利用沼液和沼渣制备肥料的方法及利用该方法制备的肥料及其应用
阅读：169发布：2020-05-13
专利汇可以提供利用沼液和沼渣制备肥料的方法及利用该方法制备的肥料及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及利用沼气厌 氧 发酵 产物制备 肥料 的领域，具体涉及利用沼液和 沼渣 制备肥料的方法及利用该方法制备的肥料以及所述肥料的应用。该方法包括：将沼气厌氧发酵产物进行固液分离，得到沼渣和沼液；将得到的沼液进行浓缩，得到浓缩液；将沼渣和浓缩液以及可选的养分调理剂混合，得到混合物；将混合物进行好氧堆肥，并将堆肥产物与可选的辅料进行复配，得到所述肥料。本发明有效的实现了沼液的高值化利用，解决了沼液的储备以及运输难题，并且本发明的方法投资少、操作简单。更重要的是，本发明提供的肥料不但能够提高 种子 的发芽率，还有效的缩短了种子的萌发时间，并且还显著的提高了 农作物 的抗旱和抗涝能 力 。，下面是利用沼液和沼渣制备肥料的方法及利用该方法制备的肥料及其应用专利的具体信息内容。
1.一种利用沼液和沼渣制备肥料的方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将沼气厌氧发酵产物进行固液分离，得到沼渣和沼液；
(2)将得到的沼液进行浓缩，得到浓缩液；
(3)将所述沼渣和所述浓缩液以及可选的养分调理剂进行混合，得到混合物；
(4)将得到的混合物进行好氧堆肥，并将堆肥产物与可选的辅料进行复配，得到所述肥料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(1)中，所述固液分离的条件使得沼渣的含水量为50-85重量％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(2)中，所述浓缩的条件使得所述浓缩液的含水量为65-80重量％。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，步骤(3)中，用于混合的沼渣和浓缩液为全部的沼渣和全部的浓缩液，所述养分调理剂的加入量使得所述混合物的含水量为
50-80重量％、以干基计的有机质含量为45-65重量％、以干基计的总养分含量为5-15重量％。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述养分调理剂为有机质、无机盐和微生物中的至少一种；
优选的，所述有机质选自玉米芯、稻壳、木屑、秸秆、木薯渣、甜菜粕、玉米皮、花生壳和草木灰中的至少一种；
所述无机盐选自硫酸铵、硫酸钾、磷酸铵、硝酸钾、硫酸锰和硫酸锌中的至少一种；
所述微生物选自枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、解磷菌和光合细菌中的至少一种。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，步骤(4)中，所述好氧堆肥的条件使得所述堆肥产物的含水量不高于30重量％；
优选的，所述好氧堆肥的条件包括：通风量为0.05-2m3空气/m3堆肥·小时；pH值为6.5-
7.5；堆肥体系的温度升高至40-55℃第一次翻堆，堆肥体系的温度升高至55-65℃每40-50小时翻堆一次，堆肥体系的温度降低至38-42℃再翻堆一次。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，步骤(4)中，将得到的混合物进行好氧堆肥，并将堆肥产物与辅料进行复配；所述辅料包括无机盐和/或微生物；
优选的，所述无机盐选自如硫酸铵、硫酸钾、磷酸铵、硝酸钾、硫酸锰和硫酸锌中的至少一种；
所述微生物选自枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、解磷菌和光合细菌中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沼气厌氧发酵产物为有机废弃物的沼气厌氧发酵产物；所述有机废弃物选自农作物秸秆、青草、蔬菜、人畜粪便、生活垃圾、酒糟和污泥；
优选的，所述沼气厌氧发酵产物为发酵至少45天的畜类粪便与农作物秸秆混合原料的沼气厌氧发酵产物。
9.由权利要求1-8中任意一项所述的方法制备的肥料。
10.权利要求9所述的肥料在加速种子萌发、提高种子发芽率以及提高作物抗旱抗涝能力中的应用。
利用沼液和沼渣制备肥料的方法及利用该方法制备的肥料及
其应用
技术领域
背景技术
[0002] 沼气是有机废弃物(如农作物秸秆、人畜粪便、生活垃圾、有机废弃物及污水等)在厌氧的条件下，通过特定微生物的作用形成的。在厌氧发酵过程中，发酵原料中的大部分有机质被分解成蛋白质、氨基酸等多种水溶性物质，形成厌氧发酵液(即沼液)；而原料中不能被微生物分解或分解不完全的物质形成了沼渣。这些沼渣、沼液如不能妥善的处理，直接排放不仅会对环境造二次污染，更是一种巨大的资源浪费。尽管沼渣、沼液的物质组成与比例会因发酵原料的不同而有所差异，但是对其进行资源化综合利用十分必要，并且是可行的。沼渣的处理工艺己较为成熟，脱水后可制成有机肥或有机复混肥。目前，沼液的处理途径大致有两种：一是生化处理，即降解其中的污染物，使其达到相关排放标准；二是农业资源化利用，即沼液经过处理后，用于农田灌溉或用作叶面肥。
[0003] 尽管沼液含有丰富的有机及无机营养物质，可以用作叶面肥、浸种剂以及动物的饲料添加剂等，但由于沼液含水量较高、储存运输困难、经济价值相对较低等特点，因而其推广应用受到很大限制。当工程规模过大，产生的沼液量远远超过当地农田最大消纳量时，由于其含有较高的氨氮、磷酸盐、腐殖酸等有机成分，碳氮比例严重失衡，从而变成一种难以治理的废水，若随意排放会对自然环境尤其是水体环境造成严重伤害。如果进行常规的污水处理，可以达到排放标准。但是其设备投资大、运行成本高，普通中小企业难以承受，几乎没有企业采用这种处理方式。
[0004] 目前，大部分企业将沼液直接用做液体肥，对周边的农田或果园进行灌溉。但是，因为耕作的季节性，尤其是东北地区一年只耕作一季，工厂必须配备足够大的沼液池进行存储，导致投资增加；另外，当工程规模过大时，产生的沼液量远远超过当地农田最大消纳量，因而限制了装置的产能；如果施用过量，还会污染水体环境。部分企业选择将沼液进行浓缩，开发叶面肥进行销售，但是市场容量小，营销难度大。
[0005] 此外，对于沼气厌氧发酵产物的功效研究也一直是科研者们所重点关注的课题。
[0006] 因此，有必要开发新的工艺进行沼液处理，使之既投资小、运行成本低、操作简单，又能实现有效成分的高值化多功能化利用。
发明内容
[0008] 为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种利用沼液和沼渣制备肥料的方法，该方法包括：
[0009] (1)将沼气厌氧发酵产物进行固液分离，得到沼渣和沼液；
[0010] (2)将得到的沼液进行浓缩，得到浓缩液；
[0011] (3)将所述沼渣和所述浓缩液以及可选的养分调理剂进行混合，得到混合物；
[0012] (4)将得到的混合物进行好氧堆肥，并将堆肥产物与可选的辅料进行复配，得到所述肥料。
[0013] 本发明第二方面提供了由如上所述的方法制备的肥料。
[0014] 本发明的第三方面提供了如上所述的肥料在加速种子萌发以及提高作物抗旱抗涝能力中的应用。
[0015] 本发明通过将沼气厌氧发酵产物进行固液分离后，将得到的沼液浓缩后与沼渣混合，然后对混合物进行好氧堆肥，从而有效的实现了沼液的高值化利用，解决了沼液的储备以及运输难题，并且本发明的方法投资少、操作简单。更重要的是，本发明提供的肥料不但能够提高种子的发芽率，还能有效的缩短种子的萌发时间，并且还显著的提高了农作物的抗旱和抗涝能力。
具体实施方式
[0016] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0018] 第一方面，本发明提供一种利用沼液和沼渣制备肥料的方法，该方法包括：
[0019] (1)将沼气厌氧发酵产物进行固液分离，得到沼渣和沼液；
[0020] (2)将得到的沼液进行浓缩，得到浓缩液；
[0021] (3)将所述沼渣和所述浓缩液以及可选的养分调理剂进行混合，得到混合物；
[0022] (4)将得到的混合物进行好氧堆肥，并将堆肥产物与可选的辅料进行复配，得到所述肥料。
[0023] 根据本发明，所述沼气厌氧发酵产物可以为本领域常规的各种用于厌氧制备沼气的物料在制备沼气后的产物。一般的，沼渣中主要含有有机质、腐殖酸、氮、磷、钾等物质；沼液中主要含有各类氨基酸、维生素、蛋白质、糖类、核酸、氮、磷、钾、有机质等物质。其中，沼渣和沼液中各成分的含量会随着用于制备沼气的原材料的不同而所有不同，本发明并不作限定。
[0024] 其中，用于制备沼气的原材料可以为秸秆、青草、蔬菜、人畜粪尿、生活垃圾、酒糟、污泥等。本发明优选所述沼气厌氧发酵产物为畜类粪便和秸秆的沼气厌氧发酵产物。更优选的，所述粪便为牛粪便，所述秸秆为玉米秸秆。
[0025] 本发明的发明人在研究的过程中发现，当所述沼气厌氧发酵产物为发酵至少45天的畜类粪便和秸秆(牛粪便和玉米秸秆)的沼气厌氧发酵产物时，最终所制备的肥料的性能，例如，肥料的肥力、缩短种子的萌发时间，以及提高作物抗旱抗涝的能力能够进一步增强。
[0026] 根据本发明，步骤(1)中，固液分离后所得到的沼渣中的含水量可以在较宽的范围内进行选择，优选的，所述沼渣的含水量为50-85重量％，优选为50-70重量％。
[0027] 其中，所述固液分离的方式可以为本领域常规使用的各种能够进行固液分离的方式，例如但不限于，压滤、螺旋式挤压和卧螺离心等。所述固液分离的条件可以根据各种方式的不同而具体选择，只要能够保证所得沼渣的含水量在如上优选的范围内即可。
[0028] 根据本发明，步骤(2)中，所述浓缩液的含水量可以在较宽的范围内进行选择，优选的，所述浓缩液的含水量为65-80重量％。
[0029] 其中，所述浓缩的方法可以为本领域常规使用的各种能够对液相进行浓缩的方法，例如但不限于，多效蒸发、MVR蒸发、膜浓缩等方法。所述浓缩的条件可以根据各种方式的不同而具体选择，只要能够保证所得浓缩液的含水量在如上优选的范围内即可。
[0030] 根据本发明，为了充分解决由于沼液难于运输以及储存的问题，并且增加所制备的肥料的效果，优选的，步骤(3)中，用于混合的沼渣和浓缩液为全部的沼渣和全部的浓缩液。
[0031] 本发明中，为了便于后续的堆肥，并提升肥料的功效，优选的，步骤(3)中使得所得混合物的含水量为50-80重量％、以干基计的有机质含量为45-65重量％、以干基计的总养分(氮、五氧化二磷和氧化钾)的总量为5-15重量％。
[0032] 其中，当将全部的沼渣和全部的浓缩液混合后各组分的含量在如上的范围内时，可以不添加养分调理剂，当如果各组分的含量不在如上的范围内时，可以根据情况添加相应的养分调理剂以使得各组分的含量满足如上的范围。
[0033] 优选的，所述养分调理剂为有机质、无机盐和微生物中的至少一种。
[0034] 其中，所述有机质的实例包括但不限于玉米芯、稻壳、木屑、秸秆、木薯渣、甜菜粕、玉米皮、花生壳和草木灰中的至少一种。
[0037] 根据本发明，步骤(4)中，所述好氧堆肥的条件可以按照本领域常规的好氧堆肥条件进行即可。优选的，所述好氧堆肥的条件使得所述堆肥产物的含水量不高于30重量％。
[0038] 进一步优选的，所述好氧堆肥的条件包括：通风量为0.05-2m3空气/m3堆肥·小时；pH值为6.5-7.5；堆肥体系的温度升高至40-55℃第一次翻堆，堆肥体系的温度升高至55-65℃每40-50小时翻堆一次，堆肥体系的温度降低至38-42℃再翻堆一次。在该优选的堆肥条件下，最终所得肥料的性能能够显著提升。
[0039] 公知的，好氧堆肥的温度变化一般包括三个阶段，也即，升温阶段，高温阶段以及降温阶段，其中，所述升温阶段的温度由常温升温至30-55℃，高温阶段的温度维持在55-65℃，降温阶段的温度由高温阶段的温度降低至45℃以下。
[0040] 通常情况下，有机肥的质量标准中，以干基计的有机质含量大于45重量％、以干基计的总养分(氮、五氧化二磷和氧化钾)的含量大于5重量％，当经过堆肥发酵后，如果得到的物料不符合如上有机肥的标准，可以向其中添加辅料以使得物料中以干基计的有机质含量大于45重量％、以干基计的总养分(氮、五氧化二磷和氧化钾)的含量大于5重量％。
[0041] 此外，即便是所得物料满足如上有机肥的标准，但为了适应不同的作物的营养需求，还可以选择性添加辅料以满足不同作物对特殊营养的需求，例如，对碳氮比的需求。一般的，禾本科作物的茎秆如水稻秆、玉米秆和杂草的碳氮比都很高，可以达到60～100：1，豆科作物的茎秆的碳氮比都较小，如一般豆科绿肥的碳氮比为15～20：1。
[0042] 优选的，所述辅料包括无机盐和/或微生物。所述无机盐的实例包括但不限于硫酸铵、硫酸钾、磷酸铵、硝酸钾、硫酸锰和硫酸锌。所述微生物的实例包括但不限于枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、解磷菌和光合细菌。
[0043] 本发明的方法可以根据养分调理剂和辅料添加的不同而形成不同类型的肥料，例如，当养分调理剂不选择微生物且不添加辅料时，所制备的肥料可以作为有机肥使用；当养分调理剂选择微生物和/或辅料选择微生物且微生物为一种时可以作为微生物有机肥使用；当养分调理剂和/或辅料选择无机盐时，可以作为有机无机复合肥使用；当养分调理剂选择微生物和/或辅料选择微生物且微生物为多种时可以作为复合微生物有机肥使用。
[0044] 本发明的第二方面提供了如上所述的方法制备的肥料。
[0045] 本发明提供的肥料能够为种子提供充足的养分，加快种子的萌发速度和提高种子的出芽率。同时，还发现，本发明提供的肥料在干旱时具有较高的持水力以及激发作物的干旱应激反应，从而使作物能够更加抗旱，且在涝情时，能够增加土壤的储氧量以及激发作物的涝情应激反应，从而使作物更加抗涝。
[0046] 由此，本发明的第三方面提供了如上所述的肥料在加速种子萌发以及提高作物抗旱抗涝能力中的应用。
[0047] 实施例
[0048] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例和对比例中，[0049] 各物料的含水量的测定、有机质的含量的测定、总养分(氮、五氧化二磷和氧化钾)的含量的测定按照中华人民共和国农业行业标准NY525-2012进行。
[0050] 制备例
[0051] 本制备例用于说明沼气厌氧发酵产物的制备
[0052] 将牛粪便和玉米秸秆(添加适当的组分将碳氮比控制在30:1)在厌氧的条件下，以产甲烷菌为菌种进行沼气厌氧发酵，发酵的温度为20-55℃，pH值为6.5-7.5，水分含量约为85-95重量％。
[0053] 实施例1
[0054] 本实施例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0056] (2)用三效蒸发系统对沼液进行浓缩，使得浓缩沼液的含水率达到70重量％。
[0057] (3)将全部沼渣、全部浓缩沼液与木薯渣、硫酸铵、硫酸钾、磷酸铵进行混合，使得混合后的含水率为60重量％，以干基计的有机质含量56重量％，以干基计的总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)10重量％；
[0058] (4)将混合后的物料进行好氧堆肥，堆肥的条件包括：通风量为1.0m3空气/m3堆肥·小时；pH值为6.5-7.5；堆肥体系的温度升高至45℃第一次翻堆，堆肥体系的温度升高至60℃每48小时翻堆一次，堆肥体系的温度降低至40℃再翻堆一次，堆肥结束后含水率30重量％、以干基计的有机质含量50重量％、以干基计的总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)12重量％，达到有机肥的质量标准。
[0059] 实施例2
[0060] 本实施例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0061] (1)将如上发酵2个月得到的沼气厌氧发酵产物通过泵输送进入板框式压滤机，经固液分离后，获得沼渣(含水率60重量％)和沼液(含水率95重量％)。
[0062] (2)用三效蒸发系统对沼液进行浓缩，使得浓缩沼液的含水率达到80重量％。
[0063] (3)将全部沼渣、全部浓缩沼液与玉米芯、硫酸铵、硫酸锰和硫酸锌进行混合，使得混合后的含水率为70重量％，以干基计的有机质含量48重量％，以干基计的总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)5重量％；
[0064] (4)将混合后的物料进行好氧堆肥，堆肥的条件包括：通风量为1.5m3空气/m3堆肥·小时；pH值为6.5-7.5；堆肥体系的温度升高至40℃第一次翻堆，堆肥体系的温度升高至55℃每48小时翻堆一次，堆肥体系的温度降低至42℃再翻堆一次，堆肥结束后含水率29重量％、以干基计的有机质含量45重量％、以干基计的总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)6重量％，达到有机肥的质量标准。
[0065] 实施例3
[0066] 本实施例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0067] (1)将如上发酵2个月得到的沼气厌氧发酵产物通过泵输送进入板框式压滤机，经固液分离后，获得沼渣(含水率50重量％)和沼液(含水率97重量％)。
[0068] (2)用三效蒸发系统对沼液进行浓缩，使得浓缩沼液的含水率达到65重量％。
[0069] (3)将全部沼渣、全部浓缩沼液与玉米皮、稻壳、硫酸钾、磷酸铵、硫酸锰进行混合，使得混合后的含水率为50重量％，以干基计的有机质含量65重量％，以干基计的总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)15重量％；
[0070] (4)将混合后的物料进行好氧堆肥，堆肥的条件包括：通风量为0.5m3空气/m3堆肥·小时；pH值为6.5-7.5；堆肥体系的温度升高至55℃第一次翻堆，堆肥体系的温度升高至65℃每48小时翻堆一次，堆肥体系的温度降低至38℃再翻堆一次，堆肥结束后含水率28重量％、以干基计的有机质含量62重量％、总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)18重量％，达到有机肥的质量标准。
[0071] 实施例4
[0072] 本实施例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0073] 按照实施例1的方法进行肥料的制备，不同的是，步骤(3)中，还添加有枯草芽孢杆菌和根瘤菌，添加量使得堆肥结束后，枯草芽孢杆菌的含量为1-2×107cfu/g堆肥产物，根瘤菌的含量为1-2×107cfu/g堆肥产物，达到复合微生物有机肥的质量标准。
[0074] 实施例5
[0075] 本实施例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0076] 按照实施例1的方法进行肥料的制备，不同的是，步骤(4)中，还包括向所得堆肥产物中添加硫酸铵、硫酸钾、磷酸铵，添加量使得肥料中总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)16重量％，达到有机无机复合肥的质量标准。
[0077] 实施例6
[0078] 本实施例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0079] 按照实施例1的方法进行肥料的制备，不同的是，步骤(1)中，所取沼气厌氧发酵产物为发酵1个月的沼气厌氧发酵产物。
[0080] 实施例7
[0081] 本实施例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0082] 按照实施例1的方法进行肥料的制备，不同的是，通风量为2.5m3空气/m3堆肥·小时，堆肥体系的温度升高至65℃第一次翻堆，堆肥体系的温度然后每40-50小时翻堆一次，堆肥体系的温度降低至35℃再翻堆一次。
[0083] 对比例1
[0084] 本对比例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0086] 对比例2
[0087] 本对比例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0088] 按照对比例1的方法进行肥料的制备，不同的是，步骤(2)中，不添加沼液。
[0089] 对比例3
[0090] 本对比例用于说明本发明提供的肥料的制备方法
[0091] 按照对比例1的方法进行肥料的制备，不同的是，步骤(2)中，不添加沼渣。
[0092] 测试例
[0093] (1)选取1100粒颗粒饱满的玉米种子，随机分成11组，每组100粒。然后将如上实施例1-7和对比例1-3所制备的肥料以1重量％的比例分别与土壤混合，然后播上种子，同时以不和任何肥料混合的土壤作为空白对照，保持土壤湿润(含水量控制在17％左右)。记录每组50％种子萌发的时间(T50)和120h天后的发芽率，结果见表1。
[0094] (2)待种子萌发后，每组平均分成2份，其中一组做干旱处理，将土壤含水量控制在8％左右，其中一组做涝情处理，将土壤含水量控制在25％左右；另外一组正常处理，将土壤含水量控制在17％左右。生长1个月后，将各作物齐平土壤收割，收割之后称重。结果显示，每组中干旱处理组和涝情处理组相对于正常组作物的重量均减少，说明干旱和涝情模型建立成功。同时并计算干旱处理组相对于空白对照干旱组的增量情况(干旱增量)，以及涝情处理组相对于空白对照涝情组的增量情况(涝情增量)，结果见表1。
[0095] 表1
[0096]实施例编号 T50(h) 发芽率(％) 干旱增量(％) 涝情增量(％)
实施例1 55 100 15.2 21.3
实施例2 60 100 14.3 20.6
实施例3 58 100 14.6 20.9
实施例4 52 100 16.1 22.3
实施例5 53 100 15.9 23.1
实施例6 62 99 12.5 19.5
实施例7 60 100 13.1 20.4
对比例1 65 99 12.0 18.6
对比例2 70 97 11.5 17.1
对比例3 72 96 11.1 18.0
空白对照 80 95 --- ---
实施例1 55 100 15.2 21.3
实施例2 60 100 14.3 20.6
实施例3 58 100 14.6 20.9
实施例4 52 100 16.1 22.3
实施例5 53 100 15.9 23.1
实施例6 62 99 12.5 19.5
实施例7 60 100 13.1 20.4
对比例1 65 99 12.0 18.6
对比例2 70 97 11.5 17.1
对比例3 72 96 11.1 18.0
空白对照 80 95 --- ---
[0097] 由本申请的实施例和表1可以看出，本发明有效的实现了沼液的高值化利用，解决了沼液的储备以及运输难题，并且本发明的方法投资少、操作简单。更重的是，本发明提供的肥料不但能够提高种子的发芽率，还有效的加快了种子的萌发时间，并且还显著的提高了农作物的抗旱和抗涝能力。
[0098] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
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