一种高分子有机肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及重金属钝化肥料技术领域，尤其涉及一种高分子有机肥及其制备方法。

背景技术

由于重金属具有潜在危险性、持久性、非生物降解性和生物富集性等特点，当其浓度过高时，会导致土壤质量改变、农作物产量减少，甚至会通过食物链进入人体，最终危害人类的身体健康。当过量重金属被人体吸收富集后，会诱发各种病症，如镉超标会引起肾损伤、骨质疏松、肿瘤等；铅过量会导致中枢神经的严重损害，甚至引发致癌、致畸、致突变的风险，对人类的身体健康产生巨大的危害。当土壤受到外源重金属污染时，土壤微生物种群的活性和生物量等会受到一定程度的影响，从而影响土壤的肥力。

目前利用钝化剂治理土壤重金属是最主要的一种方式，钝化修复技术是指利用人工或机械的方式将一定量的钝化药剂添加到土壤中，通过沉淀、离子交换、络合、氧化还原和土壤理化性质调节等一系列反应，降低土壤中重金属的生物有效性和迁移性，减少重金属对农作物的毒害作用，同时减少农作物对重金属的吸收，实现保障农产品安全的目标，具有成本投入低、修复见效快、操作易实施等特点，对中轻度重金属污染农用地的修复具有一定的优越性，国内对钝化修复技术的研究和工程实施案例也越来越多。

钝化剂主要分为无机类、有机类和微生物类。无机钝化剂通过改变土壤pH、化学反应等显著降低铅等重金属在土壤中的生物有效性，从而降低其在植物中的积累，但通常对重金属具有一定的选择性，针对性较强；微生物类钝化剂可以降低重金属污染对农田生态系统的危害风险，显著提高土壤PH值、降低土壤重金属活性，有效降低作物对重金属的吸收积累，同时增加作物对矿质养分的吸收，提高作物茎杆的机械强度，提高抗病性、抗虫性，促进作物高产优质，但防治效果缓慢，耗时较长。有机钝化剂的大多数有机原料中都含有腐殖酸组分，腐殖酸组分含有复杂的结构和羧基、醇羟基等多种活性官能团，对土壤中重金属的形态转化、迁移能力和生物可利用性都具有重要影响，可在改善土壤理化性质、提高土壤肥力的同时钝化土壤重金属活性；但有机物料成分复杂，某些组分可活化重金属，增加土壤重金属的移动性和生物有效性，导致有机物料作为钝化剂应用会出现不稳定现象，有时甚至促进作物重金属的累积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重金属钝化效果好的高分子有机肥及其制备方法，为解决现有技术中存在的一个或多个技术问题至少提供一种或多种有益选择。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。

一种高分子有机肥，其主要通过以下步骤制得：

1）腐熟发酵，对有机资源进行集中堆肥处理、并腐熟发酵得到高分子有机肥预制品。

2）浸出过滤，将有机肥预制品按照1：8-15的肥水质量比进行溶解搅拌，可根据溶解情况来决定所用的溶液类型与搅拌的时间，必要时还可进行加热处理使其小分子充分溶解；溶解之后使用500-700目的滤布滤出样品中的大渣子物质并自然晒干，得到高分子有机肥半成品。

3）膜分离，步骤2）浸出的滤液则利用截流孔径大小<20K Dalton的膜分离设备分离，得到大分子有机物溶液和小分子有机物溶液；大分子有机物溶液中的小分子有机物的含量小于5wt%。

4）高分子有机肥成品制备，将步骤2）得到的高分子有机肥半成品和步骤3）得到的大分子有机物溶液进行混合搅拌制得高分子有机肥成品。

更为优选地，对于步骤3）制得的有机物溶液，根据检测结果可调整为其他配方肥料或者安全排放；或通过添加混凝剂，变成大分子物质后，作为原料混入高分子有机肥成品制备。

更为优选地，步骤2）中，溶解所用溶液是浓度为0.05-0.3wt%的醋酸溶液。

更为优选地，在步骤1）中，腐熟发酵所用有机资源为秸秆，按质量份将800-1000份秸秆、8-10份尿素、0.5-1份发酵菌剂进行混合搅拌，腐熟发酵一段时间，得到秸秆高分子有机肥预制品。

更为优选的是，在步骤1）中，腐熟发酵所用有机资源为酒糟，按质量份将800-1000份酒糟、8-10份石灰粉、8-10份磷尾矿粉及0.5-1份腐熟剂混匀后进行堆肥发酵，发酵至物料的含水率≤40％，得到酒糟高分子有机肥预制品。

更为优选的是，在步骤1）中，腐熟发酵所用有机资源为菜籽饼，按质量份将800-1000份菜籽饼、20-30份益生菌、350-400份水混合进行腐熟发酵，得到菜饼高分子有机肥预制品。

更为优选的是，在步骤4）中，高分子有机肥成品的制备还包括破碎、造粒步骤，造粒得到尺寸为在3mm左右的颗粒。

本发明采用如上技术方案，至少具有以下有益效果。

一、本发明提供的高分子有机肥的制备方法，在高分子有机肥腐熟发酵完成后，结合浸出过滤、膜分离等步骤，将小分子有机物的含量控制在总量的5%以下，且以20K Dalton为界限分离有机肥中的大小分子；充分利用了有机肥中大分子物质的钝化作用，避免了有机肥中小分子物质对重金属的活化效果，充分发挥有机肥大分子中腐殖酸组分钝化重金属的功能，为功能性有机肥料的生产和应用提供了技术方法。过程中大分子有机物质会进行发酵，通过矿质化和腐殖化的过程，在改良土壤质地的同时，有机质可以转化成更容易被植物吸收的物质。该技术方法操作容易，工艺简单，易形成产业化，可以更好地进行批量化地生产。

二、本发明制得的高分子有机肥料，将有机肥料中的小分子物质含量控制在5%以下，减小了小分子有机物质活化的作用，进而充分发挥有机肥钝化重金属的作用效应，提高土壤有机质的含量，增加了土壤的养分含量，改善了土壤的理化性质，提高土壤的保肥能力和缓冲性能，更有利于作物的生长发育。

三、废物再利用，可将秸秆、酒糟、菜饼等物资进行再利用，进行了资源的合理化利用，节约资源、保护环境。

附图说明

图1所示为本发明提供的一种高分子有机肥的制备方法。

实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

参照图1所示，一种高分子有机肥的制备方法，其主要通过以下步骤制得：

1）腐熟发酵，对有机资源进行集中堆肥处理、并腐熟发酵得到高分子有机肥预制品。

2）浸出过滤，将有机肥预制品按照1：8-15的肥水质量比进行溶解搅拌，可根据溶解情况来决定所用的溶液类型（水溶液或醋酸溶液）与搅拌的时间，必要时还可进行加热处理使其小分子充分溶解；溶解之后使用500-700目的滤布滤出样品中的大渣子物质并自然晒干，得到高分子有机肥半成品。

3）膜分离，步骤2）浸出的滤液则利用截流孔径大小<20K Dalton的膜分离设备分离，得到大分子有机物溶液和小分子有机物溶液；大分子有机物溶液中的小分子有机物的含量小于5wt%。

4）高分子有机肥成品制备，将步骤2）得到的高分子有机肥半成品和步骤3）得到的大分子有机物溶液进行混合搅拌制得高分子有机肥成品。

对于步骤3）制得的有机物溶液，根据检测结果可调整为其他配方肥料或者安全排放；或通过添加混凝剂，变成大分子物质后，作为原料混入高分子有机肥成品制备。

实施例1

一种秸秆高分子有机肥，其通过以下步骤制得：

1）秸秆高分子有机肥预制，按质量份将1000份秸秆、10份尿素、1份发酵菌剂进行混合搅拌，腐熟发酵一段时间，得到秸秆高分子有机肥预制品。

其中，发酵菌剂可以为现有已知的细菌菌液和/或真菌菌液、主要用于实现秸秆的腐熟，腐熟发酵时长根据腐熟程度确定。本实施例中，优选发酵菌剂的活性成分主要为绿色木霉、长枝木霉、枯草芽孢杆菌、黑曲霉和酵母菌。

2）浸出过滤，将步骤1）得到的秸秆高分子有机肥预制品与浓度为0.1wt%的醋酸溶液按照1：10的质量比混合搅拌3小时，充分搅拌均匀后，通过600目滤布对混合液进行过滤，对滤出的滤渣进行自然晒干，得到秸秆高分子有机肥半成品。

3）膜分离，将步骤2）中收集到的滤液通过截流孔径大小为20K Dalton的膜进行分离，得到大分子有机物溶液和小分子有机物溶液；大分子有机物溶液中的小分子有机物的含量小于5wt%。

4）秸秆高分子有机肥成品制备，将步骤3）得到的大分子有机物溶液与自然晒干的秸秆有机肥半成品混合，经过破碎、造粒得到尺寸为在3mm左右的颗粒，即得到所需的秸秆高分子有机肥。

经测试，本实施例制得的秸秆高分子有机肥满足有中华人民共和国农业行业标准NY/T525-2021的指标要求。

实施例2

一种酒糟高分子有机肥，其通过以下步骤制得：

1）酒糟高分子有机肥预制，按质量份将1000份酒糟、10份石灰粉、10份磷尾矿粉及1份腐熟剂混匀后进行堆肥发酵，发酵至物料的含水率≤40％，得到酒糟高分子有机肥预制品。

其中，腐熟剂可以为现有已知的或将来能够实现的各种腐熟剂。本实施例中，所述腐熟剂的主要活性成分有甘蔗兰希氏菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、以及解淀粉芽孢杆菌。

2）浸出过滤，将步骤1）制得的腐殖化完全的酒糟高分子有机肥预制品与浓度为0.1wt%醋酸溶液按照1:10的质量比混合搅拌3小时，充分搅拌均匀后，通过600目滤布对混合液进行过滤，对滤出的滤渣进行自然晒干，得到酒糟高分子有机肥半成品。

3）膜分离，将步骤2）中收集到的滤液通过截流孔径大小为20K Dalton的膜进行分离，得到大分子有机物溶液和小分子有机物溶液；大分子有机物溶液中的小分子有机物的含量小于5wt%。

4）酒糟高分子有机肥成品制备，将步骤3）得到的大分子有机物溶液与自然晒干的酒糟高分子有机肥半成品混合，经过破碎、造粒得到尺寸在3mm左右的颗粒，即得到所需的酒糟高分子有机肥。

经测试，本实施例制得的酒糟高分子有机肥满足有中华人民共和国农业行业标准NY/T525-2021的指标要求。

实施例3

一种菜饼高分子有机肥，其通过以下步骤制得：

1）菜饼高分子有机肥的预制，按质量份将1000份菜籽饼、30份益生菌、400份水混合进行腐熟发酵一段时间，得到菜饼高分子有机肥预制品。腐熟发酵时长根据腐熟程度确定，这是本领域技术人员所掌握的普通技术知识。

2）浸出过滤，将步骤1）制得的腐殖化完全的菜饼有机肥与浓度为0.1wt%醋酸溶液按照1:10的质量比混合搅拌3小时，充分搅拌均匀后，通过600目滤布对混合液进行过滤，对滤出的滤渣进行自然晒干，得到菜饼高分子有机肥半成品。

3）膜分离，将步骤2）中收集到的滤液通过截流孔径大小20K Dalton的膜进行分离，得到大分子有机物溶液和小分子有机物溶液；大分子有机物溶液中的小分子有机物的含量小于5wt%。

4）菜饼高分子有机肥成品制备，将步骤3）得到的大分子有机物溶液与自然晒干的菜饼高分子有机肥半成品混合，经过破碎、造粒得到尺寸为在3mm左右的颗粒，即得到所需的菜饼高分子有机肥。

经测试，本实施例制得的菜饼高分子有机肥满足有中华人民共和国农业行业标准NY/T525-2021的指标要求。

实施例4

一种混合高分子有机肥，其通过以下步骤制得：

1）原料混合，以实施例1、实施例2和实施例3中的秸秆高分子有机肥预制品、酒糟高分子有机肥预制品和菜饼高分子有机肥预制品为原料混合；混合比例为：秸秆高分子有机肥预制品400份、酒糟高分子有机肥预制品300、菜饼高分子有机肥预制品300份，按质量份计。

2）浸出过滤，将步骤1）制得混合物与浓度为0.1wt%醋酸溶液按照1：10的质量比混合搅拌3小时，充分搅拌均匀后，通过600目滤布对混合液进行过滤，对滤出的滤渣进行自然晒干，得到混合高分子有机肥半成品。

3）膜分离，将步骤2）中收集到的滤液通过截流孔径大小20K Dalton的膜进行分离，得到大分子有机物溶液和小分子有机物溶液；大分子有机物溶液中的小分子有机物的含量小于5wt%。

4）混合高分子有机肥成品制备，将步骤3）得到的大分子有机物溶液与自然晒干的混合高分子有机肥半成品混合，经过破碎、造粒得到尺寸为在3mm左右的颗粒，即得到所需的混合高分子有机肥。

经测试，本实施例制得的混合高分子有机肥满足有中华人民共和国农业行业标准NY/T525-2021的指标要求。

对比实验。

高分子有机肥对稻田土壤耕地重金属污染治理协同土壤质量提升盆栽应用试验。

试验土壤来源：土壤采集自梅州乐昌廊田镇受污染的农田表层土壤0-20cm，土壤经过自然风干后过2mm筛，待用，土壤基本理化性质详见表1。

表1、土壤基本理化性质。

盆栽试验每盆称取5kg土壤放入，待进行处理。试验设置8个处理，每个处理设3次重复。

处理1：空白对照，不添加任何有机肥。

处理2：添加100g普通秸秆类有机肥。普通秸秆类有机肥依照实施例1的步骤1）制得。

处理3：添加100g普通菜饼有机肥。普通菜饼有机肥依照实施例3的步骤1）制得。

处理4：添加100g普通畜禽粪便有机肥。普通畜禽粪便有机肥由畜禽粪便经杀菌、发酵制得。

处理5：添加100g实施例1中所制得的秸秆高分子有机肥成品。

处理6：添加100g实施例2中所制得的酒糟高分子有机肥成品。

处理7：添加100g实施例3中所制得的菜饼高分子有机肥成品。

处理8：添加100g实施例4中所制得的混合高分子有机肥成品。

利用处理1-8中的土壤分别种植水稻，在水稻生长30天后，采集土壤样品，分析其有效态重金属镉、铅、砷、汞、铬的含量、pH、有机质的变化，结果如下表2所示；在水稻收获时收集水稻样品，分析籽粒中镉、铅、砷、汞、铬的含量及变化，结果如下表3所示。

表2、土壤理化性质变化。

表3、水稻样品（籽粒）中重金属含量。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。具体实施例中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

另外需要说明的是，在本发明的描述中，参选本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本发明使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

在本发明中，所用术语“由…制备”与“包含”同义。本发明中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

在本发明中，当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本发明中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。