CN110229671A

CN110229671A - 一种土壤调理剂的制备方法及应用

Info

Publication number: CN110229671A
Application number: CN201910466558.1A
Authority: CN
Inventors: 赵建成; 金超群; 伍文; 郭小斌; 刘娜; 李丽
Original assignee: HUNAN JINGYUAN ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: HUNAN JINGYUAN ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2019-09-13

Abstract

本发明涉及土壤调理剂技术领域，涉及一种土壤调理剂的制备方法及应用。其中，该制备方法包括以下步骤：S1、将市政污水混合物经脱水后得到市政污泥；S2、将市政污泥送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；S3、将生物炭、氮钾复合肥作为基肥，配以硅肥、有机肥均匀混合后得到土壤调理剂半成品；S4、将土壤调理剂半成品加入调理物并充分均匀混合得到土壤调理剂成品。本发明所制备的土壤调理剂不仅修复了土壤，还循环利用了资源，进一步减少土壤调理剂的制备成本，解决了现有技术中土壤调理剂制备成本高不利于推广利用的缺陷，有助于推广使用本发明所公开制备的土壤调理剂，实现了变废为宝的目的。

Description

一种土壤调理剂的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及土壤调理剂技术领域，更具体地说，涉及一种土壤调理剂的制备方法及应用。

背景技术

土壤出现问题要合理使用土壤调理剂，快速脱离不健康状态，恢复土壤功能。在土壤问题日趋恶化的今天，土壤调理剂也是肥料产品中不可缺少的一员。而在抑制特定的土壤恶化方面有着独特的优势。

专利《土壤调理剂及含土壤调理剂的有机肥及其制备方法》公开了一种土壤调理剂及含土壤调理剂的有机肥及其制备方法。按重量份数选用动物内脏60.0-80.0份，粉碎后加入食用醋30.0-40.0份，浸泡提取液体浓缩、冻干、粉碎作为精料，雾化后加到粉煤灰中，按重量份数选精料占0.1-5.0份，加入粉煤灰占95.0-99.5份，混合均匀成为土壤调理剂；按重量份数选精料占0.1-5.0份，粉煤灰占36.3-41.2份，加入氮含量为46％的尿素占8.7份，有机质含量60％以上的草炭占50.0份，混合均匀成为含土壤调理剂的有机肥。施用土壤调理剂或含土壤调理剂的有机肥可改善土壤微生物生长条件，激发土壤微生物活力，改良土壤物理性状，提高土壤养分供应能力，促进作物生长，增强作物抗逆性、抗病性，显著提高作物单产和品质。专利《一种含腐植酸复合土壤调理剂及其制备方法和应用》公开了一种含腐植酸复合土壤调理剂及其制备方法和应用。土壤调理剂的组成包括有机组分、无机组分；所述土壤调理剂按如下质量份数组成：有机组分与无机组分质量比为1:0.5-1.5；所述有机组分为腐植酸，所述无机组分为碱渣。制备方法为：取有机组分置于带夹套的搅拌釜中，加入20-30％硝酸水溶液作为活化液，搅拌均匀，缓慢升温到60-80℃，反应0.5-1.0h后，冷却至室温，加入无机组分，混合均匀至粘稠物，常温下老化干燥4-6d，得粉状含腐植酸复合土壤调理剂。本发明还涉及该土壤调理剂作为土壤调理剂或基肥的应用。本发明土壤调理剂具有促进植物种子萌发、显著增产的效果，生产成本低，作为基肥使用方便，同时解决了工业废弃物资源化利用的问题。

上述专利中均可以作为基肥使用方便，同时解决了工业废弃物资源化利用的问题，达到土壤调理保养的目的。但是，第一份专利中需要采取数量众多的动物内脏作为原材料，而第二份专利中需要采用数量众多的腐植酸作为原料，在实际生产过程中，这两份专利所公开的土壤调理剂制备方法制作成本高，获取原料存在较大成本，并不利于实际的大规模生产制作。而在市政污水处理过程中，往往会附加产生较多的市政生活污泥，需要及时将市政生活污泥清除以便影响净化过程，由于市政污泥中存在较多的有机物质，可以提取出来加以炭化利用，若可以将市政污泥炭化后作为土壤调理剂的原材料，这一方面可以达到资源循环利用的目的，另一方面也进一步减少土壤调理剂的制备成本，但目前还没有将市政污泥炭化后作为土壤调理剂基础原料的制备方法。因此，如何利用市政污泥制备土壤调理剂成为目前亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种土壤调理剂的制备方法及应用，以解决现有技术中土壤调理剂制备成本高不利于推广利用的缺陷。

一种土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将市政污水混合物经脱水后得到市政污泥；S2、将市政污泥送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；S3、将生物炭、氮钾复合肥作为基肥，配以硅肥、有机肥均匀混合后得到土壤调理剂半成品；S4、将土壤调理剂半成品加入调理物并充分均匀混合得到土壤调理剂成品；其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。

作为本发明的优选方案，具体步骤包括有：S1、将市政污水混合物经脱水后得到含水率不大于80％的市政污泥；S2、将生物质与市政污泥按照质量分数1： 10-1：20的配比混合送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；S3、将生物炭、氮钾复合肥作为基肥，配以硅肥、有机肥均匀混合后得到土壤调理剂半成品；S4、将土壤调理剂半成品加入调理物并充分均匀混合得到土壤调理剂成品；其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。

作为本发明的优选方案，具体步骤包括有：S1、将市政污水混合物经板框压滤机脱水后得到含水率小于60％的市政污泥；S2、将市政污泥直接送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；S3、将生物炭、氮钾复合肥作为基肥，配以硅肥、有机肥均匀混合后得到土壤调理剂半成品；S4、将土壤调理剂半成品加入调理物并充分均匀混合得到土壤调理剂成品；其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。

作为本发明的优选方案，所述生物炭的指标为：pH＝7～9，有机质≥17.6％，总氮≥1.12％，总磷≥4.17％，总钾≥1.85％，总养分≥7.14％。

作为本发明的优选方案，在步骤S3中，所述生物炭、氮钾复合肥、硅肥以及有机肥的质量分数比为生物炭(20-30％)，氮钾复合肥(30-50％)作为基肥，配以硅肥(10-20％)、有机肥(10-20％)。

作为本发明的优选方案，所述碱性矿物包括有蒙脱石、石灰或电石渣、赤泥或海泡石；所述碳酸盐包括有磷矿石、磷酸钙、磷酸钾或磷酸铵。

作为本发明的优选方案，所述微生物菌剂包括有枯草芽孢杆菌或植物乳杆菌；其中，所述枯草芽孢杆菌为55.7亿/ml，所述植物乳杆菌为74亿/ml。

作为本发明的优选方案，所述土壤调理剂成品的指标为：pH＝8～10，氧化钙≥40％，氧化硅≥20％，汞≤2mg/kg，镉≤3mg/kg，砷≤10mg/kg，铅≤50mg/kg，铬≤50mg/kg。

作为本发明的优选方案，所述土壤调理剂成品的水分不大于3％，通过250μm 标准筛的细度不小于80％。

一种土壤调理剂的应用，将所制备的土壤调理剂成品应用至土壤调理中。

从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果为：本发明利用市政污泥炭化后形成的生物炭作为土壤调理剂的基础组分，由于生物炭富含微孔、可提高土壤的有机物含量、改善土壤的透气性和排水性、蓄留植物根部所需水分、养料以及提高土壤肥力；此外，生物炭颗粒由于其多孔性构造，对肥料具有缓释效果，且由生活污泥、畜禽粪便等原料生产的炭粒本身具有较高肥效，因此以炭颗粒为基础生产的生物炭基复合肥，不仅具有降低生产成本、提供产品附加值的效果，且可为农民降低农田劳作强度、提高作物产量，减少肥料的流失；生物炭就像“吸盘”一样，将土壤中的铅、镉等重金属钝化封锁，防止农作物对重金属的吸收，使农作物中的重金属镉含量水平降低30～50％，并可以吸附莠去津等除草剂，防止农作物对除草剂的吸收，从而使得本发明所制备的土壤调理剂不仅满足了修复土壤的目的，还达到资源循环利用的目的，并进一步减少土壤调理剂的制备成本，解决了现有技术中土壤调理剂制备成本高不利于推广利用的缺陷，有助于推广使用本发明所公开制备的土壤调理剂，实现了变废为宝的目的。

附图说明

图1为实验后各实验组pH值示意图。

图2为实验后各实验组土壤有效态镉含量示意图。

具体实施方式

下面实施例用于进一步详细说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定，除特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备均为本技术领域的常规试剂、方法和设备，但不以任何形式限制本发明。

实施例1：本发明实施例公开了一种土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤： S1、将市政污水混合物经脱水后得到市政污泥；S2、将市政污泥送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；S3、将生物炭、氮钾复合肥作为基肥，配以硅肥、有机肥均匀混合后得到土壤调理剂半成品；S4、将土壤调理剂半成品加入调理物并充分均匀混合得到土壤调理剂成品；其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。

具体地，所述生物炭的指标为：pH＝7～9，有机质≥17.6％，总氮≥1.12％，总磷≥4.17％，总钾≥1.85％，总养分≥7.14％。在步骤S3中，所述生物炭、氮钾复合肥、硅肥以及有机肥的质量分数比为生物炭(20-30％)，氮钾复合肥 (30-50％)作为基肥，配以硅肥(10-20％)、有机肥(10-20％)。所述碱性矿物包括有蒙脱石、石灰或电石渣、赤泥或海泡石；所述碳酸盐包括有磷矿石、磷酸钙、磷酸钾或磷酸铵。所述微生物菌剂包括有枯草芽孢杆菌或植物乳杆菌；其中，所述枯草芽孢杆菌为55.7亿/ml，所述植物乳杆菌为74亿/ml。所述土壤调理剂成品的指标为：pH＝8～10，氧化钙≥40％，氧化硅≥20％，汞≤2mg/kg，镉≤3mg/kg，砷≤10mg/kg，铅≤50mg/kg，铬≤50mg/kg。所述土壤调理剂成品的水分不大于3％，通过250μm标准筛的细度不小于80％。

本发明实施例还公开了一种土壤调理剂的应用，将所制备的土壤调理剂成品应用至土壤调理中。

实施例2：本发明实施例公开了一种土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将市政污水混合物经脱水后得到含水率不大于80％的市政污泥；S2、将生物质与市政污泥按照质量分数1：10-1：20的配比混合送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；S3、将生物炭、氮钾复合肥作为基肥，配以硅肥、有机肥均匀混合后得到土壤调理剂半成品；S4、将土壤调理剂半成品加入调理物并充分均匀混合得到土壤调理剂成品；其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。具体地，所述生物炭的指标为：pH＝7～9，有机质≥17.6％，总氮≥1.12％，总磷≥4.17％，总钾≥1.85％，总养分≥7.14％。在步骤S3中，所述生物炭、氮钾复合肥、硅肥以及有机肥的质量分数比为生物炭(20-30％)，氮钾复合肥 (30-50％)作为基肥，配以硅肥(10-20％)、有机肥(10-20％)。所述碱性矿物包括有蒙脱石、石灰或电石渣、赤泥或海泡石；所述碳酸盐包括有磷矿石、磷酸钙、磷酸钾或磷酸铵。所述微生物菌剂包括有枯草芽孢杆菌或植物乳杆菌；其中，所述枯草芽孢杆菌为55.7亿/ml，所述植物乳杆菌为74亿/ml。所述土壤调理剂成品的指标为：pH＝8～10，氧化钙≥40％，氧化硅≥20％，汞≤2mg/kg，镉≤3mg/kg，砷≤10mg/kg，铅≤50mg/kg，铬≤50mg/kg。所述土壤调理剂成品的水分不大于3％，通过250μm标准筛的细度不小于80％。

实施例3，本发明实施例公开了一种土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤： S1、将市政污水混合物经板框压滤机脱水后得到含水率小于60％的市政污泥； S2、将市政污泥直接送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；S3、将生物炭、氮钾复合肥作为基肥，配以硅肥、有机肥均匀混合后得到土壤调理剂半成品；S4、将土壤调理剂半成品加入调理物并充分均匀混合得到土壤调理剂成品；其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。具体地，所述生物炭的指标为：pH＝7～9，有机质≥17.6％，总氮≥1.12％，总磷≥4.17％，总钾≥1.85％，总养分≥7.14％。在步骤S3中，所述生物炭、氮钾复合肥、硅肥以及有机肥的质量分数比为生物炭(20-30％)，氮钾复合肥(30-50％)作为基肥，配以硅肥 (10-20％)、有机肥(10-20％)。所述碱性矿物包括有蒙脱石、石灰或电石渣、赤泥或海泡石；所述碳酸盐包括有磷矿石、磷酸钙、磷酸钾或磷酸铵。所述微生物菌剂包括有枯草芽孢杆菌或植物乳杆菌；其中，所述枯草芽孢杆菌为55.7 亿/ml，所述植物乳杆菌为74亿/ml。所述土壤调理剂成品的指标为：pH＝8～10，氧化钙≥40％，氧化硅≥20％，汞≤2mg/kg，镉≤3mg/kg，砷≤10mg/kg，铅≤50mg/kg，铬≤50mg/kg。所述土壤调理剂成品的水分不大于3％，通过250μm 标准筛的细度不小于80％。

正交实验方法：盆栽土壤来自某市中度污染农田，为更清楚了解调理剂对土壤理化性质和水稻生理指标的影响，我们以1mg/kg CdCl₂·5H₂O的形式提高土壤有效态镉含量。

在土壤加入调理剂之前先对实验土壤样进行了pH等理化性质的测量，土壤理化性质如下表1：

表1土壤理化性质

取若干份20.0kg盆栽土壤样品，分别往其中添加A(硅藻土)、B(轻质碳酸钙)和(赤泥)，每一种化学调控剂分别设3个水平，具体试验因素和水平见表2，正交试验结果见表3。

表2正交实验L9(33)的因素和水平

表3正交实验L9(33)

土壤样品经自然风干，研磨后过100目筛，保存待用。钝化率的计算公式如下：

测试本发明所公开制备的土壤调理剂对土壤pH的影响：加入硅钙基土壤调理剂且种上幼苗后土壤pH的变化如图1所示。

从图1中可以看出，试验后土壤相较于试验前土壤，pH均有所上升，与CK 空白做对照，不同比例的土壤调理剂均能提高盆栽土壤的pH值，但是6号(2:3:1) 和7号(3:1:3)土样的提升较小，pH值上升了4％左右，5号土壤的提升最为显著，也就说明，在硅藻土、轻质碳酸钙、赤泥比例为2:2:3的时候效果最为显著，pH显著提高了16％左右，而当轻质碳酸钙的占比过多或者过少时，如6， 7号土样，复合调理剂对土壤的pH提升效果是最差的，所以说明轻质碳酸钙的配比很重要，且对土壤pH的影响很大，硅藻土和赤泥对水稻土壤的pH都有着改善作用。三种化学调理剂的混合施加可以更加有效的提升土壤pH值。

土壤调理剂对土壤有效态镉含量的影响：土壤调理剂对土壤有效态镉含量的影响见图2所示。

从图2中可以看出CK组与其他处理组的镉含量有着较大差异，说明施加的硅钙基调控剂是可以更加有效的降低土壤中有效态镉含量。1、2、3、4、5、6、 7、8、9有效态镉的含量占比由52.7％、44.6％、69.7％、52.5％、55.4％、55.2％、 51.6％、54.8％和49.5％分别下降至46.6％、41.5％、48.3％、47.2％、46.1％、43.6％、 47.8％、47.4％和35.5％；处理组镉的平均值低于0.5mg/kg，低于没有处理的空白组0.57mg/kg；和没有种植水稻幼苗之前土壤有效态镉含量值相比，下降比例显著。而空白组的土壤有效态镉含量相比盆栽实验之前也有所下降，说明水稻幼苗本身可能会吸收运转土壤中的镉。

显然，从上述内容中可以看出，本发明利用市政污泥炭化后形成的生物炭作为土壤调理剂的基础组分，由于生物炭富含微孔、可提高土壤的有机物含量、改善土壤的透气性和排水性、蓄留植物根部所需水分和养料、提高土壤肥力(提高阳离子交换容量CEC)；生物炭可改善土壤结构做到干不开裂，湿不积水，捏不成团，土不板结。生物炭对植物的影响：栽培的成活率高、育苗移栽发根多、菌根发达、生长快、可以有效提高土壤温度、促使种子提前7至10天发芽、促进愈伤组织和菌根的生长。生物炭的主要用途之一是土壤生态修复。其主要作用：具有吸附VOC(挥发性有机化合物)的能力，在农业土壤修复中可防治多种植物病害；具有吸附重金属和各种农药残留的能力；具有促进微生物降解的能力，可以为微生物提供适宜的生态环境，促进微生物的生长繁殖，从而提高其对有害物质的降解能力；炭粒为弱碱性，具有酸性土壤的中和效果；可修复农作物连作种植对土壤的伤害；其多孔性形成的透水性、通气性可修复粘土质土壤；其多孔性形成的保水性、保肥性可修复砂化土壤；吸光性较好，可在通过施用再生炭实现冬季的农作物保温，例如用于稻田，可有效降低冬季造成的减产；可提高果蔬的糖度，并使果蔬更加可口(如番茄、西瓜、草莓等等)。此外，生物炭颗粒由于其多孔性构造，对肥料具有缓释效果，且由生活污泥、畜禽粪便等原料生产的炭粒本身具有较高肥效，因此以炭颗粒为基础生产的生物炭基复合肥，不仅具有降低生产成本、提供产品附加值的效果，且可为农民降低农田劳作强度(保水、保肥)、提高作物产量，减少肥料的流失。生物炭就像“吸盘”一样，将土壤中的铅、镉等重金属钝化封锁，防止农作物对重金属的吸收，使农作物中的重金属镉含量水平降低30～50％。此外，生物炭还可以吸附莠去津等除草剂，防止农作物对除草剂的吸收。施用生物炭的耕地有类似于黑土地的特点，因此大规模推广生物炭的使用是耕地生态修复的最佳途径。生物炭既可作为能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等，可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案，从而使得本发明所制备的土壤调理剂不仅满足了修复土壤的目的，还达到资源循环利用的目的，并进一步减少土壤调理剂的制备成本，解决了现有技术中土壤调理剂制备成本高不利于推广利用的缺陷，有助于推广使用本发明所公开制备的土壤调理剂，实现了变废为宝的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将市政污水混合物经脱水后得到市政污泥；

S2、将市政污泥送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；

S3、将生物炭、氮钾复合肥作为基肥，配以硅肥、有机肥均匀混合后得到土壤调理剂半成品；

S4、将土壤调理剂半成品加入调理物并充分均匀混合得到土壤调理剂成品；

其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。

2.根据权利要求1所述的一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，具体步骤包括有：

S1、将市政污水混合物经脱水后得到含水率不大于80％的市政污泥；

S2、将生物质与市政污泥按照质量分数1：10-1：20的配比混合送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；

其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。

3.根据权利要求1所述的一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，具体步骤包括有：

S1、将市政污水混合物经板框压滤机脱水后得到含水率小于60％的市政污泥；

S2、将市政污泥直接送入炭化炉内进行炭化得到生物炭；

其中，所述调理物包括有碱性矿物、碳酸盐或微生物菌剂。

4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述生物炭的指标为：pH＝7～9，有机质≥17.6％，总氮≥1.12％，总磷≥4.17％，总钾≥1.85％，总养分≥7.14％。

5.根据权利要求1所述的一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述生物炭、氮钾复合肥、硅肥以及有机肥的质量分数比为生物炭(20-30％)，氮钾复合肥(30-50％)作为基肥，配以硅肥(10-20％)、有机肥(10-20％)。

6.根据权利要求1所述的一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述碱性矿物包括有蒙脱石、石灰或电石渣、赤泥或海泡石；所述碳酸盐包括有磷矿石、磷酸钙、磷酸钾或磷酸铵。

7.根据权利要求1所述的一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述微生物菌剂包括有枯草芽孢杆菌或植物乳杆菌；其中，所述枯草芽孢杆菌为55.7亿/ml，所述植物乳杆菌为74亿/ml。

8.根据权利要求1所述的一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述土壤调理剂成品的指标为：pH＝8～10，氧化钙≥40％，氧化硅≥20％，汞≤2mg/kg，镉≤3mg/kg，砷≤10mg/kg，铅≤50mg/kg，铬≤50mg/kg。

9.根据权利要求1所述的一种土壤调理剂的制备方法，其特征在于，所述土壤调理剂成品的水分不大于3％，通过250μm标准筛的细度不小于80％。

10.一种土壤调理剂的应用，其特征在于，将权利要求1中所制备的土壤调理剂成品应用至土壤调理中。