CN112876300A - 一种煤基固废制备有机肥料方法 - Google Patents

一种煤基固废制备有机肥料方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种煤基固废制备有机肥料方法，所述方法包括下述步骤：将煤基固废预处理至粒度小于0.125 mm，然后将细物料煤基固废与钠盐、镁盐、纤维素和木质素的混合营养物质混合均匀并培养，培养后的煤基固废在液固质量比为1：2‑5下浸泡4 h‑8 h进行水提作业，水提结束后得到水提液和水提固废。水提液经过细菌分离和培养可获得单种活性细菌，然后将水提固废：活性细菌：水按照质量比100：0.01‑0.1：5‑15混合均匀，再用生石灰调节至pH值为8.0‑9.0后发酵15天‑30天，发酵结束后于40 oC下干燥12 h，即可获得有机肥料，将有机肥料对比应用于植物的种植，观察植物的生长状态和果实特征，验证有机肥料的使用效果。本发明具有煤基固废绿色环保、大宗、全组分高效利用的特点。

Description

一种煤基固废制备有机肥料方法
技术领域
本发明涉及煤基固废综合处理技术领域，具体说是涉及一种煤基固废制备有机肥料方法。
背景技术
煤炭作为我国的基础能源和重要原料，在一次能源结构中仍将是主体能源，占我国整体能源消费的65%左右。然而，煤炭在开采、洗选和加工利用过程会产生大量的固体废物，比如煤矸石、煤化工气化废、高硫煤泥、粉煤灰和其他工业废渣等，这些固废的资源化利用成为限制开发区绿色、健康、可持续发展的瓶颈（何莉. 浅析煤矸石的综合利用途径[J].中国新技术新产品, 2012(6): 169-170）。目前主要存在以下问题：1）煤矸石的主要处理方法为堆筑矸石山，自燃的矸石山内部温度可达800℃-1000℃，不仅会释放出大量的SO2、CO、H2S等有害气体，同时释放大量的颗粒物和细颗粒物，严重污染矿区和周边地区的空气环境。2）矸石山维护费用高，因矸石山易出现自燃等现象，需要在矸石山上覆盖大量的石英砂等隔绝氧气的矿粉，造成其他资源的浪费。3）煤炭洗选过程排放的高硫煤泥以及煤气化过程中排放的大量气化渣，不仅占用大量的土地，并且其渗滤液会对土壤、水体造成严重污染（刘有才, 李丽峰, 符剑刚, 等. 高铝高镓煤矸石的综合利用[J]. 广东化工, 2009, 36(7): 137-139）。
近年来，我国煤矸石利用技术发展快速发展，现有的主流技术及问题体现在一下几个方面：1）煤矸石提取有价矿物，如氧化铝、氧化硅、高岭土等，但此技术无法解决大宗煤矸石的利用问题，且提取有价矿物后的废渣仍无法处理，造成二次污染；2）煤矸石用作建筑材料。利用煤矸石生产矸砖、砌块、烧制水泥熟料、建筑骨料等，这些技术在我国中东部地区应用广泛，具有较好的经济及社会效益。但中西部地区由于地广人稀，经济欠发达，就地利用消耗的潜力极小。外销时又受到运输半径的限制；3）井下充填。井下充填是煤矸石处理的重点发展方向，但限于地质条件、开采技术、成本等方面的诸多限制，相关技术仍处于探索过程中，尤其是居高不下的成本使企业无法接受（古玲玉，刘振英，刘银．利用煤矸石制备多孔陶瓷及力学性能研究[J]. 矿产综合利用，2018 (5): 135-137；王凯功，王飞．煤矸石提取氧化铝技术的进展[J]. 矿产综合利用，2018 (5): 21-24；刘成龙，许爱华，夏举佩，等．煤矸石浸渣制备白炭黑工艺优化及性能分析[J]. 精细化工，2019, 36(11): 2177-2184；袁向芬, 程 帆, 杨艳梅, 等. 两种细菌处理高硫煤矸石制备肥料的研究[J]. 硅酸盐通报, 2014, 33(2): 302-307）。
这就造成了煤矸石资源不仅无法合理利用而且排放污染当地脆弱环境的问题。因此，开发出一种能够绿色环保、大宗、全组分高效利用的技术是至关重要的。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种具有绿色环保、大宗、全组分高效利用的特点的煤基固废制备有机肥料的方法。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的煤基固废制备有机肥料方法步骤如下：
a、煤基固废活性菌种的提取：将煤基固废破碎至小于1.0 mm，然后再磨细至粒度小于0.125 mm，取磨细后的煤基固废置于培养皿中，按质量比100：2-8添加混合营养物质，再按质量比为100：8-20添加自来水，进行常温培养5天-30天；将培养后的煤基固废取出，按照液固质量比为1：2-5条件下置于水中浸泡4 h-8 h，经固液分离后得到水提液和水提固废，将水提液置于固体培养基中常温培养2天-4天，观察菌落生长形貌和发育情况；
b、活性菌种分离和培养：将步骤a得到的菌落进行分离作业，首先用挑菌器选取一定量菌落，置于无菌操作台中进行画线分离，画线方法可为直线型和网格型，画线结束后在无菌恒温振荡器中于25 oC-35 oC培养2天-6天，根据线条中细菌的表面形貌，将不同种类细菌分别用挑菌器移至新的培养皿中，分别添加无菌生理盐水5 mL-10 mL各自培养2天-6天，即可获得不同类型的单种活性细菌；
c、煤基固废发酵：将步骤a中获得的水提固废与步骤b中得到的活性细菌按照质量比100：0.01-0.1混合均匀，再按质量百分比5%-15%添加自来水，然后用生石灰调节至煤基固废pH值至8.0-9.0，搅拌均匀后装入密封袋中发酵15天-30天，发酵结束后于40 oC以下干燥12 h，得到煤基有机肥料；
d、有机肥料肥力验证和使用效果：根据土壤肥力测定标准，对比检测分析煤基固废和有机肥料中有机质、氮、磷、钾等肥力元素的含量变化；同时，将有机肥料对比应用于植物的种植，观察植物的生长状态和果实特征，验证有机肥料的使用效果。
进一步说，本发明所述煤基固废为煤矸石、气化渣、煤泥和粉煤灰中的一种或几种。
所述细菌类型为耐碱产酸细菌。
所述混合营养物质为钠盐：镁盐：纤维素：木质素为5：1-2：1-3：1-3。
所述种植的植物包括观赏性植物、蔬菜或谷物类等。
本发明的有益效果如下：
煤基固废中含有大量的碳，利用微生物可将其碳降解为能使农作物吸收的有机小分子，或将碳活化造孔成能吸附土壤污染物的多孔炭，以吸附土壤中的污染物，创造土壤微生物生长繁衍的微环境。煤基固废中的主要成分除碳以外，还含有高岭石、叶腊石、伊利石以及赤褐铁矿、锐钛矿、钠长石等矿物质，其不仅含有大量SiO2，还含有植物生长所必需的Fe，Mn，Mg，K，Cu，Zn等微量元素，是生产土壤改良剂的基础配料，从根本上提高土壤的综合肥力，从而达到大幅度提高农产品的产量和质量的目的。煤基固废中还含有含量丰富的磷钾，但多以难溶的硅酸盐矿物形式存在能被植物直接吸收利用的有效磷钾含量极低。通过微生物处理可分解其中的硅酸盐矿物，使煤基固废中的无效磷、钾变为有效磷、钾，既可达到综合治理的目的，又可变废为宝。因此，以煤基固废为原料，通过分离、培养其中的活化细菌，配合使用一些营养物质即可调配制备成含有矿物质、微量元素、有机质、多孔炭的有机肥料，直接用于矿区塌陷区的治理，在贫瘠的废气矿山造出良田，将在矿井关闭后形成“绿洲”，有机农产品生产基地及生态治理示范区，具有巨大的经济效益和社会效益。
该发明的技术核心是以煤基固废为原料，提取、分离和培养出能够激发煤基固废和土壤肥力的细菌（见图1和图2）。
然后将煤基固废与活化细菌进行发酵制备出有机肥料，其可以将煤基固废中的有机大分子降解，同时破坏其中的无机矿物，释放可溶性氮、磷、钾等，提高了土壤的肥力。其基本原理如下：首先，改良剂进入土壤后，在微生物的生化作用下，煤中的有机大分子逐渐降解为水溶性的有机小分子，供植物根部吸收利用，起到有机碳肥的作用（见图3）。
在降解的过程中会形成大量的类似腐植酸的有机分子，这些有机分子有着丰富的含氧官能团，具有保水保墒作用。同时，这些腐殖质还可以吸附水中溶解的氮、磷、钾等，并随土壤中营养成分浓度的降低而缓慢释放到土壤溶液中，从而提高氮磷钾等肥料的利用效率。在煤炭大分子的降解过程中，会刺激土壤微生物的生长，在土壤中形成一个良好的生化环境，有利于植物的生长（见图4）。
因此，本发明的方法具有煤基固废绿色环保、大宗、全组分高效利用的技术特点。
附图说明
图1 煤基固废中细菌分离和培养。
图2 煤基固废中活性细菌的表观形貌。
图3 煤中有机大分子降解过程。
图4 煤基固废有机肥料的肥力效用示意图。
图5 太阳花生长状态对比图。
图6 小白菜生长状态对比图。
图7 花生的生长状态对比图。
图8为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
为避免重复叙述，现将本发明具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下：所述煤基固废为煤矸石、气化渣、煤泥或粉煤灰中的一种或几种，细菌类型为耐碱产酸细菌，混合营养物质为钠盐：镁盐：纤维素：木质素是5：1-2：1-3：1-3，有机肥料的肥力检测包括有机质、氮、磷、钾等肥力元素的百分含量，具体实施例中不再赘述。
实施例1
将煤基固废破碎至小于1.0 mm，然后再磨细至粒度小于0.125 mm，取磨细后的煤基固废于培养皿中，按质量比为100：2-8：8-20添加混合营养物质和自来水，进行常温培养5天-30天。将培养后的煤基固废取出，按照液固质量比为1：2-5下于水中浸泡4 h-8 h，经固液分离后得到水提液和水提固废，将浸出液置于固体培养基中常温培养2天-4天，观察菌落的生长形貌和发育情况。将上述得到的菌落进行分离作业，首先用挑菌器选取一定量的菌落于无菌操作台中进行画线，画线方法可为直线型和网格型，画线结束后于无菌恒温振荡器中于25 oC-35 oC培养2天-6天，根据线条中不同细菌的表面形貌，将不同种类细菌分别用挑菌器移至新的培养皿中，分别添加无菌生理盐水 5 mL-10 mL各自培养2天-6天，即可获得不同类型的单种活性细菌。将水提固废与活性细菌按照质量比100：0.01-0.1混合，再按质量百分数为5%-15%添加自来水，然后用生石灰调节至固废pH值为8.0-9.0，待搅拌均匀后装入密封袋中发酵15天-30天，发酵结束后，将固废于40 oC以下干燥12 h，得到煤基有机肥料。将该有机肥料应用于太阳花的种植，其生长状态对比图见图5。
实施例2
将煤基固废破碎至小于1.0 mm，然后再磨细至粒度小于0.125 mm，取磨细后的煤基固废于培养皿中，按质量比为100：2-8：8-20添加混合营养物质和自来水，进行常温培养5天-30天。将培养后的煤基固废取出，按照液固质量比为1：2-5下于水中浸泡4 h-8 h，经固液分离后得到水提液和水提固废，将浸出液置于固体培养基中常温培养2天-4天，观察菌落的生长形貌和发育情况。将上述得到的菌落进行分离作业，首先用挑菌器选取一定量的菌落于无菌操作台中进行画线，画线方法可为直线型和网格型，画线结束后于无菌恒温振荡器中于25 oC-35 oC培养2天-6天，根据线条中不同细菌的表面形貌，将不同种类细菌分别用挑菌器移至新的培养皿中，分别添加无菌生理盐水 5 mL-10 mL各自培养2天-6天，即可获得不同类型的单种活性细菌。将水提固废与活性细菌按照质量比100：0.01-0.1混合，再按质量百分数为5%-15%添加自来水，然后用生石灰调节至固废pH值为8.0-9.0，待搅拌均匀后装入密封袋中发酵15天-30天，发酵结束后，将固废于40 oC以下干燥12 h，得到煤基有机肥料。将该有机肥料应用于小白菜的种植，其生长状态对比图见图6。
实施例3
将煤基固废破碎至小于1.0 mm，然后再磨细至粒度小于0.125 mm，取磨细后的煤基固废于培养皿中，按质量比为100：2-8：8-20添加混合营养物质和自来水，进行常温培养5天-30天。将培养后的煤基固废取出，按照液固质量比为1：2-5下于水中浸泡4 h-8 h，经固液分离后得到水提液和水提固废，将浸出液置于固体培养基中常温培养2天-4天，观察菌落的生长形貌和发育情况。将上述得到的菌落进行分离作业，首先用挑菌器选取一定量的菌落于无菌操作台中进行画线，画线方法可为直线型和网格型，画线结束后于无菌恒温振荡器中于25 oC-35 oC培养2天-6天，根据线条中不同细菌的表面形貌，将不同种类细菌分别用挑菌器移至新的培养皿中，分别添加无菌生理盐水 5 mL-10 mL各自培养2天-6天，即可获得不同类型的单种活性细菌。将水提固废与活性细菌按照质量比100：0.01-0.1混合，再按质量百分数为5%-15%添加自来水，然后用生石灰调节至固废pH值为8.0-9.0，待搅拌均匀后装入密封袋中发酵15天-30天，发酵结束后，将固废于40 oC以下干燥12 h，得到煤基有机肥料。将该有机肥料应用于花生的种植，其生长状态对比图见图7。
本具体实施方式以煤基固废为原料，提取、分离和培养出能够激发固液和土壤肥力的细菌。然后将煤基固废与活化细菌进行发酵制备出有机肥料，其可以将煤基固废中的有机大分子降解，同时破坏其中的无机矿物，释放可溶性氮、磷、钾等，提高了土壤的肥力。有机肥料进入土壤后，在微生物的生化作用下，煤中的有机大分子逐渐降解为水溶性的有机小分子，供植物根部吸收利用，起到有机碳肥的作用。在降解的过程中会形成大量的类似腐植酸的有机分子，这些有机分子有着丰富的含氧官能团，具有保水保墒作用。同时，这些腐殖质还可以吸附水中溶解的氮、磷、钾等，并随土壤中营养成分浓度的降低而缓慢释放到土壤溶液中，从而提高氮磷钾等肥料的利用效率。在煤炭大分子的降解过程中，会刺激土壤微生物的生长，在土壤中形成一个良好的生化环境，有利于植物的生长。
本具体实施方式具有煤基固废绿色环保、大宗、全组分高效利用的技术特点。

Claims (5)

1.一种煤基固废制备有机肥料方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
a、煤基固废活性菌种的提取：将煤基固废破碎至小于1.0 mm，然后再磨细至粒度小于0.125 mm，取磨细后的煤基固废置于培养皿中，按质量比100：2-8添加混合营养物质，再按质量比为100：8-20添加自来水，进行常温培养5天-30天；将培养后的煤基固废取出，按照液固质量比为1：2-5条件下置于水中浸泡4 h-8 h，经固液分离后得到水提液和水提固废，将水提液置于固体培养基中常温培养2天-4天，观察菌落生长形貌和发育情况；
b、活性菌种分离和培养：将步骤a得到的菌落进行分离作业，首先用挑菌器选取一定量菌落，置于无菌操作台中进行画线分离，画线方法可为直线型和网格型，画线结束后在无菌恒温振荡器中于25 oC-35 oC培养2天-6天，根据线条中细菌的表面形貌，将不同种类细菌分别用挑菌器移至新的培养皿中，分别添加无菌生理盐水5 mL-10 mL各自培养2天-6天，即可获得不同类型的单种活性细菌；
c、煤基固废发酵：将步骤a中获得的水提固废与步骤b中得到的活性细菌按照质量比100：0.01-0.1混合均匀，再按质量百分比5%-15%添加自来水，然后用生石灰调节至煤基固废pH值至8.0-9.0，搅拌均匀后装入密封袋中发酵15天-30天，发酵结束后于40 oC以下干燥12 h，得到煤基有机肥料；
d、有机肥料肥力验证和使用效果：根据土壤肥力测定标准，对比检测分析煤基固废和有机肥料中有机质、氮、磷、钾等肥力元素的含量变化；同时，将有机肥料对比应用于植物的种植，观察植物的生长状态和果实特征，验证有机肥料的使用效果。
2.根据权利要求1所述的煤基固废制备有机肥料方法，其特征在于：所述煤基固废为煤矸石、气化渣、煤泥或粉煤灰中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的煤基固废制备有机肥料方法，其特征在于：所述细菌类型为耐碱产酸细菌。
4.根据权利要求1所述的煤基固废制备有机肥料方法，其特征在于：所述混合营养物质为钠盐：镁盐：纤维素：木质素为5：1-2：1-3：1-3。
5.根据权利要求1所述的煤基固废制备有机肥料方法，其特征在于：所述种植的植物包括观赏性植物、蔬菜或谷物类。
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