一種石灰性土壤氮磷增效劑及其製備方法
2023-05-27 19:56:36 1
專利名稱:一種石灰性土壤氮磷增效劑及其製備方法
技術領域:
本發明涉及土壤肥料技術和工業廢棄物處理技術,具體為一種石灰性土壤氮磷增效劑及其製備方法。
背景技術
肥料過量和不科學施用,造成資源浪費、環境汙染和農田生產力下降。在我國人地矛盾極為突出、農田高強度利用的條件下問題更為嚴重。我國氮肥利用率僅為30 35%,磷肥的當季利用率10 20%,低於發達國家20個百分點,施肥效益較低,施肥不合理造成的直接經濟損失每年高達500億元。在一些地區,過量施用氮磷肥並隨地表徑流流失,是引起水體富營養化的主要因素之一。如施肥面源汙染對太湖地區水體氮和磷素富營養化的貢獻率分別高達24%和20% (張維理等,中國農業面源汙染形勢估計及控制對策,中國農業科學,2004,37(7) :1008 1017)。我國在2007年啟動了重點基礎研究發展計劃項目「肥料減施增效與農田可持續利用基礎研究」(項目編號2007CB109300)。因此,土壤和肥料氮磷的高效利用技術,目前是土壤肥料領域研究的一個熱點,是實現農業資源高效利用的迫切需求,是保障國家糧食安全的戰略需要。
肥料氮利用率低的主要原因是我國土壤有機質含量相對較低,長效氮肥品種不多。我國針對氮肥增效的技術研發方面的較多的技術積累,但對磷的增效研究相對滯後,氮磷協同增效的成型技術嚴重不足。
土壤中的磷95%左右是固定態磷。磷肥施入土壤後,很快被土壤固定(魯如坤,土壤植物營養學原理,中國農業出版社,1999)。由於大量廣泛使用磷肥,我國土壤中磷素水平呈逐漸增加的趨勢,施磷肥的成本增加,但施肥效益降低。土壤磷素活化促釋技術是提高肥料磷利用率,提高土壤有效態磷含量的一項關鍵的技術措施。中國發明專利申請公告號CN1061964C和公開號CN101003737A公開了利用解磷微生物活化土壤磷的技術;中國發明專利申請公開號CN1831085A和公開號CN101041605A公開了利用腐殖酸類物質活化土壤磷素的技術,但利用有機酸與無機酸協同作用活化土壤磷的成型技術少見報導。採用有機酸和無機酸相結合的技術路線,研製開發環境友好的土壤磷素活化劑,是一項資源高效利用和促進農業可持續發展的重要技術措施。
石灰性土壤中,施入的磷肥通過一系列的沉澱反應,最後生成羥基磷灰石或氟磷灰石,成為固定態磷從而大大降低磷肥的生物有效性。通過調節土壤中的酸鹼度減少磷的固定、調節土壤中有機陰離子濃度與磷酸根競爭專性吸附位點、增加腐植酸含量將土壤中固定態磷釋放為可溶態磷,有機酸分解產生碳酸增加鈣、鎂和磷酸鹽的溶解度等途徑,可以提高肥料磷的利用率,減少土壤中磷的固定,促進土壤中固定態磷向有效態磷的轉化。因此,研製開發石灰性土壤專用性磷素增效劑,是一項急需的技術措施。
以工業廢棄物為主要原料製作土壤氮磷增效劑具有雙重效果一是進行了工業固體廢棄物的無害化處理和資源化利用;二是改良土壤,提高土壤氮磷營養,降低施肥成本,節約資源。利用生物發酵技術合成穀氨酸生產味精,在發酵液中必須加入相應的氮素、氯化鉀、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、硫酸鋅、硫酸錳、硫酸鐵、硼砂,這些營養物質全部遺留在廢液中,同時還含量有殘糖、菌體等有機物。離子交換環節中產生的高濃度廢液的化學需氧量(CODcr)為30000 45000mg/L、生化需氧量(BOD5)為20000 25000mg/L、固體懸浮物總量
(SS)10000 15000mg/L,NH3-N 含量為 10000_15000mg/L、S0廣量為 40000 50000mg/L,pH值2 3,是一種處理難度高的工業廢物(買文寧等.味精發酵母液綜合處理工藝技術.河南科學,2002,20 (4) :388 391)。目前,利用味精生產過程中離子交換高濃度廢液生產肥料是資源化利用的一個途徑,但多數技術通過廢液蒸發濃縮製成乾粉,再配加氮磷鉀及微量元素,製成複合肥(中國發明專利申請分開號CN1136029A、CN1169474A、CN1442396A、CN1288877A、CN1170789C、CN101045657A、CN101037353A ;季保德.用味精廢液沉澱物生產有機複合肥的新工藝.磷肥與復肥,2002,17 (3) :55-57 ;王永泉,高立棟.谷氮酸發酵尾液生產有機無機復混肥料發酵科技通訊,2007 ,36 (2) :25-26)。其中,廢液製備乾粉環節的能耗高,添加磷酸二銨或磷酸一銨的成本相對也較高,除極少數技術進行產業化生產外,大多技術推廣應用難度較大。若原液濃縮2 4倍,使廢物含固量30 50%,再添加其他原料中和水分,則成本大大降低。固液濃縮後氮和SO/—含量較高,本身是很好的氮素,其中含量大量的胺基酸對磷素具有一定的活化作用,配以其他固體原料,生產氮磷增效劑,達到廢物無害化處理和資源化利用的雙重目的,是一項較為理想的技術措施。
發明內容
本發明的目的在於提供一種石灰性土壤氮磷增效劑及其製備方法;利用味精生產離子交換過程中產生的高濃度廢液的濃縮液,加入天然沸石粉、褐煤和鋸末,製作氮磷增效劑;環境友好,工藝簡單,成本低廉,主要解決石灰性土壤氮磷有效性低和肥料氮磷利用率低的問題。
為實現上述目的,本發明採用的技術方案如下
本發明中,石灰性土壤氮磷增效劑成分按乾物質重量計味精廢液40 50份、天然沸石粉3 5份、褐煤40 50份、鋸末5 7份。
本發明中,土壤氮磷增效劑的製備方法是按乾物質重量比,把天然沸石粉加入到濃縮後的味精廢液中,混勻,靜置,再加入褐煤和鋸末,風乾,過篩,混勻,分裝後得成品。
具體製作方法詳述如下
I)選用味精生產過程中在離子交換環節產生的高濃度廢液,採用絮凝氣浮-三效減壓濃縮蒸發法,使原液經過蒸發濃縮2 3倍,至固體物質重量含量為30 50% (買文寧等·河南科學,2002,20 (4) :388 391)。
2)按配比向濃縮液中加入天然沸石粉,混勻,靜置22 26小時;按配比加入褐煤和鋸末,通過機械混合均勻。
3)混合物風乾至含水量10 15% (重量),混勻,過5目或10目篩,分裝,得成
品O
本發明的石灰性土壤氮磷增效劑的主要作用機理如下通過對味精廢液和土壤中銨的吸附達到保氮增效的效果;通過有機酸與磷酸根離子競爭吸附位點活化土壤磷,並減少肥料磷的固定;硫酸根與土壤中的碳酸鈣反應,產生碳酸,增加鈣、鎂等的溶解度,從而提高可溶性磷酸鹽含量,提高土壤有效磷含量。[0016]味精生產工藝離子交換環節產生的高濃度廢液含有各種胺基酸、殘糖、氮、磷、鉀和多種植物生長所需的微量元素,廢液本身能提供一定的氮和磷營養元素;其中的胺基酸和生產發酵過程中產生的小分子有機酸對磷素具有很好的活化作用,是一種較好的磷素增效劑原料。
天然沸石粉為強吸附劑,可有效吸附廢液中的氨氮。天然沸石晶體的大量孔穴和通道,使沸石具有很大比表面積,加之特殊的分子結構而形成的較大靜電引力,使沸石有著相當大的應力場。當沸石內部的孔穴和通道一旦有「空缺」時,沸石就會表現出極強的吸附能力,可有效吸附陰陽離子。同時,天然沸石本身也具有良好的保持土壤氮素和促進磷素釋放、減少磷素固定的作用。
褐煤中腐植酸與味精廢液中的硫酸根作用,酸化後成為活化的腐植酸。活化腐植酸具有保持氮素和減少磷素固定的作用。
鋸末用於中和水分,其中的木質素和纖維素類物質施入土壤後分解,產生有機酸,具有保持氮素和活化磷素的作用。
本發明具有如下優點
I.本發明工藝簡單,容易實施,原料充足,所用原料價格低廉。
2.本發明所用味精廢液為工業廢棄物,味精廢液只需濃縮到固體物質含量30 50%,不需要製成乾粉,利用褐煤、鋸末、天然沸石粉中和濃縮液中的水分,大大降低能耗和廢液的處理成本;同時,為味精生產廢棄物提供了良好的無害化處理方法和資源化利用途徑。
3.本發明中的原料配方合理。①味精廢液含有氮、磷、鉀、硫營養元素、小分子有機酸,廢液中硫酸根一方面可與磷酸根競爭吸附位而減少磷的固定,另一方面可降低石灰性土壤的PH,從而促進固定態磷的釋放;②天然沸石粉用於吸附味精廢液中的銨離子,施入土壤後可以吸附銨離子及硝酸根離子,活化土壤磷素;④鋸末富含有機物質,作為氮磷增效劑的組份可以中和味精廢液中的水分,施入土壤分解後產生的有機酸可以活化土壤磷素;③褐煤經過酸化處理得到活性腐植酸,具有較強的保氮和活化磷素的功效;⑤氮磷增效劑由有機物與無機物相互配合,通過協同增效作用提高土壤氮和磷的有效性,降低施入土壤中肥料氮的揮發和反硝化損失、磷的固定量,提高肥料氮和磷的利用率,達到氮和磷肥減量施用並增產增效。
4.本發明所用原材料均是優質的石灰性土壤改良劑,同時具有一定的肥效,配方原料對土壤和作物無汙染,無殘毒。
5.本發明可單獨施入石灰性土壤,也可與化肥混合後施用,施入本發明的石灰性土壤氮磷增效劑10 15kg/667m2,在不降低作物產量的前提下,可相應減少施用氮素和磷素化肥15 30%。
具體實施方式
本發明中,味精廢液為以玉米為原料,通過發酵工藝生產味精過程中,在離子交換環節產生的高濃度廢液,採用絮凝氣浮-三效減壓濃縮蒸發法,使原液濃縮2 3倍至固體物質重量含量為30 50%,得到濃縮液。
本發明中,天然沸石粉為天然沸石經粉碎後過60 100目篩的市售產品,主要化學成分按重量比計二氧化矽64 69%、二氧化鈦O. 08 O. 13%、三氧化二鋁12 13%、三氧化二鐵O. 8 1.5%、氧化鎂O. I I. 2 %、氧化鈣L 7 3.6 %、氧化鈉O. 3 2.6%、氧化鉀I. I 3.0%,餘量為雜質。pH值7. 2 9. O。
本發明中,褐煤採用腐植酸(HA)含量為40% (重量)以上的市售土狀褐煤。土狀褐煤是煤化程度較淺的一種褐煤,如內蒙古自治區霍林郭勒煤礦生產的產品,其主要重量組成如下含碳70 80%、氫5 6%、氮和氧15 25%。
本發明中,鋸末是指在進行木材加工時因為金屬鋸切割而從木材上散落下來的沫狀木屑。
本發明中,水分含量是指重量百分比。
實施例I :
石灰性土壤氮磷增效劑成分按乾物質重量比計味精廢液45份、天然沸石粉4份、褐煤份45份、鋸末6份。按配比向固體物質重量含量50%的味精廢液濃縮液中加入天然沸石粉,混勻,靜置24小時;按配比加入褐煤和鋸末,通過機械混合均勻;混合物風乾至含水量10% (重量),混勻,過5目篩,分裝,得成品。
實施例2 9 :
與實施例I不同之處在於原料的配比及實施條件有所差別(表I),製備方法同實施例I。
表I
權利要求
1.一種石灰性土壤氮磷增效劑,其特徵在於所述增效劑按重量比計,味精廢液40 50份、天然沸石粉3 5份、褐煤40 50份、鋸末5 7份; 按重量比,把天然沸石粉加入到濃縮後的味精廢液中,混勻,靜置,再加入褐煤和鋸末,風乾,過篩,混勻,分裝後得石灰性土壤氮磷增效劑; 所述濃縮後的味精廢液為味精生產過程中在離子交換環節產生的高濃度廢液,採用絮凝氣浮-三效減壓濃縮蒸發法,使原液經過蒸發濃縮2 3倍,至固體物質重量含量為30 50% ; 所述風乾為混合物風乾至含水量10 15%。
2.—種權利要求
I所述的石灰性土壤氮磷增效劑的製備方法,其特徵在於按重量比,把天然沸石粉加入到濃縮後的味精廢液中,混勻,靜置,再加入褐煤和鋸末,風乾,過篩,混勻,分裝後得石灰性土壤氮磷增效劑。
3.根據權利要求
2所述的石灰性土壤氮磷增效劑的製備方法,其特徵在於所述濃縮後的味精廢液為味精生產過程中在離子交換環節產生的高濃度廢液,採用絮凝氣浮-三效減壓濃縮蒸發法,使原液經過蒸發濃縮2 3倍,至固體物質重量含量為30 50%。
4.根據權利要求
2所述的石灰性土壤氮磷增效劑的製備方法,其特徵在於所述天然沸石粉為天然沸石經粉碎後過60 100目篩的產品,pH值7. 2 9. O。
5.根據權利要求
2所述的石灰性土壤氮磷增效劑的製備方法,其特徵在於所述褐煤為腐植酸重量含量40%以上的土狀褐煤。
6.根據權利要求
2所述的石灰性土壤氮磷增效劑的製備方法,其特徵在於所述把天然沸石粉加入到濃縮後的味精廢液中,混勻,靜置,靜置時間為22 26小時。
7.根據權利要求
2所述的石灰性土壤氮磷增效劑的製備方法,其特徵在於所述風乾為混合物風乾至含水量10 15%。
8.根據權利要求
2所述的石灰性土壤氮磷增效劑的製備方法,其特徵在於所述過篩為過5目或10目篩。
專利摘要
本發明涉及土壤肥料技術和工業廢棄物處理技術,具體為一種石灰性土壤氮磷增效劑及其製備方法,解決石灰性土壤氮磷有效性低和施入土壤中肥料氮磷利用率低的問題。石灰性土壤氮磷增效劑按乾物質重量比計,味精廢液40~50份、天然沸石粉3~5份、褐煤40~50份、鋸末5~7份。其製備為按乾物質重量比,把天然沸石粉加入到濃縮後的味精廢液中,混勻,靜置,再加入褐煤和鋸末,風乾,過篩,混勻,分裝後得成品。本發明環境友好,工藝簡單,成本低廉,氮磷增效劑可單獨施入土壤類型為石灰性土壤的農田,也可與化肥混合後施用。
文檔編號C05G3/04GKCN101525261 B發布類型授權 專利申請號CN 200810010559
公開日2012年9月5日 申請日期2008年3月7日
發明者姜勇, 張玉革, 梁文舉 申請人:中國科學院瀋陽應用生態研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2), 非專利引用 (2),