一种微波处理泥炭制备育苗基质和生物甲烷的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于泥炭资源综合利用领域，特别涉及到一种微波处理泥炭制备育苗基质和生物甲烷的方法。
【背景技术】
[0002]泥炭(Peat，又称泥煤、草炭)，是地表分布的一种矿产资源，是植物残体在在高湿厌氧环境，在微生物作用下，未能充分分解的植物残体经过长期积累而形成的堆积成层的有机质矿体，是最年轻的煤。
[0003]天然泥炭大量转化为生物甲烷(b1gas，沼气)是困难的，因为泥炭中可水解键数目很少，其中醚键和C-C键很难被厌氧菌大量降解，不能形成足够小的分子(< 500Da)被厌氧微生物吸收转化，此外天然泥炭的氢含量很低，难以低成本地转化为生物甲烷。因此用未处理的泥炭作为基质，仅有少部分能转化成生物甲烷。专利(201210225688.4)公开了提高木质纤维原料厌氧产气性能的新方法，将木质纤维原料切碎后与草炭按干物质比9: 11?3: I的比例混合，将混合物进行厌氧发酵产沼气。张学才等报道了泥炭与猪粪的配比是1:1或1:2在严格厌氧的条件下可以制取含甲烷65 %左右的沼气。(张学才，高风彩.泥炭制沼气的研究[J].煤气与热力，2000，20(1):3-5)，前者是泥炭与木质纤维原料混合，后者是泥炭与猪粪混合，都没有解决单独以泥炭为原料厌氧发酵制备生物甲烷的难题，限制了泥炭的综合利用和高值化利用。
[0004]对于泥炭这种难对付的原料，进行物理或化学处理是必要的，以使之变为较适合于厌氧生物转化的原料。针对泥炭原料厌氧发酵的反应特点，需要研究相应的预处理方法解决泥炭降解转化的难题，提高生物甲烷的得率，真正实现泥炭转化的工业化与产业化，扩大泥炭的用途，增加泥炭的附加值，提高泥炭开采和利用的经济效益。
[0005]我国泥炭资源比较丰富，全国共有泥炭资源量124亿吨。泥炭用于蔬菜育苗基质，可以提高秧苗素质，改善蔬菜的生长条件.增加蔬菜产量，提早上市时间，改善蔬菜品质。德国Klasmann公司、丹麦Pindstrup集团、美国Sun Gro Horticulture集团、芬兰VAPO公司、黑龙江桦美泥炭有限公司、吉林神农泥炭生物工程公司，用于蔬菜、花卉种植、体育场馆的草坪维护。内蒙古泥炭储量1.2亿吨，集中于通辽、包头、鄂尔多斯、赤峰，埋藏浅，易于开发。但内蒙古地区的泥炭成炭植物主要为草本植物(苔草、芦苇植物为主)的低位泥炭，不同于欧美和东北地区的藓类泥炭有很好的透气和持水的作用，草本泥炭容量大，吸水和通气性差，不适宜直接做无土栽培的育苗基质多用作有机肥料，为此针对国内草本泥炭的资源特征，对泥炭进行深度加工，开发蔬菜育苗基质是可行的。
[0006]目前我国蔬菜产业稳定发展，蔬菜种植面积尤其是设施蔬菜的种植面积不断扩大。以内蒙古包头市为例，包头市地处河套_ 土默川平原，是中国、西北和内蒙古最重要的灌溉农业区和蔬菜基地。目前包头市已成为内蒙古西部地区重要的设施蔬菜生产基地，产品不仅满足了包头市百万城市人口的供应，而且远销到北京、天津、上海、西安、广州等地。其中滨河新区万水泉镇、哈林格尔镇、麻池镇、沙尔沁镇等包头主要的蔬菜生产种植区，生产的西红柿、黄瓜、青椒、豆角、大白菜、葱头、芹菜等闻名包头市内外。
[0007]随着蔬菜的规模化生产，蔬菜种植习惯也发生了很大变化，蔬菜周年种植、优质高价蔬菜种子采用率提高、对秧苗供应时间、整齐度、优质性都提出了更高要求。在设施蔬菜基地，工厂化育苗技术得到推广和应用。蔬菜育苗是蔬菜生产的关键环节，幼苗质量的好坏关系到蔬菜产品的产量和品质，以基质栽培技术为基础的蔬菜工厂化育苗充分发挥温室育苗优势，，缩短育苗时间，节约种子用量，降低种苗生产风险，解决了生产中的关键问题。
[0008]基质是蔬菜工厂化育苗体系的重要组成材料，它不仅是秧苗生存的场所，也是幼苗所需水分、养分、温度等的介质。可见基质如同土壤一样，有支撑、营养作物的基本功能，但又别于土壤，在吸水性、保水性、通气性、基质水分的蒸发、释放特性方面优于土壤。育苗基质是工业化生产的产品，把基质、肥料、消毒、容器等多项功能集于一体，操作简便，节省用工，最大限度地减少了农民自己配制营养土需要人为经验判断的风险，确保了育苗的成功率；其次，育苗基质块重量、体积、种孔大小、深度等规格相同，产品的理化性状均衡，保证了幼苗出苗整齐，长势一致，具有节约用种，苗好苗壮、带块定植，无需缓苗的优点，给蔬菜生产带来极大的便利。
[0009]包括草炭、椰糠、碳化稻壳、锯木肩、秸杆、菇渣、树皮、刨花、蔗渣、芦苇末等有机基质，也有包括沙、岩棉、陶粒、蛭石、炉渣、珍珠岩、聚苯乙烯珠粒等无机基质，都可作育苗基质。不同原料或不同配比的基质对育苗均会有影响，基质质量的好坏直接影响着育苗技术的成功，基质质量影响较大的化学成分主要有腐殖酸含量、电导率、PH、有效Fe、有效Mn含量等。无土栽培和育苗中对基质的种类和性质国内外已有广泛的研究。专利(201110122467.X)公开了一种用于草莓无土育苗的复合基质，以体积份计，包括:泥炭3份、砻糠灰I?3份、砖粒O?I份。专利(201210225688.4)公开了一种瓜菜育苗基质，其生产方法为:(1)、将草炭、发酵后沼渣、生物有机肥、等混合；(2)、将硫酸铵、硫酸钾、磷酸一铵、硫酸锰，硼酸、等加入盛有水的喷雾器中，充分搅拌均匀备用；(3)、将⑴中的生物有机肥用筛好后掺入⑴中除生物有机肥外的其它物料中，将⑵的混合溶液加入掺料⑴中，翻拌一遍，用方孔筛筛一遍，直到全部通过，加适量水，继续翻拌三遍，配制完毕后用塑料膜盖好堆闷48小时，取样检验合格后定量包装。专利(200710085342.8)公开了一种瓜菜育苗基质，该瓜菜育苗基质是由发酵牛粪、泥炭、蛭石、珍珠岩和氮磷钾复合肥按比例复配而成。该发明的瓜菜育苗基质以牛粪为主要原料，既减少了泥炭的使用量，也减少了牛粪本身对环境的污染。专利(200710085342.8)公开了一种多功能育苗基质，该基质包括以下组分:EM菌发酵玉米秸杆、珍珠岩、蛭石和调环酸钙，其中，EM菌发酵玉米秸杆、珍珠岩与蛭石的体积比为6:3:I，调环酸I丐的用量为10?20g/m3。
[0010]以上专利都是以泥炭(草炭)、发酵后沼渣按比例混合制备育苗基质，或以发酵牛粪、EM菌发酵玉米秸杆为主要原料制备育苗基质，没有解决国内草本泥炭有机质难分解，水解性氮、速效磷、速效钾含量不高，幼苗直接利用率低肥效相对差，同时容量大，吸水和通气性差缺点，造成国内草本泥炭主要制备有机肥，国外藓类泥炭作为育苗基质进口量逐年增高的困境，有鉴于此，我们采用微波处理耦合厌氧发酵，改变草本泥炭的理化性质，在制备生物甲烷的同时制备育苗基质。微波是指为300 MHz- 300 kMHz的电磁波，即波长在I m-1 mm之间的电磁波。使用微波对泥炭原料进行辐射处理，原料中的水、纤维素、半纤维素、木质素等极性分子强烈吸收微波，产生大量热，致使部分半纤维素、木质素等的化学键断裂，同时小分子量的化学物质急剧挥发，产生压力，促使泥炭原料纤维形成无数微隙与孔隙，植物纤维比表面积显著增大，有利于产生物甲烷微生物附着，从而提高泥炭厌氧发酵制备生物甲烷的产气量和甲烷含量，同时缩短达到最大产气量的时间。在满足有机质含量条件下，利用发酵残余物混配辅料制备蔬菜育苗基质，微波处理和厌氧发酵能提高育苗基质产品孔隙度，更好的提高育苗基质产品质量。此外，将微波处理耦合厌氧发酵的草本泥炭，按照一定比例进行混合，发酵前后其物理性质会发生改变，从而更适宜蔬菜生长的需要。微波处理相对其它物理化学预处理方法，具有能耗低、污染少、设备要求低等优点。将微波运用于生物甲烷发酵和育苗基质制备具有重大的意义。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种一种微波处理泥炭制备育苗基质和生物甲烷的方法，该方法将粉碎后的泥炭作为原料微波处理后厌氧发酵制备生物甲烷，发酵残余物混配辅料制备育苗基质。
[0012]本发明的技术方案如下:
本发明提供的采用微波处理泥炭原料产生物甲烷的方法，自然风干泥炭破碎至Imm?30 mm,加入质量百分浓度0.5%-100%的水或化学溶液，固液比为1: 0.5?1:12，启动微波装置，微波功率为100?700W，处理时间为I?25min，微波处理后的泥炭厌氧发酵3?40天，收集产生的生物甲烷测定甲烷含量，发酵残余物添加辅料制备育苗基质。
[0013]所述泥炭为自然风干泥炭。
[0014]所述化学溶液是纤维素酶、半纤维素酶、硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠的任意一种。
[0015]所述发酵残余物添加辅料，是将厌氧发酵收集生物甲烷后的发酵残余物中的泥炭晾晒风干后和自然风干泥炭、自然风干牛粪，分别破碎至5mm?20 mm，厌氧发酵后风干泥炭添加风干泥炭、风干牛粪，按照10-30:55-70:10-15的质量比例混合，添加5-20%质量分数的营养驱动剂，地面堆置好氧发酵10?35天后，掺混均匀计量包装得到制备的育苗基质。