一种土壤修复用畜禽粪污有机肥及其制备方法与流程

本发明涉及有机肥制备，尤其涉及一种土壤修复用畜禽粪污有机肥及其制备方法。

背景技术：

1、畜禽养殖过程中产生的大量粪污含有丰富的有机质及氮、磷、钾等养分，经好氧堆肥腐熟后可制成有机肥，用于补充土壤养分、改善土壤结构和提高土壤保水保肥能力。目前，畜禽粪污有机肥通常采用固液分离、添加秸秆或稻壳调节碳氮比、高温好氧堆肥及造粒干燥等工艺制备；为提高有机肥的土壤修复能力，还可加入生物炭、腐殖酸、沸石或含钙矿物材料。针对畜禽粪污中可溶性盐含量较高的问题，现有技术也采用水洗脱盐、分级洗涤等方式降低钠盐和氯盐含量，并通过磷酸铵镁沉淀等方法回收废水或粪污液相中的氮磷养分。

2、然而，现有技术中的粪污脱盐、氮磷回收、堆肥腐熟及土壤改良材料复配通常相互独立。水洗脱盐虽然能够降低粪污固相中的可溶性盐，却容易使铵态氮和磷酸盐随洗涤液流失，造成养分损失及洗脱液处理负担；将洗脱液直接回用又会使钠盐、氯盐重新进入有机肥。采用生物炭负载磷酸铵镁回收氮磷时，负载晶体在后续固液分离、洗涤、堆肥及造粒过程中还可能发生脱落或溶失，而普通高分子包覆又可能阻碍材料内部可溶性盐向外迁移。因此，如何在有效降低畜禽粪污盐分负荷的同时，实现洗脱液中氮磷养分的稳定回收和低盐回配，是现有畜禽粪污有机肥制备技术亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种土壤修复用畜禽粪污有机肥及其制备方法。通过分级逆流洗涤实现粪污固相脱盐，并利用氧化镁负载生物炭原位回收洗脱液中的氮磷养分；进一步构建钙交联羧甲基纤维素限域层，在限域状态下置换洗盐，最后与脱盐腐熟基质低温复配，获得低盐、养分稳定且具有土壤修复作用的有机肥。

2、本发明可以通过以下技术方案实现：

3、一种土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、对畜禽粪污进行固液分离，得到畜禽粪污固相，接着进行分级逆流洗涤，使畜禽粪污固相中的可溶性钠盐、氯盐以及部分可溶性氮磷养分迁移至洗涤液中，分别得到脱盐畜禽粪污固相和浓缩洗脱液；

5、s2、将氧化镁负载生物炭加入浓缩洗脱液中，调节反应体系中镁、铵态氮和磷酸根的比例，使磷酸铵镁晶体在氧化镁负载生物炭的表面及孔隙内原位生成，固液分离得到磷酸铵镁负载生物炭湿料；在磷酸铵镁负载生物炭湿料未经干燥的状态下，将其与羧甲基纤维素钠水溶液混合，使羧甲基纤维素吸附于磷酸铵镁晶体与生物炭形成的复合界面，随后加入乙酸钙水溶液进行离子交联，形成钙离子交联羧甲基纤维素限域层；在限域层形成后，对所得交联复合材料进行分级置换洗涤，除去交联复合材料中的游离态可溶性盐，再经低温干燥，得到钙交联限域型低盐磷酸铵镁负载生物炭改性物质；

6、s3、将脱盐畜禽粪污固相与碳源调理料混合，调节混合物料的碳氮比和含水率，进行好氧堆肥腐熟，得到脱盐腐熟畜禽粪污基质；

7、s4、待好氧堆肥高温腐熟阶段结束且物料温度降低后，将5～18份改性物质加入82～95份脱盐腐熟畜禽粪污基质中，混合、造粒并低温干燥，得到土壤修复用畜禽粪污有机肥。

8、优选的，所述畜禽粪污为鸡粪粪污、猪粪粪污或牛粪粪污。

9、优选的，所述s1中，分级逆流洗涤的级数为2～4级，洗涤用水总质量与畜禽粪污固相干物质质量之比为（0.8～2.0）：1，单级洗涤时间为10～30 min；后一级洗涤所得洗涤液返回前一级用于洗涤，首级洗涤排出的洗涤液作为浓缩洗脱液。

10、优选的，所述s2中，氧化镁负载生物炭的制备方法包括：将生物炭加入氧化镁水分散液中，在搅拌条件下进行浸渍负载，固液分离后进行干燥，使氧化镁负载于生物炭的表面及孔隙内，得到氧化镁负载生物炭；按生物炭为100重量份计，氧化镁的用量为8～20重量份，浸渍负载时间为40～100 min，干燥温度为70～100℃；所述生物炭为稻壳生物炭、玉米芯生物炭、玉米秸秆生物炭或小麦秸秆生物炭，其粒径为0.2～1.5 mm。

11、优选的，所述s2中，根据浓缩洗脱液中铵态氮和正磷酸盐的含量，调节反应体系中镁、铵态氮和磷酸根的摩尔比为（1.05～1.35）：1：（0.85～1.10）；当浓缩洗脱液中的磷酸根含量不足时，采用磷酸补充磷源；将反应体系的ph调节至8.7～9.4，在20～35℃条件下反应2～5 h，固液分离后得到含水率为55%～75%的磷酸铵镁负载生物炭湿料。

12、优选的，所述s2中，羧甲基纤维素钠的取代度为0.7～1.2，羧甲基纤维素钠水溶液的质量浓度为0.8%～2.5%；按磷酸铵镁负载生物炭湿料的干物质为100重量份计，羧甲基纤维素钠的用量为2～6重量份；磷酸铵镁负载生物炭湿料与羧甲基纤维素钠水溶液的混合时间为20～60 min；乙酸钙提供的钙离子与羧甲基纤维素钠中羧酸根的摩尔比为（0.35～0.70）：1，离子交联温度为20～35℃，离子交联时间为30～90 min。

13、优选的，所述s2中，分级置换洗涤为2～3级去离子水洗涤，洗涤用水总质量与交联复合材料干物质质量之比为（0.8～1.8）：1，单级洗涤时间为5～20 min；前一级洗涤完成并固液分离后，再进行后一级洗涤，直至末级洗涤液的电导率不高于2.0 ms/cm；分级置换洗涤完成后，在45～60℃条件下干燥，得到改性物质。

14、优选的，所述s3中，将脱盐畜禽粪污固相与碳源调理料混合后，调节混合物料的碳氮比为（24～28）：1、含水率为58%～63%；好氧堆肥过程中，堆体温度达到55℃以上的维持时间为5～10 d，在堆体温度高于65℃时进行翻堆，待堆体温度降至45℃以下且种子发芽指数不低于80%时，得到脱盐腐熟畜禽粪污基质；所述碳源调理料包括玉米秸秆粉、稻壳粉、木屑和食用菌菌渣中的至少一种。

15、优选的，所述s4中，在脱盐腐熟畜禽粪污基质的温度降至35～45℃后加入改性物质，混合20～40 min后采用圆盘造粒或挤压造粒，所得颗粒粒径为2～5 mm，并在45～60℃条件下干燥至含水率不高于30%。

16、本发明的有益效果是：

17、本发明通过对畜禽粪污固相实施分级逆流洗涤，使其中的可溶性钠盐、氯盐及部分可溶性氮磷养分定向迁移至浓缩洗脱液，在降低粪污基质盐分负荷的同时，为养分回收创造条件。进一步利用氧化镁负载生物炭作为镁源和成核载体，使浓缩洗脱液中的铵态氮和磷酸根以磷酸铵镁晶体形式原位生成于生物炭表面及孔隙内，并在湿态下引入羧甲基纤维素，经乙酸钙离子交联形成限域层，再于限域状态下进行分级置换洗涤，从而兼顾游离钠盐、氯盐的迁出与回收氮磷养分的稳定保持。所得改性物质在畜禽粪污高温腐熟结束后低温回配，能够避免高温堆肥对交联限域结构及磷酸铵镁晶体的影响。测试结果表明，所得有机肥初期养分突释率低、氮磷淋失量小，并能够明显降低次生盐渍化土壤的电导率、水溶性钠、水溶性氯及钠吸附比，实现粪污脱盐、养分资源化回收、持续供肥与土壤修复的协同统一。

1.一种土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，所述畜禽粪污为鸡粪粪污、猪粪粪污或牛粪粪污。

3.根据权利要求1所述的土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，所述s1中，分级逆流洗涤的级数为2～4级，洗涤用水总质量与畜禽粪污固相干物质质量之比为（0.8～2.0）：1，单级洗涤时间为10～30 min；后一级洗涤所得洗涤液返回前一级用于洗涤，首级洗涤排出的洗涤液作为浓缩洗脱液。

4.根据权利要求1所述的土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，所述s2中，氧化镁负载生物炭的制备方法包括：将生物炭加入氧化镁水分散液中，在搅拌条件下进行浸渍负载，固液分离后进行干燥，使氧化镁负载于生物炭的表面及孔隙内，得到氧化镁负载生物炭；按生物炭为100重量份计，氧化镁的用量为8～20重量份，浸渍负载时间为40～100 min，干燥温度为70～100℃；所述生物炭为稻壳生物炭、玉米芯生物炭、玉米秸秆生物炭或小麦秸秆生物炭，其粒径为0.2～1.5 mm。

5.根据权利要求1所述的土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，所述s2中，根据浓缩洗脱液中铵态氮和正磷酸盐的含量，调节反应体系中镁、铵态氮和磷酸根的摩尔比为（1.05～1.35）：1：（0.85～1.10）；当浓缩洗脱液中的磷酸根含量不足时，采用磷酸补充磷源；将反应体系的ph调节至8.7～9.4，在20～35℃条件下反应2～5 h，固液分离后得到含水率为55%～75%的磷酸铵镁负载生物炭湿料。

6.根据权利要求1所述的土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，所述s2中，羧甲基纤维素钠的取代度为0.7～1.2，羧甲基纤维素钠水溶液的质量浓度为0.8%～2.5%；按磷酸铵镁负载生物炭湿料的干物质为100重量份计，羧甲基纤维素钠的用量为2～6重量份；磷酸铵镁负载生物炭湿料与羧甲基纤维素钠水溶液的混合时间为20～60 min；乙酸钙提供的钙离子与羧甲基纤维素钠中羧酸根的摩尔比为（0.35～0.70）：1，离子交联温度为20～35℃，离子交联时间为30～90 min。

7.根据权利要求1所述的土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，所述s2中，分级置换洗涤为2～3级去离子水洗涤，洗涤用水总质量与交联复合材料干物质质量之比为（0.8～1.8）：1，单级洗涤时间为5～20 min；前一级洗涤完成并固液分离后，再进行后一级洗涤，直至末级洗涤液的电导率不高于2.0 ms/cm；分级置换洗涤完成后，在45～60℃条件下干燥，得到改性物质。

8.根据权利要求1所述的土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，所述s3中，将脱盐畜禽粪污固相与碳源调理料混合后，调节混合物料的碳氮比为（24～28）：1、含水率为58%～63%；好氧堆肥过程中，堆体温度达到55℃以上的维持时间为5～10 d，在堆体温度高于65℃时进行翻堆，待堆体温度降至45℃以下且种子发芽指数不低于80%时，得到脱盐腐熟畜禽粪污基质；所述碳源调理料包括玉米秸秆粉、稻壳粉、木屑和食用菌菌渣中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的土壤修复用畜禽粪污有机肥的制备方法，其特征在于，所述s4中，在脱盐腐熟畜禽粪污基质的温度降至35～45℃后加入改性物质，混合20～40 min后采用圆盘造粒或挤压造粒，所得颗粒粒径为2～5 mm，并在45～60℃条件下干燥至含水率不高于30%。