公布日：2023.12.22
申请日：2023.10.08
分类号：C05G3/00(2020.01)I;C05F17/20(2020.01)I;C05F17/50(2020.01)I;C05G3/40(2020.01)I;C05G3/80(2020.01)I;C05G5/35(2020.01)I
摘要
本发明公开了一种基于生活污泥的有机肥及其制备方法，本发明的有机肥是将厌氧发酵菌剂与生活污泥混合均匀，添加有机废弃物，进行厌氧发酵，再加入发酵辅料，接种高温好氧菌剂，高温好氧发酵，再破碎，烘干，得初产有机肥，将初产有机肥改性处理，即得有机肥。与现有技术相比，本发明制备的有机肥通过将生活污泥与其他材料混合发酵，转化为有机肥，实现了对生活污泥的资源化利用，减少了对环境的污染，提高有机肥的稳定性和可用性，具有较高的田间肥效和植株促生长功效。
权利要求书
1.一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，制备方法如下：步骤1、将厌氧发酵菌剂与生活污泥混合均匀，得到物料A；步骤2、将物料A和有机废弃物按照1：1～2的质量比混合均匀后，温度保持在35～40℃，物料含水量保持在40～50％，进行厌氧发酵至发酵产物无臭味；步骤3、向厌氧发酵完成后的产物中加入占其总质量15～25％的发酵辅料，得到混合物；将混合物的水分含量调节至35～45wt％，得到物料B；步骤4、向物料B中接种高温好氧菌剂，并充分搅拌均匀，用铲车将其送入堆料槽中建堆；向堆料槽内强制通入热风使堆料快速升温，并在通风条件下使堆料温度保持在55～65℃，保持5～10d，完成高温好氧发酵；步骤5、将高温好氧发酵完成后的物料破碎，烘干，得初产有机肥，将初产有机肥改性处理，即得有机肥。
2.如权利要求1所述的一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的厌氧发酵菌剂由嗜酸乳酸菌和酿酒酵母菌按照数量比1∶0.4～0.8混合均匀后得到，活菌含量10～20亿/mL。
3.如权利要求1所述的一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的生活污泥为含水量为70～80wt％的城市生活污泥，所述厌氧发酵菌剂加入量为占生活污泥总体质量的0.5～2％。
4.如权利要求1所述的一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的有机废弃物为小麦秸秆、秸渣、谷壳、动物粪便中的至少一种。
5.如权利要求1所述的一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的发酵辅料选自骨粉、豆粕粉、玉米芯粉中的至少一种。
6.如权利要求1所述的一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，所述的高温发酵菌剂由枯草芽孢杆菌、嗜热侧孢霉菌、酿酒酵母菌、黑曲霉按照数量比1：0.3～0.5：0.4～0.6：0.1～0.3混合均匀后得到，活菌含量18～22亿/mL，所述高温好氧菌剂加入量为占物料B总体质量的0.3～0.8％。
7.如权利要求1所述的一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，所述初产有机肥的改性处理方法如下，以重量份计：S1、将1～3份纤维素纤维加入到80～120份水中，100～500rpm搅拌1～3h，得到悬浮液，加入0.3～0.5g2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基和0.1～0.3g溴化钠，100～500rpm搅拌4～6h，然后，用0.5～2mol/L氢氧化钠水溶液调节pH至9～11，然后，加入0.5～2份次氯酸钠，收集纤维素纤维，用水洗涤，然后，将纤维素纤维加入到水中，研磨，得到原纤悬浮液，采用喷雾干燥，工艺参数设置为：进风温度120～130℃，雾化压力40～60mm，进液速度20～30％，进风风量90～100％，得到功能剂；S2、将1～3份步骤S1制备的功能剂、35～40份初产有机肥加入到50～70份水中，在25～35℃下100～500rpm搅拌10～30min，然后以10000～14000rpm均质3～9min，得到均质液，将均质液采用喷雾干燥，工艺参数设置为：进风温度170～190℃，雾化压力50～60mm，进液速度15～25％，进风风量90～100％，得到预处理肥料；将15～25份填料、3～5份甘油、3～5份水、15～25份聚羟基丁酸酯和45～55份预处理肥料在120～130℃、50～70rpm处理8～12min，即得有机肥。
8.如权利要求7所述的一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，所述填料为改性填料、云母粉、淀粉、蒙脱土中的至少一种。
9.如权利要求8所述的一种基于生活污泥的有机肥的制备方法，其特征在于，所述改性填料的制备方法如下，以重量份计：Z1、将8～12份硅酸钠、0.5～2份氢氧化钠、25～35份水混合100～600rpm搅拌5～20min，得到碱活化剂，然后将30～40份云母粉加入到碱活化剂中，500～1000rpm搅拌过夜，然后加入8～12份甘油、2～4份硼酸、8～12份20～35wt％过氧化氢水溶液、0.1～0.3份十五烷基磺酸钠和0.2～0.4份偶氮二甲酰胺，得到的浆料；然后50～70℃干燥5～12h、粉碎、过50～300目筛，得到固体粉末，用80～120份0.2～0.5wt％磷酸氢钾水溶液浸泡1～3h，过滤，得到云母基聚合物；Z2、将8～12份可溶性淀粉和40～60份聚乙烯醇加入到20～40份水中，在50～70℃下100～500rpm搅拌5～20min，得到胶体溶液，然后，在胶体溶液中加入8～12份云母基聚合物，得到改性填料。
10.一种基于生活污泥的有机肥，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的制备方法制备而成。
发明内容
有鉴于现有技术中有机肥的田间肥效和植株促生长功效较差的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种田间肥效和植株促生长功效较好的基于生活污泥的有机肥及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于生活污泥的有机肥的制备方法如下：
步骤1、将厌氧发酵菌剂与生活污泥混合均匀，得到物料A；
步骤2、将物料A和有机废弃物按照1：1～2的质量比混合均匀后，温度保持在35～40℃，物料含水量保持在40～50％，进行厌氧发酵至发酵产物无臭味；
步骤3、向厌氧发酵完成后的产物中加入占其总质量15～25％的发酵辅料，得到混合物；将混合物的水分含量调节至35～45wt％，得到物料B；
步骤4、向物料B中接种高温好氧菌剂，并充分搅拌均匀，用铲车将其送入堆料槽中建堆；向堆料槽内强制通入热风使堆料快速升温，并在通风条件下使堆料温度保持在55～65℃，保持5～10d，完成高温好氧发酵；
步骤5、将高温好氧发酵完成后的物料破碎，烘干，得初产有机肥，将初产有机肥改性处理，即得有机肥。
所述步骤1中的厌氧发酵菌剂由嗜酸乳酸菌和酿酒酵母菌按照数量比1∶0.4～0.8混合均匀后得到，活菌含量10～20亿/mL。
所述步骤1中的生活污泥为含水量为70～80wt％的城市生活污泥，所述厌氧发酵菌剂加入量为占生活污泥总体质量的0.5～2％。
所述步骤2中的有机废弃物为小麦秸秆、秸渣、谷壳、动物粪便中的至少一种。
所述步骤3中的发酵辅料选自骨粉、豆粕粉、玉米芯粉中的至少一种。
所述的高温发酵菌剂由枯草芽孢杆菌、嗜热侧孢霉菌、酿酒酵母菌、黑曲霉按照数量比1：0.3～0.5：0.4～0.6：0.1～0.3混合均匀后得到，活菌含量18～22亿/mL，所述高温好氧菌剂加入量为占物料B总体质量的0.3～0.8％。
所述初产有机肥的改性处理方法如下，以重量份计：
S1、将1～3份纤维素纤维加入到80～120份水中，100～500rpm搅拌1～3h，得到悬浮液，加入0.3～0.5g2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基和0.1～0.3g溴化钠，100～500rpm搅拌4～6h，然后，用0.5～2mol/L氢氧化钠水溶液调节pH至9～11，然后，加入0.5～2份次氯酸钠，收集纤维素纤维，用水洗涤，然后，将纤维素纤维加入到水中，研磨，得到原纤悬浮液，采用喷雾干燥，工艺参数设置为：进风温度120～130℃，雾化压力40～60mm，进液速度20～30％，进风风量90～100％，得到功能剂；
S2、将1～3份步骤S1制备的功能剂、35～40份初产有机肥加入到50～70份水中，在25～35℃下100～500rpm搅拌10～30min，然后以10000～14000rpm均质3～9min，得到均质液，将均质液采用喷雾干燥，工艺参数设置为：进风温度170～190℃，雾化压力50～60mm，进液速度15～25％，进风风量90～100％，得到预处理肥料；将15～25份填料、3～5份甘油、3～5份水、15～25份聚羟基丁酸酯和45～55份预处理肥料在120～130℃、50～70rpm处理8～12min，即得有机肥。
所述填料为改性填料、云母粉、淀粉、蒙脱土中的至少一种。
所述改性填料的制备方法如下，以重量份计：
Z1、将8～12份硅酸钠、0.5～2份氢氧化钠、25～35份水混合100～600rpm搅拌5～20min，得到碱活化剂，然后将30～40份云母粉加入到碱活化剂中，500～1000rpm搅拌过夜，然后加入8～12份甘油、2～4份硼酸、8～12份20～35wt％过氧化氢水溶液、0.1～0.3份十五烷基磺酸钠和0.2～0.4份偶氮二甲酰胺，得到的浆料；然后50～70℃干燥5～12h、粉碎、过50～300目筛，得到固体粉末，用80～120份0.2～0.5wt％磷酸氢钾水溶液浸泡1～3h，过滤，得到云母基聚合物；
Z2、将8～12份可溶性淀粉和40～60份聚乙烯醇加入到20～40份水中，在50～70℃下100～500rpm搅拌5～20min，得到胶体溶液，然后，在胶体溶液中加入8～12份云母基聚合物，得到改性填料。
负载在功能剂上的初产有机肥量高于直接在纤维素表面的负载量，通过静电结合到微胶囊表面，这种核壳结构有助于有机肥最内层的养分保留，并延迟其释放到环境中。功能剂的官能化增加了其负电荷，增强了其与初产有机肥和改性填料的相互作用。与直接施用初产有机肥相比，有机肥的养分初期释放减缓。主要在于初产有机肥和功能剂表面带电位点之间的相互作用。改性填料影响了复合材料的均匀性，长期释放过程中，水通过孔隙渗透到有机肥中，包覆初产有机肥的外包材料生物降解促进了基质内部养分的进一步释放，以减少肥料施用的浪费。
所述改性填料的制备方法中首先，合成了多孔云母基聚合物。在这个过程中，云母粉在碱性溶液中被活化。云母粉中的Si-O-Si和Si-O-Al键断裂并重组形成四面体，从而获得了载肥多孔结构。本发明中，云母粉是被氢氧化钠水溶液活化的，所以呈碱性，有影响土壤pH值的风险，因此，使用磷酸氢钾水溶液浸泡固体粉末，使其中和土壤环境的pH值。将可溶性淀粉和聚乙烯醇在搅拌下混合成均匀的粘性液体，使初产有机肥被填埋并封装在云母基聚合物的多孔中。从而获得了以初产有机肥为基础的有机肥，可溶性淀粉可以增加溶液的粘度。
改性填料是一种特殊的多孔结构载体，保证了足够的肥料负载，并为肥料提供了长期的缓释效果，另一方面，改性填料在释放养分后，在土壤中可以缓慢降解，而改性填料仍然是一种环保、低成本的硅酸盐多孔材料，不需要回收或再利用。而且改性填料吸水后变成柔软的凝胶，具有弹性和膨胀性，土壤在脱水后会收缩，调节土壤湿度，并在周围的土壤中形成孔洞，从而使土壤松动，为植物提供足够的营养、水分和透气。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1)本发明制备的有机肥通过资源化利用生活污泥，生活污泥是一种充分利用的废弃物，通过本发明的方法，将生活污泥与其他材料混合发酵，可以将其转化为有机肥，实现了对生活污泥的资源化利用，减少了对环境的污染。
2)本发明循环利用农业废弃物，本发明中使用的秸秆作为混合材料之一，是农业废弃物的一种。通过将秸秆与生活污泥混合发酵，不仅可以有效处理农业废弃物，还能为有机肥的制备提供碳源和孔隙结构，提高有机肥的质量。
3)本发明综合发酵提高肥料质量，本发明采用了两阶段的发酵过程，包括厌氧发酵和高温好氧发酵。这种综合发酵过程可以充分分解有机物质，去除臭味，提高肥料的稳定性和可用性。
4)本发明采用改性处理提升肥料性能，通过对初产有机肥进行改性处理，引入功能剂和改性填料，可以改善肥料的物理性质和化学性质，增强肥料的保水性、肥效持久性和抗淋溶性，提高肥料的利用效率，具有较高的田间肥效和植株促生长功效。
5)本发明制备的有机肥具有环境友好性，采用了生物发酵的方法，避免了化学合成肥料对环境的污染。同时，通过资源化利用生活污泥和农业废弃物，减少了对土壤和水源的污染风险。
（发明人：毛建生;毛加仁）
