一种制造固体有机碳肥的方法

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一种制造固体有机碳肥的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种利用发酵技术制造有机肥的方法。\n背景技术\n[0002] 碳元素是植物必须的大量元素之首和新陈代谢的能源。以一百七十多年前西方学者创立的“化学植物营养学”为依据建立的经典植物营养学和土壤肥料学，只承认植物所需的碳来源于CO2气体通过叶片吸收和叶绿素光合转化一条碳“通道”。由此导致对有机肥料定位的错误：不赋予有机肥料向农作物提供有机质养分的功能，从而把有机肥料制造成只能改良土壤的“矿化腐殖质”。这些集中表现在我国现行商品有机肥料技术标准中，没有一个表述可被植物根系吸收的有机碳的指标。\n[0003] 植物有机质养分应具备什么条件？第一是以碳元素为主要成分；第二是可水溶；第三是分子粒径应足够小，可被植物根系直接吸收。这种植物有机质养分就是小分子水溶有机碳，简称有效碳。大量应用试验证明：排除所含的矿物质养分的因素，有机肥料中对农作物直接起促长作用的有效物质主要就是有效碳。有效碳还适于被土壤微生物直接吸收利用，加快其大量繁殖，这是改良土壤促进根系的重要因素。有机肥料的有机肥力与其有效碳率呈正相关关系。因此正确的有机肥理论和肥料功能定位，应以产生和保存有效碳为重要目标。如果能制得超高有效碳率的有机肥料，就制得了高效有机肥！\n[0004] 传统的利用发酵技术制造有机肥的堆肥方法是将农作物秸秆、树叶、及稻壳、果渣、酒糟、蘑菇菌棒渣、茶渣、饼粕等农产品加工废弃物组成的生物物料与泥土交替地逐层堆放，每层厚度15-20厘米的生物物料上均匀泼洒好氧高温发酵菌的稀释液后加盖一层薄土；其中好氧高温发酵菌剂的使用量约为生物物料重量的0.2％；堆高到1.2米左右在堆的外面糊一层泥土或用塑料薄膜包裹。为了保证生物物料充分发酵转化，需要反复多次翻堆(摊开和重建发酵堆)。最后使用滚筒在80℃以上的高温烘干，制成便于运输的商业化产品。\n由于传统有机肥只关注氮、磷、钾含量的定位的错误，这类有机肥料的生产工艺不考虑制造和保存有效碳，生物有机物料经好氧高温发酵和多次翻堆，其中大量的生物有机质分解为H2O和CO2气体排掉，又经滚筒高温烘干，不但更多地排掉CO2，残存的小分子水溶有机碳也因\n80℃以上的高温而缩合成大分子，生产出来的有机肥料成了一堆缺少精髓的空壳，可谓“在倒脏水的时候把孩子也泼出去了！”\n发明内容\n[0005] 本发明旨在提供一种制造固体有机碳肥的方法，该方法可制造富含小分子水溶有机碳(有效碳)的固体有机碳肥。\n[0006] 本发明的技术方案是：一种制造固体有机碳肥的方法，包含的步骤有：\n[0007] 步骤1，第一次建堆发酵；在生物碎料配制的含水量45-55％的主料中加入该主料重量15％的生物有机废水浓缩液，并在上述物料中混入该物料总重量0.5％的发酵菌粉剂；\n充分混合后直接堆建高1.0-1.2米的物料发酵堆；所述生物有机废水浓缩液指含水量45-\n55％且pH值在4-6范围内的酒精废液、味精废液、酵母废液和造纸黑液中的任一种或至少两种的混合液；所述发酵菌粉剂指生物腐植酸菌粉剂或秸秆腐熟粉剂；物料发酵堆建堆后6-8天内不翻堆，以堆内的料温至少连续72小时超过60℃为发酵合格；\n[0008] 步骤2，第二次建堆发酵；上述物料发酵堆开始降温后，将它摊开，泼洒上述主料重量18-25％的上述生物有机废水浓缩液，同时按上次的用量再加入上述发酵菌粉剂，混合均匀，重新堆建堆高1.0-1.2米的物料发酵堆，该物料发酵堆建堆后6-8天内不翻堆，以堆内的料温至少连续72小时超过60℃为发酵合格；\n[0009] 步骤3，建焖干堆焖干；步骤2物料发酵堆开始降温后，将该物料发酵堆的发酵料转移到高堆区堆建高2.5-3.0米的焖干堆，20-30天内不翻堆，待其升温后缓慢降温；\n[0010] 步骤4，整理；焖干堆内发酵料的含水量降至30％，即进行开堆，发酵料破碎和包装。\n[0011] 本方法利用含量超过传统工艺1.5倍的生物腐植酸(BFA)菌粉剂或秸秆腐熟粉剂做生物碎料有机肥料发酵剂，两次直接堆建高1.0-1.2米的物料发酵堆，使两个短至6-8天的有机肥发酵周期内不必翻堆，其CO2排放量仅为传统的好氧高温发酵多次翻堆工艺的三分之一，所以有效碳保存量大大提高。生物有机废水浓缩液(一般要求含水率50％左右)富含水溶有机碳。但这种水溶有机碳因浓缩过程经过的长时间高温，主要以大分子形式存在，如直接应用会造成植物根部缺氧而死苗。实践证明将这种浓缩液适量加到生物碎料中参与发酵，生物腐植酸菌粉剂或秸秆腐熟粉剂中的微生物能将生物碎料及浓缩液中碳的有机大分子分解成小分子即有效碳。这就使发酵后的有机肥料中有效碳含量更高。本发明采用“高堆焖干”法替代传统的“滚筒高温烘干”法。“高堆焖干”是利用刚发酵毕的物料进行高堆，堆高达2.5米以上。由于物料从发酵区搬来又建高堆，短时间会再升温达到60℃，但由于高堆压力大，氧气不足，很快就呈现降温。在长达20多天时间的缓慢降温中，由于料堆中发酵物料与环境的温度梯度形成的热交换，以及空气流动的作用，料堆中的水汽会不断向外散发，使发酵物料含水量自然降到30％左右。这种利用生物能和自然风的减水过程，避免使用80℃以上的高温烘干，使有效碳不会缩合成大分子，这是一种既节能又保存有效碳的技术。经以上4个步骤总共32-46天，就制得含有效碳率6％以上的高效固体有机肥，达到发明目的。\n[0012] 所述的步骤1和步骤2中，若环境气温低于20℃应对物料发酵堆覆盖保温物。这样，在寒冷的季节，仍可在户外进行建堆生产。\n[0013] 所述的生物碎料为动物粪便加植物碎料。植物碎料即碎小化的农作物秸秆、树叶、及稻壳、果渣、酒糟、蘑菇菌棒渣、茶渣、饼粕等农产品加工废弃物之类的植物物料，用这类物质作为有机碳的供主，来源广泛，动物粪便的作用是在发酵堆中为生物腐植酸菌粉剂或秸秆腐熟粉剂中的发酵菌提供迅速繁殖的营养。采用这些生物碎料既可以生产农业需要的高质量碳肥，也可以消除生物废料对环境的污染。\n[0014] 所述的生物碎料还有草炭。\n[0015] 草炭富含有机碳，在发酵堆中添加草炭，其作用除了作为有机碳供主的同时，还可以消除动物粪便产生的臭气，消除生产过程中及最终产品对环境气味的污染。\n[0016] 本发明制造固体有机碳肥的方法，采用大剂量生物腐植酸(BFA)菌粉剂或秸秆腐熟粉剂对生物碎料分两次添加生物有机废水浓缩液参与直接建堆免翻堆发酵、和高堆焖干等措施，制得富含小分子水溶有机碳(有效碳)的固体有机碳肥。应用生物腐植酸(BFA)菌粉剂或秸秆腐熟粉剂并加入生物有机废水浓缩液对固体生物碎料进行两次建堆发酵，每个发酵周期内免翻堆，最大限度减少CO2的排放量，更多地保存肥料中的有效碳。还创新了一项生物有机废水回收利用的环保技术。通过建高堆焖干发酵物料，不依靠滚筒高温烘干，避免使小分子有机碳因高温而缩合成大分子的同时可以节省能源消耗。经32-46天制得含有效碳率6％以上的高效固体有机肥。经大量应用试验证明：有机肥料的有机肥力(排除所含的矿物质养分因素)与其有效碳率呈正相关关系。一般商品有机肥的有效碳率平均约1.2％，按照本发明生产的有机肥料有效碳率是一般商品有机肥的5倍以上，可见这是一种高效有机肥，其单位土地面积用量仅为一般商品有机肥的20-25％即可，这与传统有机肥料相比就产生了质变，从而产生了一种有机肥力和速效性都远超传统商品有机肥的“超高效有机肥”——有机碳肥。本发明简单易行又适合工业化生产，易于推广，实现了有机肥料工业的重大创新和变革。本发明还为大量严重污染环境又难于无害化处理的生物有机废水引入有机肥制造业开拓了广阔的前景。根据本发明制造有机肥料时，每利用1吨固体生物生物有机废弃物，就可消化掉300多公斤浓缩生物有机废水，相当于消化掉含固形物10％的生物有机废水1.5吨。全国18亿亩耕地每年可消纳普通有机肥18亿吨，也即可消纳本发明有机肥约4亿吨，等于间接消纳含固形物10％的生物有机废水7.2亿吨。这是巨大的储碳于土的环保措施。\n具体实施方式\n[0017] 一、实施例一\n[0018] 在室外以猪粪、食用菌废菌棒(经破碎至可过50目筛)和草炭粉混合物10吨(含水率约55％)为主料，与1.5吨酒精废水浓缩液(含水率55％且pH值为4.2)及57.5kg生物腐植酸(BFA)菌粉剂，使用轮式混料机充分混匀，然后以铲车转移到发酵区直接堆建物料发酵堆，堆高1.0米，当时环境气温为23℃。在观察该物料发酵堆内的料温逐渐增高(变化正常)和连续72小时以上料温超过60℃后，判定该批物料发酵正常。8天内不翻堆，8天之后该物料发酵堆内的发酵物料出现降温，用铲车将该发酵物料堆摊开，观其干湿度偏湿(含水率约\n50％)，再泼洒相同的酒精废水浓缩液1.8吨，并加入BFA菌粉剂57.5kg，使用轮式混料机充分混匀，再次以铲车直接堆建堆高1.0米的物料发酵堆，当时环境气温为22℃。对该物料发酵堆测温，观察堆内的料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，按前述判断发酵正常，于建堆后7天内不翻堆。7天之后该发酵物料堆内出现降温，以铲车将该堆的发酵物料铲到高堆区，直接堆建堆高2.5米的焖干堆，进行焖干，发酵物料短时间再次升温超过60℃，然后很快就呈现降温。第25天取焖干堆中的发酵物料判断含水率接近30％，即以铲车将该堆的发酵物料转移到中转区摊开(开堆)，使料温降到室温，用另一台轮式混料机将降温后的发酵物料再次破碎，进入输送包装工序，制得高有效碳率的固体有机肥料8.8吨。\n[0019] 依据农业部关于测定水溶肥料有机质含量的标准NY/T1976-2010的第6.2之6.21条，制得100mL该肥料样品的悬浮液。用慢速定量滤纸过滤出溶液于干净烧杯中，再按该标准6.3、6.4、6.5的方法操作，记录。最后按第7条公式计算出有机质含量为w3(％)，但应按照碳含量与有机质含量的兑换系数，将所得有机质含量除以1.724，得到有效碳率为w2(％)。\n测得本实施例肥料样品有效碳率为6.3％。\n[0020] 二、实施例二\n[0021] 在室外以牛粪、玉米秸秆(经破碎至长3厘米以下)和草炭粉混合物10吨(含水率约\n50％)为主料，与1.5吨酒精废水浓缩液(含水率50％且pH值为4.3)及57.5kg BFA菌粉剂，使用轮式混料机充分混匀，然后以铲车转移到发酵区直接堆建物料发酵堆，堆高1.05米，环境气温为26℃，无需采用额外保温的措施。对该物料发酵堆进行料温监测。在观察料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判定该批物料发酵正常。6天内不翻堆，6天之后，该发酵物料堆内出现降温，用铲车将该发酵物料堆摊开，观其干湿度偏干(含水率约47％)，再泼洒相同的酒精废水浓缩液2.03吨，并加入BFA菌粉剂57.5kg，使用轮式混料机充分混匀，再次以铲车直接堆建堆高1.05米的物料发酵堆，环境气温为26℃。对该物料发酵堆测温，观察堆内的料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，按前述判断发酵正常，于建堆后6天内不翻堆，6天之后发酵物料堆内出现降温时，以铲车将该物料发酵堆的发酵物料铲到高堆区，以铲车直接堆建堆高3米的焖干堆，进行焖干，焖干堆内发酵物料短时间再次升温超过60℃，以后很快就呈现降温。第20天取焖干堆内发酵物料判断含水率接近30％，即以铲车将焖干堆内的发酵物料转移到中转区摊开，使料温降到室温，用另一台轮式混料机将降温后的发酵物料再次破碎，进入输送包装工序，制得高有效碳率的固体有机肥料9.7吨。\n[0022] 按照实施例一的检测方法测得本实施例肥料样品有效碳率为6.5％。\n[0023] 三、实施例三\n[0024] 在室外以鸡粪、稻壳和草炭粉混合物10吨(含水率约46％)为主料，与1.5吨酒精废水浓缩液(含水率45％且pH值为4.0)及57.5kg BFA菌粉剂，使用轮式混料机充分混匀，然后以铲车转移到发酵区直接堆建物料发酵堆，堆高1.1米，环境气温为15℃，物料发酵堆上覆盖草帘子保温。对该物料发酵堆进行料温监测。在观察料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判定该批物料发酵正常。7天内不翻堆，7天之后该发酵物料堆内出现降温，用铲车将该发酵物料堆摊开，观其干湿度偏干(含水率约46％)，再泼洒相同的酒精废水浓缩液2.3吨，并加入BFA菌粉剂57.5kg，使用轮式混料机充分混匀，再次以铲车直接堆建堆高\n1.1米的物料发酵堆，环境气温为16℃，该物料发酵堆上覆盖草帘子保温。对该物料发酵堆测温，观察堆内的料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，按前述判断发酵正常，保持该物料发酵堆不翻堆。于该物料发酵堆建堆后第8天其发酵物料出现降温时，以铲车将该物料发酵堆的发酵物料铲到高堆区，直接堆建堆高3米的焖干堆，进行焖干，该焖干堆内发酵物料短时间再次升温超过60℃，以后很快就呈现降温。第30天取该焖干堆内发酵物料判断含水率接近30％，即以铲车将该焖干堆内发酵物料转移到中转区摊开，使料温降到室温，用另一台轮式混料机将降温后的发酵物料再次破碎，进入输送包装工序，制得高有效碳率的有机肥料10.4吨。\n[0025] 按照实施例一的检测方法测得本实施例肥料样品固体有效碳率为6.4％。\n[0026] 四、实施例四\n[0027] 在室外以羊粪、锯木屑和草炭粉混合物10吨(含水率约45％)为主料，与1.5吨味精废液浓缩液(含水率53％且pH值在4.6)及57.5kg秸秆腐熟粉剂，使用轮式混料机充分混匀，然后以铲车转移到发酵区直接堆建物料发酵堆，堆高1.2米，环境气温为30℃，无需采用额外保温的措施。对该物料发酵堆进行料温监测。在观察料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判定该批物料发酵正常。6天内不翻堆，之后，发酵物料出现降温，用铲车将该发酵物料堆摊开，观其干湿度偏干(含水率约45％)，再泼洒相同的味精废液浓缩液2.4吨，并加入秸秆腐熟粉剂57.5kg，使用轮式混料机充分混匀，再次以铲车直接堆建堆高1.2米的物料发酵堆，环境气温为29℃。对该物料发酵堆测温，观察堆内的料温逐渐增高和连续\n72小时以上料温超过60℃后，按前述判断发酵正常，6天内不翻堆，于该物料发酵堆建堆后第6天其中的发酵物料出现降温，以铲车将该物料发酵堆的发酵物料铲到高堆区，直接堆建堆高2.8米的焖干堆，进行焖干，该焖干堆内发酵物料短时间再次升温超过60℃，以后很快就呈现降温。第22天取该焖干堆内发酵物料判断含水率接近30％，即以铲车将该物料发酵堆的发酵物料转移到中转区摊开，使料温降到室温，用另一台轮式混料机将降温后的发酵物料再次破碎，进入输送包装工序，制得高有效碳率的有机肥料10.5吨。\n[0028] 按照实施例一的检测方法测得本实施例肥料样品有效碳率为6.7％。\n[0029] 五、实施例五\n[0030] 在室外以羊粪、小麦秸秆(经破碎至长3厘米以下)和草炭粉混合物10吨(含水率约\n46％)为主料，与1.5吨酵母废液浓缩液(含水率49％且pH值为4.8)及57.5kg秸秆腐熟粉剂，使用轮式混料机充分混匀，然后以铲车转移到发酵区直接堆建物料发酵堆，堆高1.15米，环境气温为21℃，无需采用额外保温的措施。对该物料发酵堆进行料温监测。在观察料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判定该批物料发酵正常。7天内不翻堆，之后，该发酵物料堆内出现降温，用铲车将该发酵物料堆摊开，观其干湿度偏干(含水率约45％)，再泼洒相同的酵母废液浓缩液2.5吨，并加入秸秆腐熟粉剂57.5kg，使用轮式混料机充分混匀，再次以铲车直接堆建堆高1.15米的物料发酵堆，环境气温为21℃。对该物料发酵堆测温，观察堆内的料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，按前述判断发酵正常，8天内不翻堆，于该物料发酵堆建堆后第8天其中的发酵物料出现降温，以铲车将该堆内发酵物料铲到高堆区，直接堆建堆高2.7米的焖干堆，进行焖干，焖干堆内发酵物料短时间再次升温超过60℃，以后很快就呈现降温。第20天取焖干堆内发酵物料判断含水率接近30％，即以铲车将该焖干堆内发酵物料转移到中转区摊开，使料温降到室温，用另一台轮式混料机将降温后的发酵物料再次破碎，进入输送包装工序，制得高有效碳率的有机肥料10.6吨。\n[0031] 按照实施例一的检测方法测得本实施例肥料样品固体有效碳率为6.3％。\n[0032] 六、实施例六\n[0033] 在室外以猪粪、水稻秸秆(经破碎至长3厘米以下)和草炭粉混合物10吨(含水率约\n49％)为主料，与1.5吨造纸黑液浓缩液(含水率50％且pH值为6.0)及57.5kg BFA菌粉剂，使用轮式混料机充分混匀，然后以铲车转移到发酵区直接堆建物料发酵堆，堆高1.08米，环境气温为27℃，无需采用额外保温的措施。对该物料发酵堆进行料温监测。在观察料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判定该批物料发酵正常。6天内不翻堆，之后，该发酵物料堆内出现降温，用铲车将该堆内发酵物料摊开，观其干湿度偏干(含水率约48％)，再泼洒相同的造纸黑液浓缩液2.1吨，并加入BFA菌粉剂57.5kg，使用轮式混料机充分混匀，再次直接堆建堆高1.08米的物料发酵堆，环境气温为25℃。对该物料发酵堆测温，观察堆内的料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，按前述判断发酵正常，7天内不翻堆，于该物料发酵堆建堆后第7天该堆内发酵物料出现降温，以铲车将该堆内发酵物料铲到高堆区，直接堆建堆高2.6米的焖干堆，进行焖干，该焖干堆内发酵物料短时间再次升温超过60℃，以后很快就呈现降温。第23天取该焖干堆内发酵物料判断含水率接近30％，即以铲车将该焖干堆内发酵物料转移到中转区摊开，使料温降到室温，用另一台轮式混料机将降温后的发酵物料再次破碎，进入输送包装工序，制得高有效碳率的固体有机肥料10.0吨。\n[0034] 按照实施例一的检测方法测得本实施例肥料样品有效碳率为6.2％。\n[0035] 七、实施例七\n[0036] 在室外以鸡粪、玉米芯(经破碎至最大颗粒长度在1.5厘米以下)和草炭粉混合物\n10吨(含水率约49％)为主料，与1.5吨味精废液与酵母废液混合的浓缩液(含水率51％且pH值为4.7)及57.5kg BFA菌粉剂，使用轮式混料机充分混匀，然后以铲车转移到发酵区直接堆建物料发酵堆，堆高1.06米，环境气温为31℃，无需采用额外保温的措施。对该物料发酵堆进行料温监测。在观察料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判定该批物料发酵正常。68天内不翻堆，之后，该堆内发酵物料出现降温，用铲车将该发酵物料堆摊开，观其干湿度偏干(含水率约47％)，再泼洒相同的味精废液与酵母废液混合的浓缩液2.15吨，并加入BFA菌粉剂57.5kg，使用轮式混料机充分混匀，再次以铲车直接堆建堆高1.06米的物料发酵堆，环境气温为32℃。对该物料发酵堆测温，观察堆内的料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判断发酵正常，6天内不翻堆，于该物料发酵堆建堆后第6天该堆内发酵物料出现降温，以铲车将该堆内发酵物料铲到高堆区，直接堆建堆高2.9米的焖干堆，进行焖干，该焖干堆内发酵物料短时间再次升温超过60℃，以后很快就呈现降温。第28天取该焖干堆内发酵物料判断含水率接近30％，即以铲车将该焖干堆内发酵物料转移到中转区摊开，使料温降到室温，用另一台轮式混料机将降温后的发酵物料再次破碎，进入输送包装工序，制得高有效碳率的固体有机肥料10.1吨。\n[0037] 按照实施例一的检测方法测得本实施例肥料样品有效碳率为6.6％。\n[0038] 八、实施例八\n[0039] 在室外以牛粪、食用菌废菌棒(经破碎至过50目筛)和草炭粉混合物10吨(含水率约53％)为主料，与1.5吨酒精废液与味精废液混合的浓缩液(含水率55％且pH值为4.7)及\n57.5kg秸秆腐熟粉剂，使用轮式混料机充分混匀，然后以铲车转移到发酵区直接堆建物料发酵堆，堆高1.12米，环境气温为25℃，无需采用额外保温的措施。对物料发酵堆进行料温监测。在观察料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判定该批物料发酵正常。8天内不翻堆，之后，该堆内发酵物料出现降温，用铲车将该发酵物料堆摊开，观其干湿度适中(含水率约50％)，再泼洒相同的酒精废液与味精废液混合的浓缩液1.82吨，并加入秸秆腐熟粉剂57.5kg，使用轮式混料机充分混匀，再次以铲车直接堆建堆高1.12米的物料发酵堆，环境气温为24℃。对该物料发酵堆测温，观察堆内的料温逐渐增高和连续72小时以上料温超过60℃后，判断发酵正常，6天内不翻堆，于该物料发酵堆建堆后第6天该堆内发酵物料出现降温，以铲车将该堆内发酵物料铲到高堆区，直接堆建堆高3米的焖干堆，进行焖干，该焖干堆内发酵物料短时间再次升温超过60℃，以后很快就呈现降温。第20天取该焖干堆内发酵物料判断含水率接近30％，即将该焖干堆内发酵物料转移到中转区摊开，使料温降到室温，用另一台轮式混料机将降温后的发酵物料再次破碎，进入输送包装工序，制得高有效碳率的固体有机肥料8.9吨。\n[0040] 按照实施例一的检测方法测得本实施例肥料样品有效碳率为6.8％。\n[0041] 九、实施例九\n[0042] 在室外以鸡粪、菜豆秸秆(经破碎至长3厘米以下)和草炭粉混合物10吨(含水率约\n46％)为主料，与1.5吨酒精废液、味精废液与酵母废液混合的浓缩液(含水率51％且pH值为