一種鈍化重金屬的有機肥料及堆肥方法
2023-07-31 19:43:46
專利名稱：一種鈍化重金屬的有機肥料及堆肥方法
技術領域：
本發明涉及一種有機肥料，尤其涉及一種鈍化重金屬的有機肥料和堆肥方法。
背景技術：
耕地質量直接影響著農產品的質量，對食品安全和國際貿易的影響也是至 關重要的。近年來，我國有關土壤質量的調查和研究迅速增加，從根本上講， 是因為耕地質量退化嚴重、農產品質量的狀況堪憂，農田的重金屬汙染是其中 的一個重要方面。農田土壤中重金屬的來源包括汙水灌溉、大氣沉降，同時還 有城市汙水汙泥和畜禽糞便等有機固體廢棄物的使用。近年來，我國的有機肥源增長迅速。我國畜禽養殖業以10%的年增幅增長，其中生豬和家禽的飼養量己經位居世界第一，由此而產生了大量的畜禽糞便，年產量30億噸(糞便總量)接近工業固體廢物總排放量的5 6倍。同樣， 由於城市汙水處理率的快速增加，導致了城市汙水汙泥大量產生。粗略統計， 目前我國汙泥產量約為900萬噸/年(80%含水率)，這個數量到2015年將翻 番。因此如何合理地處置和利用這兩大類有機固體廢棄物，成為越來越緊迫的 問題。作為農業大國，有機肥的使用在我國有著悠久的歷史。有機肥料在培肥地 力與改善作物品質，特別是改善風味食品品質上具有化學肥料不可比擬的作 用。國內外發展有機農業和綠色農業，十分強調有機肥的應用。國內在制定綠 色食品標準中規定AA級綠色食品只準施用有機肥料和微生物肥料。農業部在 2001年也發布了《關於"十五"期間控制農產品肥料汙染的指導意見》，強調 充分利用我國豐富的有機肥源，以有機肥的應用促進我國無公害食品、綠色食 品和有機食品的開發。但是，越來越多的研究顯示，畜禽糞便和城市汙泥等製備的有機肥料由於 其中汙染物的含量較高，而存在著汙染土壤和農作物的風險。由於城市汙水來源於各種工業和生活汙水，不可避免地含有一些對環境和生物有害的物質，其 中重金屬由於具有難遷移、易富集、危害大等特點， 一直是制約汙泥農業利用 的最主要因素。而集約化養殖在我國的發展，導致飼料添加劑的使用越來越普 遍，大量的銅、鋅、砷等製劑的使用，造成了畜禽糞便的重金屬殘留顯著增加。 有調査顯示，如果按歐盟綠色食品生產用有機肥標準來評判，集約化養殖場畜禽糞便中Zn超標66M，最高含量超標準值8倍；Cd超標40。/。，最高含量為 標準值的16倍；Cu超標34%，最高含量為標準值的25倍；Cr和Ni超標14%; Pb超標4。/。。即使按歐盟一般有機肥標準來評判，Zn超標52。/c)， Cd超標20。/。， 01超標26%， 0超標10%。大量重金屬汙染物存在於畜禽糞便、城市汙泥等 有機肥資源中，導致重金屬在土壤中的不斷積累，其長期使用將對土壤、水體 和農產品質量安全帶來威脅。對於重金屬汙染而言，除總量外，其有效態含量往往更為重要。好氧堆肥 是一個生物學過程，可以將有機質降解為二氧化碳、水、氮和穩定的有機物質。 隨著我們對堆肥過程研究的深入，發現堆肥過程控制會對金屬元素的形態及生 物有效性產生重要影響，易溶態的重金屬含量降低，相對穩定的重金屬含量增 加，而重金屬的形態變化與堆肥中有機物質的變化具有顯著相關性。近年來， 一些研究者使用化學硫製劑、選擇性離子交換劑、無機酸和有機 酸及電化學的方法淋洗轉移堆肥原料中的重金屬；或者採用與其它高pH值的 粉煤灰或天然吸附劑(如高嶺土)等"共堆肥"，以降低堆肥中重金屬的有效性(Ciba, J.， T. Korolewics， et al. (1999). "The occurrence of metals in composted municipal wastes and their removal." Water, Air, and Soil Pollution(l-4): 159-170; Veeken, A. H. M. and H. V. M. Hamelers (1999). "Removal of heavy metals from sewage sludge by extraction with organic acids." Water Science and Technology 40(1): 129-136;王世梅等，(2006)."酵母菌與兩種硫桿菌複合對汙泥中三價鉻 的去除".中國環境科學26 (2) :197-200)。但是這些方法或者是費用較高， 或者是淋洗液的二次處理問題，並且共同的特點是改變了堆肥原料的性狀及品 質。腐殖物質是一類組成和結構都很複雜的天然高分子聚合物，其主體是各種 腐殖酸及其與金屬離子相結合的鹽類，它與土壤中礦物部分密切結合形成有機 無機複合體，因而難溶於水。腐殖質形成理論中最經典的木質素一蛋白質理論認為，植物殘體中的木質素是腐殖物質形成的主要來源，木質素在微生物的作 用下形成類木質素，繼而形成胡敏酸和富裡酸。木質素是複雜的植物物質，具 有某些側鏈的苯環結構，很難分解。 一些細菌和高等真菌能把木質素的側鏈及 芳香環氧化，進而裂解木質素。在堆肥中有相當數量的木質素形成腐殖質，它 是植物營養的儲存庫，也是土壤肥力的基礎。腐殖物質含有多種功能基，這些 功能基對重金屬離子具有較強的絡合和富集作用。腐殖質與重金屬離子的絡合 作用對重金屬離子的固定和遷移具有重要的影響。發明內容本發明所要解決的技術問題是通過優選可降解結合重金屬的有機質作為 堆肥填充料，優化堆肥工藝，以達到鈍化畜禽糞便中重金屬，生產優質有機肥 料的目的。針對本發明所要解決的技術問題，本發明的目的在於提供一種優質有機肥 料，其為本發明人通過實驗篩選得到，重金屬汙染物的形態主要以殘渣態和有 機質結合態存在，大大降低了重金屬汙染物的生物有效性。本發明的另一個目的在於提供一種利用木質素腐殖質鈍化重金屬的堆肥 方法。根據本發明的一個目的，本發明提供了一種有機肥料，其由制肥基料、木 渣、木質素降解啟動劑製備得到，所述制肥基料與木渣的體積比為1: 1 2，所述木質素降解啟動劑的重量為制肥基料與木渣總重的5~20%。在本發明中，相關術語如無特別說明，定義如下所述制肥基料為選自可以通過木質素降解形成腐殖質的各種有機廢棄物 中的一種或多種，例如，畜禽糞便、城市汙泥類固體廢棄物等。所述木渣可以為選自含有木質素的各種農業或工業廢棄物中的一種或多 種，例如，木屑、鋸末等。在本發明中，所述木質素降解啟動劑用於使堆肥中木質素的降解快速發 生，並可促進降解過程的進行。所述木質素降解啟動劑應包括降解木質素的物質，其可以為選自各種降解木質素的真菌及微生物，例如，米麴黴(Aspergillus oryzal)2013、米麴黴2014、 米麴黴2015、黑麴黴、平菇、香菇、金針菇、雞腿菇等，但不限於此。在本發明的一個具體實施方式
中，選用栽培真菌的廢料，以降低生產成本。所述木質素降解啟動劑還可包括適量的營養調節劑，如，糖類物質、蛋白 質類物質、各種微量元素以及維生素等的一種或多種，以調節堆肥中的各種營 養元素，加速降解木質素的微生物的產生，加快堆肥過程。優選的，所述木質素降解啟動劑可由以下重量份的原料製備得到 食用菌廢料 60 100營養調節劑 20 55。上述重量份為本發明人通過實驗篩選得到，該配比的木質素降解啟動劑可 使降解過程較完全的進行，從而儘可能多的形成可絡合重金屬的腐殖質，有利 於肥料中重金屬的鈍化。所述食用菌廢料為食用菌栽培中產生的下腳料，含有大量菌體蛋白、多種 代謝產物及未被充分利用的養料。食用菌栽培的基質可以為木屑、鋸末、棉籽 殼等。在本發明的一個優選實施方案中更優選的，所述木質素降解啟動劑為由以下重量份的原料製備得到食用菌廢料 60 100 工業糖 0.5~2 豆渣 20~50 核黃素 0.005 0.02。在本發明的一個較佳實施方式中，所述木質素降解啟動劑原料的重量比依 次為80: 1: 33: 0.01，在另一個較佳實施方式中，所述木質素降解啟動劑原料的重量比依次為66: 0.6: 22.5: 0.006。優選的，所述木渣的粒徑為小於3釐米，以有利於木質素較快而完全的降解。優選的，所述食用菌廢料為栽培香菇和/或平菇後的廢料。 更優選的，所述食用菌廢料為以木屑和/或鋸末為基質栽培香菇和/或平燕 後的廢料。根據本發明的另一個目的，本發明提供了一種鈍化重金屬的堆肥方法，包括混合、堆積、升溫、降溫、後熟等步驟，其具體步驟如下 1)將制肥基料與木渣按l: 1 2的體積比例混合；2) 加入制肥基料與木渣的混合物總重量5 20%的木質素降解啟動劑，充分混勻堆積，進行堆肥；3) 使堆體溫度維持50 7(TC至少5 7天後，自動降低到4(TC以下不再升 溫時，將堆料出堆；4) 將堆料溼度保持在40% 50%後熟1~2個月。優選的，在步驟2)中，使堆料溼度保持在55 65%之間，堆體氧氣含量 在18%以上。在本發明中，堆體溼度是指堆料混合物水分含量佔混合物總重量 的百分比。在堆肥過程中應適當翻堆通氣，加水以維持堆料的溼度。 在歩驟4)中，最好在自然通風條件下進行後熟。優選的，在所述堆肥方法中，所述木質素降解啟動劑為由以下重量份的原 料製備得到食用菌廢料 60~100 營養調節劑 20~55。所述木質素降解啟動劑可通過將上述原料用常規方法混合製得。 在本發明的一個優選實施方案中，所述木質素降解啟動劑為由以下重量份的原料製備得到食用菌廢料 60 100工業糖 0.5~2豆渣 20~50核黃素 0.005 0.02。優選的，所述木渣的粒徑為小於3釐米。優選的，所述食用菌廢料為栽培香燕和/或平薛後的廢料。更優選的，所述食用菌廢料為以木屑和/或鋸末為基質栽培香燕和/或平燕後的廢料。本發明方法製備的有機肥，其重金屬汙染物的形態主要以殘渣態和有機質 結合態存在，大大降低了重金屬汙染物的生物有效性，可作為優質的有機肥料 使用。本發明克服了現有技術中改變原料性質或投資較大的缺陷，在不改變肥料 性質的基礎上，提供一種利用普通的木質素類填充劑與固體廢棄物"共堆肥"過程中產生相對穩定的腐殖質一重金屬有機體，將原料中含有的重金屬汙染物 鈍化，降低重金屬在土地利用時的生物有效性，使固體廢棄物達到無害化、穩 定化和資源化的方法，生產出高品質的有機肥產品。以下通過對本發明較佳實施方式的說明，詳細描述但不限制本發明。
具體實施方式
在本發明的具體實施方式
中，主要以鈍化重金屬Cu作為例證。實施例l:木屑與城市汙水汙泥"共堆肥"將50kg城市汙水汙泥與木屑按照體積比h 2左右的比例進行混合，添加約10.0kg木質素降解啟動劑(香竊廢料工業糖豆渣核黃素=80: 1: 33:0.01)，調節堆體的溼度在55%~65%之間，將堆料充分混勻後，放置在堆肥 倉中進行好氧堆肥，採用強制性通風方式提供氧氣，維持堆體氧氣含量在18 %以上。堆體高溫(堆體中心50 7(TC左右)達5天後左右，進行翻堆並適當 添加水分繼續堆腐，堆腐時間達20天左右，直到溫度自動降低到40。C以下不 再重新升溫。將堆料下堆後，調節堆體溼度達40%~50%之間，繼續進行l個 月左右的後熟，在此過程中翻堆2 3次。與對照物(未經共堆肥的城市汙水汙 泥)相比，經過"共堆肥"汙泥中的穩、緊結合態腐殖質結合的Cu的含量分 別較堆肥初期增加了 10.2%禾!1 13.2。％，而可溶態有機質結合的Cu含量降低了 59.5%。實施例2:木屑與畜禽糞便"共堆肥"將50kg畜禽糞便與木屑按照體積比l: l左右的比例進行混合，添加約 3.0kg木質素降解啟動劑(平菇廢料工業糖豆渣核黃素=66: 0.6: 22.5:0.006)，調節堆體的溼度55%~65%之間，將堆料充分混勻後，放置在堆肥倉 中進行好氧堆肥，採用強制性通風方式提供氧氣，維持堆體氧氣含量在18% 以上，堆體高溫(堆體中心50 7(TC左右)達5天後左右，進行翻堆並適當添 加水分繼續堆腐，堆腐達2周左右，直到溫度自動降低到4(TC以下不再重新 升溫。將堆料下堆後，調節水分含量40% 50%之間，繼續進行後熟2個月左 右，在此過程中翻堆2 3次。與對照(未經"共堆肥"的畜禽糞便)相比，經過 中的穩、緊結合態腐殖質結合的Cu的含量分別較堆肥初期增加了 8.6%和23.3%，而可溶態有機質結合的Cu含量降低了 45.7%。實施例3:木屑與畜禽糞便"共堆肥"將50kg畜禽糞便與木屑按照體積比l: 1.5左右的比例進行混合，添加約 7.0kg木質素降解啟動劑(平菇廢料工業糖豆渣核黃素=92: 1.7: 46:0.018)，以下步驟與實施例2相同。與對照(未經"共堆肥"的畜禽糞便)相 比，鈍化Cu的效果與實施例2相似。實施例4:畜禽糞便堆肥盆栽過程中重金屬Cu的變化按畜禽糞便堆肥土地施用量分別是15、 50t/ha折算後，將按實施例12腐 熟的畜禽糞便堆肥產品和未經堆腐的畜禽糞便分別與土壤混合，每盆裝混合物 2.5kg，保持土壤混合物溼度達到田間最大持水量。將盆缽放置在恆溫培養箱 中，控制相對溼度70%、溫度保持25士rC，恆溫培養8周後左右，採用BCR 分步提取法和腐殖質形態分級提取法分析測定土壤中不同形態的重金屬Cu的 含量。與對照(未經堆腐的畜禽糞便)相比，施用畜禽糞便堆肥產品的土壤， 弱酸提取態和可還原態01含量分別低29.12%和22%，同時穩、緊結合態腐 殖質結合的Cu含量分別高出14.9%和35。/。。以上對本發明的詳細描述並不限制本發明，本領域技術人員應理解，在閱 讀了本發明的上述內容以後，本領域技術人員可以對本發明做各種改動或修 改，但改動或修改的等價形式同樣落在本申請權利書所限定的範圍內。
權利要求
1. 一種有機肥料，其特徵在於，由制肥基料、木渣、木質素降解啟動劑製備得到；所述制肥基料與木渣的體積比為1∶1～2；所述木質素降解啟動劑的重量為制肥基料和木渣總重的5～20％。
2、 根據權利要求1所述的有機肥料，其特徵在於，所述木質素降解啟動劑為由以下重量份的原料製備得到食用菌廢料 60~100 營養調節劑 20 55。
3、 根據權利要求2所述的有機肥料，其特徵在於，所述木質素降解啟動 劑為由以下重量份的原料製備得到食用菌廢料 60 100 工業糖 0.5 220~50 0.005~0.02。
4、 根據權利要求1所述的有機肥料，其特徵在於，所述木渣的粒徑為小 於3釐米。
5、 根據權利要求1所述的有機肥料，其特徵在於，所述食用菌廢料為栽 培香菇和/或平菇後的廢料。
6、 一種鈍化重金屬的堆肥方法，其特徵在於，包括下述歩驟-1) 將制肥基料與木渣按l: 1 2的體積比例混合-,2) 加入制肥基料與木渣的混合物總重量5 20%的木質素降解啟動劑，充 分混勻堆積，進行堆肥；3) 使堆體溫度維持50 7(TC至少5 7天後，自動降低到40°C以下不再升 溫時，將堆料出堆；4) 將堆料溼度保持在40%~50%後熟1~2個月。
7、 根據權利要求6所述的堆肥方法，其特徵在於，所述木質素降解啟動 劑為由以下重量份的原料製備得到食用菌廢料 60~100 營養調節劑 20 55。
8、 根據權利要求7所述的堆肥方法，其特徵在於，所述木質素降解啟動 劑為由以下重量份的原料製備得到食用菌廢料 60~100 工業糖 0.5 2 豆渣 20~50 核黃素 0.005 0.02。
9、 根據權利要求6所述的堆肥方法，其特徵在於，在歩驟2)中，使堆 料溼度保持在55 65%之間，堆體氧氣含量在18%以上。
10、 根據權利要求6所述的堆肥方法，其特徵在於，所述食用菌廢料為栽 培香菇和/或平菇後的廢料。
全文摘要
本發明涉及一種有機肥料，以及一種利用木質素類腐殖質鈍化重金屬的堆肥方法。所述有機肥料是由制肥基料、木渣、木質素降解啟動劑製備得到，所述制肥基料與木渣的體積比為1∶1～2，所述木質素降解啟動劑的重量為制肥基料與木渣總重的5～20％。本發明主要利用好氧堆肥工藝，通過木屑、鋸末等在降解過程中生成的腐殖質，結合城市汙泥和畜禽糞便中的重金屬形成腐殖質-重金屬，降低重金屬的生物有效性，最終達到城市汙水汙泥或畜禽糞便堆肥無害化，生產出高品質有機肥產品的目的。
文檔編號C05F11/00GK101274861SQ20071006490
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月28日 優先權日2007年3月28日
發明者李豔霞 申請人:中國科學院地理科學與資源研究所