专利名称：利用活化技术生产的腐植酸生物活性肥料及其制备与应用的制作方法
技术领域：
本发明 涉及一种利用活化技术生产的腐植酸生物活性肥料及其制备方法与应用， 属于固体废弃物循环利用及新型肥料技术领域。
背景技术：
煤化腐植酸是经过7千万年过程而形成的一种中断产品，风化褐煤作为煤化腐植酸的生产原料与其它腐植酸的生产原料相比最大的优点在于，其分子结构决定的生态活性。风化褐煤的生态活性相当于其他腐植酸物质的5倍，也就是说1公斤风化褐煤相当于 5公斤其他腐植酸的有机原料，相对腐植酸的含量而言，1公斤液体腐植酸相当于7-8吨有机化肥腐植酸含量，同样粉状的腐植酸物质1公斤相当于30吨化肥中的腐植酸含量由于其储量丰富(按目前已探明煤炭储量估计约6000万吨左右)，且纯天然、无污染，是一种生产有机肥料的理想原料。随着农业生产条件的改善，农业技术的推广应用，以及惠农政策的实施，农民的种植意识大大改善。二十一世纪的农业，食品的安全性越来越受到政府和百姓的关注，倡导绿色无公害产品最需要关注的应该是绿色种植。随着中国化学工业的高速发展，化学肥料的生产和施用数量不断增加，增施化肥对农业生产的发展无疑起了重要的作用，但随着化肥施用量的增加，投肥成本提高，化肥利用率降低，环境污染等问题也日益显现。目前，中国氮肥利率为30 40 %，磷肥利用率10 20 %，钾肥利用率为50 60 %， 如何提高化肥利用率，减少环境污染，是当前肥料领域的技术难题。提高化肥利用率途径很多，目前有效方式之一是利用生物活性添加剂去活化腐植酸，增强其化合、吸附、螯合、微生物繁殖等化学活性和生物活性来有效提高化肥利用率。土壤有机质的主要成分是腐殖质， 约占总量的85% -90%。土壤腐殖质是改良土壤性质、供给作物营养的主要物质，是土壤肥力水平的主要标志。因而增施腐殖酸类肥料(简称腐肥)，是行之有效的提高土壤有机质含量的技术措施。当前由于有机原料来源有限，有机肥料的产量远不能满足农业生产的需要。因此利用风化褐煤生产符合农业生态发展要求的腐植酸有机肥料或有机无机复混肥料是我国有机肥产业综合利用的一个重要环节。现有技术中，腐植酸在肥料生产上的应用大多为直接加入造粒或经活化后加入造粒，CN1948235 (200610047478)提供一种高含量有机无机复混肥，由以下物质(按重量计) 腐殖酸30-35份、磷酸一铵20-25份、尿素13-15份、硫酸铵5_8份、氯化钾13-15份、红土 3-5份、膨润土 5-10份和硫酸或食用碱调节剂0. 5-1份混合组成。腐植酸活化一般主要采用酸法或碱法，CN1546554(200310111098. χ)公开了一种以风化煤、褐煤为原料制取腐植酸盐的方法，将粉碎成0. 1 2mm的风化煤或褐煤粉末100 份加入到带有高效固液混合搅拌器的反应釜中；将润湿活化剂0. 1 0. 3份、水200份加入上述反应釜，开动搅拌，升温至60 85°C ；将重量百分比浓度为25 45%的碱性溶液 30 60份加入到反应釜中，控制在5 IOmin内加完；继续在60 85°C下反应30min，出料得所需腐植酸盐料浆。还可进一步干燥、粉碎后制成腐植酸盐粉末。碱一般采用氢氧化钠或氢氧化钾。
CN1609073 (2004100906 88)提供一种采用生物工艺技术生产的腐植酸有机肥料，生物腐殖酸复合肥的组成(重量组分配比)尿素25-27，氯化钾25-27，磷酸一铵 30-32，添加剂5-0，腐殖酸15-16，碳铵5。制造过程采用普通无机复合肥的原料做载体， 同腐殖酸混合均勻，再经团粒、烘干、冷却，筛分后包装时再加入小包装的固体微生物制剂， 本发明是一种生物有机肥和无机肥混合的多功能复合肥料，它既有生物有机肥料的长效性，又兼有改良土壤的特效性。CN1535938 (03116246)利用含有生物菌剂的其他有机物料加入腐植酸原料，再添加其他辅料和部分化学肥料生产农用肥料。该发明公开的生化活性腐值酸有机肥料由下述组份组成A)含菌剂的有机物和风化煤，B)含NH4HCO3的风化煤，C)含KOH的风化煤，D)含 (NH2)2CO的风化煤，E)含(NH2)2CCK添加剂和催化剂的风化煤，F)含有益菌的无机物。该有机肥料解决了现有生态有机肥的不足，提供了一种富含活性腐植酸、生化黄腐酸，高活性， 肥效可调(长短)的生化性腐植酸有机肥料。以上几种技术的不足之处在于；化学反应工艺，生产过程强酸或强碱的的用量较大(硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾等)，危险性、污染性较强，生产和设备成本也相对较高。生物活化方面主要是外携或外添加，并没有提高腐植酸本身的生物活性，所以，腐植酸化合、吸附、螯合、微生物繁殖等化学活性和生物活性的优势和特点不能得到充分发挥和利用，失去了添加腐植酸原料的意义。同时还减缓了有机质在土壤中的转化速率，降低肥效和肥料利用率。
发明内容
本发明针对现有技术中利用腐植酸生产肥料工艺上的不足，提供一种利用活化技术生产的腐植酸生物活性肥料及其制备方法。本发明还提供所述腐植酸生物活性肥料的应用。本发明主要是利用生物酶系的多种过氧化物酶对腐殖质、有机酸及其多种高分子有机物质等独特的降解和活化机理，，采用不同于现有技术的生产工艺，实现对腐植酸的无特异性的氧化分解，使其具有良好的生理活性和吸收、络合、交换等功能。本发明的技术方案如下一种腐植酸生物活性肥料，是由以下重量份原料制成风化褐煤50 70份，其中腐植酸含量40_50wt%、有机质70_85wt %、含水率 20-25wt% ；尿素5 15份，磷酸一铵5 20份，氯化钾4 15份，微量元素2 5份；引发剂3 5份，生物活化剂1 5份，粘合剂5 15份；所述引发剂为氨水与硫酸钾1 0.1-0. 5质量比的组合；所述生物活化剂为纤维素酶、木质素过氧化物酶、铜/锌过氧化物酶、锰过氧化物酶其中之一或组合；所述生物活化剂中的酶活为300-1200U/L。所述纤维素酶、木质素过氧化物酶、铜/锌过氧化物酶、锰过氧化物酶均为现有技术，市购产品。先在风化褐煤中加入稀释2 3倍的引发剂，混合均勻，再加入生物活化剂搅拌均勻、放置6 24小时，再依次加入尿素、磷酸一铵、氯化钾、微量元素、粘合剂，混合、造粒。根据本发明优选的，所述粘合剂为凹凸棒粉、膨润土、氧化镁、轻质碳酸钙中的之一或组合。进一步，所述粘合剂为凹凸棒粉、膨润土、氧化镁、轻质碳酸钙中的2种或3种的组合。根据本发明优选的，所述引发剂中，氨水含N 15_17wt%，硫酸钾的K2O含量 48-52wt%。根据本发明优选的，所述微量元素是铁、锌、钼、硼按质量比1 (0.4 1) (0. 2 1) (0. 2 0. 5)的组合。
根据本发明，所述的腐植酸生物活性肥料的制备方法，包括如下步骤(1)降解活化按配比，在80-120目的风化褐煤中加入稀释2 3倍体积的引发剂，混合5 10 分钟，然后在混合好的物料中喷入生物活化剂1%。(ν/ν)的稀释液，物料此时为潮湿松散状，含水量为25-30wt%，搅拌均勻后放置6 24小时，降解活化；然后按重量份依次加入尿素、磷酸一銨、氯化钾、微量元素、粘合剂，混合均勻，得含水量18-20wt%的物料；(2)制粒整形将步骤(2)制得的活化混合好的物料挤压制粒，模板孔径3毫米，然后再进行抛光整形至2 2. 5毫米圆形颗粒，即可。该步骤中无需烘干。产品含水量15-20wt%。将上述抛光整形后的腐植酸生物活性肥料颗粒经过筛分后，成品灌装打包。上述步骤⑴中稀释2 3倍体积的引发剂，是指向配比量的引发剂中加水稀释至配比量的引发剂体积的2 3倍；生物活化剂1%。的稀释液，是将配比量的生物活化剂按 1 1000体积比加水制成稀释液。本发明原料中的风化褐煤是煤炭生成过程中的伴生产物，含有经过一系列化学过程积累起来的有机物质和多种官能团构成的高分子有机酸，腐植酸含量35 50%，有机质 40 85%，以及作物生长所需的矿质养分氮、磷、钾和多种中、微量元素，生物活性物质。根据本发明的方法，所述步骤(1)中放置降解活化时间根据环境温度确定，一般为6 15小时，优选为10-24小时。根据本发明的方法，优选的，所述抛光整形使用圆颗粒抛光整形机，使产品颗粒形态好，适宜机械化施肥，并无烘干、冷却过程，节省能源，降低成本，提高了生物活性(无烘干过程)，可充分发挥产品的优势、特点，增强肥料的施用效果。本发明的腐植酸生物活性肥料的应用，施用方法采用以下a c任一种a、在施用同等用量化肥的情况下，每亩施用20 50公斤腐植酸生物活性肥，b、在减少化肥用量20%的情况下，每亩施用20 50公斤腐植酸生物活性肥，C、在减少化肥用量30%的情况下，每亩施用20 50公斤腐植酸生物活性肥。从田间试验结果看，以上施用腐植酸生物活性肥的方法增产效果显著。在同等化肥用量条件下增施该肥，增产玉米、小麦都在16%以上，减少了化肥用量，肥料利用率提高 10%以上，同时在作物的抗病性、抗逆性也有了显著的提高。进一步优选的用于玉米种植时，每亩施用化肥20公斤，腐植酸生物活性肥20公斤；或者，每亩施用化肥15公斤，腐植酸生物活性肥20公斤。用于小麦种植时，每亩施用化肥50公斤，腐植酸生物活性肥50公斤；或者，每亩施用化肥40公斤，腐植酸生物活性肥50公斤。
施用本发明腐植酸生物活性肥具有明显的增产作用。在施用同等用量化肥的情况下，每亩施用50公斤腐植酸生物活性肥，比农民习惯施肥增产小麦80. 1公斤，增产幅度达到16. 2% ；在减少化肥用量20%的情况下，每亩施用50公斤腐植酸生物活性肥，比农民习惯施肥增产小麦40. 2公斤，增产幅度达到8. 1 % ；在减少化肥用量30%的情况下，每亩施用 50公斤腐植酸生物活性肥，比农民习惯施肥增产小麦11. 9公斤，增产幅度达到2. 4%。在施用同等用量化肥的情况下，每亩施用20公斤腐植酸生物活性肥，比农民习惯施肥增产玉米85公斤，增产幅度达到16. 7% ；在减少化肥用量20%的情况下，每亩施用20公斤腐植酸生物活性肥，比农民习惯施肥增产玉米28. 5公斤，增产幅度达到5. 6% ；在减少化肥用量 30%的情况下，每亩施用20公斤腐植酸生物活性肥，与农民习惯施肥玉米产量基本持平。
本发明的方法以风化褐煤为主要原料，采用高效率低成本的生物活化降解技术、 颗粒挤压整形技术，生产腐植酸生物活性肥料，所得产品为均勻的圆颗粒形态。通过该方法可生产多种不同养分的腐植酸生物活性肥料，其中含有作物生长所需要的各种生物活性物质，可溶性有机酸、氮、磷、钾及铁、锌、镁、钼、硼等微量元素。并且还可产生由于螯合或络合反应而形成含有易被植物吸收的微量元素的腐殖酸螯合物，极大地提高了肥料中矿质养分的利用率及有效性、商品性，使其施用方便省力，增产效果明显。由于本方法使用颗粒整形技术，产品外观形态好，又无烘干、冷却过程，生物活性好，腐植酸溶性强，产量高，能耗低，， 生产过程无污染，设备投资仅为常用制粒方式同等规模的1/3 1/5左右，生产工艺简单， 原材料来源广泛，产品可应用于粮食、蔬菜、瓜果等大田及经济作物，增产效果明显，易于大面积推广施用。与以有技术相比本发明的优势如下1、与现有腐植酸生物活性肥相比，本发明的产品生产无强腐蚀性物质、无烘干、冷却过程，生产工艺简单，生产周期短，设备投资少，仅相当于常用工艺的1/3 1/5，能耗为 1/3，生产成本相对低廉，且易于推广应用。2、本发明由于采用生物活化降解技术，无烘干、冷却工艺，能耗低，生产过程无粉尘、废水、二氧化碳等废气排放，不对环境产生二次污染，符合当前国家大力发展低碳经济要求，属于环境友好型无公害产品。3、本发明产品经整形后，为均勻光滑圆形颗粒，适合机械施肥，省工省力，另外原料的混合、圆颗粒成形主要为物理过程，产品配方可根据不同作物的养分需求随时调整，能够做到产品养分全、品种多、系列化，适应性广，满足多种作物生长对不同养分的需求。4、本发明采用生物方式活化降解风化褐煤中的腐殖质、有机酸、矿质养分等物质， 提高了有机质在土壤中的转化速度和转化率，增加了产品中活性腐植酸含量，各种微量元素以螯合形态存在，养分的吸收率、利用率、土壤理化性状都得到明显提高和改善，增产幅度可达15% 30%。更为详细的田间肥效试验将结合实施例给予说明。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中使用的装置均为现有技术设备。混合机型号为LDHA(WLDHA)型连续式混合机，中国双龙集团产品；陈化槽为FPJ15型单池发酵槽，青岛永正化工机械有限公司产品；制粒机为GR-40型对辊制粒机，青岛永正化工机械有限公司产品；抛光整形机KZ1200 型，泰安宏鑫环保科技有限公司产。实施例中使用的原料风化褐煤为露天煤矿开采过程中的伴生物，腐植酸含量45wt %，有机质含量80wt %，含水率20wt %。实施例中使用的纤维素酶是苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司产品(型号SUKACellC-1000)，木质素过氧化物酶是北京中西远大科技有限公司产品(型号 BS32-42603)，铜/锌过氧化 物酶购自上海雅吉生物科技有限公司(产品型号Ys_1079R)。实施例中引发剂中使用的氨水含N 16wt%，硫酸钾的K2O含量50wt%。实施例1 利用风化褐煤生产腐植酸生物活性肥料的方法，原料组分如下，均为重量份风化褐煤60份，尿素5份，磷酸一铵10份，氯化钾5份，微量元素(铁、锌、钼、硼)4 份。引发剂3份，生物活化剂4份，粘合剂7份。其中引发剂为氨水硫酸钾=1 0.5的组合。生物活化剂为木质素过氧化物酶， 酶活为800-900U/L。粘合剂为膨润土与氧化镁质量比1 0.6组合。微量元素中铁、锌、 钼、硼的质量比为1 0. 5 03 0. 3。制备方法如下；按配方，将风化褐煤(80-120目)传送至LDHA(WLDHA)型连续式混合机，加入引发剂(3倍稀释液)混合，至潮湿松散状，时间约为6分钟，然后将处理好的物料传送至LJ1400 立式搅拌机加入生物活化剂(1%。稀释液)搅拌4分钟，含水量约30wt%，送至FPJ15型单池发酵槽陈化，放置6小时，然后按重量份在槽内依次加入尿素，磷酸一铵、氯化钾、微量元素翻抛混合，得含水量约25衬％的物料；由料仓经传送带送至GR-40型对辊制粒机挤压制粒，制粒孔径3毫米，然后再由传送带送至圆颗粒抛光整形机(KZ1200型)整形至约2-2. 5 毫米圆形颗粒，得含水量约16衬％的产品，最后进入成品料仓。实施例2 制备方法与实施例1相同，所不同的是，原料组分重量份如下风化褐煤50份，尿素10份，磷酸一铵15份，氯化钾7份，微量元素(铁、锌、钼、 硼)2份。引发剂4份，生物活化剂5份；粘合剂7份。其中，生物活化剂为铜/锌过氧化物酶，酶活为700-800U/L。引发剂为氨水硫酸钾=1 0.4的组合。粘合剂为凹凸棒粉膨润土 氧化镁=1 1 0.5质量比的组合。微量元素中铁、锌、钼、硼质量比为1 0.5 0.4 0.2。实施例3 制备方法与实施例1相同，所不同的是，原料组分重量份如下风化褐煤70份，尿素8份，磷酸一铵6份，氯化钾4份，微量元素(铁、锌、钼、硼)2 份，引发剂5份，生物活化剂3份；粘合剂2份。其中，引发剂为氨水硫酸钾=1 0.3的组合。生物活化剂为纤维素酶，酶活为 900-1000U/L。粘合剂为凹凸棒粉。微量元素中铁、锌、钼、硼质量比为1 0.4 0.2 0.5。田间肥效试验一.腐植酸生物活性肥料在小麦上的施用效果1材料和方法1. 1试验材料试验于2009年10月至2010年6月在山东省青州市高柳镇廉颇村进行。该试验地块位位于鲁北平原南部，北纬36° 24' -36° 58'，东经118° 10' -118° 46'之间。处于暖温带半湿润季风气候区。年平均气温13. 1V，年平均降水量641. 5毫米，干旱时采用地下水机井浇灌。供供试土壤为褐土，质地为轻壤土。土壤有机质1.15%，速效氮35. 70mg/kg,速效磷31. 20mg/kg，速效钾105. 26mg/kg, ρΗ7· 2。小麦品种为济麦22，播种量10公斤/亩。 1. 2试验方法与过程试验肥腐植酸生物活性肥为实施例1的产品。试验为随机区组设计，试验设4个处理，重复3次。试验设以下处理处理1，农民习惯施肥，底肥每亩施含量12 18 15复合肥40公斤，拔节期期每亩追施尿素20公斤； 处理2，农民习惯施肥加试验肥，底肥每亩施含量12 18 15复合肥40公斤，腐植酸生物活性肥50公斤，拔节期每亩追施尿素20公斤；处理3，农民习惯施肥减量20%加试验肥，底肥每亩施含量12 18 15复合肥32公斤，腐植酸生物活性肥50公斤，拔节期每亩追施尿素16公斤；处理4，农民习惯施肥减量30%加试验肥，底肥每亩施含量12 18 15复合肥28公斤，腐植酸生物活性肥50公斤，拔节期每亩追施尿素14公斤；。小区面积30平方米。各处理施肥量情况见表1。表1各处理肥料用量(公斤/亩)
权利要求
1.一种腐植酸生物活性肥料，其特征在于，是由以下重量份原料制成风化褐煤50 70份，其中腐植酸含量40-50wt %、有机质70-85wt %、含水率 15-25wt% ；尿素5 15份，磷酸一铵5 20份，氯化钾4 15份，微量元素2 5份；引发剂3 5份，生物活化剂1 5份，粘合剂5 15份；所述引发剂为氨水与硫酸钾1 0.1-0. 5质量比的组合；所述生物活化剂为纤维素酶、 木质素过氧化物酶、铜/锌过氧化物酶、锰过氧化物酶之一或组合；所述生物活化剂中的酶活为 300-1200U/L ；先在风化褐煤加入稀释2 3倍的引发剂，混合均勻，再加入生物活化剂搅拌均勻、放置6 24小时，再依次加入尿素、磷酸一铵、氯化钾、微量元素、粘合剂，混合，造粒。
2.根据权利要求1所述的腐植酸生物活性肥料，其特征在于，所述引发剂中，氨水含N 15-17wt%4t酸钾的 K2O 含量 48-52wt%。
3.根据权利要求1所述的腐植酸生物活性肥料，其特征在于，所述微量元素是铁、锌、 钼、硼按质量比1 (0.4 1) (0.2 1) (0. 2 0. 5)的组合。
4.根据权利要求1所述的腐植酸生物活性肥料，其特征在于，所述粘合剂为凹凸棒粉、 膨润土、氧化镁、轻质碳酸钙中的之一或组合；优选的，所述粘合剂为凹凸棒粉、膨润土、氧化镁、轻质碳酸钙中的2种或3种的组合。
5.权利要求1-4任一项所述的腐植酸生物活性肥料的制备方法，包括如下步骤(1)降解活化按配比，在80-120目的风化褐煤中加入稀释2 3倍体积的引发剂，混合5 10分钟， 然后在混合好的物料中喷入生物活化剂1%。(ν/ν)的稀释液，物料含水量为25-30wt%，搅拌均勻后放置6 24小时，降解活化；然后按重量份依次加入尿素、磷酸一銨、氯化钾、微量元素、粘合剂，混合均勻，得含水量18-20wt%的物料；(2)制粒整形将步骤(2)制得的活化混合好的物料挤压制粒，模板孔径3毫米，然后再进行抛光整形至2 2. 5毫米圆形颗粒，即得。
6.根据权利要求5所述的腐植酸生物活性肥料的制备方法，其中所述步骤(1)中放置降解活化时间为10-24小时。
7.权利要求1-4任一项所述的腐植酸生物活性肥料的应用，施用方法采用以下a c 任一种a、在施用同等用量化肥的情况下，每亩施用20 50公斤腐植酸生物活性肥，b、在减少化肥用量20%的情况下，每亩施用20 50公斤腐植酸生物活性肥，c、在减少化肥用量30%的情况下，每亩施用20 50公斤腐植酸生物活性肥。
8.如权利要求7所述的腐植酸生物活性肥料的应用，其中，用于玉米种植时，每亩施用化肥20公斤，腐植酸生物活性肥20公斤；或者，每亩施用化肥15公斤，腐植酸生物活性肥 20公斤。
9.如权利要求7所述的腐植酸生物活性肥料的应用，其中，用于小麦种植时，每亩施用化肥50公斤，腐植酸生物活性肥50公斤；或者，每亩施用化肥40公斤，腐植酸生物活性肥 50公斤。
全文摘要
本发明涉及利用活化技术生产的腐植酸生物活性肥料及其制备与应用。原料组成为风化褐煤50～70份，尿素5～15份，磷酸一铵5～20份，氯化钾4～15份，微量元素2～5份；引发剂3～5份，生物活化剂1～5份，粘合剂5～15份；先将风化褐煤中加入稀释2～3倍的引发剂，混合均匀，再加入生物活化剂拌匀、放置，再依次加入尿素、磷酸一铵、氯化钾、微量元素、粘合剂，混合，造粒。活化风化褐煤提高了有机质在土壤中的转化速度和转化率，各种微量元素以螯合形态存在，养分的吸收率、利用率、土壤理化性状都得到明显提高和改善，用于粮食、蔬菜、瓜果等大田及经济作物。
文档编号C05G3/00GK102320881SQ20111014977
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者崔荣宗, 杨果, 梁东风, 魏建林 申请人:山东粮源生物有机肥有限公司