布氏乳杆菌、腐质生放线菌、嗜冷芽胞杆菌、溶硫胺芽胞杆菌、产黄青霉、淡紫拟青霉和重金属钝化菌种的混合物，重金属钝化菌种为黄孢原毛平革菌、胶质芽孢杆菌、球囊菌和芽枝胞菌的混合物。
无机重金属吸附材料包括以下按重量份计的各组分：硅藻土19份、粉煤灰22份、生物炭粉16份、蒙脱石29份和海泡石12份。
一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，包括以下制备步骤：
S1、将动物粪便进行干湿分离，然后将物秸秆、稻壳、小麦皮和蔬菜餐厨剩余物混合均匀后进行粉碎至目数为70目，粉碎后的物料与干燥的动物粪便混合后，送入烘房中进行干燥，干燥温度为65℃，干燥时间为2.5h，干燥的过程中持续搅拌，干燥完成后冷却至室温，得到基质；
S2、将基质和微生物菌群按照上述重量比混合均匀，并采用搅拌机充分搅拌形成发酵原料，将发酵原料放置于推流式发酵仓中，发酵原料由发酵仓的进料口进入，发酵仓开始旋转翻滚以混合发酵原料，同时通过搅拌器对发酵原料进行充分搅拌，搅拌速度为2000r/min，进行发酵过程，发酵时间为11天，发酵温度为55℃，发酵原料沿发酵仓移动至出料口，得到发酵料；
S3、取出发酵料进行冷却风干4天后倒入搅拌机中，加入无机重金属吸附材料，搅拌均匀后，得到生物有机肥；
S4、将生物有机肥送入造粒车间进行造粒，然后依次进行烘干、冷却后包装储藏，得到生物有机肥产品。
实施例3
一种用于吸附重金属的生物有机肥，包括以下按重量份计的各组分：基质38份、微生物菌群15份和无机重金属吸附材料23份，基质包括以下按重量份计的各组分：牛粪36份、小麦秸秆31份、稻壳15份、小麦皮16份和菜场残留叶片10份。
微生物菌群为褐球固氮菌、放射形根瘤菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、康宁木霉、草酸青霉、硫酸盐还原菌、氧化亚铁硫杆菌、荧光假单胞菌、双歧杆菌、布氏乳杆菌、腐质生放线菌、嗜冷芽胞杆菌、溶硫胺芽胞杆菌、产黄青霉、淡紫拟青霉和重金属钝化菌种的混合物，重金属钝化菌种为黄孢原毛平革菌、胶质芽孢杆菌、球囊菌和芽枝胞菌的混合物。
无机重金属吸附材料包括以下按重量份计的各组分：硅藻土15份、粉煤灰19份、生物炭粉14份、蒙脱石25份和海泡石10份。
一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，包括以下制备步骤：
S1、将动物粪便进行干湿分离，然后将物秸秆、稻壳、小麦皮和菜场残留叶片混合均匀后进行粉碎至目数为65目，粉碎后的物料与干燥的动物粪便混合后，送入烘房中进行干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为2h，干燥的过程中持续搅拌，干燥完成后冷却至室温，得到基质；
S2、将基质和微生物菌群按照上述重量比混合均匀，并采用搅拌机充分搅拌形成发酵原料，将发酵原料放置于推流式发酵仓中，发酵原料由发酵仓的进料口进入，发酵仓开始旋转翻滚以混合发酵原料，同时通过搅拌器对发酵原料进行充分搅拌，搅拌速度为1800r/min，进行发酵过程，发酵时间为9天，发酵温度为48℃，发酵原料沿发酵仓移动至出料口，得到发酵料；
S3、取出发酵料进行冷却风干3天后倒入搅拌机中，加入无机重金属吸附材料，搅拌均匀后，得到生物有机肥；
S4、将生物有机肥送入造粒车间进行造粒，然后依次进行烘干、冷却后包装储藏，得到生物有机肥产品。
对比例1
选择市售的普通有机肥作对比例1。
对比例2
本对比例与实施例1中制备的有机肥相似，区别在于没有加入腐质生放线菌和嗜冷芽胞杆菌。
性能检测实验一：将实施例1、实施例2、实施例3和对比例1中的生物有机肥分别用于作物的种植过程中，在作物成熟后分别检测其产物增量以及土壤中的重金属离子浓度，计算各有机肥对重金属离子的吸附率，具体结果如下表：
通过表格可知，实施例1、实施例2和实施例3中制备的生物有机肥可有效吸附土壤中的重金属离子，吸附率可达80～90％，大大提高了土壤质量，且产物增量在20～30％，利于农作物生长。
性能检测实验二：将实施例1、实施例2、实施例3和对比例2中的生物有机肥分别用于小麦作物的种植过程中，在小麦作物成熟后分别检测其土壤中的重金属离子浓度，计算各有机肥对重金属离子的吸附率，具体结果如下表：
实施例1 实施例2 实施例3 对比例2
吸附率 85％ 84％ 86％ 55％
通过表格可知，实施例1、实施例2和实施例3中制备的生物有机肥可有效吸附土壤中的重金属离子，比对比例2的吸附率高30％左右，说明本发明中加入的腐质生放线菌和嗜冷芽胞杆菌可进一步提高重金属的去除效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于吸附重金属的生物有机肥，其特征在于，包括以下按重量份计的各组分：基质33～45份、微生物菌群12～18份和无机重金属吸附材料19～27份，所述基质包括以下按重量份计的各组分：动物粪便30～42份、植物秸秆26～38份、稻壳12～19份、小麦皮11～20份和尾菜8～12份。
2.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的生物有机肥，其特征在于，所述微生物菌群为褐球固氮菌、放射形根瘤菌、枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、康宁木霉、草酸青霉、硫酸盐还原菌、氧化亚铁硫杆菌、荧光假单胞菌、双歧杆菌、布氏乳杆菌、腐质生放线菌、嗜冷芽胞杆菌、溶硫胺芽胞杆菌、产黄青霉、淡紫拟青霉和重金属钝化菌种的混合物，所述重金属钝化菌种为黄孢原毛平革菌、胶质芽孢杆菌、球囊菌和芽枝胞菌的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的生物有机肥，其特征在于，所述无机重金属吸附材料包括以下按重量份计的各组分：硅藻土12～19份、粉煤灰15～22份、生物炭粉11～16份、蒙脱石21～29份和海泡石8～12份。
4.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的生物有机肥，其特征在于，所述动物粪便为猪粪、鸡粪、牛粪中的任意一种或任意几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种用于吸附重金属的生物有机肥，其特征在于，所述植物秸秆为水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆中的任意一种或任意几种的混合物，所述尾菜为蔬菜餐厨剩余物或菜地及菜场残留叶片。
6.一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1、将动物粪便进行干湿分离，然后将物秸秆、稻壳、小麦皮和尾菜混合均匀后进行粉碎，粉碎后的物料与干燥的动物粪便混合后，送入烘房中进行干燥，干燥的过程中持续搅拌，干燥完成后冷却至室温，得到基质；
S2、将基质和微生物菌群按照上述重量比混合均匀，并采用搅拌机充分搅拌形成发酵原料，将发酵原料放置于推流式发酵仓中，发酵原料由发酵仓的进料口进入，发酵仓开始旋转翻滚以混合发酵原料，同时通过搅拌器对发酵原料进行充分搅拌，进行发酵，发酵原料沿发酵仓移动至出料口，得到发酵料；
S3、取出发酵料进行冷却风干后倒入搅拌机中，加入无机重金属吸附材料，搅拌均匀后，得到生物有机肥；
S4、将生物有机肥送入造粒车间进行造粒，然后依次进行烘干、冷却后包装储藏，得到生物有机肥产品。
7.根据权利要求6所述的一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中，粉碎后的物料目数为60～70目，烘房的干燥温度为55～65℃，干燥时间为1.5～2.5h。
8.根据权利要求6所述的一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中，发酵时间为6~11天，发酵温度为42~55℃。
9.根据权利要求6所述的一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2中，搅拌器的搅拌速度为1500~2000r/min。
10.根据权利要求6所述的一种用于吸附重金属的生物有机肥的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中，冷却风干的时间为2~4天。
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