CN111704507A - 一种生物炭基有机肥的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物炭基有机肥的制备方法，包括：将秸秆处理为秸秆颗粒，置入搅拌器中进行搅拌；将生物炭与沼渣以一定的质量比混合并加入所述搅拌器中进行搅拌，形成混合物A；向所述混合物A中加入工业红糖调节碳氮比，继续搅拌，形成混合物B；向所述混合物B中加入粘结剂与微生物复合菌剂，继续搅拌，形成混合物C；将所述混合物C进行堆肥、烘干、挤压成型造粒、粉碎与筛分，制成生物炭基有机肥。本发明通过添加复配菌剂、粘结剂以及采用挤压造粒的成型方式能够有效地改善炭基肥强度低、返料率高以及作用单一的问题，加入多种菌群复配而成的菌剂，使得生产出的炭基肥能够加快堆肥的启动速率、施用效果更加全面并适用于多种作物的生长过程。

Description

一种生物炭基有机肥的制备方法

技术领域

本发明涉及有机肥料制备技术领域，具体而言，涉及一种生物炭基有机肥的制备方法。

背景技术

近年来，厌氧发酵技术快速发展，厌氧发酵产业量增多，导致我国产生大量的沼废。目前，我国的沼废年产量在4亿吨左右，然而对于沼废处理的研究较少，相关处理机械较少，沼废本身营养含量较少，因此大量沼废仅被用作还田，无法实现更加高值化的利用，使得我国对于沼废的综合利用率偏低。

生物炭作为近年来兴起的环保材料，由于其高孔隙度，被广泛用作土壤改良剂，增加土壤孔隙度，可有效改善土壤肥力，提高土壤持水率，增加土壤对营养物质的吸收能力，提高肥料养分的利用率。并且生物炭的添加能提高了土壤中全碳含量，使制得的炭基肥具有一定的固炭作用，且具有一定的金属钝化效果。然而，目前生物炭基肥的生产工艺尚不成熟，以传统有机肥的生产工艺为主。由于生物炭脆性高、强度低与粘结性差的特点，采用目前的有机肥产品生产工艺生产的炭基肥强度低、返料率高以及成型率低，并造成总体产率不高。

发明内容

本发明解决的问题是：目前生物炭基肥的生产工艺尚不成熟，以传统有机肥的生产工艺为主。由于生物炭脆性高、强度低与粘结性差的特点，采用目前的有机肥产品生产工艺生产的炭基肥强度低、返料率高以及成型率低，并造成总体产率不高。

为解决上述问题，本发明提供一种生物炭基有机肥的制备方法，包括：

步骤S1、将秸秆处理为秸秆颗粒，置入搅拌器中进行搅拌；

步骤S2、将生物炭与沼渣以一定的质量比混合并加入所述搅拌器中进行搅拌，形成混合物A；

步骤S3、向所述混合物A中加入工业红糖调节碳氮比，继续搅拌，形成混合物B；

步骤S4、向所述混合物B中加入粘结剂与微生物复合菌剂，继续搅拌，形成混合物C；

步骤S5、将所述混合物C进行堆肥、烘干、挤压成型造粒、粉碎与筛分，制成生物炭基有机肥。

可选地，所述步骤S1中，将所述秸秆处理至长度为2cm至3cm的长条状，并将长条状的所述秸秆颗粒置入所述搅拌器中搅拌5min至6min。

可选地，所述步骤S2中，所述生物炭与所述沼渣的质量比为在1：9至1：7范围内。

可选地，所述步骤S3中，加入所述工业红糖至所述混合物B中的碳氮比至23：1至27：1范围内。

可选地，所述步骤S3中还加入糠醛废水和/或补充水至所述混合物B中的含水率达到55％至65％范围内，pH在6.3至6.7范围内。

可选地，所述粘结剂包括天然树胶，所述天然树胶的加入量与所述混合物B的质量比在1.8％至2.2％范围内。

可选地，所述微生物复合菌剂由胶质芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌与黑曲霉菌混合制成。

可选地，所述微生物复合菌剂加入量与所述混合物B的料液比在1mL：22g至1mL：18g范围内。

可选地，所述步骤S5中，所述将所述混合物C进行堆肥包括：

将所述混合物C以长条垛式堆放，堆放高度在1.3米至1.5米范围内，每隔3天至5天进行翻堆，堆放时长在50天至60天范围内。

可选地，所述烘干采用真空干燥箱进行减压式烘干，烘干至物料含水率在15％至20％范围内。

相对于现有技术，本发明提供的生物炭基有机肥的制备方法具有以下优势：

(1)本发明通过添加复配菌剂、粘结剂以及采用挤压造粒的成型方式能够有效地改善炭基肥强度低、返料率高以及作用单一的问题。

(2)本发明通过添加菌群，能改善土壤中微生物的生存条件，提高土壤中的酶活性，进而够促进堆体的腐熟度、改善土壤品质、提高作物产量、改善作物品质；加入多种菌群复配而成的菌剂，使得生产出的炭基肥能够加快堆肥的启动速率、施用效果更加全面并适用于多种作物的生长过程，微生物复合菌剂的接种，在最终施用过程中能够具有更加全面的效果，并可应用到更多种类的作物生长过程中。

(3)本发明在制肥过程中加入工业红糖，与其他糖相比，不仅可以充当补充碳源、微生物的营养物质，且工业红糖中还含有部分铁钙钾等矿物质元素，可提升肥料的营养含量，且铁和钙都是植物生长所必须的微量元素，因此工业红糖的添加可以有效促进植物的生长。

(4)本发明生物炭基有机肥的制备方法中添加糠醛废水，既可用于调节初始pH，同时糠醛废水中还有的大量酸类物质还可对底物中的辅料秸秆颗粒以及沼渣进行预处理，使二者成分中的三素(木质素，纤维素、半纤维素)得到充分降解，使堆肥的启动速度更快，有机物降解更充分。

(5)本发明选用天然树胶作为粘结剂，这种粘结剂制作原料取自松树或柏树提取，易降解，对植物生长没有损害。

附图说明

图1为本发明所述的生物炭基有机肥的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。“范围内”包括端值。

此外，本发明虽然对制备中的各步骤进行了如S1、S2、S3等形式的描述，但此描述方式仅为了便于理解，如S1、S2、S3等形式并不表示对各步骤先后顺序的限定。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

结合图1所示，本发明提供一种生物炭基有机肥的制备方法，包括：

步骤S1、将秸秆处理为秸秆颗粒，置入搅拌器中进行搅拌；

步骤S2、将生物炭与沼渣以一定的质量比混合并加入所述搅拌器中进行搅拌，形成混合物A；

步骤S3、向所述混合物A中加入工业红糖，继续搅拌，形成混合物B；

步骤S4、向所述混合物B中加入粘结剂与微生物复合菌剂，继续搅拌，形成混合物C；

步骤S5、将所述混合物C进行堆肥、烘干、挤压成型造粒、粉碎与筛分，制成生物炭基有机肥。

现有的炭基肥生产中通常只加入某一种特定菌群，使得生产的肥料效果单一，并且传统生物炭基有机肥的初始酶活性较低，启动速率较慢，且成分较为单一，应用菌种较为单一，粘结剂添加量较高，多以颗粒状为主，灰分含量较高，因此施用条件苛刻、效果一般、不易运输、大量的粘结剂使得肥效大幅下降。

本发明通过添加菌群，能改善土壤中微生物的生存条件，提高土壤中的酶活性，进而能够促进堆体的腐熟度、改善土壤品质、提高作物产量、改善作物品质；加入多种菌群复配而成的菌剂，使得生产出的炭基肥能够加快堆肥的启动速率、施用效果更加全面并适用于多种作物的生长过程，微生物复合菌剂的接种，在最终施用过程中能够具有更加全面的效果，并可应用到更多种类的作物生长过程中。

本发明通过添加复配菌剂、粘结剂以及采用挤压造粒的成型方式能够有效地改善炭基肥强度低、返料率高以及作用单一的问题。

生物炭添加有效地减少堆肥的腐熟时间，使腐熟时间相比于未添加生物炭减少4至5天，且在一定程度上钝化了土壤中的金属元素，减少了堆肥成熟的时间。

具体地，步骤S1中，先将秸秆裁剪成2cm至3cm的长条状，再将长条状的秸秆颗粒置入搅拌器中搅拌5min至6min，使得秸秆颗粒被充分打碎，便于秸秆对沼液营养物质的吸附及成型固定等功能。

具体地，步骤S2中，将生物炭与沼渣以质量比为1：9至1：7的比例混合并置入搅拌器中进行搅拌混合，生物炭与沼渣质量比优选1：8，搅拌混合5min至6min。

具体地，步骤S3中，在混合物A中加入工业红糖直至混合物B中的碳氮比为23：1至27：1的范围内，优选为25：1，在制肥过程中加入工业红糖，与其他糖相比，不仅可以充当补充碳源、微生物的营养物质，且工业红糖中还含有部分铁钙钾等矿物质元素，可提升肥料的营养含量，且铁和钙都是植物生长所必须的微量元素，因此工业红糖的添加可以有效促进植物的生长。

优选地，在步骤S3中还加入糠醛废水和/或补充水至所述混合物B中的含水率达到55％至65％范围内，pH在6.3至6.7之间；优选含水率为60％，pH为6.5。其中，我国每年有大量的糠醛废水产生，无法得到完全有效的处理，在本发明生物炭基有机肥的制备方法中添加糠醛废水，既可用于调节初始pH，同时糠醛废水中还有的大量酸类物质还可对底物中的辅料秸秆颗粒以及沼渣进行预处理，使二者成分中的三素(木质素，纤维素、半纤维素)得到充分降解，使堆肥的启动速度更快，有机物降解更充分。

具体地，本实施例所述的粘结剂包括天然树胶，天然树胶的加入量与混合物B的质量比在1.8％至2.2％范围内，优选为2％。本发明选用天然树胶作为粘结剂，这种粘结剂制作原料取自松树或柏树提取，易降解，对植物生长没有损害。

具体地，本实施例所述的微生物复合菌剂由胶质芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌与黑曲霉菌混合制成。步骤S4中，微生物复合菌剂加入量与所述混合物B的料液比在1mL：22g至1mL：18g范围内，优选为1ml：20g。本发明针对沼渣资源化利用率较低的问题以及在沼渣生物炭混合堆肥过程中产生的部分问题，通过对菌种的优选，优选出胶质芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌、枯草芽孢杆菌、黑曲霉菌和光合细菌未出现结抗作用的菌种进行复配，得到了一种效果更优的复配菌剂。

具体地，本实施例所述的堆肥包括将所述混合物C以长条垛式堆放，堆放高度在1.3米至1.5米范围内，每隔3天至5天进行翻堆，堆肥时长在50天至60天范围内。堆肥后进行烘干，本实施例所述的烘干采用真空干燥箱进行减压式烘干，烘干至堆肥后的生物炭基有机肥含水率在15％至20％范围内，再通过挤出机进行挤压成型造粒，并通过破碎筛分制备出一定粒径的粒状生物炭基有机肥，施入土壤后，土壤中全氮含量、速效磷含量、速效钾含量、持水率升高，土壤容重有所降低，并显著地提高了施用后的种子发芽率以及作物的长势。

实施例一

在上述实施方式的基础上，本实施例提供一种生物炭基有机肥的具体制备方法，具体方法如下所述：

步骤S1、将秸秆剪裁成2cm至3cm的长条状，并将长条状的秸秆颗粒置入搅拌器中进行搅拌，搅拌5min，秸秆颗粒被打碎；

步骤S2、向搅拌器中加入生物炭与沼渣，其中，生物炭与沼渣以1：8的质量比混合加入，并搅拌5min，生物炭、沼渣与秸秆颗粒充分混匀，形成混合物A，具体地，反应体系中秸秆颗粒、生物炭与沼渣的质量比为0.2：1：8；

步骤S3、向混合物A中逐渐加入工业红糖以调节碳氮比，加入糠醛废水与补充水，直至反应体系中的碳氮比达到25：1，含水率达到60％，pH达到6.5，搅拌5min，形成混合物B；

步骤S4、向混合物B中加入天然橡胶与微生物复合菌剂，其中，天然橡胶的加入量与混合物B的质量比为2％，微生物复合菌剂由胶质芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌与黑曲霉菌混合制成，微生物复合菌剂加入量与混合物B的料液比为1ml：20g范围内，继续搅拌5min，形成混合物C；

步骤S5、将混匀后的混合物C运输至堆肥区域，使其成长条垛式堆放，高度控制在1.5米，每隔3天对堆体进行翻堆，堆肥60天；再将堆肥后的物料通过真空干燥箱进行减压式烘干，使其含水率稳定在18％左右，并放入对辊式挤压造粒机中造粒；将挤压形成的大片经过破碎与筛分，即可制成一定粒径的固态成品生物炭基有机肥。采用减压烘干，使得烘干后的物质较松散，使得后续成型时更加容易，且减压烘干的干燥温度较低，使其中的菌种能够保持较高的活性，不至于因高温被灭活。

具体地，本实施例采用挤压成型的工艺，与传统造粒方式相比，显著的改善了炭基肥的强度，降低了炭基肥的返料率；采用定量的天然树胶作为粘结剂，降低了传统添加剂对肥效的影响，以及粘结剂对植物生长的危害。二者相结合，成型率提高30％，返料率降低20％。

通过对上述制备方法制成的生物炭基有机肥中有机质质量分数、总养分、水分质量分数、酸碱度、砷、贡、铅、镉与铬的含量进行分析，并与有机肥料新标准进行对比，具体结果如表1所示。

表1.生物炭基有机肥养分、水分与重金属等含量

检测项目名称	NY525-2012	实测
			有机质质量分数(以烘干基计)，％	45	55.39
总养分(TN+P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>+K<sub>2</sub>O)(以烘干基计)，％	5.0	6.67
			水分(鲜样)质量分数，％	30	15
酸碱度(pH)	5.5～8.5	8.0
			总砷(As)(以烘干基计)，mg/kg	15	8.65
总汞(Hg)(以烘干基计)，mg/kg	2	1.19
			总铅(Pb)(以烘干基计)，mg/kg	50	43.25
总镉(Cd)(以烘干基计)，mg/kg	3	2.06
			总铬(Cr)(以烘干基计)，mg/kg	150	60.58

如表1所示，本发明所述的生物炭基有机肥制备方法制备出的生物炭基有机肥，有机质与总养分达到的有机肥标准含量，并且含水分低，砷、贡、铅、镉与铬的含量均低于有机肥标准含量，符合有机肥的使用标准。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上，微生物复合菌剂采用胶质芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌与黑曲霉菌菌液以体积比1:0.6:0.6:0.5:0.3:0.1比例混合，将添加复合菌剂的生物炭基有机肥与未添加复合菌剂的空白样进行对比，并对达到50℃时间、处于高温天数、玉米产量、大豆产量与有机物降解率进行表征，结果如表2所示。

表2.添加复合菌剂与空白样对比

如表2所示，本发明所述的生物炭基有机肥制备方法制备出的生物炭基有机肥，添加复合菌剂与未添加菌剂相比，堆肥发酵时堆体达到50℃的时间明显缩减，而到达50℃后处于高温的天数明显增多，复合菌剂与未添加菌剂相比玉米与大豆产量均有所提升，并且木质素、纤维素与半纤维素等有机物的降解率明显增大。按照此体积比对菌群进行复配，与现有菌剂相比，可有效提高玉米、大豆等农作物的产量和肥料利用效率。

实施例三

本实施例在上述实施例的基础上，将添加工业红糖调节碳氮比至25：1与未添加工业红糖的空白样进行对比，结果如表3所示。

表3.添加工业红糖调节碳氮比与空白样结果表征

如表3所示，添加工业红糖调节碳氮比与未添加工业红糖相比，大都平均的株高在出苗后不同时长均有所增长，原理在于工业红糖能够充当补充碳源、微生物的营养物质，且工业红糖中还含有部分铁钙钾等矿物质元素，可提升肥料的营养含量，且铁和钙都是植物生长所必须的微量元素，因此工业红糖的添加可以有效促进植物的生长。

实施例四

本实施例在上述实施例的基础上，将添加糠醛废水与未添加糠醛废水的空白样进行对比实验，结果如表4所示。

表4.添加糠醛废水与空白样结果表征

	未添加糠醛废水	添加糠醛废水
			木质素降解率(处理6天，50℃)	0	5.2％
纤维素降解率(处理6天，50℃)	0	8.6％
			半纤维素降解率(处理6天，50℃)	0	28.5％

如表4所示，添加糠醛废水与未添加糠醛废水相比，在加入糠醛废水处理6天以及温度达到50℃时，未添加糠醛废水的空白样中，木质素、纤维素与半纤维素均未发生降解，而添加了糠醛废水的样品中木质素、纤维素与半纤维素均发生一定程度的降解，糠醛废水能够调节初始pH，同时糠醛废水中还有的大量酸类物质还可对底物中的辅料秸秆颗粒以及沼渣进行预处理，使二者成分中的三素(木质素，纤维素、半纤维素)得到充分降解，使堆肥的启动速度更快，有机物降解更充分。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，包括：

步骤S1、将秸秆处理为秸秆颗粒，置入搅拌器中进行搅拌；

步骤S2、将生物炭与沼渣以一定的质量比混合并加入所述搅拌器中进行搅拌，形成混合物A；

步骤S3、向所述混合物A中加入工业红糖调节碳氮比，继续搅拌，形成混合物B；

步骤S4、向所述混合物B中加入粘结剂与微生物复合菌剂，继续搅拌，形成混合物C；

步骤S5、将所述混合物C进行堆肥、烘干、挤压成型造粒、粉碎与筛分，制成生物炭基有机肥。

2.根据权利要求1所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述秸秆处理至长度为2cm至3cm的长条状，并将长条状的所述秸秆颗粒置入所述搅拌器中搅拌5min至6min。

3.根据权利要求1所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述生物炭与所述沼渣的质量比在1：9至1：7范围内。

4.根据权利要求1所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，加入所述工业红糖至所述混合物B中的碳氮比至23：1至27：1范围内。

5.根据权利要求4所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中还加入糠醛废水和/或补充水至所述混合物B中的含水率达到55％至65％范围内，pH在6.3至6.7范围内。

6.根据权利要求1所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括天然树胶，所述天然树胶的加入量与所述混合物B的质量比在1.8％至2.2％范围内。

7.根据权利要求1所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述微生物复合菌剂由胶质芽孢杆菌、固氮菌、根瘤菌、枯草芽孢杆菌、光合细菌与黑曲霉菌混合制成。

8.根据权利要求7所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述微生物复合菌剂加入量与所述混合物B的料液比在1mL：22g至1mL：18g范围内。

9.根据权利要求1所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述将所述混合物C进行堆肥包括：

将所述混合物C以长条垛式堆放，堆放高度在1.3米至1.5米范围内，每隔3天至5天进行翻堆，堆放时长在50天至60天范围内。

10.根据权利要求1所述的生物炭基有机肥的制备方法，其特征在于，所述烘干采用真空干燥箱进行减压式烘干，烘干至物料含水率在15％至20％范围内。

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