本發(fā)明屬于有機(jī)廢液資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液體肥料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前市場上的化肥，一般不含有機(jī)質(zhì)，成分比較單一。即使養(yǎng)分含量再豐富的復(fù)混肥，也難有有機(jī)肥那樣的全面性?；蕦ν寥馈⒆魑锎嬖诰窒扌?，使用化肥要根據(jù)土壤和作物選擇適宜的品種，才能獲得滿意的效果。施用化肥要講究方法化肥濃度高，溶解度大，使用方法如果不當(dāng)，容易造成危害。若直接接觸種子或根系，易燒籽、燒苗；若使用時間不當(dāng)，會造成貪青倒伏。
秸稈分離出的半纖維素液，存在著營養(yǎng)成分不全、肥效較差、持續(xù)時間較短，不兼具殺菌、殺蟲作用特點(diǎn)，需要厭氧發(fā)酵處理。秸稈有機(jī)液是厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣發(fā)生后的剩余產(chǎn)物(沼液)。由于沒有被人們充分認(rèn)識，大都進(jìn)入好氧處理、深度處理或者被人們直接排放到了江河湖泊。上污染了空氣，中污染了大地，下污染了水源。大型秸稈資源化利用企業(yè)大都因為排放污染物超標(biāo)受到有關(guān)部門的約束，從而制約企業(yè)發(fā)展。因而在秸稈資源化利用產(chǎn)業(yè)中，隨之而伴生的大量秸稈有機(jī)液副產(chǎn)品如何高效利用、變廢為寶，這一課題也成為環(huán)境保護(hù)、生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究的重要內(nèi)容。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種液體肥料的制備方法，制得的液體肥料濃度低、活性高、肥效好，與傳統(tǒng)化肥相比更有減少病蟲害的功效，種植出的農(nóng)作物符合無公害農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明所述的液體肥料的制備方法，包括如下步驟：
(1)將農(nóng)作物秸稈通過預(yù)處理切斷、除塵后，進(jìn)入分離工段，分離得半纖維素、纖維素和木質(zhì)素，其中，分離過程產(chǎn)生少量廢液，對木質(zhì)素原液進(jìn)行過濾過程產(chǎn)生膜處理上清液和木質(zhì)素，分離出的半纖維素為液相，即半纖維素液；
(2)半纖維液與少量廢液混合后得第一液相，進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)，通過格柵機(jī)進(jìn)入集水池；
(3)集水池中的第一液相通過污水提升泵，進(jìn)入微濾機(jī)過濾后得第二液相；
(4)向第二液相中投加絮凝劑，進(jìn)入一沉池沉淀后得第三液相；
(5)第三液相進(jìn)入預(yù)酸化池，投加氮、磷，攪拌均勻后，流入循環(huán)池，使用膜處理上清液調(diào)節(jié)pH至6.5-7.5，得第四液相；
(6)將第四液相溫度控制在25-35℃進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)塔進(jìn)行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵時間為6-12h，得液體肥料。
所述的農(nóng)作物秸稈為麥類秸稈、谷物秸稈、竹子、蘆葦、木材類、亞麻類、玉米秸稈、芒稈、巨菌草、高粱稈、葵花稈、玉米芯、核桃殼、雜草、食用菌廢料、谷物殼、麥糠、豆類秸稈、棉花稈或薯類秧中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選地，農(nóng)作物秸稈為麥類秸稈和/或谷物秸稈。
所述的分離工段采用三素分離技術(shù)，參見專利201610056923.8、201610058558.4、201610056921.9、201610074720.1、201620107667.6、201620107636.0、201620110494.3、201620111059.2、201610180399.5、201610179306.7、201610171074.0和201610176481.0。
所述的少量廢液是指生產(chǎn)纖維素產(chǎn)品洗選過程中，產(chǎn)生的有機(jī)廢液，以腐殖酸計，有機(jī)質(zhì)含量為1-3％，pH為8-10，懸浮物含量為100-500mg/L，NaOH與Ca(OH)2總含量小于4％。
所述的膜處理上清液是指生產(chǎn)木質(zhì)素過程中，使用管式超濾膜和卷式納濾膜對木質(zhì)素原液分離、提濃、提純時產(chǎn)生的有機(jī)廢液，以腐殖酸計，有機(jī)質(zhì)含量為1-3％，pH為10-13，懸浮物含量小于300mg/L，NaOH與Ca(OH)2總含量為4-10％。
所述的半纖維素液是指農(nóng)作物秸稈經(jīng)預(yù)處理后，通過用0.6-3.0MPa的蒸汽蒸煮1-5min后，再進(jìn)行多級清洗并固液分離得到的富含半纖維素的有機(jī)液相。日產(chǎn)量約10000m3，由此得到的半纖維素液相的pH值通常低于6.8。例如，在某些情況下低于6.5，特別情況下低于6.0。由于半纖維素液相是含有大量有機(jī)物質(zhì)的液體，因此，是厭氧發(fā)酵產(chǎn)生厭氧發(fā)酵液和沼氣的良好原料。
所述的格柵機(jī)是一種能夠清除流體中雜物的固液分離設(shè)備，其主要去除第一液相中草片、碎秸稈等大的雜物。
所述的微濾機(jī)是一種截留細(xì)小懸浮物的篩網(wǎng)過濾器，有一個鼓狀的金屬框架，轉(zhuǎn)鼓繞水平軸旋轉(zhuǎn)，上面附有不銹鋼絲編織成的支撐網(wǎng)和工作網(wǎng)，目數(shù)為30-80目。其主要去除第一液相中草漿和二次去除碎草片。
所述的絮凝劑為聚合氯化鋁溶液和聚丙烯酰胺溶液，投加量均為1-5L/m3第二液相。所述的聚合氯化鋁溶液的濃度為5-20％，所述的聚丙烯酰胺溶液的濃度為0.05-0.2％。
所述的投加氮、磷為投加氮、磷混合溶液，其中，氮含量為2-5％，磷含量為0.2-1％。氮、磷投加量由每噸第三液相中化學(xué)需氧量(COD)決定，相對質(zhì)量比例為COD∶N∶P＝300∶5∶1。
所述的第四液相，溫度為25-37℃，pH為6.5-7.5，COD：4000-8000mg/L，SS：400-800mg/L，VFA：300-600mg/L。優(yōu)選溫度為30-35℃，pH為6.8-7.2，COD(化學(xué)需氧量)：5000-7000mg/L，SS(懸浮物)：500-700mg/L，VFA(揮發(fā)性脂肪酸)：400-500mg/L；更優(yōu)選溫度為35℃，pH為7.0，COD(化學(xué)需氧量)：6000mg/L，SS(懸浮物)：600mg/L，VFA(揮發(fā)性脂肪酸)450mg/L。
所述的厭氧反應(yīng)塔為IC反應(yīng)器、UASB反應(yīng)器或EGSB反應(yīng)器；優(yōu)選IC反應(yīng)器，是新一代高效厭氧反應(yīng)器，即內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，由相似2層UASB反應(yīng)器串聯(lián)而成。IC反應(yīng)器技術(shù)參數(shù)是：日處理第四液相量10000m3/d，高度24m，直徑12m，總?cè)莘e負(fù)荷15kg/m3。
所述的液體肥料，溫度為30-40℃，pH為6.5-8.0，COD：1000-1800mg/L，SS：400-800mg/L，VFA小于300mg/L。優(yōu)選溫度為32-37℃，pH為7.2-7.8，COD(化學(xué)需氧量)：1200-1600mg/L，SS(懸浮物)：500-700mg/L，VFA(揮發(fā)性脂肪酸)：50-150mg/L；更優(yōu)選溫度為35℃，pH為7.6，COD(化學(xué)需氧量)：1400mg/L，SS(懸浮物)：600mg/L，VFA(揮發(fā)性脂肪酸)：100mg/L。
所述的厭氧發(fā)酵是在IC反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行水解、酸化、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷過程，所述“水解、酸化”可發(fā)生于預(yù)酸化池，例如半纖維素液在預(yù)酸化池與底部污泥接觸發(fā)生部分厭氧反應(yīng)產(chǎn)生水解、酸化。
所述的液體肥料，外觀為棕褐色或黑色，流動性好；在室溫下放置28天，期間每隔兩天觀察一次，樣品外觀為黑褐色清液型，流動性能較好，無分層、無沉淀等現(xiàn)象，無結(jié)晶析出，由此可知，本發(fā)明液體肥料性質(zhì)穩(wěn)定、流動性較好。
本發(fā)明中，所述的含量除特殊說明外，均為質(zhì)量含量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
1、由于半纖維素分離過程中沒有添加任何化學(xué)藥劑，因此，液體肥料基本保持了秸稈本身所具有的氮、磷、鉀等基本元素，還含有豐富的氨基酸、腐殖酸、B族維生素、各種水解酶、某些植物生長素、對病蟲害有抑制作為的物質(zhì)或者因子以及其他鈣、鐵、銅、鋅、錳、鉬等微量元素；增強(qiáng)了土壤保水、保肥和保溫的能力，改善了土壤理化特性，提高了土壤中有機(jī)質(zhì)。
2、半纖維素液與少量廢液混合，并經(jīng)膜處理上清液調(diào)節(jié)pH值后，有效增加了厭氧發(fā)酵液中有機(jī)質(zhì)含量，而這些有機(jī)質(zhì)進(jìn)入土壤中極易轉(zhuǎn)化為腐殖酸被農(nóng)作物利用，有機(jī)質(zhì)含量≥0.5g/L。
3、投加氮、磷，不僅促進(jìn)第四液相中COD的生物降解，而且增加了厭氧發(fā)酵液中大量元素含量，總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)含量≥6.33g/L。
4、半纖維素液和少量廢液混合后在水處理系統(tǒng)進(jìn)行了分離(格柵機(jī))、過濾(微濾機(jī))、沉淀(加入絮凝劑在一沉池沉淀)，之后加入的膜處理上清液本身已經(jīng)經(jīng)過沉淀和膜過濾，明顯降低了液體肥料不溶物含量(通常為0.4-0.8g/L)避免了過濾步驟，從而達(dá)到水溶肥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
5、本發(fā)明制得的液體肥料濃度低、活性高、肥效好，與傳統(tǒng)化肥相比更有減少病蟲害的功效，種植出的農(nóng)作物符合無公害農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
附圖說明
圖1為本發(fā)明液體肥料的制備方法的制備示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更了解本發(fā)明。
實施例1
(1)農(nóng)作物秸稈經(jīng)預(yù)處理后，通過用1.2MPa的蒸汽蒸煮5min，蒸煮后再進(jìn)行多級清洗并固液分離得到半纖維素液、少量廢液、木質(zhì)素原液。
(2)木質(zhì)素原液在生產(chǎn)木質(zhì)素過程中，使用管式超濾膜和卷式納濾膜時，產(chǎn)生的膜處理上清液，以腐殖酸計，有機(jī)質(zhì)含量為2％，pH為11.5，懸浮物含量100mg/L，NaOH與Ca(OH)2總含量為4％。
(3)半纖維液與少量廢液混合后得第一液相，通過格柵機(jī)進(jìn)入集水池；
(4)集水池中的第一液相通過污水提升泵，進(jìn)入目數(shù)為30目的微濾機(jī)過濾后得第二液相；
(5)向第二液相中投加絮凝劑聚合氯化鋁溶液和聚丙烯酰胺溶液(聚丙烯酰胺含量為0.1wt.％)，投加量均為3L/m3第二液相，進(jìn)入一沉池沉淀8h后得第三液相；
(6)第三液相進(jìn)入預(yù)酸化池，投加氮、磷混合溶液(氮含量為3.6wt.％，磷含量為0.7wt.％)，投加量均為2L/m3第三液相，拌均勻后，流入循環(huán)池，使用膜處理上清液調(diào)節(jié)pH至7.0，得第四液相；
(7)將第四液相溫度控制在25℃進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)塔進(jìn)行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵時間為12h，得液體肥料。
實施例2
(1)農(nóng)作物秸稈經(jīng)預(yù)處理后，通過用2.5MPa的蒸汽蒸煮1min，蒸煮后再進(jìn)行多級清洗并固液分離得到半纖維素液、少量廢液、木質(zhì)素原液。
(2)木質(zhì)素原液在生產(chǎn)木質(zhì)素過程中，使用管式超濾膜和卷式納濾膜時，產(chǎn)生的膜處理上清液，以腐殖酸計，有機(jī)質(zhì)含量為3％，pH為12，懸浮物含量200mg/L，NaOH與Ca(OH)2總含量為10％。
(3)半纖維液與少量廢液混合后得第一液相，通過格柵機(jī)進(jìn)入集水池；
(4)集水池中的第一液相通過污水提升泵，進(jìn)入目數(shù)為80目的微濾機(jī)過濾后得第二液相；
(5)向第二液相中投加絮凝劑聚合氯化鋁溶液和聚丙烯酰胺溶液(聚丙烯酰胺含量為0.05wt.％)，投加量均為3L/m3第二液相，進(jìn)入一沉池沉淀8h后得第三液相；
(6)第三液相進(jìn)入預(yù)酸化池，投加氮、磷混合溶液(氮含量為2wt.％，磷含量為0.2wt.％)，投加量均為2L/m3第三液相，拌均勻后，流入循環(huán)池，使用膜處理上清液調(diào)節(jié)pH至6.8，得第四液相；
(7)將第四液相溫度控制在35℃進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)塔進(jìn)行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵時間為6h，得液體肥料。
對實施例1制得的液體肥料進(jìn)行檢測，檢測報告見表1。
表1檢測報告
效果試驗：
一、對不同土壤的影響
試驗環(huán)境：工程技術(shù)研究中心。
試驗方法：選擇土壤為沙土、壤土和粘土的田地進(jìn)行土壤持水量試驗，三塊試驗區(qū)面積均為100m2，把上述每塊試驗區(qū)等分成試驗組和空白組兩組，試驗組用實施例1制得的液體肥料沖施一次，施肥量以N計7kg/畝，空白組用水沖施一次，一周后，同時在三塊試驗區(qū)的試驗組和空白組采取土壤進(jìn)行土壤持水量和土壤孔隙度的測定，土壤持水量測定參照NY/T1121.22-2010《土壤檢測》第22部分：土壤田間持水量的測定-環(huán)刀法；土壤孔隙度測定參照《土壤分析技術(shù)規(guī)范》(第二版)第四章：土壤比重、容重、孔隙度的測定，試驗結(jié)果見表2。
表2不同土壤試驗對比
表2可知，本發(fā)明實施例1所制得的液體肥料的施用，使得沙土、壤土和粘土的持水量和孔隙度均得到不同程度的提升，減少了土壤中的水分流失，提高了土壤的保水能力，同時提高了肥料在土壤中的利用率；另一方面，增加了土壤的孔隙度，提高了土壤通氣透水性，促進(jìn)土壤中作物根系的生長。
二、大棚蔬菜效果試驗
種植環(huán)境：智能溫室大棚，總面積5000m2，選取400m2作為試驗區(qū)域。
普通化肥：尿素，含氮量≥46.4％，廠家：安徽泉盛化工有限公司；磷酸二銨，總養(yǎng)分≥61％，N-有效P2O5-K2O(16-45-0)，廠家：安徽六國化工股份有限公司。兩種肥料配方比例1：1。
番茄品種1：格雷(73-571)RZ F1雜交種。
番茄品種2：佳西娜(74-112)RZ F1雜交種。
(1)采用實施例1制得的液體肥料與普通化肥進(jìn)行對比試驗，總種植面積2500m2，隨機(jī)均分成4個種植區(qū)域。種植區(qū)域1(番茄品種1)空白試驗，種植區(qū)域2(番茄品種1)施用實施例1制得的液體肥料；種植區(qū)域3(番茄品種1)施用普通化肥，種植區(qū)域4(番茄品種2)施用實施例1制得的液體肥料。
(2)開花前每周對種植區(qū)域2和種植區(qū)域4根部土壤施用實施例1制得的液體肥料10mL，葉面噴灑實施例1制得的液體肥料10mL；對種植區(qū)域1根部土壤施用清水10mL，葉面噴灑清水10mL；對種植區(qū)域3根部土壤施用普通化肥10mL(濃度0.2％),葉面噴灑清水10mL。
(3)開花后每5日對種植區(qū)域2和種植區(qū)域4根部土壤施用實施例1制得的液體肥料20mL，葉面噴灑實施例1制得的液體肥料20mL；對種植區(qū)域1根部土壤施用清水20mL，葉面噴灑清水20mL；對種植區(qū)域3根部土壤施用普通化肥20mL(濃度0.2％)，葉面噴灑清水20mL。
(4)對番茄生長指標(biāo)測定，用直尺測量株高(子葉節(jié)至生長點(diǎn))；游標(biāo)卡尺測量與子葉展開方向平行的子葉節(jié)粗度；用臺式掃描儀及圖像分析軟件分析葉面積；植株用去離子水沖洗干凈，吸干表面水分，在根莖相連處剪斷分為地上部和地下部，用萬分之一電子天平(廠家：上海菁海儀器有限公司，型號：FA2004N)測定鮮重，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(廠家：上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司，型號：DHG-9070)中105℃下殺青20min后降溫到70℃下烘干到恒重，用萬分之一電子天平測定干重。壯苗指數(shù)按以下公式計算：
壯苗指數(shù)＝(莖粗/株高+地下部干重/地上部干重)×全株干重。
施肥種類對番茄幼苗數(shù)量性狀的影響結(jié)果見表3。
表3施肥種類對番茄幼苗數(shù)量性狀的影響結(jié)果
試驗結(jié)果表明：
施用本發(fā)明液體肥料的番茄對比其它施肥類型，葉面積大，通風(fēng)透光好，根系發(fā)達(dá)；抗臍腐病能力強(qiáng)，果面光澤好，成熟度整齊，口感好；施用本發(fā)明的液體肥料比施用普通肥料增產(chǎn)20.7％。
在智能溫室大棚以同樣試驗方法對黃瓜(品種：夏之光(22-35)RZ F1雜交種)進(jìn)行對比施肥，得出實驗結(jié)果同番茄試驗。
三、大田作物效果試驗
試驗面積：14畝。
普通化肥：尿素，含氮量≥46.4％，廠家：安徽泉盛化工有限公司；磷酸二銨，總養(yǎng)分≥61％，N-有效P2O5-K2O(16-45-0)，廠家：安徽六國化工股份有限公司。兩種肥料配方比例1：1。
水稻品種：特優(yōu)63，秈型雜交稻基本營養(yǎng)型中熟品種。
(1)采用實施例1制得的液體肥料與普通化肥做對比試驗，總種植面積14畝，隨機(jī)均勻分成4個種植區(qū)域。種植區(qū)域1：空白；種植區(qū)域2：50％實施例1制得的液體肥料灌溉；種植區(qū)域3：實施例1制得的液體肥料灌溉；種植區(qū)域4：普通化肥。
(2)根據(jù)土壤供肥能力和供試作物的需肥特點(diǎn)，應(yīng)用測土配方施肥計算施肥配比和施肥量。純N18494.6kg/hm2，P129.0kg/hm2，K18106.0kg/hm2。2015年5月27日播種，80株/m2；49％做基肥，15％分蘗肥，拔節(jié)肥、抽穗肥、粒肥各12％。
(3)基肥于播種前整田時期施入，蘗肥于播種后9天施用，拔節(jié)肥于水稻幼穗分化第一期施用(始穗期)，穗肥于水稻幼穗分化第二期施用(抽穗期)，粒肥于水稻幼穗分化第三期施用(齊穗期)。
(4)試驗過程中觀察記錄禾苗生長情況，收獲時按區(qū)域?qū)嵭腥杖Q，并用直尺測量株高(子葉節(jié)至生長點(diǎn))。
試驗結(jié)果見表4。
表4各種植區(qū)域水稻不同生長期株高
不同施肥處理對水稻生長發(fā)育影響較大，其中施用實施例1制得的液體肥料的水稻在株高、分蘗數(shù)、葉綠素含量等指標(biāo)較為突出。
成熟期不同施肥處理對水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)有影響，施用實施例1制得的液體肥料的水稻有效穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重相對于普通化肥處理較高。
本發(fā)明產(chǎn)品不僅能使作物提高產(chǎn)量、增加品質(zhì)，同時由于發(fā)明中所使用的有機(jī)液含有腐殖質(zhì)、有機(jī)質(zhì)等都是可以溶于水，從而成為農(nóng)作物的液態(tài)有機(jī)肥，使用時，僅僅需要將其裝設(shè)噴灑機(jī)上，可以直接噴灑在農(nóng)作物上，噴施滴灌方便，從而降低經(jīng)濟(jì)作物種植的人工成本，省工省時，減少作物后期施肥成本，且該液態(tài)肥富含植物必需元素和多種維生素，增強(qiáng)植物光照作用，吸收效果好，可有效防止作物根系早衰和腐爛，特別是對農(nóng)作物早期小葉病，根腐病，白粉病，果銹病及蚜蟲、飛虱等病蟲害具有明顯抵抗能力，同時增強(qiáng)作物抗旱、抗寒能力，提高了果實的耐貯性。
綜上所述，僅為本發(fā)明之較佳實施例，不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆為本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。