一种苏达盐碱地的改良及生化黄腐酸原料的生成方法与流程

2021-02-02 17:02:43|

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本发明涉及自然资源与生态环境领域，特别是涉及一种苏达盐碱地的改良及生化黄腐酸原料的生成方法。
背景技术：
：我国秸秆资源丰富，列世界第一位，其中玉米秸秆年产量达到2400多万吨，占全国秸秆总产量的24.00％，但饲用仅占27.13％。目前，我国的秸秆利用方式有很多种，如用燃料，或直接废弃焚烧；机械还田；青贮、颗粒饲料加工；栽培食用菌；工艺品加工；建筑板材加工；气化；发酵制取沼气；有机肥加工；制取燃料酒精；直燃发电。但大部分秸秆被用作生活燃料或就地焚烧，不仅造成资源浪费，而且产生严重的环境污染，进而影响交通安全。如何对秸秆资源进行有效利用，减少环境污染，是当前急需解决的问题。目前，国内外生产的黄腐酸大多为矿质黄腐酸，即从风化煤，褐煤，泥炭中提取，常用的提取方法为：碱溶酸析法、强酸法抽提法、硫酸乙醇法、硫酸丙酮法、离子交换树脂法。虽然矿质黄腐酸的提取原料风化煤的价格低廉，但是资源不可再生，且提取工艺相对复杂，需要使用大量化学试剂。再者，使用大量的强酸强碱不仅污染环境，而且容易破坏黄腐酸的活性基团，降低了黄腐酸的生物活性。利用玉米秸秆通过微生物发酵制取生化黄腐酸是实现秸秆资源化利用和减少其对环境造成污染的重要途径之一。目前，以秸秆为原料生产生化黄腐酸方法，是加入适量的氮磷钾等营养成分，经过有机物与微生物、温度、湿度、氧气等因素相互作用的多种微生物多级发酵复杂过程而转化而成的，其缺点是工艺流程长、操作条件复杂、加入大量配料(锯木屑、果渣及调节ph后的造纸黑液、发酵菌液及尿素、氢氧化钠等)且难获取、发酵时间长(60-90天)、黄腐酸有效含量低(低于10％)等。全球盐碱地每年以100～150万hm2(公顷)的速度在增长。苏打盐碱地的主要成分是na2co3、nahco3，一般由于气候地理条件，地处平坦排水不畅的平原，土质颗粒细密，粘性大，地下水位高，矿化度大，水溶盐汇聚低处,益积盐，导致土壤盐碱化，土壤贫瘠，透水性差。常规苏打盐碱地使用化学改良剂，利用酸碱中和原理来改良苏打盐碱地，但化学改良剂添加极易引起土壤的钙化，使土壤呈现板结状态，容易引起二次污染。物理方法改良是在盐碱地表层添加大量砂石，泥土等不仅加大了运输成本，也没有从根本上治理改良盐碱地的现状。黄腐酸钠常规生产方法，是黄腐酸加氢氧化钠和水，加热制成。制备过程电耗大且消耗大量氢氧化钠，制作原料成本较高。技术实现要素：本发明提供一种苏达盐碱地的改良及生化黄腐酸原料的生成方法，以解决利用玉米秸秆制取生化黄腐酸、改良盐碱地及生产黄腐酸钠等诸多领域存在的技术问题.本发明的目的是将本方法成功地应用于在玉米秸秆资源化利用、生产生化黄腐酸原料、生产盐碱地改良剂、盐碱地改良技术、生产黄腐酸钠原料等领域。本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：(1)制作蒸汽膨化秸秆将秸秆物料粉碎、物料除土，用皮带传送进罐内加蒸汽、加压后喷放至膨化仓，得蒸汽膨化秸秆，其中膨化过程压力0.4～2.0mpa，温度140～200℃，膨化时间5～40min，瞬间喷放；(2)制作生化黄腐酸原料蒸汽膨化秸秆添加复合菌混匀，温度50-75℃，发酵5-7天时间，经过低温烘干系统烘干，粉碎，过40～100目筛，得生化黄腐酸原料，低温密封保存；(3)盐碱土多级洗盐将步骤(2)经微生物发酵的蒸汽膨化秸秆作为改良剂，在盐碱土中均匀撒入改良剂，改良剂的加入量为盐碱土重量的2～10％，然后翻地，再加入高出地面10-15厘米的水，进行充分搅拌，充分混匀搅拌后发生中和反应，逐渐水土分离沉降，水溶液颜色深褐色，取上清液检测盐分、ph值，排除上清液完成一次洗盐过程；继续加入高出地面10-15厘米的水，充分搅匀，水土分离，检测盐分、ph值，排除上清液完成二次洗盐过程；同样操作直至完成3次或3次以上洗盐；(4)制作生化黄腐酸钠原料将步骤(3)多级洗盐排出的深褐色水溶液收集，内含生化黄腐酸钠，浓缩，将生化黄腐酸钠经过浓缩所形成的黑色片状固体为黄腐酸钠原料，含量为50-80％。本发明所述步骤(1)中的秸秆是指玉米、甜高粱收获籽实后的剩余部分。本发明所述步骤(2)中的低温烘干的温度是20～75℃，含水率<10％，低温密封储存。本发明所述步骤(2)中的生化黄腐酸原料用于改良盐碱土壤；或用于荒地沙漠化修复、尾矿库、废石场地生态修复、土壤重金属污染修复；能增进土壤肥效、调节作物生长、提高作物抗逆性、改善作物品质；能提取益生工程菌团；用于除臭各类物质。本发明所述步骤(2)中的复合菌是：巨大芽胞杆菌：枯草芽胞杆菌：弯曲芽胞杆菌＝1：1：1。本发明所述步骤(3)中洗盐完成后，检测上清液的ph值为7.5～8.0。本发明所述步骤(3)中，所述改良剂是湿润、蓬松、柔软，棕褐色如酒糟气味状态的膨化秸秆。本发明根据苏打盐碱地ph值高、盐分含量高、透水性差、有机质含量低等特点，特别是土壤中碳酸钠和碳酸氢钠含量高的特点，提供了一种改良盐碱地的方法：降低土壤盐分、去除和固定过多的钠离子、调控最佳的ph值范围、形成对目标植物生长有利的土壤团粒结构、洗除对目标植物生长不利的na2co3、nahco3盐、加入利于植物生长的微量元素、有机质和腐殖质。本发明使秸秆原料在给入蒸汽条件下，维持一定时间的高温、高压状态，然后瞬间改变这种状态，瞬时的压差产生强大剪切力，使细胞壁结构被破坏，秸秆内部的纤维结构发生改变，形成湿润、疏松、柔软、多孔、的膨化结构。蒸汽膨化后的秸秆中粗纤维、纤维素和半纤维素、木质素得到很好的降解，有机成分经过高温高压短时间糖化分解、经微生物发酵生成大量腐殖质和腐殖酸，秸秆中腐殖酸经过提取，主要是生化黄腐酸且含量约达到80％，生化黄腐酸可做为改良盐碱土壤；荒地沙漠化及尾矿库土壤修复；微生物的粮食；土壤重金属污染修复；增进土壤肥效、调节作物生长、提高作物抗逆性、改善作物品质；提取益生工程菌团；用于除臭各类物质。本发明通生化黄腐酸原料可成为盐碱地的改良剂，改良剂中含有微生物功能菌、大量官能团、作物的营养剂、含有微量元素(n、p、k、ca、mg、zn)和有机质。本发明在盐碱地的改良过程中，改良剂中黄腐酸与盐碱地过多的钠离子反应生成的黄腐酸钠，黄腐酸钠能刺激作物生长，促进作物养分吸收，增强抗盐能力，消除土壤板结等。同时，多余的黄腐酸钠溶液被洗出后，可作为黄腐酸钠原料，黄腐酸钠在农业中作为复合肥料，对农作物起到防病抗病增产增收的效果，黄腐酸钠在禽畜养殖中作为饲料添加剂，另外，黄腐酸钠在水产养殖中作为增效剂，最后，还可以作为陶瓷添加剂、工业用水稳定剂、锅炉除垢剂、矿石浮选剂、废气废水处理剂、型煤粘合剂等，显示出强大的生命力。本发明的有益效果：普通秸秆直接还田植物粗纤维不容易腐化，有机质，氮磷钾等营养成分很难被植物吸收利用，而且还有虫卵的危害。焚烧秸秆对大气环境产生污染。生化黄腐酸或改良剂制作过程是蒸汽条件下高温高压状态膨化出炉，与未膨化前秸秆比较，木质素，粗纤维素大幅度降低，腐殖酸、腐殖质显著提高。秸秆经过高温高压蒸汽膨化还田不仅能消毒除虫卵，而且经微生物发酵产生的腐殖酸大部分是含有微生物功能菌的生化黄腐酸，因此使用生化黄腐酸改良盐碱土壤，不仅调节土壤的ph值，平衡土壤的酸碱度，消除土壤板结，而且生化黄腐酸含大量官能团，与土壤微粒作用，使土壤形成大小不一的团粒，结构稳定，可以改变土壤团粒结构。生化黄腐酸还是微生物的粮食，在团粒结构的土壤中，微生物活动强烈，生物活性高，养分供应充足，从而提高土壤肥力；而土壤微生物大量繁殖以后，就会把被土壤固化的那部分有效养分转化释放出来，被作物吸收。所以使用生化黄腐酸改良盐碱土壤效果好，成本低，是国内外治理盐碱地的前沿技术。生化黄腐酸与苏打盐碱地中碳酸钠反应，生成黄腐酸钠原料，黄腐酸钠无毒无臭无腐蚀，极易溶于水它是多功能的高分子化合物，含有羟基，醌基，羧基等较多的活性基团，具有很大的内表面积，有较强的吸附，交换，络合，螯合能力。在农业中作为复合肥料，可改变土壤结构，能促进作物生长，增强抗盐能力，对农作物起到防病抗病增产增收的效果。禽畜养殖中作为饲料添加剂，水产养殖中作为增效剂等。还可以作为陶瓷添加剂，工业用水稳定剂，锅炉除垢剂，废气废水处理剂，型煤粘合剂等，显示出强大的生命力，取得了显著的经济效果，前景十分广阔。蒸汽膨化秸秆不仅是盐碱地改良剂，也是生化黄腐酸原料，同时改良苏打盐碱地过程中可以获取附属产品黄腐酸钠原料。该方法具有经济环保，资源可再生，有利于农业的持续发展，且具有普遍适用性，易于推广。具体实施方式实施例1包括下列步骤：(1)制作蒸汽膨化秸秆将玉米收获籽实后的剩余部分物料粉碎、物料除土，用皮带传送进罐内加蒸汽、加压后喷放至膨化仓，得蒸汽膨化秸秆，其中膨化过程压力0.4mpa，温度140℃，膨化时间40min，瞬间喷放；(2)制作生化黄腐酸原料蒸汽膨化秸秆添加复合菌混匀，温度50-55℃，发酵5天时间，经过低温烘干系统烘干，温度是20℃，含水率<10％，常温储存，粉碎，过40目筛，得生化黄腐酸原料，低温密封保存；所述复合菌是：巨大芽胞杆菌：枯草芽胞杆菌：弯曲芽胞杆菌＝1：1：1；(3)盐碱土多级洗盐将步骤(2)经微生物发酵的蒸汽膨化秸秆作为改良剂，在盐碱土中均匀撒入改良剂，改良剂的加入量为盐碱土重量的2％，然后翻地，再加入高出地面10厘米的水，进行充分搅拌，充分混匀搅拌后发生中和反应，逐渐水土分离沉降，水溶液颜色深褐色，取上清液检测盐分、ph值，排除上清液完成一次洗盐过程；继续加入高出地面10厘米的水，充分搅匀，水土分离，检测盐分、ph值，排除上清液完成二次洗盐过程；同样操作直至完成3次洗盐，洗盐完成后，检测上清液的ph值为7.5；(4)制作生化黄腐酸钠原料将步骤(3)多级洗盐排出的深褐色水溶液收集，内含生化黄腐酸钠，浓缩，将生化黄腐酸钠经过浓缩所形成的黑色片状固体为黄腐酸钠原料，含量为50％。实施例2包括下列步骤：(1)制作蒸汽膨化秸秆将玉米收获籽实后的剩余部分物料粉碎、物料除土，用皮带传送进罐内加蒸汽、加压后喷放至膨化仓，得蒸汽膨化秸秆，其中膨化过程压力1.2mpa，温度170℃，膨化时间25min，瞬间喷放；(2)制作生化黄腐酸原料蒸汽膨化秸秆添加复合菌混匀，温度60-65℃，发酵6天时间，经过低温烘干系统烘干，温度是45℃，含水率<10％，低温密封储存，粉碎，过60目筛，得生化黄腐酸原料，低温密封保存；所述复合菌是：巨大芽胞杆菌：枯草芽胞杆菌：弯曲芽胞杆菌＝1：1：1；(3)盐碱土多级洗盐将步骤(2)经微生物发酵的蒸汽膨化秸秆作为改良剂，在盐碱土中均匀撒入改良剂，改良剂的加入量为盐碱土重量的6％，然后翻地，再加入高出地面13厘米的水，进行充分搅拌，充分混匀搅拌后发生中和反应，逐渐水土分离沉降，水溶液颜色深褐色，取上清液检测盐分、ph值，排除上清液完成一次洗盐过程；继续加入高出地面13厘米的水，充分搅匀，水土分离，检测盐分、ph值，排除上清液完成二次洗盐过程；同样操作直至完成4次洗盐，洗盐完成后，检测上清液的ph值为7.8；(4)制作生化黄腐酸钠原料将步骤(3)多级洗盐排出的深褐色水溶液收集，内含生化黄腐酸钠，浓缩，将生化黄腐酸钠经过浓缩所形成的黑色片状固体为黄腐酸钠原料，含量为65％。实施例3包括下列步骤：(1)制作蒸汽膨化秸秆将玉米收获籽实后的剩余部分物料粉碎、物料除土，用皮带传送进罐内加蒸汽、加压后喷放至膨化仓，得蒸汽膨化秸秆，其中膨化过程压力2.0mpa，温度200℃，膨化时间5min，瞬间喷放；(2)制作生化黄腐酸原料蒸汽膨化秸秆添加复合菌混匀，温度70-75℃，发酵7天时间，经过低温烘干系统烘干，温度是75℃，含水率<10％，常温储存，粉碎，过100目筛，得生化黄腐酸原料，低温密封保存；所述复合菌是：巨大芽胞杆菌：枯草芽胞杆菌：弯曲芽胞杆菌＝1：1：1；(3)盐碱土多级洗盐将步骤(2)经微生物发酵的蒸汽膨化秸秆作为改良剂，在盐碱土中均匀撒入改良剂，改良剂的加入量为盐碱土重量的10％，然后翻地，再加入高出地面15厘米的水，进行充分搅拌，充分混匀搅拌后发生中和反应，逐渐水土分离沉降，水溶液颜色深褐色，取上清液检测盐分、ph值，排除上清液完成一次洗盐过程；继续加入高出地面15厘米的水，充分搅匀，水土分离，检测盐分、ph值，排除上清液完成二次洗盐过程；同样操作直至完成5次洗盐，洗盐完成后，检测上清液的ph值为8.0；(4)制作生化黄腐酸钠原料将步骤(3)多级洗盐排出的深褐色水溶液收集，内含生化黄腐酸钠，浓缩，将生化黄腐酸钠经过浓缩所形成的黑色片状固体为黄腐酸钠原料，含量为80％。用上清液ph达标的土壤，将耐盐碱的水稻苗插秧，土壤ph值7.5～8，种植密度为25株/m2，保持水体清澈；种植植物还可以为向日葵，高粱等耐盐碱植物，各种作物按照其正常生长规律种植及施肥即可。下边通过具体实例来进一步说明本发明。实例1将秸秆破碎后，送入旋转式蒸汽膨化罐加压且高温可达到高效膨化效果，实现单糖，木制素，纤维素等都分解，膨化料熟化度98％以上，熟化均匀无糊料无生料，设计规模：膨化罐直径500；膨化罐总长做2000；出料量30kg；膨化过程的压力0.4～2.0mpa；温度140～200℃；膨化时间5～40min；蒸汽膨化秸秆添加复合菌混匀，温度50-75℃，发酵5-7天时间，作为改良剂，颜色深褐色，手感蓬松柔软，外形如肉松、气味如发酵的酒糟，检测成分如下：氮磷钾有机质粗蛋白腐殖质腐殖酸ph0.91％0.78％1.34％51.3％5.15％478g/kg79.2％3.65实例2取松嫩平原某苏打盐碱地盐碱土壤21公斤放入方型白色塑料盆中，加入土重5％的1.05公斤改良剂，加2-3倍质量体积水，约高出土面3-5公分，搅匀浸泡5天，倒出上面水溶液；再加入高出土面5-10公分体积水充分搅匀，发生酸碱中和反应，静止沉降浸泡2天，水土分离，上清液深褐色，检测盐分和ph，倒出上面水溶液，完成一次洗盐。继续加入高出土面5-10公分体积水，充分搅拌，静止沉降浸泡2天，检测盐分和ph，倒出上面水溶液，完成二次洗盐。依次类推，完成三次洗盐。检测结果如下:用上清液ph达标的土壤，经过水稻插秧种植3个月观察，水稻秧苗均长势良好。实例3取松嫩平原某苏打盐碱地盐碱土壤21公斤放入方型白色塑料盆中，加2-3倍质量体积水，约高出土面5-10公分，搅匀浸泡5天，倒出上面水溶液；加入土重2.5％的0.525公斤改良剂，放入盛盐碱土塑料盆中，再加入高出土面5-10公分体积水充分搅匀，发生酸碱中和反应，静止沉降浸泡2天，水土分离，上清液深褐色，检测盐分和ph，倒出上面水溶液，完成一次洗盐。继续加入高出土面5-10公分体积水，充分搅拌，静止沉降浸泡2天，检测盐分和ph，倒出上面水溶液，完成二次洗盐,依次类推，完成三次洗盐。检测结果如下：用上清液ph达标的土壤，经过水稻插秧种植3个月观察，水稻秧苗均长势良好。实例4取松嫩平原某苏打盐碱地盐碱土壤1公斤放入2000毫升烧杯中，加入10％的改良剂0.1公斤，加2升水充分搅匀，发生酸碱中和反应，静止沉降浸泡2天，水土分离，上清液深褐色，检测ph、黄腐酸钠，倒出上面水溶液放入烧杯中，完成一次洗盐。继续加入等量水，充分搅拌，静止沉降浸泡2天，检测ph、黄腐酸钠，倒出上面水溶液放入烧杯中，完成二次洗盐。依次类推，完成三次洗盐。黄腐酸钠原料经浓缩提纯后得到黑亮色固体。检测结果如下：实例5生化黄腐酸原料生产操作流程为，重复具体实例1中改良剂的生产方法，取改良剂1000克放入风干箱中，低温<75℃，风干8小时以上，秸秆含水率<10％，粉碎后经过50目筛分，密封储存，获取生化黄腐殖酸原料。当前第1页1 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