專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種富氮高磷的肥料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種富氮高磷的肥料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，堆肥過(guò)程中由于氨氣釋放所造成的堆肥品質(zhì)下降和堆肥廠臭氣排放問(wèn)題一直是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。根據(jù)氮素?fù)p失的規(guī)律，學(xué)者們采取不同的方式進(jìn)行控制，歸納之，可以分為幾大類(lèi)一是通過(guò)調(diào)節(jié)物料屬性，如添加富碳物質(zhì)調(diào)節(jié)物料的C/N比，或通過(guò)酸洗方式降低物料的pH值；二是直接使用一些氨氣吸收材料，如活性炭、沸石、膨潤(rùn)土等(Witter,E，1989);三是添加一些化學(xué)試劑(Jeong，2001;Hu，2006;)，其原理或直接通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或通過(guò)影響物料性質(zhì)，進(jìn)而影響發(fā)酵過(guò)程來(lái)達(dá)到控制氮素的目的；四是通過(guò)生物方法，即通過(guò)添加外源微生物的方法來(lái)調(diào)控堆肥過(guò)程中N、C的代謝，減少NH3的產(chǎn)生，并保留更多的N養(yǎng)分。這些方法在一定程度上控制了堆肥氮素的損失，但并沒(méi)有從根本上解決堆肥品質(zhì)低下的問(wèn)題。由于利用鳥(niǎo)糞石結(jié)晶原理可以去除和回收污水中的N、P元素，回收的鳥(niǎo)糞石是一種優(yōu)質(zhì)緩釋肥，因而成為污水處理廠普遍應(yīng)用的一種方法(de-Bashanetal.，2004;Suzuki，2005;王紹貴等，2005)。韓國(guó)學(xué)者(Jeong，2001)將鳥(niǎo)糞石結(jié)晶原理應(yīng)用到堆肥中來(lái)控制氮素?fù)p失，通過(guò)添加Mg2+和P043—鹽將堆肥中的NH4+以鳥(niǎo)糞石的形式固定下來(lái)，從而減少了氮素的損失。由于鳥(niǎo)糞石結(jié)晶體的存在，使得該方法很有應(yīng)用前景，然而，在堆肥中添加鎂鹽和磷鹽會(huì)增加堆肥產(chǎn)品的總鹽度，抑制堆肥過(guò)程中微生物的活動(dòng)(Jeongetal.，2005)。因此，如何在避免副作用的同時(shí)達(dá)到保持堆肥氮素營(yíng)養(yǎng)，生成含有鳥(niǎo)糞石結(jié)晶體的堆肥，是我們需要解決的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種富氮高磷的肥料及其制備方法。本發(fā)明所提供的肥料，是以氫氧化鎂、磷酸、水、尿素、秸稈和畜禽糞便為原料，按照如下步驟制備1)將氫氧化鎂、磷酸與水混合，制得乳狀液；2)將步驟1)的乳狀液、尿素與堆肥物料混合后進(jìn)行靜態(tài)密閉發(fā)酵，得到所述肥料；所述堆肥物料為秸稈和畜禽糞便；所述原料中，氫氧化鎂的質(zhì)量份為1.41.7，磷酸的質(zhì)量份為2.47.4，尿素的質(zhì)量份為2.12.2，秸稈的質(zhì)量份為3941，畜禽糞便的質(zhì)量份為5053，所述秸稈和畜禽糞便的質(zhì)量份均為干重。所述乳狀液具體可按如下方法制備將氫氧化鎂與水混合，然后緩慢倒入磷酸，得到一種帶顆粒狀的乳狀液。尿素的加入是為了調(diào)節(jié)堆肥物料中的C/N比為15-30，提高堆肥產(chǎn)品品質(zhì)。所述秸稈具體可為稻草、麥秸、玉米稈、高梁稈、花生藤、紅薯藤、大豆稈、酒糟、甘蔗渣、甜菜渣等。所述發(fā)酵過(guò)程中，堆肥物料的水分含量為6070%。所述發(fā)酵過(guò)程中，保持高溫期發(fā)酵溫度在50°C以上1013天，具體可為50-60°C。整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的時(shí)間為25-30天。所述發(fā)酵的過(guò)程中，所述堆肥物料中的含氧量為8%-18%。所述發(fā)酵過(guò)程中，若考慮氮素固定效果，氫氧化鎂、磷酸、尿素與秸稈、畜禽糞便干重按1.5:7.4:2.1:39:50進(jìn)行堆肥發(fā)酵，氮素固定率可達(dá)99%;若考慮投加成本，氫氧化鎂、磷酸、尿素與秸稈、畜禽糞便投加質(zhì)量按i.4:2.4:2.2:41:53進(jìn)行堆肥發(fā)酵，投加固定劑成本最低；若考慮產(chǎn)品中氮磷含量高且腐熟效果好，氫氧化鎂、磷酸、尿素與秸稈、畜禽糞便投加質(zhì)量按i.7:5.6:2.i:39.6:51進(jìn)行堆肥發(fā)酵，氮磷含量最高，可比普通堆肥產(chǎn)品總氮高出13.47g/kg，總磷高出15.75g/kg。本發(fā)明提供的肥料中總氮、總磷含量明顯高于普通堆肥，總氮高出普通堆肥10.0513.47g/kg，總磷高出9.0219.14g/kg。因此，該肥料肥效明顯增高，并且通過(guò)X-ray衍射分析驗(yàn)證了鳥(niǎo)糞石(磷酸銨鎂)的存在。目前，針對(duì)堆肥氨氣排放所引起的堆肥氮素養(yǎng)分含量低的研究很多，但都沒(méi)有從根本上解決堆肥品質(zhì)低下的問(wèn)題，且所使用的添加劑如果不當(dāng)會(huì)引起負(fù)面效應(yīng)。本發(fā)明的方法在有效控制堆肥氮素?fù)p失同時(shí)，通過(guò)控制外在條件，以及各堆肥物料具體比例的添加，使堆肥產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)元素含量最優(yōu)化，從而擴(kuò)大堆肥的市場(chǎng)潛力，提高堆肥在肥料的市場(chǎng)的占有率。本發(fā)明將氫氧化鎂、磷酸用于有機(jī)固體廢棄物堆肥化過(guò)程中，有效控制了氮素?fù)p失，并通過(guò)一定的外在條件的控制，促使堆肥產(chǎn)品品質(zhì)提高。發(fā)酵過(guò)程中鳥(niǎo)糞石(磷酸鎂銨)的形成，增加了有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。MgM^P04在堆制過(guò)程中與堆肥產(chǎn)品自然混合生成有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥，同時(shí)由于將無(wú)機(jī)磷加入到有機(jī)肥料中，堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸包括腐殖酸等能夠有效地保護(hù)無(wú)機(jī)磷不被土壤固定，因而能顯著提高其利用率，有利于作物的生長(zhǎng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的操作方法簡(jiǎn)單易行，在堆肥發(fā)酵的過(guò)程中原位控制氨氣揮發(fā)，為解決堆肥廠臭味問(wèn)題提供了方案；(2)本發(fā)明提供的堆肥，養(yǎng)分含量高于普通堆肥，并含有磷酸銨鎂，與普通堆肥相比，具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和市場(chǎng)潛力；(3)與普通有機(jī)肥相比，本發(fā)明的堆肥產(chǎn)品在養(yǎng)分釋放速度上具有優(yōu)勢(shì)，有效彌補(bǔ)了作為有機(jī)肥養(yǎng)分含量低、養(yǎng)分釋放緩慢的缺陷，同時(shí)還包含了能較快釋放養(yǎng)分的無(wú)機(jī)肥，從而是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥。圖1為實(shí)施例1中含有鳥(niǎo)糞石的堆肥產(chǎn)品X-ray衍射分析圖。圖2為實(shí)施例2中含有鳥(niǎo)糞石的堆肥產(chǎn)品X-ray衍射分析圖。圖3為實(shí)施例3中含有鳥(niǎo)糞石的堆肥產(chǎn)品X-ray衍射分析圖。比為具體實(shí)施例方式實(shí)施例1、氫氧化鎂、磷酸、尿素、秸稈、畜禽糞便按質(zhì)1.4:2.4:2.2:41:53(干重)制備堆肥產(chǎn)品以豬糞和粉碎為lcm長(zhǎng)的玉米秸稈作為堆肥化物料，將豬糞、秸稈、尿素、氫氧化鎂、磷酸按照53:41:2.2:1.4:2.4的干重比例進(jìn)行混合，使混合物料C/N比=15，物料濕重約21.5kg(當(dāng)水分含量為65%時(shí))。將110g氫氧化鎂與2kg水混合，然后緩慢倒入118ml磷酸，得到帶顆粒狀的乳狀液。其中，Mg(OHh和H3P04的質(zhì)量比1.4:2.4，Mg(0H)2和H3P04的質(zhì)量占物料總干物重的3.8%。將堆肥物料混和攪拌進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，加入上述乳狀液，通過(guò)適當(dāng)?shù)臄嚢枋谷闋铑w粒均勻的附著在物料表面，使堆肥中的氨及其引起的臭味在堆肥生產(chǎn)運(yùn)行階段得到控制，物料水分含量最終控制在65%左右。在60L的密閉堆肥化裝置中進(jìn)行高溫好氧堆肥化，發(fā)酵過(guò)程中，保持高溫期溫度為50°C_65°C，持續(xù)10天，，含氧量為8%-18%。采用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，通風(fēng)量控制在0.084[m3/(min.m3)]左右，堆制26d。堆制期間，進(jìn)行翻堆和水分補(bǔ)充。堆肥產(chǎn)品風(fēng)干備用。試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)下述公式計(jì)算氮素固定率<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>Cl，C2:初始物料和最終堆肥產(chǎn)品的總氮含〗Ml，M2:初始物料和最終堆肥產(chǎn)品的干重(kg)NCK損失量空白的氮損失量；Nw損失量投加固定劑處理的氮損失量。計(jì)算得該種堆肥產(chǎn)品制備方式氮素固定率為88%。總氮及總磷含量比普通堆肥分別高出10.05g/kg、9.02g/kg。按此方案獲得的堆肥產(chǎn)品最終的理化屬性見(jiàn)表1所示。表1堆肥產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分及理化性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>堆肥結(jié)束后，通過(guò)X-ray衍射分析(見(jiàn)圖1)證實(shí)了該方案生產(chǎn)的堆肥中有鳥(niǎo)糞石結(jié)晶體的存在。實(shí)施例2、氫氧化鎂、磷酸、尿素、秸稈、畜禽糞便按質(zhì)量比為1.7:5.6:2.1:39.6:51(干重)制備堆肥產(chǎn)品將豬糞、秸稈、尿素、氫氧化鎂、磷酸按照51:40:2.i:1.7:5.6的干重比例進(jìn)行混合，使混合物料C/N比=15，物料總重21.8kg(當(dāng)水分含量為65%時(shí))。將133g氫氧化鎂與2kg水混合，然后緩慢倒入286ml磷酸，得到帶顆粒狀的乳狀液。其中，Mg(OHh和H3P04的質(zhì)量比1.7:5.6，Mg(0H)2和H3P04的質(zhì)量占物料總干物重的7.3%。通過(guò)適當(dāng)?shù)臄嚢枋谷闋铑w粒均勻的附著在物料表面，使堆肥中的氨及其引起的臭味在堆肥生產(chǎn)運(yùn)行階段得到控制，物料水分含量最終控制在65%左右。在60L的密閉堆肥化裝置中進(jìn)行高溫好氧堆肥化，發(fā)酵過(guò)程中，保持高溫期溫度為50°C_651:，持續(xù)13天，含氧量為8%-18%。采用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，通風(fēng)量控制在0.084[mV(min.m3)]左右，堆制26d。堆制期間，進(jìn)行翻堆和水分補(bǔ)充。堆肥產(chǎn)品風(fēng)干備用。試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)氮素?fù)p失率及氮素固定率的公式計(jì)算，該種制備方法氮素固定率為95%，所得有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥產(chǎn)品總氮、總磷含量比普通堆肥分別高出13.47g/kg、15.95g/kg。按此方案獲得的堆肥產(chǎn)品最終的理化屬性見(jiàn)表2所示。表2堆肥產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分及理化性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>堆肥結(jié)束后，通過(guò)X-ray衍射分析(見(jiàn)圖2)證實(shí)了該方案堆肥產(chǎn)品中鳥(niǎo)糞石結(jié)晶體的存在。實(shí)施例3、氫氧化鎂、磷酸、尿素、秸稈、畜禽糞便按質(zhì)量比為1.5:7.4:2.1:39:50(干重)制備堆肥產(chǎn)品將豬糞、秸稈、尿素、氫氧化鎂和磷酸按照50:39:2.1:1.5:7.4的干重比例進(jìn)行混合，使混合物料C/N比=15，物料總重22kg(當(dāng)水分含量為65%時(shí))。將122g氫氧化鎂與2kg水混合，然后緩慢倒入392ml磷酸，得到帶顆粒狀的乳狀液。其中，Mg(OHh和H3P04的質(zhì)量比1.5:7.4，Mg(0H)2和H3P04的質(zhì)量占物料總干物重的8.9%。通過(guò)適當(dāng)?shù)臄嚢枋谷闋铑w粒均勻的附著在物料表面，使堆肥中的氨及其引起的臭味在堆肥生產(chǎn)運(yùn)行階段得到控制，物料水分含量最終控制在65%左右。在60L的密閉堆肥化裝置中進(jìn)行高溫好氧堆肥化，發(fā)酵過(guò)程中，保持高溫期溫度為50°C_651:，持續(xù)10天，含氧量為8%-18%。采用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，通風(fēng)量控制在0.084[mV(min.m3)]左右，堆制26d。堆制期間，進(jìn)行翻堆和水分補(bǔ)充。堆肥產(chǎn)品風(fēng)干備用。試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)氮素?fù)p失率及氮素固定率的公式計(jì)算，該種方法制備時(shí)氮素固定率為99%，所得有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥產(chǎn)品總氮、總磷含量比普通堆肥分別高出11.65g/kg、3.13g/kg。按此方案獲得的堆肥最終的理化屬性如表3所示表3堆肥產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)成分及理化性質(zhì)理化指標(biāo)測(cè)定方法堆肥原料堆肥成品<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>堆肥結(jié)束后，通過(guò)X-ray衍射分析(見(jiàn)圖3)證實(shí)了堆肥中鳥(niǎo)糞石結(jié)晶體的存在。對(duì)比例、不添加氫氧化鎂和磷酸的普通堆肥產(chǎn)品以豬糞和粉碎為lcm長(zhǎng)的玉米秸稈作為堆肥化物料，將豬糞、秸稈、尿素按照干重比例53:41:2.2進(jìn)行混合，混合物料C/N比二15，物料總重21kg(當(dāng)水分含量為65X時(shí))。堆肥物料混和攪拌進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，物料水分含量最終控制在65%。在密閉堆肥化裝置中進(jìn)行高溫好氧堆肥化，溫度為50°C_651:，含氧量為8%-18%。采用機(jī)械強(qiáng)制通風(fēng)，通風(fēng)量控制在0.084[mV(min.m3)]左右，堆制26d。堆制期間，進(jìn)行翻堆和水分補(bǔ)充。堆肥產(chǎn)品風(fēng)干備用。按此方案獲得的堆肥產(chǎn)品最終的理化屬性見(jiàn)表4所示表4普通堆肥產(chǎn)品的理化性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實(shí)例5、堆肥產(chǎn)品的養(yǎng)分釋放效應(yīng)測(cè)試本發(fā)明提供了可獲得含磷酸銨鎂堆肥的三種方案，綜合評(píng)價(jià)其養(yǎng)分含量和理化屬性，選取實(shí)例3堆肥產(chǎn)品進(jìn)行養(yǎng)分釋放效應(yīng)測(cè)試，以普通化肥(尿素、過(guò)磷酸鈣)和普通堆肥(未添加氫氧化鎂和磷酸的堆肥產(chǎn)品)作為對(duì)比，來(lái)檢驗(yàn)該產(chǎn)品的養(yǎng)分釋放速度。試驗(yàn)選取200目濾布封塑料管底口，并在濾布上墊有少量的沙子(25g)的塑料管(直徑5cm，高30cm)中模擬耕層土壤，按1.3g/cm3容重裝入400g(約20cm高)土壤(風(fēng)干，過(guò)2mm篩)，在其上按同樣緊實(shí)度裝入土肥混合物100g(lg肥料/lkg土壤)(土柱高約25cm)。施肥量按照施N600kg/hm、P205450kg/hm2，即施NO.118g/柱，施P2050.088g/柱，氮和磷不足用尿素和過(guò)磷酸鈣補(bǔ)足。土柱上面再以少量沙子(25g)覆蓋以防止灌水時(shí)擾亂土層。土柱最下方承接布氏漏斗，用100ml容量瓶收集淋溶液。第一次灌溉175ml水使土壤水分接近飽和，再以100ml水一次灌入土柱中，收集24h內(nèi)淋溶液，淋溶結(jié)束后以剌穿有小孔的塑料薄膜封塑料管上口，并放在3(TC培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3天后，用100ml水進(jìn)行第2次淋溶，以后每次按同樣操作進(jìn)行，淋溶后收集淋溶液，淋溶分析每次淋溶液的氮、磷、鎂元素的含量。以不施肥的土柱作為對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)三次。共進(jìn)行5次淋溶，淋溶出的N、P濃度分別見(jiàn)表5和表6所示。表5不同處理淋溶液總氮濃度的變化(ug/1)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表6不同處理淋溶液總磷濃度的變化(ug/1)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從養(yǎng)分的釋放的效果來(lái)看，無(wú)論哪種肥料，一般需要淋溶23次所釋放出的養(yǎng)分濃度達(dá)到最大，然后隨養(yǎng)分含量的減少而降低。三種肥料中，總體上表現(xiàn)為以普通化肥處理釋放養(yǎng)分的速度最快，普通堆肥處理最小，含磷酸銨鎂的堆肥介于二者中間。說(shuō)明該發(fā)明的產(chǎn)品，有效彌補(bǔ)了作為有機(jī)肥養(yǎng)分含量低、養(yǎng)分釋放緩慢的缺陷，同時(shí)還包含了能較快釋放養(yǎng)分的無(wú)機(jī)肥(磷酸銨鎂結(jié)晶體)，從而是一種優(yōu)質(zhì)的肥料。權(quán)利要求一種生產(chǎn)肥料的方法，是以氫氧化鎂、磷酸、水、尿素、秸稈和畜禽糞便為原料，按照如下步驟制備1)將氫氧化鎂、磷酸與水混合，制得乳狀液；2)將步驟1)的乳狀液、尿素與堆肥物料混合后進(jìn)行靜態(tài)密閉發(fā)酵，得到所述肥料；所述堆肥物料為秸稈和畜禽糞便；所述原料中，氫氧化鎂的質(zhì)量份為1.4～1.7，磷酸的質(zhì)量份為2.4～7.4，尿素的質(zhì)量份為2.1～2.2，秸稈的質(zhì)量份為39～41，畜禽糞便的質(zhì)量份為50～53，所述秸稈和畜禽糞便的質(zhì)量份均為干重。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述發(fā)酵的過(guò)程中，所述堆肥物料的水分含量為6070%。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述發(fā)酵的過(guò)程中，發(fā)酵溫度在5(TC以上保持1013天。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述發(fā)酵的過(guò)程中，發(fā)酵溫度在50°C-6(TC保持1013天。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于所述發(fā)酵的過(guò)程中，所述堆肥物料中的含氧量為8%-18%。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于所述發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵的時(shí)間為25-30天。7.按照權(quán)利要求1-6中任一所述的方法制備的肥料。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種富氮高磷的肥料及其制備方法。該肥料是以氫氧化鎂、磷酸、水、尿素、秸稈和畜禽糞便為原料，按照如下步驟制備1)將氫氧化鎂、磷酸與水混合，制得乳狀液；2)將步驟1)的乳狀液、尿素與堆肥物料混合后進(jìn)行靜態(tài)密閉發(fā)酵，得到所述肥料；所述堆肥物料為秸稈和畜禽糞便；所述原料中，氫氧化鎂的質(zhì)量份為1.4～1.7，磷酸的質(zhì)量份為2.4～7.4，尿素的質(zhì)量份為2.1～2.2，秸稈的質(zhì)量份為39～41，畜禽糞便的質(zhì)量份為50～53，所述秸稈和畜禽糞便的質(zhì)量份均為干重。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、易行，適用于垃圾、糞便等的堆肥化處理。按照該發(fā)明的方法進(jìn)行堆肥，不僅減少了氮素?fù)p失及臭味的產(chǎn)生，并且增加了堆肥產(chǎn)品的肥效，最終獲得一種含有鳥(niǎo)糞石的肥料，提高了堆肥品質(zhì)。文檔編號(hào)C05G1/00GK101723730SQ20081022533公開(kāi)日2010年6月9日申請(qǐng)日期2008年10月30日優(yōu)先權(quán)日2008年10月30日發(fā)明者任麗梅,李國(guó)學(xué),沈玉君申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)