CN104560048A

CN104560048A - 一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法

Info

Publication number: CN104560048A
Application number: CN201510024743.7A
Authority: CN
Inventors: 辛言君; 王港; 陈清华; 朱祥伟; 李保鹏
Original assignee: Qingdao Agricultural University
Current assignee: Qingdao Agricultural University
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明公开了一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，将牛粪块晾晒风干含水率降到10%以下，粉碎至颗粒；牛粪与磷石膏按7～9:1～3的混合造粒；得到成品颗粒投入碳化炉内通氮气加热，以2～10℃/min升温至150～250℃恒温20～60min；5～20℃/min升温至350～500℃恒温1～4h降温至60℃出料；过100目筛获得pH值7.5～9.5的生物土壤改良剂。本发明操作简单，原材料价廉易得，制备出的生物土壤改良剂比表面积大，可改良土壤性质，提高土壤肥力，修复受污染土壤，为牛粪便的处理处置提供一条新的途径，具有显著的生态效益和良好的推广应用前景。

Description

一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法

技术领域

本发明涉及一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法,属于农业固废资源化利用领域。

背景技术

生物炭是生物质在缺氧或无氧环境下热解得到的具有高度芳香化物质。生物炭埋到地下等于把碳封存进了土壤，有助于减缓全球变暖。生物炭相当稳定，耐光、耐生物降解，能将碳元素“锁”在地下数百年，甚至达数千年，大大减少了二氧化碳和甲烷等温室气体的排放。生物炭具有疏松微孔的结构，将其施到土壤后，可以显著提高土壤的疏松程度，增加土壤有机物质，而且其巨大的比表面可以强烈地吸附铵、硝酸盐、磷酸盐和一些其它水溶性盐养分离子，提高土壤肥力，有效调节土壤 N、P、K等营养元素的循环，提高土壤保水保肥能力。生物炭提高土壤肥力的同时还可以有效地吸附农药、重金属等污染物质，降低重金属和有机污染物生物有效性等作用，还可以降低这些污染物质因为水分渗透和雨水淋洗作用而在土壤介质中的迁移性，减少其对地表水和地下水的污染，对受污染土壤进行修复。生物炭具有改善微生物细胞附着性能、促进土壤团聚体的形成、改变土壤固氮与硝化微生物菌群活性的作用。

据统计，我国2013年底中国牛存栏量为104302千头，存栏量占世界的10.1%，一头奶牛每年产生的粪便在7吨以上，随着畜牧业的快速发展，粪便污染已成为一大难题。在一些地方，牛粪对环境的污染已超过了工业污染的总量，给农村环境带来了巨大的压力。目前牛粪主要处理途径是进行厌氧发酵，厌氧发酵后产生大量的沼渣和液体沼肥用于农业种植，由于规模化养殖产生的沼肥量巨大，养殖场周边农田难以消纳大量的发酵产物，尤其是过多的沼液外运不便，成为牛粪厌氧处理技术发展的瓶颈。牛粪发酵资源化利用技术中产生的甲烷和二氧化碳等温室气体的排放，也给环境带来了带来的很大的压力。

现有技术中利用鸡粪或人类粪便的处理方法都有报道，而如何利用牛粪制取生物炭作为土壤改良剂，方便实现其资源化循环，同时有助于CO₂的固定，还可以通过对土壤微生物的作用抑制土壤温室气体氮氧化物和甲烷的排放的技术却未见报道。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明目的在于：提供一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，该方法操作简单，原材料价廉易得，制备的土壤改良剂比表面积大，生物炭添加到土壤中后，不仅可以改良土壤的性质，提高土壤肥力，修复受污染土壤，为牛粪便的处理处置提供一条新的途径，具有显著的生态效益和良好的推广应用前景。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，其步骤如下：一、预处理：将牛粪块晾晒、风干，使牛粪块的含水率降到10%以下，而后将牛粪块粉碎至长度<1cm的颗粒，将磷石膏粉碎至粒径<1mm，备用；二、造粒：步骤一中处理后的牛粪与磷石膏按7～9:1～3的质量比混合造粒，烘干后筛分，获得粒径为2～4mm的成品颗粒；三、炭化：将步骤二中得到的成品颗粒投入碳化炉内，通入氮气，加热，以2～10℃/min的升温速率升温至150～250℃后，恒温20～60min；然后以5～20℃/min的升温速率，升温至350～500℃后，恒温1～4h后，在通氮气条件下降温至60℃出料；四、调整筛选：将步骤三中获得的产物过100目筛，获得pH值7.5～9.5，有机质含量大于50%，养分含量7～10%，孔隙度0.2～0.4cm³/g，孔径15～40nm，平均比表面积120～280m³/g的生物土壤改良剂。

进一步的，所述步骤一中牛粪块的含水率为8%；所述步骤二中牛粪与磷石膏的质量比为9:1；所述步骤三中通入氮气，加热，以5℃/min的升温速率升温至200℃后，恒温30min；然后以10℃/min钟的升温速率，升温至400℃后，恒温2h。

进一步的，将步骤四所得生物土壤改良剂用于土壤改良，每亩施用100～2500kg，土壤pH值提高0.1～0.6，土壤容重降低4～16%，总孔隙度提高4%～18%。

本发明的有益技术效果：通过上述方法对牛粪进行处理，所得生物土壤改良剂能很好的改良酸化土壤，调节土壤松紧度，降低土壤容重，增加土壤有机质，提高土壤孔隙度，有利于水分和营养元素的保持；同时本方法操作简单，原材料价廉易得，制备出的生物土壤改良剂比表面积大，可改良土壤性质，提高土壤肥力，修复受污染土壤，为牛粪便的处理处置提供一条新的途径，具有显著的生态效益和良好的推广应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实例对本发明详细说明。

实施例1

一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，其步骤如下：

一、预处理：将牛粪块晾晒、风干，使牛粪块的含水率降到9%后，将牛粪块粉碎至长度<1cm的颗粒，将磷石膏粉碎至粒径<1mm，备用；二、造粒：步骤一中处理后的牛粪与磷石膏按9:1的质量比混合造粒，烘干后筛分，获得粒径为2～4mm的成品颗粒；三、炭化：将步骤二中得到的成品颗粒投入碳化炉内，通入氮气，加热，以2℃/min的升温速率升温至250℃后，恒温30min；然后以5℃/min钟的升温速率，升温至500℃后，恒温2h；最后，在通入氮气条件下降温至60℃出料；四、调整筛选：将步骤三中获得的产物过100目筛，获得pH值8.6，有机质含量53%，养分含量7.9%，孔隙度为0.30cm³/g，孔径20～30nm，平均比表面积250m³/g的生物土壤改良剂。

每亩施用400kg后，土壤pH值提高0.45，土壤容重降低8%，总孔隙度提高了10%。

磷石膏施入土壤后，在土壤溶液中不断溶解，能够为土壤提供充足的可溶性钙，将胶体复合体中的钠离子代换出来，使碱化度降低，提高原始土壤中钙、磷，特别是微量元素的有效性。磷石膏能够有效改善土壤物理、化学性状，降低土壤容重，促进土壤团粒结构的形成，防止土壤表皮结壳，降低土壤pH值，增加土壤渗透能力，促进洗盐速度，提高耕层土壤养分。磷石膏富含有效磷和有效钙及作物生长所必需的营养元素，能直接供给农作物生长所需的一些营养元素，可增强土壤肥力，促进作物营养体和地下根系的生长，提高对土壤养分的利用率。

实施例2

一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，与实施例1不同之处在于：步骤一中将牛粪晾晒、风干，使牛粪的含水率降到9.5%；步骤二中牛粪与磷石膏的质量比7:1；步骤三中开启加热装置，以10℃/min的升温速率升温至150℃后，恒温40min；然后以15℃/min钟的升温速率，升温至500℃后，恒温1h；最后，在通入氮气条件下降温至60℃出料；步骤四中获得pH值8.9，有机质含量52%，养分含量为8.7%，孔隙度为0.25cm³/g，孔径15～35nm，平均比表面积210m³/g的生物炭；每亩施用200kg后，土壤pH值提高0.28，土壤容重降低5%，总孔隙度提高了6%。

实施例3

一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，与实施例1不同之处在于：步骤一中将牛粪晾晒、风干，使牛粪的含水率降到8%；步骤二中牛粪与磷石膏的质量比9:1；步骤三中开启加热装置，以5℃/min的升温速率升温至200℃后，恒温30min；然后以10℃/min钟的升温速率，升温至400℃后，恒温2h；最后，在通入氮气条件下降温至60℃出料；步骤四中获得pH值9.2，有机质含量超过56%，养分含量为8.5%，孔隙度为0.32cm³/g，孔径15～25nm，平均比表面积250m³/g的生物炭；每亩施用2000kg后，土壤pH值提高0.58，土壤容重降低16%，总孔隙度提高了18%。

本实施例为最佳实施例，当含水率降低至8%时性能最佳，低于8%成本提高的同时，性能下降，其在通氮气以5℃/min的升温速率升温至200℃后，恒温30min；然后以10℃/min钟的升温速率，升温至400℃后，恒温2h；最后，在通入氮气条件下降温至60℃出料；所获得的pH值9.2，有机质含量56%，养分含量为8.5%，孔隙度为0.32cm³/g，孔径15～35nm，平均比表面积280m³/g的生物炭，其每亩施用2000kg效果最佳。

实施例4

一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，与实施例1不同之处在于：步骤一中将牛粪晾晒、风干，使牛粪的含水率降到9.8%；步骤二中牛粪与磷石膏的质量比4:1；步骤三中开启加热装置，以10℃/min的升温速率升温至150℃后，恒温60min；然后以5℃/min钟的升温速率，升温至350℃后，恒温4h；最后，在通入氮气条件下降温至60℃出料；步骤四中获得pH值8.5，有机质含量45%，养分含量为9.1%，孔隙度为0.22cm³/g，孔径15～25nm，平均比表面积180m³/g的生物炭；每亩施用100kg后，土壤pH值提高0.12，土壤容重降低4%，总孔隙度提高了4%。

本实施例为对比实施例，当牛粪与磷石膏的质量比超出本申请公开的范围；加入速率、温度、恒温时间走极端值时；获得的生物炭pH值8.5，有机质含量45%，养分含量为9.1%，孔隙度为0.22cm³/g，孔径15～25nm，平均比表面积180m³/g，综合评价一般。详细见对比表1。

表1制备的生物炭的条件与性质的实施例对比表

分类	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					牛粪：磷石膏	9:1	7:1	9:1	4:1
第一阶段升温速率℃	2	10	5	10
					第一阶段温度℃/维持时间min	250/30	150/40	200/30	150/60
第二阶段升温速率℃	5	15	10	5
					第二阶段温度℃/维持时间min	500/120	500/60	400/120	350/240
有机质含量%	53	52	56	45
					养分含量%	7.9	8.7	8.5	9.1
孔隙度m³/g	0.30	0.25	0.32	0.22
					孔径nm	20～30	15～35	15～35	25～35
比表面积m³/g	250	210	280	180
					综合评价	良	良	优	一般

显然，本发明上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，其特征在于，步骤如下：一、预处理：将牛粪块晾晒、风干，使牛粪块的含水率降到10%以下，而后将牛粪块粉碎至长度<1cm的颗粒，将磷石膏粉碎至粒径<1mm，备用；二、造粒：步骤一中处理后的牛粪与磷石膏按7～9:1～3的质量比混合造粒，烘干后筛分，获得粒径为2～4mm的成品颗粒；三、炭化：将步骤二中得到的成品颗粒投入碳化炉内，通入氮气，加热，以2～10℃/min的升温速率升温至150～250℃后，恒温20～60min；然后以5～20℃/min的升温速率，升温至350～500℃后，恒温1～4h后，在通氮气条件下降温至60℃出料；四、调整筛选：将步骤三中获得的产物过100目筛，获得pH值7.5～9.5，有机质含量大于50%，养分含量7～10%，孔隙度0.2～0.4cm³/g，孔径15～40nm，平均比表面积120～280m³/g的生物土壤改良剂。

2.根据权利要求1所述的利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，其特征在于：所述步骤一中牛粪块的含水率为8%；所述步骤二中牛粪与磷石膏的质量比为9:1；所述步骤三中通入氮气，加热，以5℃/min的升温速率升温至200℃后，恒温30min；然后以10℃/min钟的升温速率，升温至400℃后，恒温2h。

3.根据权利要求1所述的利用牛粪和磷石膏制备土壤改良剂的方法，其特征在于：将所述生物土壤改良剂用于土壤改良，每亩施用100～2500kg，土壤pH值提高0.1～0.6，土壤容重降低4～16%，总孔隙度提高4%～18%。