一种用于蚯蚓养殖的堆肥调控颗粒

技术领域

本发明属于蚯蚓养殖用品，具体是一种用于蚯蚓养殖的堆肥调控颗粒。

背景技术

蚯蚓是一种环节动物，在自然界挖穴松土、分解有机物，为植物、土壤微生物生长创造良好条件。近年来，人们发现蚯蚓在消除公害、保护生态环境方面发挥着特殊作用，许多国家利用蚯蚓来处理生活垃圾、有机废物和净化污水。此外，蚯蚓对有机废弃物进行生物降解后形成的蚯蚓粪具有良好的团粒结构、孔性、透气性和较高的持水能力，蚯蚓粪中还含有丰富的放线菌、植物生长激素和酶类，土壤施用适量蚯蚓粪后，能降低土壤容重，增加土壤总孔隙度和优化通气性能,在盆栽肥料上也有广泛的用途且价值不菲，因此，近年来蚯蚓养殖市场火爆。

目前，蚯蚓的养殖方式以堆肥为主，使用堆肥进行蚯蚓养殖主要存在以下几个问题：（1）堆肥比例不合理，植物秸秆、动物粪便如果按照1：3的比例去制作堆肥，堆肥早期有大量的有机胺类、铵盐产生，容易引起堆肥早期PH快速升高，很容易造成蚯蚓中毒，引发大面积死亡，因此目前堆肥中植物碎屑和动物粪便的比例约在1：1-1：2附近，多余的粪便得不到及时的应用。（2）厨余垃圾未能很好用于蚯蚓养殖堆肥，由于厨余垃圾种类复杂，且时常伴有高盐、高酸等不确定的极端环境，对于高酸类的厨余垃圾，自然界微生物可以在一定时间内降解，对于高盐类的厨余垃圾，由于自然界对氯离子的除去能力有限，而蚯蚓对盐也及其敏感，因而厨余垃圾一直难以被蚯蚓养殖户接受。

对于上述问题，目前有以下解决方案，对于过多的动物粪便，目前主流做法是先腐熟，释放一部分N元素，再做堆肥。然而，粪便腐熟时释放大量胺类、氨气等物质，导致养殖场臭气熏天，污染环境。此外，腐熟时释放的N元素造成了粪便中N元素流失，降低了堆肥后含N有机物的含量，导致堆肥产物的肥力不足。而对于厨余垃圾，前几年常有养殖场收购用于喂养家畜，现如今几乎无人再使用。然而，厨余垃圾是一种有机质更为丰富的垃圾，特别是蛋白含量较粪便、秸秆高，特别适合养殖蚯蚓，随意丢弃是一种极大的资源浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明通过设计一种堆肥调控产品，能够解决背景技术中涉及的主要问题：（1）解决高动物粪便比例的堆肥早期PH快速升高的问题，减少高动物粪便比例堆肥N元素流失的问题。（2）解决厨余垃圾中常常伴随的高盐问题，减低氯离子对使用厨余垃圾作为堆肥时对蚯蚓的不利影响。

为了实现上述的技术效果，本发明采用如下技术方案，技术方案包含如下几大步骤：

（1）超细硅酸钙粉的制备

准备高纯可溶钙盐粉末，用水配置成饱和溶液，之后配制一定浓度的硅酸酯溶液，缓慢混合两种溶液，待形成凝胶状后静置一段时间，通过适当温度蒸发去水分，并于一定温度下煅烧，得到超细硅酸钙粉末。

（2）多孔硅酸钙颗粒的制备

准备碳粉、水、聚乙烯醇和上述步骤得到的硅酸钙粉末，按照一定比例混合后，用模具压制成直径3mm的小球，阴干后于高温下烧结，待碳粉氧化完毕后，即可得到表面积巨大的多孔硅酸钙小球。

（3）负载离子交换材料

步骤a：将三乙胺、乙腈、环氧氯丙烷混合，常温下混合搅拌一定时间后，升温并反应一段时间，待有大量白色季铵盐固体产生后，停止反应，抽滤并用石油醚清洗产物。

步骤b：将聚乙烯醇加入二甲亚砜中，微微加热搅拌溶解后，将（2）中得到的硅酸钙小球加入其中，之后加入氢化钠，继续搅拌，随后加入步骤a得到的季铵盐，一定温度下反应适当时间，随后将反应淬灭，并后处理。

步骤c：将步骤b得到的产物置于氢氧化钠溶液中快速浸泡，之后用水洗涤至中性，于105摄氏度的热风中干燥，完成脱水，即得到最终的产品。

 本发明的进一步改进在于，每个大步骤还包含以下小步骤或者方法、组分：

（1）超细硅酸钙粉的制备

所述高纯可溶钙盐为硝酸钙、碳酸氢钙，优选的为硝酸钙。

所述硅酸酯溶液的配置方法为：溶质为硅酸甲酯、硅酸乙酯、硅酸丙酯，优选的为硅酸乙酯，配制浓度为摩尔浓度0.01-0.2mol/L，优选浓度为0.05mol/L。

所述蒸发水分的温度和条件为，负一个大气压下，50-70摄氏度减压蒸馏。

所述煅烧温度为，500-700摄氏度，优选的煅烧温度为600摄氏度。

（2）多孔硅酸钙颗粒的制备

所述碳粉直径为20微米-300纳米，优选的为5微米。

所述碳粉、水、聚乙烯醇、超细硅酸钙粉的配比为，质量比：1：40-100：5-10：250-350，优选的比例为：1：40：10：300。

所述高温下烧结的具体烧结方式为：先升温至105摄氏度，烘干30分钟，蒸发去水分，之后快速升温至700-900摄氏度，维持30-60分钟，氧化掉碳粉；再升温至1300-1800摄氏度，完成烧结。

（3）负载离子交换材料

步骤a中，所述三乙胺、乙腈、环氧氯丙烷反应条件为：三乙胺与环氧氯丙烷的物质的量之比为1：1.2-1.5；乙腈为溶剂，与三乙胺的比例为每1mol三乙胺添加30ml乙腈溶剂。反应温度为40-55摄氏度，反应时间为50-72小时，优选的反应温度为45摄氏度，反应60小试。

步骤b中，所述聚乙烯醇与氢化钠的物质的量之比为1：0.8-1.2，优选的比例为1：1.1，二甲亚砜溶液用量为0.1mol聚乙烯醇使用1000ml溶剂。

步骤b中，所述与步骤a中季铵盐的反应条件为35-45摄氏度反应10-15小时，优选的反应温度为40摄氏度，反应时间为15小时。

步骤b中，所述反应淬灭后的后处理方式为：将硅酸钙小球过滤出，快速沥干后加入零下10-15摄氏度的95%乙醇溶液浸泡，轻微晃动待小球上无明显的白色颗粒物脱落，再次捞出，用清水冲洗。

步骤c中，所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.05-0.1mol/L，浸泡时间为1-5分钟。

本发明的有益效果：

（1）自制的硅酸钙孔隙多，比表面积大，可以有效吸附堆肥过程中释放的胺类、氨气，解决高粪便比例堆肥早期PH快速升高的问题，同时减少了堆肥氮元素的流失。

（2）本发明制作的多孔硅酸钙，创造性的使用碳粉作为填充剂，经过灼烧氧化后，留下相对大的孔隙，用于负载离子交换功能的材料，解决了普通吸附材料无法携带离子交换材料的缺点。

（3）本发明制作的低分子量离子交换材料，采用碱性较弱的三乙胺作为季铵盐载体，相较于传统的吸附氯离子的717树脂（活性基团季铵基[-N(CH3)3OH]），三乙胺[-N(HCH2CH3)3OH]更不容易形成活化后的基团，防止离子交换材料碱性太强。

（4）本发明采用冷乙醇浸泡方式明对负载的离子交换材料后处理方式，可以有效将交换材料负载于颗粒孔隙内部，进一步降低了其对蚯蚓本身的影响。

（5）本发明所用的所有材料不仅无生物毒性，还可以重复利用，另外硅酸钙本身是一种很好的钙补充剂，如果不回收使用可以作为天然的土壤生物钙补充剂。

附图说明

图1为实施例2中得到的产品电镜图片。

图2为实施例4中得到的产品电镜图片。

图3为本发明在使用中对堆肥胺类物质释放的控制效果对比图。

图4是本发明对氯离子控制的对比图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将通过实施例对本发明做进一步的描述，下列技术方案中未特别指明反应条件的，均为业内技术手段常规的操作条件，未特别指明原料获得方式的，均为市场常规采购的原料。

实施例1，超细硅酸钙粉的制备。

准确称取硝酸钙粉末固体16.4g，用去离子水配置成饱和溶液，之后称取硅酸乙酯20.8g，缓慢加入2L无水乙醇中，配置成0.05mol/L的溶液，之后将硝酸钙饱和溶液缓慢滴加至硅酸乙酯溶液中，混合搅拌待形成凝胶状后静置24小时。反应结束后，将反应液于60摄氏度下减压蒸馏至剩余少部分溶液，之后过滤并用水洗涤，烘干后于600摄氏度下烧结形成超细硅酸钙粉末。

实施例2，多孔硅酸钙颗粒的制备。

准确称取水40g、聚乙烯醇10g，将聚乙烯醇加入水中，加热研磨至尽可能溶解，之后称取碳粉1g，实施例1中制备的硅酸钙粉末300g，充分研磨混合后，将膏状混合物用模具压制成直径3mm的小球，阴干后置于马弗炉中，先升温至105摄氏度，保持30分钟以上，烘干部分水分，之后升温至700摄氏度，高温下氧化碳粉，中途可以适当取样，将颗粒取样冷却后碾碎，显微镜下无黑色碳粉即表示碳粉已经氧化完毕，之后升温至1500摄氏度烧结2小时即可得到表面积巨大的多孔硅酸钙小球，电镜图片见图1。

实施例3，负载离子交换材料。

首先，将三乙胺、无水乙腈、环氧氯丙烷按照1g、3mL、1.1g比例混合，常温下搅拌20分钟后，升温至45摄氏度反应60小时，待有大量白色季铵盐固体产生后，停止反应，抽滤并用石油醚清洗产物。之后，将1g聚乙烯醇加入100mL无水二甲亚砜中，微微加热搅拌溶解后，将实施例2得到的硅酸钙小球取50g加入其中，之后加入氢化钠0.3g，继续搅拌，随后加入上述步骤得到的季铵盐0.3g，在40摄氏度下反应15小时后，加入少量水将反应淬灭。反应淬灭完毕后，将硅酸钙小球过滤出，快速沥干多余溶剂，加入零下10-15摄氏度的95%乙醇溶液浸泡，轻微晃动待小球上无明显的白色颗粒物脱落，再次捞出，用清水冲洗。

实施例4，颗粒活化。

将实施例3得到的产物置于0.05mol/L的氢氧化钠溶液中快速浸泡3分钟，之后用水洗涤至中性，于105摄氏度的热风中干燥，完成脱水，即得到具备交换氯离子的活化后的产品，产品的电镜结构见图2。

实施例5，本发明的对胺、氨吸附效果验证方法。

取含水率低于60%的动物粪便100g、秸秆15g，粉碎后平均分成3份，除去一组空白组，另外两组分别加入实施例2、实施例4得到的产品，再搅拌混合，之后植入蚯蚓并压实。3组均在压实的表面放置一杯2%硼酸溶液，再用保鲜膜覆盖于一个密闭盒子中，之后每天取样，用硫酸滴定确认氨的释放总量。其对比如图3，其中a为空白组、b为加了实施例2的样品、c为加了实施例4的样品。可以清楚的发现，本发明在氨的吸附上具有较高的能力，能够抑制早起氨的大量释放，防止PH快速升高，毒害蚯蚓，另外也可以看出，实施例4添加了氯离子交换材料，虽然堵住了部分空隙，但总体对氨的吸附效果影响不大。

实施例6，本发明的氯离子抑制作用。

取新鲜白米饭500g，分成2组，其中一组拌入食用盐1g并混合均匀。取两个空培养皿，底层均铺上1cm厚的无盐白米饭，之后其中一份铺上实施例4制备的产品后再铺一层含盐白米饭，对照组直接铺上含盐白米饭，将两组样品密封后置于50摄氏度下，加快氯离子扩散，连续一周取最底层的米饭测氯离子含量，氯离子的检测含量见图4，图中，a为对照组，b为含有本发明制备的产品实验组。可以清楚的看到实施例4对从上方渗透过来的氯离子有显著的阻隔作用。

实施例7，本发明的使用方法及回收方法。

本发明根据堆肥的组成，有两种使用方法：（1）当堆肥中有较多的动物粪便，少量的厨余垃圾是，本发明可以在动物粪便、秸秆、厨余垃圾都粉碎混合后，再以堆肥重量的1%比例加入其中，混合搅拌，使得颗粒均匀的分散于堆肥中，再植入蚯蚓。（2）当堆肥使用了较多的厨余垃圾或堆肥含盐量不清楚时，可以预先粉碎部分秸秆植入蚯蚓，之后将本实施例4制备的产品铺在秸秆上，再放上厨余垃圾堆肥。当堆肥结束后，将堆肥用3.5mm网筛过筛，再用2.5mm网筛过筛，即得到本产品。本产品吸附的胺、氨可以在微生物作用下，部分进入大地，少量残余的胺、氨可以将本产品集中曝晒并处理尾气，可以集中除去残余胺、氨气，减少环境污染，用碱水泡可以实现重新活化，实现重复使用。

以上实施例目的是为了更清楚地说明本发明的技术方案，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他等效的替代方案，都应当都属于本发明保护的范围。