一种秸秆基有机无机复合肥的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农业技术领域，特别涉及一种秸杆基有机无机复合肥的生产方法。
【背景技术】
[0002]农作物秸杆是成熟农作物茎叶部分的总称。农作物光合作用的产物有一半以上存在于秸杆中，此外秸杆含有氮、磷、钾、钙、镁等无机元素，是一种具有多种潜在用途的可再生的资源。利用秸杆生产秸杆肥料就是一种有效的利用方式，通过一定的技术手段，在工厂中实现秸杆腐烂分解和稳定，就可以转为商品肥料，其产品一般包括精制有机肥和有机-无机复合肥两种。利用秸杆等农业有机原料进行肥料化生产的有机肥或有机-无机复合肥在改良土壤性质、改善农产品品质和提高农产品产量方面具有重要的意义和显著的效果。近些年来农业生产中化学肥料的大量使用使土壤的理化性质变差，且影响了作物的品质以及产量的可持续提高，秸杆有机肥的使用可增加土壤的有机质，减小土壤的容量和增加总孔隙度，保持作物持续增产，是解决以上问题的有效方法。秸杆有机肥还可以改善土壤环境，尤其是土壤中各种微生物的组成和数量。土壤中有机质的含量多少和成分是影响微生物数量和种类的主要因素，在农业生产中施用适量的有机肥可以有效增加微生物数量和种类，并提高其他肥料的利用率。农作物的品质和产量也会因使用秸杆有机肥而提高。比如，有机-无机复合肥可以使小白菜中硝酸盐含量降低11.5%，可溶性糖含量增加42.1 %。有机-无机复合肥使大豆的粗蛋白含量增加而使粗脂肪的含量降低。
[0003]但是，目前秸杆生产有机肥的主要方法均存在这样或那样的问题。秸杆直接还田应该是最简单的方法了，但是由于我国人均占有耕地少，复种指数高，倒茬间隔时间短，加之秸杆C/N比高，不易腐烂。秸杆盲目还田，会出现妨碍耕作、影响出苗，烧苗以及病虫害增加等现象，有点甚至造成减产。秸杆直接还田必须严格控制还田比例，翻压深度等问题。为了加快秸杆的腐熟，还需要添加腐熟剂。秸杆堆怄也是将秸杆转化为高品质有机肥的方法，几千年来，我国劳动人民一直使用这种方法，但是劳动量大，周期长，目前的农民已经难以接受这样的生产方法。虽然有多项专利公开使用工业化的方法堆怄秸杆生产有机肥，但是发酵周期仍然较长，生产成本难以降低。专利CN97116556.4公开了一种制造有机肥的方法，特别之处在于将秸杆膨化处理后，再加入发酵菌种进行发酵，生产有机肥，但是膨化过程和后续的发酵是有机肥的生产成本居高不下，难以被广泛采用。
[0004]现在有大量的秸杆用于生物质发电，近年来以稻麦秸杆等为主要发电原料的生物质发电厂在我国新兴发展起来。这些发电厂在解决能源需求方面和农田秸杆处理方面发挥作用的同时，也集中产生了大量的灰渣。这些电厂灰渣虽然含有较高的钾元素，同时还含有磷、钙、镁等多种元素，是潜在的肥料生产原料，但因其体积庞大，运输不便，目前并没有实质意义上的规模化利用途径，这些大量闲置的草木灰成为亟待处理的固体废弃物，对社会、环境以及企业构成了负担和压力。
[0005]如果能以秸杆为主要原料，短周期，低成本地生产有机肥，可以才会给秸杆的利用，生态循环农业的建设构建完整的链接。
【发明内容】
[0006]【发明目的】本发明的目的就是要有效的结果秸杆生产有机肥过程中面临的难题，开发一种秸杆基有机无机复合肥的生产方法。
[0007]【本发明技术方案】本发明通过以下步骤生产秸杆基有机-无机复合肥:1)农作物秸杆粉碎后进行水热预处理。水热预处理就是一个加速秸杆腐熟的过程，其基本原理是在高温液态水存在的条件下，水中产生氢离子，使环境变为一个酸性环境，氢离子催化半纤维素水解，产生寡糖和单糖，木质素部分降解，产生小分子的木质素片段，纤维素的结晶结构向无定型结构转换。寡糖、单糖和小分子木质素的产生会成为有机肥和无机肥结合的中介分子，有助于粒状结构的形成，好的肥料外观有助于肥料的施用方便。半纤维素和木质素的部分降解会使纤维素从大分子三维结构的包围中解脱出来，方便收到土壤微生物的水解。纤维素的去结晶化也便于微生物的水解利用。当这种肥料施入土壤之后，会给土壤微生物提供容易降解底物，扩大微生物种群的种类和数量，同时也是有机肥被快速消耗，转化为植物可以吸收的营养元素，而不对于植物的生长产生妨碍作用。水热预处理广泛用于生物炼制的木质纤维素原料预处理，使用的条件一般为:固液比1:5?10，处理温度190-220°c，处理时间 5-30min，处理强度(1g10 (t.exp ((T-100)/14.75)))在 4.0-4.5 之间。虽然原理上相同，但是用于有机肥的水热预处理条件和生物炼制的预处理条件有所不同:固液比一般在1:1?5 (质量比)，选用小的液体(水)用量，一是可以节约预处理所需的能耗，二是可以减少后续处理所需的干燥能耗，对于生物炼制来说，预处理使用的水少的情况下，会导致预处理过程中产生较多的糠醛等半纤维素降解物和酚类等木质素降解物，这对于后续的生物转化是非常不利的，但是对于有机肥的生产，这些化合物的存在非但不会问他，而且还是偶联无机肥料和有机肥的“交联剂”，有助于后续的造粒和维持颗粒强度。处理的温度为220-300°C，时间为1-1000秒，这中参数组合的特点是高温短时，高温短时可以达到增加处理速率的目的，降低处理成本。这样的条件会使部分多糖(木聚糖和纤维素)转化为腐植酸类物质，这对于生物炼制是不利的，但是对于有机肥，腐植酸类物质是其中的重要组分，高强度预处理过程达到了对秸杆快速腐熟的目的，短时间内将秸杆变成了有机肥；
[0008]2)水热预处理秸杆添加生物质电厂的灰渣中和。灰渣添加量为水热预处理秸杆重量的1%-10% ;选择灰渣进行中和，其目的有二，首先灰渣为碱性。水热预处理后的秸杆，pH为2-4，主要是秸杆中半纤维素上的乙酰基降解产生乙酸等酸性物质。过低的pH会增加土壤的酸性，造成土壤酸化，过低的pH值也不利于土壤微生物的生长。添加灰渣之后，灰渣中的碱性金属氧化物会中和酸性物质，形成适宜的pH。另外一方面，灰渣中含钾量高，同时还含有磷、钙、镁等多种元素，添加灰渣后，使肥料的营养成分更加均衡。
[0009]3)根据目标农作物的元素需求，复配其他无机肥料和微量元素，造粒，包装即为秸杆有机无机复合肥。添加的其他微量元素为铁，锰，铜，锌，硼和钼。
[0010]本发明具有以下特点和优势:
[0011]1.生产周期短，生产效率高，生产成本低；
[0012]2.无需单独发酵，本肥料施入土壤后，可被土壤微生物快速降解，转化为植物所需的营养元素。
[0013]3.无需添加额外的造粒助剂，依靠水热预处理过程中产生的寡糖，糠醛和酚类小分子化合物在造粒过程中重新络合，作为原位粘合剂，得到的颗粒光滑，强度适中，方便施用。
【具体实施方式】
[0014]下面通过实施例对本发明做进一步说明。
[0015]实施例1
[0016]玉米秸杆使用秸杆粉碎机粉碎到l_2mm，粉碎后加入同等质量的自来水，搅拌均匀后装入5m3水热预处理反应器进行处理，处理条件为250°C，300秒。然后在水热预处理玉米秸杆添加生物质电厂的灰渣10%，将水热预处理玉米秸杆的pH中和到7.2。复配1%的硼砂，造粒，包装即为用于棉花的有机-无机复合肥。
[0017]实施例2
[0018]小麦秸杆使用秸杆粉碎机粉碎到l_2mm，粉碎后加入2倍质量的自来水，搅拌均匀后装入50m3水热预处理反应器进行处理，处理条件为300°C，360秒。然后在水热预处理小麦秸杆添加生物质电厂的灰渣1%，将水热预处理玉米秸杆的pH中和到6。复配2%的尿素，I %硫酸锌，造粒，包装即为用于玉米的有机-无机复合肥。
[0019]实施例3
[0020]玉米秸杆使用秸杆粉碎机粉碎到l_2mm，粉碎后加入5倍质量的自来水，搅拌均匀后装入5m3水热预处理反应器进行处理，处理条件为220°C，60秒。然后在水热预处理玉米秸杆添加生物质电厂的灰渣9%，将水热预处理玉米秸杆的pH中和到7。复配I %的尿素，1%硫酸锌，0.5%硼砂，造粒，包装即为用于苹果的有机-无机复合肥。
【主权项】
1.一种秸杆基有机无机复合肥的生产方法，其特征在于包含如下步骤:1)农作物秸杆粉碎后进行水热预处理；2)水热预处理秸杆添加生物质电厂的灰渣中和；3)根据目标农作物的元素需求，复配其他无机肥料和微量元素，造粒，包装即为秸杆有机无机复合肥。
2.如权利要求1所述的一种秸杆基有机无机复合肥的生产方法，其特征在于，所述的水热预处理条件为:秸杆粉和水的固液比为1:1?5(质量比)，处理温度为220?300°C，处理时间为1-1000秒。
3.如权利要求1所述的一种秸杆基有机无机复合肥的生产方法，其特征在于，所述的中和用灰渣添加量为水热预处理秸杆重量的1% -10%。
4.如权利要求1所述的一种秸杆基有机无机复合肥的生产方法，其特征在于，所述的添加的其他微量元素为铁，锰，铜，锌，硼和钼。
【专利摘要】本发明公开了一种秸秆基有机无机复合肥的生产方法。其基本步骤如下：农作物秸秆进行水热预处理，添加生物质发电厂的灰渣，添加针对性的无机肥，干燥造粒包装。本发明主要利用农作物秸秆及其衍生物，实现了废弃物的循环利用。
【IPC分类】C05G1-00
【公开号】CN104529588
【申请号】CN201410673763
【发明人】徐建, 李宏强
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月21日