一种免烘干的有机肥料造粒方法与流程

本发明属于生物肥料的制备方法，尤其是一种免烘干的有机肥料造粒方法。

背景技术：

化肥和农药是我国农业生产的主要物质基础，保障了粮食的产率和质量的需求，然而，二者长期的大量使用，也导致农作物对肥料利用率低、农产品质量下降、农业污染严重、水体富营养化等一系列生态环境与食品安全问题。因此，在确保粮食供给与安全的前提下，如何改变对化肥及农药的过度依赖，减轻二者的负面影响，是当前我国农业可持续发展迫切需要解决的现实问题。

微生物有机肥料是是指以微生物的生命活动为核心，使农作物获得特定的肥料效应的一类肥料制品。肥料中微生物及有机生物质促使土壤团粒结构的形成，土壤的理化性质得到改善，活跃了土壤酶活性，促进了多种土壤养分的转化，优化了土壤肥力与结构；其次，微生物有机肥料的施用可使土壤中肥料养分持续释放，解决了农业生产中由于肥料利用率低下导致的污染问题，实现了生态农业的可持续发展；此外，土壤质量下降和环境的恶化的情况得以改善，农产品中硝酸盐含量骤降，作物品质得到有效提高，食品安全问题得到减缓，能够完美的解决上述农业可持续发展的问题。

为了提高微生物有机肥料的利用率和商品销售价值，需要对微生物有机肥料进行造粒。在传统的生物肥料造粒过程中，通过造型、筛选、烘干等造粒工艺流程，最终成为配料成品。其中烘干工艺对于微生物有机肥料而言是一个严重的、不可逆的损伤，因此需要选择一种对微生物有机肥料损伤较小的免烘干的造粒方法。

技术实现要素：

发明目的：提供一种免烘干的有机肥料造粒方法，以解决上述背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一种免烘干的有机肥料造粒方法，包括如下步骤：

s1、将有机肥料晒干、粉碎，并采用200目筛网筛选；

s2、调节有机肥料的湿度，加入营养助剂和功能菌菌种，发酵培育5~8天，制备得到微生物有机肥料；

s3、降低温度、减小通风，发酵培育10~15天，促进微生物休眠；

s4、将微生物有机肥料和粘结剂均匀混合，调节湿度，置于滚动造粒装置中搅拌成型；

s5、风干、包装。

进一步实施过程中，所述粘结剂至少包括为淀粉型粘结剂、交联淀粉型粘结剂、氧化淀粉型粘结剂中一种。

进一步实施过程中，所述淀粉型粘结剂的制备方法为将淀粉溶解在50~70℃去离子水中配置成40~50%的淀粉乳，恒温搅拌30~60min，完成糊化反应。

进一步实施过程中，所述氧化淀粉型粘结剂的制备方法包括：

a1、将淀粉溶解在50~70℃去离子水中配置成质量浓度为40~50%的淀粉乳；

a2、降温至30~50℃搅拌15~30min，向淀粉乳中加入3~5%的高锰酸钾，进行第一次氧化；

a3、继续搅拌30~60min后，加入2%硫酸进行二次氧化；

a4、继续反应3~5h后，加入少量硫代硫酸钠去除多余氧化剂，至用碘化钾淀粉试纸检测淀粉不变色，完成氧化反应。

进一步实施过程中，所述交联淀粉型粘结剂的制备方法包括：

b1、将淀粉溶解在50~70℃去离子水中配置成质量浓度为40~50%的淀粉乳；

b2、加入氢氧化钠调节ph值10以上；

b3、恒温搅拌30~60min后，向淀粉乳中加入0.75~1%的三偏磷酸钠，进行交联反应；

b4、继续反应5~8h后，通过分光光度计测定原淀粉和交联淀粉的吸光度值，确定反应终点。

进一步实施过程中，所述功能菌剂具有促进物料分解、腐蚀、抗菌杀菌、促进植物生长等作用，至少为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、粪肠球菌、菌根真菌、多粘类芽孢杆菌、光合菌、红黄链霉菌中的一种。

进一步实施过程中，所述s2步骤中发酵条件为：含水率为60～65%；空隙率为30～45%；ph为7.0～8.0；温度为25～30℃、发酵时间为5～8天、翻堆频率为3～4天/次。

进一步实施过程中，所述s2步骤中发酵条件为：逐渐降低发酵温度和肥料之间的空隙率，减温速率为3~5℃/天，最后控制温度为-10~-5℃、孔隙率为5~10%。

进一步实施过程中，所述方法制备的微生物有机肥料的颗粒强度为50～150n。

有益效果：本发明涉及一种免烘干的有机肥料造粒方法，通过采用淀粉及其衍生物作为粘结剂，一方面，具有更强的粘结作用，减少粘结剂的使用，另一方面由于本身就是一种有机物，容易被微生物菌落所分解，重新被农作物所利用，不会改变土地结构；通过改变微生物环境促进功能菌休眠，形成芽孢，提高其抵抗恶劣环境的能力，提高功能菌的存货效率；通过调整粘结剂的类型、合成工艺或复配比例，根据实际实际施用情况，控制微生物有机肥料的降解速率。

附图说明

图1是本发明中实施例1、实施例4中颗粒强度随着淀粉型粘结剂的糊化温度的变化曲线。

图2是本发明中实施例1、实施例5中颗粒强度随着淀粉型粘结剂的糊化时间的变化曲线。

图3是本发明中实施例2、实施例6中颗粒强度随着氧化淀粉型粘结剂的氧化温度的变化曲线。

图4是本发明中实施例2、实施例7中颗粒强度随着氧化淀粉型粘结剂的氧化剂的用量的变化曲线。

图5是本发明中实施例3、实施例8中颗粒强度随着交联淀粉型粘结剂的交联温度的变化曲线。

图6是本发明中实施例3、实施例9中颗粒强度随着交联淀粉型粘结剂的交联剂的用量的变化曲线。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了提高微生物有机肥料的利用率和商品销售价值，需要对微生物有机肥料进行造粒。在传统的生物肥料造粒过程中，通过造型、筛选、烘干等造粒工艺流程，最终成为配料成品。但其中烘干工艺对于微生物有机肥料而言是一个严重的、不可逆的损伤，因此需要选择一种对微生物有机肥料损伤较小的免烘干的造粒方法。

申请人在仔细研究现有技术实验过程后，决定采用添加粘结剂，达到微生物有机肥料的粘结成粒的效果。其中粘结剂选择是颗粒成型的关键因素之一，直接影响着成粒效果和产品性能，常用的粘结剂包括：有机粘结剂、无机粘结剂、复合粘结剂和回收用粘结剂。由于微生物菌种的存在，需要选择一种相对无毒无害的粘结剂。其中，无机粘结剂大多为粘土或金属氧化物，粘性较差，在使用过程中需要加入加大量才能够达到比较好的效果；另外，粘土本身不适合生长农作物，在长期使用该微生物有机肥料的过程中，会改变土壤结构，影响后期农作物的生长。复合粘结剂与回收粘结剂在长期使用该微生物有机肥料的过程中，也会改变土壤结构。

因此，申请人将目光投向了有机粘结剂。其具有较无机粘结剂更强的粘结作用，而且本身就是一种有机物，容易被微生物菌落所分解，重新被农作物所利用。淀粉是高分子碳水化合物，是以葡萄糖为基本单元的高聚物，是一种常见的有机粘结剂。在糊化后才具有较强的粘结强度，能够与被粘结物形成机械啮合力，从而具备较好的强度，另外在一定湿度下，在被粘结物微粒间会形成“粘结桥”，其“粘结桥”的大小与被粘结物的颗粒大小有直接关系，可以大大降低粘结剂的使用。同时，申请人通过采用市售淀粉粘结剂对微生物有机肥料进行造粒，达到了预期的成型效果。

在造型成功后，由于微生物有机肥料颗粒较为致密，与空气接触较少，会对功能菌的生存造成很大影响，经试验证明，在造粒完成一个月后的功能菌存活量仅为造粒前功能菌数量的10%不到，对微生物有机肥料的优势性就已经荡然无存。如何提高功能菌的存活率也是一个造粒过程中的重要工艺要求。本发明通过改变微生物环境促进功能菌休眠，形成芽孢，提高其抵抗恶劣环境的能力，待其施用时，微生物有机肥料溶解后，恢复适宜的生长环境后，芽孢重新复苏。

在后期进一步研究过程中，发现不同品牌的淀粉粘结剂对微生物有机肥料的粘结牢度也存在较大影响。因此，申请人对淀粉的具体糊化过程做出了具体的研究，发现淀粉糊化过程与粘结牢度之间存在一定关系。其中粘结牢度过低，在运输过程中容易破碎，形成碎末；若牢度过高则会影响其降解时间；因此可以通过改进淀粉的糊化过程控制微生物肥的粘结牢度，以满足不同需求的。同时，对淀粉型粘结剂的衍生物也做出了进一步研究。其中，氧化淀粉型粘结剂中具有大量亲水基团羟基和羧基，具有较强的亲水性，抗水性较差，当周围湿度达到50%时，微生物有机肥料颗粒会出现破裂、坍圮。相反的，交联淀粉型粘结剂由于淀粉中形成亲水基团的醛基，发生了聚合反应，导致亲水性较差，具有较强的抗水性。

下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术和反应条件者，可按照本领域内的文献所描述的技术或条件或产品说明书进行。凡未注明厂商的试剂、菌种、仪器或设备，均可通过市售获得。

实施例1

淀粉型粘结剂的制备：将三烧瓶置于恒温电加热套中，加入600g去离子水，加热至50℃，恒温搅拌，然后称取400g小麦淀粉加入三口烧瓶中，至小麦淀粉完全被浸湿后，继续升温至60℃，继续恒温搅拌30min，完成糊化过程。

微生物有机肥料造粒：将有机肥料晒干、粉碎，并采用20目筛网筛选，控制有机肥料的颗粒大小在1mm左右；然后调节有机肥料的湿度，加入牛肉膏、蛋白胨和氯化钠的混合的营养助剂和枯草芽孢杆菌菌种，发酵培育7天，制备得到微生物有机肥料；分阶段的降低温度、减小通风，减温速率为5℃/天，最后控制温度为-10℃、孔隙率为10%，发酵培育14天，促进微生物休眠；将100份重量的微生物有机肥料和1份重量的粘结剂均匀混合，调节湿度至30%作用，置于滚动造粒装置中搅拌成型；最后，将颗粒风干、包装。

实施例2

氧化淀粉型粘结剂的制备：将三烧瓶置于恒温电加热套中，加入600g去离子水，加热至50℃，恒温搅拌，然后称取400g小麦淀粉加入三口烧瓶中，至小麦淀粉完全被浸湿后，继续减低温度至30℃，继续恒温搅拌30min后，向淀粉乳中加入20g的高锰酸钾，进行第一次氧化；继续搅拌30min后，加入8g硫酸进行二次氧化；继续反应3h后，加入少量硫代硫酸钠去除多余氧化剂，至用碘化钾淀粉试纸检测淀粉不变色，完成氧化反应。

微生物有机肥料造粒：将有机肥料晒干、粉碎，并采用20目筛网筛选，控制有机肥料的颗粒大小在1mm左右；然后调节有机肥料的湿度，加入牛肉膏、蛋白胨和氯化钠的混合的营养助剂和枯草芽孢杆菌菌种，发酵培育7天，制备得到微生物有机肥料；分阶段的降低温度、减小通风，减温速率为5℃/天，最后控制温度为-10℃、孔隙率为10%，发酵培育14天，促进微生物休眠；将100份重量的微生物有机肥料和1份重量的粘结剂均匀混合，调节湿度至30%作用，置于滚动造粒装置中搅拌成型；最后，将颗粒风干、包装。

实施例3

交联淀粉型粘结剂的制备：将三烧瓶置于恒温电加热套中，加入600g去离子水，加热至50℃，恒温搅拌，然后称取400g小麦淀粉加入三口烧瓶中，至小麦淀粉完全被浸湿后，继续升温至60℃，继续恒温搅拌30min后，加入氢氧化钠调节ph值10；恒温搅拌60min后，向淀粉乳中加入1g的三偏磷酸钠，进行交联反应；继续反应5h后，通过分光光度计测定原淀粉和交联淀粉的吸光度值，确定反应终点。

微生物有机肥料造粒：将有机肥料晒干、粉碎，并采用20目筛网筛选，控制有机肥料的颗粒大小在1mm左右；然后调节有机肥料的湿度，加入牛肉膏、蛋白胨和氯化钠的混合的营养助剂和枯草芽孢杆菌菌种，发酵培育7天，制备得到微生物有机肥料；分阶段的降低温度、减小通风，减温速率为5℃/天，最后控制温度为-10℃、孔隙率为10%，发酵培育14天，促进微生物休眠；将100份重量的微生物有机肥料和1份重量的粘结剂均匀混合，调节湿度至30%作用，置于滚动造粒装置中搅拌成型；最后，将颗粒风干、包装。

实施例4

基于实施例1，将淀粉型粘结剂的制备中的糊化时间从30min调整为60min，其余步骤、参数与实施例1相同。

实施例5

基于实施例1，将淀粉型粘结剂的制备中的糊化温度从60℃调整为90℃，其余步骤、参数与实施例1相同。

实施例6

基于实施例2，将交联淀粉型粘结剂的制备的氧化温度从30℃调整为50℃，其余步骤、参数与实施例2相同。

实施例7

基于实施例2，将淀粉型粘结剂的制备中的高锰酸钾的用量从5%调整为3%，其余步骤、参数与实施例2相同。

实施例8

基于实施例3，将交联淀粉型粘结剂的制备的三偏磷酸钠浓度从1%调整为0.75%，其余步骤、参数与实施例3相同。

实施例9

基于实施例3，将交联淀粉型粘结剂的制备的交联温度从60℃调整为30℃，其余步骤、参数与实施例3相同。

检测例

颗粒强度检测：将上述实施例中做制备的微生物有机肥料放置于化肥颗粒强度检测仪中检测强度。

菌落数量检测：将上述实施例中做制备的微生物有机肥料与湿度为30%的泥土混合，取样后即采用平板计数法进行检测，且每次取样选取5组的平行样，取平均值。统计不同时间的其功能菌存活率。

具体检测数据如下：

结合上表和附图1～6可以得出：淀粉型粘结剂的糊化温度和糊化时间直接影响着微生物有机肥料的粘结性能，进而影响微生物有机肥料颗粒强度，在相同的环境中时，微生物有机肥料的降解速度与其颗粒强度有直接关系。使用氧化淀粉型粘结剂的微生物有机肥料的降解速度明显高于其它两种粘结剂，同时，其颗粒强度对其降解速度影响较小。使用交联淀粉型粘结剂的微生物有机肥料的降解速度明显低于其它两种粘结剂。因此，在实际施用过程中，根据地方的降水量，通过调整粘结剂的类型、合成工艺或复配比例，可以控制微生物有机肥料的降解速率。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。