CN113582780A - 一种通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富磷富硅的有机肥料及其制备方法，属于废弃物资源化技术领域。本发明通过添加黄磷渣制备富磷富硅堆肥产品，包括以下步骤：在畜禽粪便中添加5‑20％(w:w)黄磷渣后，与堆肥调理剂均匀混合，进行高温好氧堆肥，经过升温期、高温期、降温期和腐熟期后获得堆肥产品。利用此方法生产的堆肥产品总磷含量高于2％，总硅含量高于10％，枸溶性磷含量不低于0.5％，枸溶性硅含量不低于0.9％。本发明利用黄磷渣生产有机肥，不仅可以显著提高有机肥料中磷、硅含量，营养丰富，市场潜力大，前景广阔，而且创新发展了一种利用无机废弃物和有机废弃物混合发酵生产肥料的方法，解决了黄磷渣大量堆存造成的环境问题。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化领域，尤其涉及一种通过添加矿渣制备的富磷富硅有机肥料及其生产方法。
背景技术
近年来，在国家政策推动下，我国的畜牧业生产方式向规模化、产业化和区域化转变，促进了现代化、机械化、集约化养殖业迅猛发展。据全国畜牧总站调查资料(2014年)显示，当前我国每年的畜禽粪污产生量约38亿吨，是工业废弃物的2.7倍，且呈现增长趋势，但是畜禽粪污资源化综合利用率不足60％。好氧堆肥技术因其成本低、除臭效果好、产物可肥料化等优点，被广泛应用于畜禽粪便的处理处置。
传统的好氧堆肥技术依然存在堆肥时间长、有机物降解不完全、腐殖化程度低、氨气挥发、温室气体释放等问题，亟待优化提升有关工艺。研究人员通过在好氧堆肥过程中加入不同类型的添加剂，调节堆体碳氮比和pH值，提高堆肥效率，减少氮素损失，钝化重金属，进而提升堆肥产品品质。畜禽粪便具有较高的含水率和低碳氮比，单独堆肥效果较差，需要添加木块、锯末等调理剂提高碳氮比，加快腐熟过程。研究发现生物炭可以作为堆肥调理剂，改善堆体孔隙结构，增强微生物活性，减少温室气体、氨气排放，固定重金属和有机污染物。沸石、蛭石和麦饭石等无机调理剂的添加也可以促进有机质降解，降低温室气体排放，提升堆肥品质。赵亮等人研究认为膜覆盖和沸石联用可以减少污泥好氧堆肥过程中的氨气逸散，也可以改善堆肥产品。赵越申报的专利《一种通过生物聚磷制备的富磷高效堆肥产品及其方法》提出在有机固体废弃物中加入生物炭和磷矿粉可以制备富磷堆肥产品，提高堆肥产品的磷总量及其有效性，但该专利操作需要额外添加解磷菌(专利申请号201710028415.3)，增加了工艺的复杂性与成本。专利《一种发酵腐熟的猪粪有机肥》提出在猪粪中加入磷酸盐制得的生物有机肥能提高农作物产量(专利申请号2016107 41142.2)。可见，合理组配堆肥原料，辅加合适的调理剂可有效地改善堆肥产品的品质，采用科学的工艺设计可以定向生产出具有特定性状的堆肥产品。
黄磷渣是磷矿石热法生产黄磷过程中排放的颗粒状工业废渣，电炉中的高温熔体经水淬骤冷，形成粒状均质黄磷渣。根据生产工艺的不同，黄磷渣可分为结晶态黄磷渣和无定形黄磷渣两种。目前黄磷渣的资源化利用率较低，大量存放于堆场，不仅占用宝贵的土地资源，还带来一定的安全隐患。黄磷渣组分中90％以上是硅和钙，还含有约0.3％的磷，是一种富磷富硅的无机废弃物；其中无定形黄磷渣的磷、硅等元素的有效性高于结晶态黄磷渣。磷素是制约植物生长的重要因素，缺磷时植物生长受阻，会降低其产量和品质。硅是组成植物体的重要元素之一，施用硅肥不仅可以提高作物产量和品质，还可以增强植物体的抗胁迫能力。因此如果在堆肥过程中合理引入黄磷渣组份，预期可以获得富磷富硅的堆肥产品，为农业生产提供优质的有机肥料，但目前未见相关产品研发报道及专利。
发明内容
本发明提供一种添加黄磷渣制备的堆肥产品及其制备方法，以提高堆肥产品磷和硅元素含量，提供优质的有机肥料，并为黄磷渣的资源化利用提供新思路。
为实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品，其特征在于，在畜禽粪便中添加黄磷渣，经过高温好氧堆肥达到腐熟后，筛分出堆体中的木块，获得富磷富硅的堆肥产品。
所述堆肥产品的总磷含量不低于2％，总硅含量不低于10％，枸溶性磷含量不低于0.5％，枸溶性硅含量不低于0.9％；
该方法中所述的黄磷渣是磷矿石热法生产黄磷过程中产生的无定形矿物材料。该方法中所述的黄磷渣粒径≤100目，硅含量高于15％，磷含量高于0.3％。
该方法中所述的好氧堆肥是以一定比例将畜禽粪便、黄磷渣和调理剂混合均匀，调节含水率为55-60％，在堆体上覆盖一层防水透气的半透膜。所述半透膜既可以保水保温，又可以减少氨气逸出，进而实现保氮的目的。实时监测堆体内部的温度，堆体温度应在50℃以上持续至少10天。堆体温度降低到40℃以下且不再升高时，认为堆肥已经腐熟，即获得富磷富硅的堆肥产品。该产品还可以进行二次陈化，进一步提高堆肥产品腐熟度。
该方法中所述畜禽粪便包括猪、牛、羊、鸡、鸭、鸽、鹅等畜禽的***粪便。该方法中所述的堆肥调理剂包括木片和生物炭。所述的生物炭是由秸杆等生物质在裂解炭化炉中，经2 -3小时，400-600℃的高温热裂解后生成固态富碳产物，优选稻壳基生物炭。
该方法中所述堆肥物料的比例是畜禽粪便与木片的质量比为1：1，黄磷渣、生物炭各占畜禽粪便干重的5-20％和3-10％。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：(1)本发明通过在畜禽粪便中添加黄磷渣等调理剂，经过覆膜式好氧堆肥工艺制备堆肥产品，操作简便，成本较低。(2)利用黄磷渣含磷和硅元素的特性，制备高附加值的富磷富硅堆肥产品。同时在堆肥原料中添加生物炭，结合覆膜工艺，可以减少氨气排放，达到保氮的目的。该技术方案提出的堆肥产品富含氮、磷、硅养分，作为肥料产品施用入土壤环境，可以有效提高土壤有机质含量和氮磷硅等营养元素含量，在农林生产和园林绿化领域具有广阔的应用前景。(3)通过本发明提出的技术方案，实现了无机废弃物和有机废弃物协同资源化，促进了废弃物处置与土壤改良技术的有机耦合。
附图说明
图1为添加黄磷渣的堆肥产品制备过程中温度变化
图2为添加黄磷渣的堆肥产品制备过程中发芽指数变化
图3为添加黄磷渣的堆肥产品制备过程中总磷和枸溶性磷含量变化
图4为添加黄磷渣的堆肥产品制备过程中总硅和枸溶性硅含量变化
具体实施方式
以下实施例用于进一步阐述本发明，但不以任何方式限制本发明的有效范围。
实施例一
在4吨新鲜的猪粪中添加黄磷渣，再与木块和生物炭按比例充分混合均匀，调节含水率为55％-60％。猪粪与木块的质量比为1:1，黄磷渣、生物炭的干重各占猪粪干重的11％、7％。
将上述堆肥物料装入堆肥反应器中，反应器上覆盖防水透气的半透膜，反应器底部配有通风管道，通气量为0.2-0.5L/min。
实时监测堆体内部的温度，第二天堆体达到63℃，温度在50℃以上持续了15天，满足《粪便无害化卫生》规定。发酵至27天时，温度缓慢下降且不再升高，通过对样品进行检测分析，认为堆肥产品已经腐熟。把堆肥物料移出堆肥反应器，使用5mm筛网筛出木块，获得富磷富硅的堆肥产品。
表征堆肥产品性质，可以发现：产品pH为7.35，有机质含量达到60％，总养分 (N+P2O5+K2O)达到14.77％，有机质和总养分含量符合国家农业标准《有机肥料》(NY525-2021)限值要求。取该产品固液比(质量:体积)为1:5的浸提液进行小白菜种子发芽实验，种子发芽指数(GI)的平均值达到70％以上。
此外堆肥产品富含养分，总磷含量为2.16％，枸溶性磷达到5.34g/kg，总硅含量为10.06％，枸溶性硅含量为9.14g/kg；总氮含量为2.12％，总钾含量为1.13％，可做为农业生产使用的优质有机肥料。
下表为该堆肥实验生产的堆肥产品与市售有机肥料的磷和硅元素含量比较，由表中数据可以看出，该堆肥产品的总磷、枸溶性磷含量明显高于其他市售有机肥，且枸溶性磷占总磷的比值为24.72％，也远高于其他市售有机肥。该堆肥产品的总硅含量与市售有机肥料虽然差异不大，但是有效硅占比为9.09％，高于其他组3倍以上，本产品中硅具有更高的植物有效性有利于农业生产。
表1堆肥产品与市售有机肥料的磷和硅元素含量比较
Claims (8)
1.一种通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品，其特征在于，将黄磷渣添加到畜禽粪便中，进行覆膜式好氧堆肥后获得富磷富硅的堆肥产品。
2.根据权利要求1所述的通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品，其特征在于，该产品的总磷含量不低于2％，总硅含量不低于10％，枸溶性磷含量不低于0.5％，枸溶性硅含量不低于0.9％。
3.根据权利要求1所述的通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品的生产方法，其特征在于，所述好氧堆肥是将畜禽粪便、黄磷渣和调理剂按一定比例混合均匀，调节含水率为55-60％，通过覆膜式好氧堆肥工艺堆肥直至腐熟。
4.根据权利要求1所述通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品的生产方法，其特征在于，所述畜禽粪便包括猪、牛、羊、鸡、鸭、鸽、鹅等畜禽的***粪便。
5.根据权利要求1所述的通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品的生产方法，其特征在于，所述黄磷渣是磷矿石热法生产黄磷过程中产生的无定形矿物材料。
6.根据权利要求1所述的通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品的生产方法，其特征在于，所述黄磷渣粒径≤100目，硅含量高于15％，磷含量高于0.3％。
7.根据权利要求1所述的通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品的生产方法，其特征在于，所述堆肥调理剂包括生物炭和木片；所述生物炭是由秸杆等生物质经400-600℃的高温热裂解2-3小时产生的固态富碳产物，优选稻壳基生物炭；所述木片长度为5-20cm。
8.根据权利要求1所述的通过添加黄磷渣制备的富磷富硅堆肥产品的生产方法，其特征在于，所述的好氧堆肥比例为：畜禽粪便与木片的质量比为1:1，黄磷渣占畜禽粪便干重的5-20％，优选10％；生物炭占畜禽粪便干重的3-10％，优选7％。
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