專利名稱：利用活化技術生產的腐植酸生物活性肥料及其制備與應用的制作方法
技術領域：
本發明 涉及一種利用活化技術生產的腐植酸生物活性肥料及其制備方法與應用， 屬于固體廢棄物循環利用及新型肥料技術領域。
背景技術：
煤化腐植酸是經過7千萬年過程而形成的一種中斷產品，風化褐煤作為煤化腐植酸的生產原料與其它腐植酸的生產原料相比最大的優點在于，其分子結構決定的生態活性。風化褐煤的生態活性相當于其他腐植酸物質的5倍，也就是說1公斤風化褐煤相當于 5公斤其他腐植酸的有機原料，相對腐植酸的含量而言，1公斤液體腐植酸相當于7-8噸有機化肥腐植酸含量，同樣粉狀的腐植酸物質1公斤相當于30噸化肥中的腐植酸含量由于其儲量豐富(按目前已探明煤炭儲量估計約6000萬噸左右)，且純天然、無污染，是一種生產有機肥料的理想原料。隨著農業生產條件的改善，農業技術的推廣應用，以及惠農政策的實施，農民的種植意識大大改善。二十一世紀的農業，食品的安全性越來越受到政府和百姓的關注，倡導綠色無公害產品最需要關注的應該是綠色種植。隨著中國化學工業的高速發展，化學肥料的生產和施用數量不斷增加，增施化肥對農業生產的發展無疑起了重要的作用，但隨著化肥施用量的增加，投肥成本提高，化肥利用率降低，環境污染等問題也日益顯現。目前，中國氮肥利率為30 40 %，磷肥利用率10 20 %，鉀肥利用率為50 60 %， 如何提高化肥利用率，減少環境污染，是當前肥料領域的技術難題。提高化肥利用率途徑很多，目前有效方式之一是利用生物活性添加劑去活化腐植酸，增強其化合、吸附、螯合、微生物繁殖等化學活性和生物活性來有效提高化肥利用率。土壤有機質的主要成分是腐殖質， 約占總量的85% -90%。土壤腐殖質是改良土壤性質、供給作物營養的主要物質，是土壤肥力水平的主要標志。因而增施腐殖酸類肥料(簡稱腐肥)，是行之有效的提高土壤有機質含量的技術措施。當前由于有機原料來源有限，有機肥料的產量遠不能滿足農業生產的需要。因此利用風化褐煤生產符合農業生態發展要求的腐植酸有機肥料或有機無機復混肥料是我國有機肥產業綜合利用的一個重要環節。現有技術中，腐植酸在肥料生產上的應用大多為直接加入造粒或經活化后加入造粒，CN1948235 (200610047478)提供一種高含量有機無機復混肥，由以下物質(按重量計) 腐殖酸30-35份、磷酸一銨20-25份、尿素13-15份、硫酸銨5_8份、氯化鉀13-15份、紅土 3-5份、膨潤土 5-10份和硫酸或食用堿調節劑0. 5-1份混合組成。腐植酸活化一般主要采用酸法或堿法，CN1546554(200310111098. χ)公開了一種以風化煤、褐煤為原料制取腐植酸鹽的方法，將粉碎成0. 1 2mm的風化煤或褐煤粉末100 份加入到帶有高效固液混合攪拌器的反應釜中；將潤濕活化劑0. 1 0. 3份、水200份加入上述反應釜，開動攪拌，升溫至60 85°C ；將重量百分比濃度為25 45%的堿性溶液 30 60份加入到反應釜中，控制在5 IOmin內加完；繼續在60 85°C下反應30min，出料得所需腐植酸鹽料漿。還可進一步干燥、粉碎后制成腐植酸鹽粉末。堿一般采用氫氧化鈉或氫氧化鉀。
CN1609073 (2004100906 88)提供一種采用生物工藝技術生產的腐植酸有機肥料，生物腐殖酸復合肥的組成(重量組分配比)尿素25-27，氯化鉀25-27，磷酸一銨 30-32，添加劑5-0，腐殖酸15-16，碳銨5。制造過程采用普通無機復合肥的原料做載體， 同腐殖酸混合均勻，再經團粒、烘干、冷卻，篩分后包裝時再加入小包裝的固體微生物制劑， 本發明是一種生物有機肥和無機肥混合的多功能復合肥料，它既有生物有機肥料的長效性，又兼有改良土壤的特效性。CN1535938 (03116246)利用含有生物菌劑的其他有機物料加入腐植酸原料，再添加其他輔料和部分化學肥料生產農用肥料。該發明公開的生化活性腐值酸有機肥料由下述組份組成A)含菌劑的有機物和風化煤，B)含NH4HCO3的風化煤，C)含KOH的風化煤，D)含 (NH2)2CO的風化煤，E)含(NH2)2CCK添加劑和催化劑的風化煤，F)含有益菌的無機物。該有機肥料解決了現有生態有機肥的不足，提供了一種富含活性腐植酸、生化黃腐酸，高活性， 肥效可調(長短)的生化性腐植酸有機肥料。以上幾種技術的不足之處在于；化學反應工藝，生產過程強酸或強堿的的用量較大(硝酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等)，危險性、污染性較強，生產和設備成本也相對較高。生物活化方面主要是外攜或外添加，并沒有提高腐植酸本身的生物活性，所以，腐植酸化合、吸附、螯合、微生物繁殖等化學活性和生物活性的優勢和特點不能得到充分發揮和利用，失去了添加腐植酸原料的意義。同時還減緩了有機質在土壤中的轉化速率，降低肥效和肥料利用率。
發明內容
本發明針對現有技術中利用腐植酸生產肥料工藝上的不足，提供一種利用活化技術生產的腐植酸生物活性肥料及其制備方法。本發明還提供所述腐植酸生物活性肥料的應用。本發明主要是利用生物酶系的多種過氧化物酶對腐殖質、有機酸及其多種高分子有機物質等獨特的降解和活化機理，，采用不同于現有技術的生產工藝，實現對腐植酸的無特異性的氧化分解，使其具有良好的生理活性和吸收、絡合、交換等功能。本發明的技術方案如下一種腐植酸生物活性肥料，是由以下重量份原料制成風化褐煤50 70份，其中腐植酸含量40_50wt%、有機質70_85wt %、含水率 20-25wt% ；尿素5 15份，磷酸一銨5 20份，氯化鉀4 15份，微量元素2 5份；引發劑3 5份，生物活化劑1 5份，粘合劑5 15份；所述引發劑為氨水與硫酸鉀1 0.1-0. 5質量比的組合；所述生物活化劑為纖維素酶、木質素過氧化物酶、銅/鋅過氧化物酶、錳過氧化物酶其中之一或組合；所述生物活化劑中的酶活為300-1200U/L。所述纖維素酶、木質素過氧化物酶、銅/鋅過氧化物酶、錳過氧化物酶均為現有技術，市購產品。先在風化褐煤中加入稀釋2 3倍的引發劑，混合均勻，再加入生物活化劑攪拌均勻、放置6 24小時，再依次加入尿素、磷酸一銨、氯化鉀、微量元素、粘合劑，混合、造粒。根據本發明優選的，所述粘合劑為凹凸棒粉、膨潤土、氧化鎂、輕質碳酸鈣中的之一或組合。進一步，所述粘合劑為凹凸棒粉、膨潤土、氧化鎂、輕質碳酸鈣中的2種或3種的組合。根據本發明優選的，所述引發劑中，氨水含N 15_17wt%，硫酸鉀的K2O含量 48-52wt%。根據本發明優選的，所述微量元素是鐵、鋅、鉬、硼按質量比1 (0.4 1) (0. 2 1) (0. 2 0. 5)的組合。
根據本發明，所述的腐植酸生物活性肥料的制備方法，包括如下步驟(1)降解活化按配比，在80-120目的風化褐煤中加入稀釋2 3倍體積的引發劑，混合5 10 分鐘，然后在混合好的物料中噴入生物活化劑1%。(ν/ν)的稀釋液，物料此時為潮濕松散狀，含水量為25-30wt%，攪拌均勻后放置6 24小時，降解活化；然后按重量份依次加入尿素、磷酸一銨、氯化鉀、微量元素、粘合劑，混合均勻，得含水量18-20wt%的物料；(2)制粒整形將步驟(2)制得的活化混合好的物料擠壓制粒，模板孔徑3毫米，然后再進行拋光整形至2 2. 5毫米圓形顆粒，即可。該步驟中無需烘干。產品含水量15-20wt%。將上述拋光整形后的腐植酸生物活性肥料顆粒經過篩分后，成品灌裝打包。上述步驟⑴中稀釋2 3倍體積的引發劑，是指向配比量的引發劑中加水稀釋至配比量的引發劑體積的2 3倍；生物活化劑1%。的稀釋液，是將配比量的生物活化劑按 1 1000體積比加水制成稀釋液。本發明原料中的風化褐煤是煤炭生成過程中的伴生產物，含有經過一系列化學過程積累起來的有機物質和多種官能團構成的高分子有機酸，腐植酸含量35 50%，有機質 40 85%，以及作物生長所需的礦質養分氮、磷、鉀和多種中、微量元素，生物活性物質。根據本發明的方法，所述步驟(1)中放置降解活化時間根據環境溫度確定，一般為6 15小時，優選為10-24小時。根據本發明的方法，優選的，所述拋光整形使用圓顆粒拋光整形機，使產品顆粒形態好，適宜機械化施肥，并無烘干、冷卻過程，節省能源，降低成本，提高了生物活性(無烘干過程)，可充分發揮產品的優勢、特點，增強肥料的施用效果。本發明的腐植酸生物活性肥料的應用，施用方法采用以下a c任一種a、在施用同等用量化肥的情況下，每畝施用20 50公斤腐植酸生物活性肥，b、在減少化肥用量20%的情況下，每畝施用20 50公斤腐植酸生物活性肥，C、在減少化肥用量30%的情況下，每畝施用20 50公斤腐植酸生物活性肥。從田間試驗結果看，以上施用腐植酸生物活性肥的方法增產效果顯著。在同等化肥用量條件下增施該肥，增產玉米、小麥都在16%以上，減少了化肥用量，肥料利用率提高 10%以上，同時在作物的抗病性、抗逆性也有了顯著的提高。進一步優選的用于玉米種植時，每畝施用化肥20公斤，腐植酸生物活性肥20公斤；或者，每畝施用化肥15公斤，腐植酸生物活性肥20公斤。用于小麥種植時，每畝施用化肥50公斤，腐植酸生物活性肥50公斤；或者，每畝施用化肥40公斤，腐植酸生物活性肥50公斤。
施用本發明腐植酸生物活性肥具有明顯的增產作用。在施用同等用量化肥的情況下，每畝施用50公斤腐植酸生物活性肥，比農民習慣施肥增產小麥80. 1公斤，增產幅度達到16. 2% ；在減少化肥用量20%的情況下，每畝施用50公斤腐植酸生物活性肥，比農民習慣施肥增產小麥40. 2公斤，增產幅度達到8. 1 % ；在減少化肥用量30%的情況下，每畝施用 50公斤腐植酸生物活性肥，比農民習慣施肥增產小麥11. 9公斤，增產幅度達到2. 4%。在施用同等用量化肥的情況下，每畝施用20公斤腐植酸生物活性肥，比農民習慣施肥增產玉米85公斤，增產幅度達到16. 7% ；在減少化肥用量20%的情況下，每畝施用20公斤腐植酸生物活性肥，比農民習慣施肥增產玉米28. 5公斤，增產幅度達到5. 6% ；在減少化肥用量 30%的情況下，每畝施用20公斤腐植酸生物活性肥，與農民習慣施肥玉米產量基本持平。
本發明的方法以風化褐煤為主要原料，采用高效率低成本的生物活化降解技術、 顆粒擠壓整形技術，生產腐植酸生物活性肥料，所得產品為均勻的圓顆粒形態。通過該方法可生產多種不同養分的腐植酸生物活性肥料，其中含有作物生長所需要的各種生物活性物質，可溶性有機酸、氮、磷、鉀及鐵、鋅、鎂、鉬、硼等微量元素。并且還可產生由于螯合或絡合反應而形成含有易被植物吸收的微量元素的腐殖酸螯合物，極大地提高了肥料中礦質養分的利用率及有效性、商品性，使其施用方便省力，增產效果明顯。由于本方法使用顆粒整形技術，產品外觀形態好，又無烘干、冷卻過程，生物活性好，腐植酸溶性強，產量高，能耗低，， 生產過程無污染，設備投資僅為常用制粒方式同等規模的1/3 1/5左右，生產工藝簡單， 原材料來源廣泛，產品可應用于糧食、蔬菜、瓜果等大田及經濟作物，增產效果明顯，易于大面積推廣施用。與以有技術相比本發明的優勢如下1、與現有腐植酸生物活性肥相比，本發明的產品生產無強腐蝕性物質、無烘干、冷卻過程，生產工藝簡單，生產周期短，設備投資少，僅相當于常用工藝的1/3 1/5，能耗為 1/3，生產成本相對低廉，且易于推廣應用。2、本發明由于采用生物活化降解技術，無烘干、冷卻工藝，能耗低，生產過程無粉塵、廢水、二氧化碳等廢氣排放，不對環境產生二次污染，符合當前國家大力發展低碳經濟要求，屬于環境友好型無公害產品。3、本發明產品經整形后，為均勻光滑圓形顆粒，適合機械施肥，省工省力，另外原料的混合、圓顆粒成形主要為物理過程，產品配方可根據不同作物的養分需求隨時調整，能夠做到產品養分全、品種多、系列化，適應性廣，滿足多種作物生長對不同養分的需求。4、本發明采用生物方式活化降解風化褐煤中的腐殖質、有機酸、礦質養分等物質， 提高了有機質在土壤中的轉化速度和轉化率，增加了產品中活性腐植酸含量，各種微量元素以螯合形態存在，養分的吸收率、利用率、土壤理化性狀都得到明顯提高和改善，增產幅度可達15% 30%。更為詳細的田間肥效試驗將結合實施例給予說明。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明，但不限于此。實施例中使用的裝置均為現有技術設備。混合機型號為LDHA(WLDHA)型連續式混合機，中國雙龍集團產品；陳化槽為FPJ15型單池發酵槽，青島永正化工機械有限公司產品；制粒機為GR-40型對輥制粒機，青島永正化工機械有限公司產品；拋光整形機KZ1200 型，泰安宏鑫環保科技有限公司產。實施例中使用的原料風化褐煤為露天煤礦開采過程中的伴生物，腐植酸含量45wt %，有機質含量80wt %，含水率20wt %。實施例中使用的纖維素酶是蘇柯漢(濰坊)生物工程有限公司產品(型號SUKACellC-1000)，木質素過氧化物酶是北京中西遠大科技有限公司產品(型號 BS32-42603)，銅/鋅過氧化 物酶購自上海雅吉生物科技有限公司(產品型號Ys_1079R)。實施例中引發劑中使用的氨水含N 16wt%，硫酸鉀的K2O含量50wt%。實施例1 利用風化褐煤生產腐植酸生物活性肥料的方法，原料組分如下，均為重量份風化褐煤60份，尿素5份，磷酸一銨10份，氯化鉀5份，微量元素(鐵、鋅、鉬、硼)4 份。引發劑3份，生物活化劑4份，粘合劑7份。其中引發劑為氨水硫酸鉀=1 0.5的組合。生物活化劑為木質素過氧化物酶， 酶活為800-900U/L。粘合劑為膨潤土與氧化鎂質量比1 0.6組合。微量元素中鐵、鋅、 鉬、硼的質量比為1 0. 5 03 0. 3。制備方法如下；按配方，將風化褐煤(80-120目)傳送至LDHA(WLDHA)型連續式混合機，加入引發劑(3倍稀釋液)混合，至潮濕松散狀，時間約為6分鐘，然后將處理好的物料傳送至LJ1400 立式攪拌機加入生物活化劑(1%。稀釋液)攪拌4分鐘，含水量約30wt%，送至FPJ15型單池發酵槽陳化，放置6小時，然后按重量份在槽內依次加入尿素，磷酸一銨、氯化鉀、微量元素翻拋混合，得含水量約25襯％的物料；由料倉經傳送帶送至GR-40型對輥制粒機擠壓制粒，制粒孔徑3毫米，然后再由傳送帶送至圓顆粒拋光整形機(KZ1200型)整形至約2-2. 5 毫米圓形顆粒，得含水量約16襯％的產品，最后進入成品料倉。實施例2 制備方法與實施例1相同，所不同的是，原料組分重量份如下風化褐煤50份，尿素10份，磷酸一銨15份，氯化鉀7份，微量元素(鐵、鋅、鉬、 硼)2份。引發劑4份，生物活化劑5份；粘合劑7份。其中，生物活化劑為銅/鋅過氧化物酶，酶活為700-800U/L。引發劑為氨水硫酸鉀=1 0.4的組合。粘合劑為凹凸棒粉膨潤土 氧化鎂=1 1 0.5質量比的組合。微量元素中鐵、鋅、鉬、硼質量比為1 0.5 0.4 0.2。實施例3 制備方法與實施例1相同，所不同的是，原料組分重量份如下風化褐煤70份，尿素8份，磷酸一銨6份，氯化鉀4份，微量元素(鐵、鋅、鉬、硼)2 份，引發劑5份，生物活化劑3份；粘合劑2份。其中，引發劑為氨水硫酸鉀=1 0.3的組合。生物活化劑為纖維素酶，酶活為 900-1000U/L。粘合劑為凹凸棒粉。微量元素中鐵、鋅、鉬、硼質量比為1 0.4 0.2 0.5。田間肥效試驗一.腐植酸生物活性肥料在小麥上的施用效果1材料和方法1. 1試驗材料試驗于2009年10月至2010年6月在山東省青州市高柳鎮廉頗村進行。該試驗地塊位位于魯北平原南部，北緯36° 24' -36° 58'，東經118° 10' -118° 46'之間。處于暖溫帶半濕潤季風氣候區。年平均氣溫13. 1V，年平均降水量641. 5毫米，干旱時采用地下水機井澆灌。供供試土壤為褐土，質地為輕壤土。土壤有機質1.15%，速效氮35. 70mg/kg,速效磷31. 20mg/kg，速效鉀105. 26mg/kg, ρΗ7· 2。小麥品種為濟麥22，播種量10公斤/畝。 1. 2試驗方法與過程試驗肥腐植酸生物活性肥為實施例1的產品。試驗為隨機區組設計，試驗設4個處理，重復3次。試驗設以下處理處理1，農民習慣施肥，底肥每畝施含量12 18 15復合肥40公斤，拔節期期每畝追施尿素20公斤； 處理2，農民習慣施肥加試驗肥，底肥每畝施含量12 18 15復合肥40公斤，腐植酸生物活性肥50公斤，拔節期每畝追施尿素20公斤；處理3，農民習慣施肥減量20%加試驗肥，底肥每畝施含量12 18 15復合肥32公斤，腐植酸生物活性肥50公斤，拔節期每畝追施尿素16公斤；處理4，農民習慣施肥減量30%加試驗肥，底肥每畝施含量12 18 15復合肥28公斤，腐植酸生物活性肥50公斤，拔節期每畝追施尿素14公斤；。小區面積30平方米。各處理施肥量情況見表1。表1各處理肥料用量(公斤/畝)
權利要求
1.一種腐植酸生物活性肥料，其特征在于，是由以下重量份原料制成風化褐煤50 70份，其中腐植酸含量40-50wt %、有機質70-85wt %、含水率 15-25wt% ；尿素5 15份，磷酸一銨5 20份，氯化鉀4 15份，微量元素2 5份；引發劑3 5份，生物活化劑1 5份，粘合劑5 15份；所述引發劑為氨水與硫酸鉀1 0.1-0. 5質量比的組合；所述生物活化劑為纖維素酶、 木質素過氧化物酶、銅/鋅過氧化物酶、錳過氧化物酶之一或組合；所述生物活化劑中的酶活為 300-1200U/L ；先在風化褐煤加入稀釋2 3倍的引發劑，混合均勻，再加入生物活化劑攪拌均勻、放置6 24小時，再依次加入尿素、磷酸一銨、氯化鉀、微量元素、粘合劑，混合，造粒。
2.根據權利要求1所述的腐植酸生物活性肥料，其特征在于，所述引發劑中，氨水含N 15-17wt%4t酸鉀的 K2O 含量 48-52wt%。
3.根據權利要求1所述的腐植酸生物活性肥料，其特征在于，所述微量元素是鐵、鋅、 鉬、硼按質量比1 (0.4 1) (0.2 1) (0. 2 0. 5)的組合。
4.根據權利要求1所述的腐植酸生物活性肥料，其特征在于，所述粘合劑為凹凸棒粉、 膨潤土、氧化鎂、輕質碳酸鈣中的之一或組合；優選的，所述粘合劑為凹凸棒粉、膨潤土、氧化鎂、輕質碳酸鈣中的2種或3種的組合。
5.權利要求1-4任一項所述的腐植酸生物活性肥料的制備方法，包括如下步驟(1)降解活化按配比，在80-120目的風化褐煤中加入稀釋2 3倍體積的引發劑，混合5 10分鐘， 然后在混合好的物料中噴入生物活化劑1%。(ν/ν)的稀釋液，物料含水量為25-30wt%，攪拌均勻后放置6 24小時，降解活化；然后按重量份依次加入尿素、磷酸一銨、氯化鉀、微量元素、粘合劑，混合均勻，得含水量18-20wt%的物料；(2)制粒整形將步驟(2)制得的活化混合好的物料擠壓制粒，模板孔徑3毫米，然后再進行拋光整形至2 2. 5毫米圓形顆粒，即得。
6.根據權利要求5所述的腐植酸生物活性肥料的制備方法，其中所述步驟(1)中放置降解活化時間為10-24小時。
7.權利要求1-4任一項所述的腐植酸生物活性肥料的應用，施用方法采用以下a c 任一種a、在施用同等用量化肥的情況下，每畝施用20 50公斤腐植酸生物活性肥，b、在減少化肥用量20%的情況下，每畝施用20 50公斤腐植酸生物活性肥，c、在減少化肥用量30%的情況下，每畝施用20 50公斤腐植酸生物活性肥。
8.如權利要求7所述的腐植酸生物活性肥料的應用，其中，用于玉米種植時，每畝施用化肥20公斤，腐植酸生物活性肥20公斤；或者，每畝施用化肥15公斤，腐植酸生物活性肥 20公斤。
9.如權利要求7所述的腐植酸生物活性肥料的應用，其中，用于小麥種植時，每畝施用化肥50公斤，腐植酸生物活性肥50公斤；或者，每畝施用化肥40公斤，腐植酸生物活性肥 50公斤。
全文摘要
本發明涉及利用活化技術生產的腐植酸生物活性肥料及其制備與應用。原料組成為風化褐煤50～70份，尿素5～15份，磷酸一銨5～20份，氯化鉀4～15份，微量元素2～5份；引發劑3～5份，生物活化劑1～5份，粘合劑5～15份；先將風化褐煤中加入稀釋2～3倍的引發劑，混合均勻，再加入生物活化劑拌勻、放置，再依次加入尿素、磷酸一銨、氯化鉀、微量元素、粘合劑，混合，造粒。活化風化褐煤提高了有機質在土壤中的轉化速度和轉化率，各種微量元素以螯合形態存在，養分的吸收率、利用率、土壤理化性狀都得到明顯提高和改善，用于糧食、蔬菜、瓜果等大田及經濟作物。
文檔編號C05G3/00GK102320881SQ20111014977
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者崔榮宗, 楊果, 梁東風, 魏建林 申請人:山東糧源生物有機肥有限公司