一种多源煤基固废碱化土壤调理剂及其加工方法

1.本发明属于碱化土壤调理剂技术领域，尤其涉及一种多源煤基固废碱化土壤调理剂及其加工方法。


背景技术：

[0002][0003]
关于盐碱地土壤调理剂，国内外已有大量研究成果出现，如cn201110050644公开的发明名称为“一种盐碱地土壤改良剂及其制备方法”中的改良剂以柠檬酸、马来酸丙烯酸共聚物、聚丙烯酸钠盐、脂肪醇聚氧乙烯醚加水而成；如cn201610860371.6公开的发明名称为“一种生物型滴灌盐碱土改良剂及制备方法”中的改良剂是由氨基酸、黄腐殖酸钾、尿素等制成；如cn201910192704.6公开的发明名称为“一种ph控释微胶囊高分子盐碱土改良剂及制备方法”中的改良剂主要由有机高分子、有机溶剂、表面活性剂等制成。这些产品主要是利用高分子有机物制备的土壤改良剂，原料成本较高。
[0004]
目前以有机高分子物质为原料的盐碱土壤改良剂，在大面积应用中存在成本较高的问题。如果能以当地的工农业废弃物为主要原料制备土壤调理剂，不仅可以资源化利用工农业废弃物，还可以改良当地的盐碱地作为后备耕地资源，具有很好的生态效益和社会经济效益。


技术实现要素：

[0005]
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种多源煤基固废碱化土壤调理剂及其加工方法，在降低成本的同时，改善碱化土壤的理化性质，并资源化利用工农业废弃物。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]
一种多源煤基固废碱化土壤调理剂，包括下述质量百分含量的原料：38-45％脱硫石膏、25-30％粉煤灰、18-25％糠醛渣，0.5-3％复合微生物菌剂，余量改性煤矸石。
[0008]
本发明碱化土壤调理剂中的脱硫石膏主要为燃煤电厂湿法脱硫工艺的副产物。其主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙，含量85％以上。脱硫石膏中还含有二氧化硅、氧化钠、碳酸钙、亚硫酸钙、石灰石、氯化钙、氯化镁等各组分。与其他石膏粉相比较，脱硫石膏粉具有可再生，粒度小，成分稳定，有害杂质含量少，纯度高等特点。脱硫石膏中的钙离子可与碱化土壤胶体中的钠离子进行交换，灌水后交换后的钠离子随水流走，土壤ph和碱化度均降低。
[0009]
本发明碱化土壤调理剂中的粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中捕集下来的细灰，是燃煤电厂排放的主要固体废弃物。随着工业的快速发展，燃煤电厂粉煤灰的排放逐年增加，大量粉煤灰如不处理，就会产生扬尘污染环境。为了更好的保护环境，资源化利用粉煤灰是主要途径和发展趋势。粉煤灰主要由多孔颗粒物组成，施入碱化土壤后，可增加孔隙度，降低容重，有效防止土壤表面出现碱斑。多孔的粉煤灰具有一定的吸附性，具有一定的保水功
能。同时，粉煤灰含有多种元素成分，有些元素有利于提高土壤磷的有效性，并增加土壤铁、锰、锌、硼、铜等微量元素含量，促进作物的生长发育。
[0010]
本发明碱化土壤调理剂中的糠醛渣是生物质类物质如玉米芯、玉米秆、稻壳、棉籽壳以及农副产品加工下脚料中的聚戊糖成分水解生产糠醛产生的生物质类废弃物。糠醛渣呈酸性、可中和土壤中的碱基离子，灌水后降低土壤的ph和碱化度。同时，糠醛渣作为一种生物质类废弃物含有大量的纤维素、半纤维素、木质素，颗粒松散，施入龟裂碱土可降低土壤容重。此外，糠醛渣有机质含量可达76％以上，具有可降低土壤容重、增加土壤肥力的作用。
[0011]
进一步地，所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌组成。
[0012]
进一步地，所述枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶(0.5-0.8)∶2∶1∶3∶1.5∶(0.1-0.4)。
[0013]
进一步地，所述改性煤矸石的制备方法为：将煤矸石粉碎后，在300-450℃下煅烧8-12min，升温至600-750℃继续煅烧3-5min。
[0014]
本发明还提供一种所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂的加工方法，包括以下步骤：
[0015]
步骤一、按质量称取原料，将脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣和改性煤矸石风干至含水率为0-10％；
[0016]
步骤二、将风干后的脱硫石膏和糠醛渣分别粉碎过筛；
[0017]
步骤三、将粉末状的脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣和改性煤矸石混合，在300-430rpm转速下搅拌5-13min，然后加入复合微生物菌剂，在温度为30-35℃、转速为1400-1600rpm下搅拌2-6min，制得多源煤基固废碱化土壤调理剂。
[0018]
进一步地，步骤二中所述粉碎为粉碎至粒径为0.5-2mm。
[0019]
本发明还提供一种所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂在调理碱性土壤中的应用，所述多源煤基固废碱化土壤调理剂施用量为1.2-2.5吨/亩。
[0020]
本发明碱化土壤调理剂的施用方法是在种植前，平整土地后，将上述碱化土壤调理剂与有机肥混合后撒施在土壤表面，用大型旋耕机旋翻，使所有物料与0-20cm土壤混合均匀，通过灌溉，达到降碱脱盐的目的。
[0021]
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
[0022]
本发明制备的多源煤基固废碱化土壤调理剂可明显降低土壤ph和碱化度，改善土壤结构，增加土壤肥力，为作物生长提供良好的土壤条件。
具体实施方式
[0023]
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0024]
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括
450℃下煅烧8-12min，升温至600-750℃继续煅烧3-5min。对煤矸石进行粉碎是为了将外层的薄膜打通，从而提高其比表面积和孔隙率，然后通过先低温后高温的处理方式，使得煤矸石的碳体积发生膨胀，微孔增多。当复合微生物菌剂与多微孔的煤矸石相遇，会增加微生物菌剂的负载量，从而将微生物菌剂有效的携带入土壤中，提高微生物菌剂与土壤接触的几率，增大修复能力。
[0036]
本发明还提供一种所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂的加工方法，包括以下步骤：
[0037]
步骤一、按质量称取原料，将脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣和改性煤矸石风干至含水率为0-10％；
[0038]
步骤二、将风干后的脱硫石膏和糠醛渣分别粉碎过筛；
[0039]
步骤三、将粉末状的脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣和改性煤矸石混合，在300-430rpm转速下搅拌5-13min，然后加入复合微生物菌剂，在温度为30-35℃、转速为1400-1600rpm下搅拌2-6min，制得多源煤基固废碱化土壤调理剂。
[0040]
在一些优选实施例中，步骤二中所述粉碎为粉碎至粒径为0.5-2mm。
[0041]
本发明还提供一种所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂在调理碱性土壤中的应用，所述多源煤基固废碱化土壤调理剂施用量为1.2-2.5吨/亩。
[0042]
本发明碱化土壤调理剂的施用方法是在种植前，平整土地后，将上述碱化土壤调理剂与有机肥混合后撒施在土壤表面，用大型旋耕机旋翻，使所有物料与0-20cm土壤混合均匀，通过灌溉，达到降碱脱盐的目的。
[0043]
使用本发明制备的多源煤基固废碱化土壤调理剂时，可根据土壤碱化度和ph来调整施用量。具体为：
[0044]
根据中国盐渍土对碱化土壤的分级，当20％≤土壤表层碱化度＜30％、ph≥9.5的重度碱化土壤，施用量为2.0-2.5吨/亩；当10％≤土壤表层碱化度＜20％、8.5≤ph＜9.5的中度碱化土壤，施用量为1.5-2.0吨/亩；当5％≤土壤表层碱化度＜10％、ph＜8.5的轻度碱化土壤，施用量为1.2-1.5吨/亩。
[0045]
以下实施例作为本发明技术方案的进一步说明。
[0046]
在以下实施例中改性煤矸石的具体制备方法为：将煤矸石粉碎至1.2mm，然后在400℃下煅烧10min，以5℃/min的速率升温至680℃后继续煅烧3min。
[0047]
实施例1
[0048]
一种多源煤基固废碱化土壤调理剂，由下述质量百分含量的原料组成：43％脱硫石膏、25％粉煤灰、20％糠醛渣，2％复合微生物菌剂(其中，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶0.6∶2∶1∶3∶1.5∶0.3)，余量改性煤矸石。
[0049]
制备方法为：
[0050]
步骤一、按上述质量称取原料，将脱硫石膏、粉煤灰(ⅱ级粉煤灰)、糠醛渣和改性煤矸石风干至含水率为8％；
[0051]
步骤二、将风干后的脱硫石膏和糠醛渣分别粉碎过筛至粒径为1.5mm；
[0052]
步骤三、将粉末状的脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣和改性煤矸石混合，在380rpm转速下搅拌8min，然后加入复合微生物菌剂，在温度为35℃、转速为1500rpm下搅拌4min，制得多
源煤基固废碱化土壤调理剂。
[0053]
实施例2
[0054]
一种多源煤基固废碱化土壤调理剂，由下述质量百分含量的原料组成：38％脱硫石膏、27％粉煤灰、23％糠醛渣，0.5％复合微生物菌剂(其中，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶0.6∶2∶1∶3∶1.5∶0.3)，余量改性煤矸石。
[0055]
制备方法同实施例1。
[0056]
实施例3
[0057]
一种多源煤基固废碱化土壤调理剂，由下述质量百分含量的原料组成：42％脱硫石膏、26％粉煤灰、20％糠醛渣，2.5％复合微生物菌剂(其中，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶0.6∶2∶1∶3∶1.5∶0.3)，余量改性煤矸石。
[0058]
制备方法同实施例1。
[0059]
实施例4
[0060]
一种多源煤基固废碱化土壤调理剂，由下述质量百分含量的原料组成：40％脱硫石膏、25％粉煤灰、24％糠醛渣，3％复合微生物菌剂(其中，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶0.6∶2∶1∶3∶1.5∶0.3)，余量改性煤矸石。
[0061]
制备方法同实施例1。
[0062]
实施例5
[0063]
一种多源煤基固废碱化土壤调理剂，由下述质量百分含量的原料组成：41％脱硫石膏、26％粉煤灰、24％糠醛渣，1％复合微生物菌剂(其中，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶0.6∶2∶1∶3∶1.5∶0.3)，余量改性煤矸石。
[0064]
制备方法同实施例1。
[0065]
实施例6
[0066]
一种多源煤基固废碱化土壤调理剂，由下述质量百分含量的原料组成：38％脱硫石膏、25％粉煤灰、25％糠醛渣，1.5％复合微生物菌剂(其中，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶0.6∶2∶1∶3∶1.5∶0.3)，余量改性煤矸石。
[0067]
制备方法同实施例1。
[0068]
实施例7
[0069]
同实施例1，区别在于，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶0.5∶2∶1∶3∶1.5∶0.1。
[0070]
对比例1
[0071]
同实施例1，区别在于，将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比调整为1∶1∶1∶1∶1∶1∶1。
[0072]
对比例2
[0073]
同实施例1，区别在于，将复合微生物菌剂调整为由枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、
地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌、灰色链球菌和短小芽孢杆菌按照质量比1∶0.6∶2∶1∶3∶1.5∶0.3∶1复配而成。
[0074]
对比例3
[0075]
同实施例1，区别在于，将改性煤矸石替换成凹凸棒。
[0076]
对比例4
[0077]
同实施例1，区别在于，所述多源煤基固废碱化土壤调理剂的制备方法为：
[0078]
步骤一、按上述质量称取原料，将脱硫石膏、粉煤灰(ⅱ级粉煤灰)、糠醛渣和改性煤矸石风干至含水率为8％；
[0079]
步骤二、将风干后的脱硫石膏和糠醛渣分别粉碎过筛至粒径为1.5mm；
[0080]
步骤三、将粉末状的脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣、改性煤矸石混合，然后和复合微生物菌剂混合，室温下在800rpm转速下搅拌10min，制得多源煤基固废碱化土壤调理剂。
[0081]
应用例1
[0082]
碱化土壤调理剂的施用方法：
[0083]
(1)施用时期：种植的前一年秋季。
[0084]
(2)施用方法：平整土地后，将上述碱化土壤调理剂与有机肥混合后撒施在土壤表面，用大型旋耕机旋翻，使所有物料与0-20cm土壤混合均匀，通过灌溉达到降碱脱盐的目的，灌水前期间隔2周，每次灌水量100m3/亩，共灌4次，2个月后每个月灌水1次，每次灌水量100m3/亩，12个月后试验结束。
[0085]
将实施例1-7和对比例1-4制备的碱化土壤调理剂按照上述方法施用于土壤中，以未添加碱化土壤调理剂的地块为对照组(正常施用有机肥，有机肥用量与实施例组和对比例组相同，需要特别说明，有机肥并不会影响碱化土壤调理剂的效果，因此该处肥量不做限定，各组实验相同即可)，每个实验组设定3个重复地块，取平均值记录。碱化土壤调理剂施用量为2吨/亩，土壤为重度碱化土壤(土壤表层碱化度＝28.3％、ph＝9.8、容重＝1.62g/cm3、含盐量＝3.5
‰
)，结果如表1所示。
[0086]
表1
[0087]
碱化度/％含盐量/
‰
容重(g/cm3)孔隙度/％ph对照组25.363.151.5240.329.4实施例111.341.211.2952.898.28实施例213.571.341.3252.328.38实施例313.411.371.3950.648.35实施例414.021.401.4049.008.42实施例512.671.321.3451.218.32实施例611.871.351.2752.078.29实施例711.561.231.3052.558.30对比例117.071.681.4846.038.68对比例213.091.411.3349.458.31对比例316.782.041.4447.018.65对比例413.321.551.4347.348.42
[0088]
从表1中可以看出，以本发明实施例制备的碱化土壤调理剂调理的土壤含盐量降
低，土壤容重降低，孔隙率增加，ph值下降，而对比例1和对比例3制备的碱化土壤调理剂调理的土壤虽然较对照组有所改进，但是相较于实施例的效果还是较差。
[0089]
应用例2
[0090]
对不同盐碱地类型进行探讨，方法同应用例1，区别在于，将实施例1制备的土壤调理剂用于中度碱化土壤中(土壤表层碱化度＝18％、ph＝9.18、含盐量＝2.1
‰
、容重＝1.51)，施用量不变，仍为2吨/亩，结果如表2所示。
[0091]
表2(请根据修改后的数据调整文字中的对应数据)
[0092]
碱化度/％含盐量/
‰
容重(g/cm3)孔隙度/％ph对照组15.891.581.4343.578.78实施例18.590.951.3456.818.28
[0093]
从表2中可以看出，实施例1制备的碱化土壤调理剂在调理轻度碱化土壤时的效果弱于在调理重度碱化土壤时的效果，具体的，如实施例1碱化度较对照组降低46％，而应用例1中实施例1碱化度较对照组降低55％；实施例1含盐量较对照组降低40％，而应用例1中实施例1含盐量较对照组降低61％；实施例1容重较对照组降低6％，而应用例1中实施例1容重较对照组降低15％；实施例1孔隙度较对照组增加23％，而应用例1中实施例1孔隙度较对照组增加24％；实施例1的ph值较对照组降低6％，而应用例1中实施例1的ph值较对照组降低12％。由此说明，不同含量原料组成的土壤调理剂需要针对不同碱化程度的土壤。
[0094]
以上，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种多源煤基固废碱化土壤调理剂，其特征在于，包括下述质量百分含量的原料：38-45％脱硫石膏、25-30％粉煤灰、18-25％糠醛渣，0.5-3％复合微生物菌剂，余量改性煤矸石。2.根据权利要求1所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂由枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌组成。3.根据权利要求2所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、洋葱假单胞杆菌、植物乳杆菌和灰色链球菌的质量比为1∶(0.5-0.8)∶2∶1∶3∶1.5∶(0.1-0.4)。4.根据权利要求1所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂，其特征在于，所述改性煤矸石的制备方法为：将煤矸石粉碎后，在300-450℃下煅烧8-12min，升温至600-750℃继续煅烧3-5min。5.一种如权利要求1-4任一项所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、按质量称取原料，将脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣和改性煤矸石风干至含水率为0-10％；步骤二、将风干后的脱硫石膏和糠醛渣分别粉碎过筛；步骤三、将粉末状的脱硫石膏、粉煤灰、糠醛渣和改性煤矸石混合，在300-430rpm转速下搅拌5-13min，然后加入复合微生物菌剂，在温度为30-35℃、转速为1400-1600rpm下搅拌2-6min，制得多源煤基固废碱化土壤调理剂。6.一种如权利要求1-4任一项所述的多源煤基固废碱化土壤调理剂在调理碱性土壤中的应用，其特征在于，所述多源煤基固废碱化土壤调理剂施用量为1.2-2.5吨/亩。

技术总结
本发明公开了一种多源煤基固废碱化土壤调理剂及其加工方法，属于碱化土壤调理剂技术领域。所述多源煤基固废碱化土壤调理剂，包括下述质量百分含量的原料：38-45％脱硫石膏、25-30％粉煤灰、18-25％糠醛渣，0.5-3％复合微生物菌剂，余量改性煤矸石。本发明制备的多源煤基固废碱化土壤调理剂可明显降低土壤pH和碱化度，改善土壤结构，增加土壤肥力，为作物生长提供良好的土壤条件。长提供良好的土壤条件。


技术研发人员：何俊 高富东 孙兆军 李茜 王燕
受保护的技术使用者：宁夏大学
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/22