一种以黑水虻粪便为原料的生物炭基有机肥的制备方法与流程

1.本发明涉及农业技术领域，尤其是涉及一种以黑水虻粪便为原料的生物炭基有机肥的制备方法。


背景技术：

2.全球气候变暖是当今社会面临的重要问题。土壤—生物炭固碳是一种有潜力的基于自然的固碳解决方案。厨余废弃物是人类生活生产中大量产生的废弃物，它们易腐，易传播细菌和病毒，因此对其资源化处理也十分有必要。目前，通过把厨余废弃物经过处理后制成生物质炭从而储存于土壤，日益被接受为一种co2减排增汇的途径之一。
3.厨余废弃物因量大、成分复杂，传统的填埋、焚烧等处理方式容易产生二次污染。利用生物法处理厨余废弃物，可以实现“变废为宝”的资源化、无害化、减量化处理目标，厨余废弃物中含有丰富的微生物菌群及大量的营养成分，也具备做堆肥原料的良好条件，若将厨余废弃物制成生物质炭，再将其固定在土壤中，结构稳定，自然条件下氧化速率缓慢，整个处理系统可以削减有机废弃物这个巨大碳源向大气的转化速度，生物质炭能在土壤中保存几百甚至上千年，生物质炭贮存在土壤中对增加土壤有机碳库、减缓温室效应具有重要意义。
4.生物炭基肥则是指以生物质炭为基质，根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理，添加有机质或和无机质配制而成的生态环保型肥料。生物质炭含有稳定的碳元素，其中碳主要由芳香烃、单质碳或具有类石墨结构的碳构成。这样的表面结构特性决定了它具有较高的化学稳定性和生物学稳定性。生物质炭具有丰富的表面微孔结构，比表面积较大，吸附能力较强，对重金属、无机物、有机污染物具有较高的亲和性，能较强地吸附它们并影响其在土壤中的迁移、降低其在土壤中的生物可利用性或减少其流失。生物质炭可为作物生长提供养分补充，在农田土壤改良，酸碱调控等方面具有改善作用。
5.同时，不同的炭化原料、炭化工艺产生的生物质炭性质差异较大，而生物质炭在农业方面的效应与其特性密不可分。生物质炭特性的影响因素，主要包括炭化原料、热解温度和热解停留时间。同样的热解温度条件下，不同的炭化材料制备的生物质炭性质不同。一般来说，木本科的生物质炭含碳量较高，矿质养分较少；畜禽粪便和草本植物生产的生物质炭含碳量较低，矿质元素含量较高。如今，已有部分人采用厨余废弃物直接制备生物炭，但厨余废弃物的来源差异性，存在产品不稳定等问题，不利于炭基有机肥的生产。


技术实现要素：

6.发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种以黑水虻粪便为原料的生物炭基有机肥的制备方法，制备得到的生物炭基有机肥养分含量高、吸附性能好、性质稳定且具有钝化土壤中重金属的效果，有助于作物提质增产。
7.技术方案：本发明公开的以黑水虻粪便为原料的生物炭基有机肥的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、厨余废弃物预处理；
9.s2、利用黑水虻消纳厨余废弃物，分离粪便与成虫；
10.s3、以黑水虻粪便为原料，添加辅料制备生物质炭；
11.s4、复配生物质炭，造粒形成炭基有机肥。
12.其中，s1中预处理步骤为：首先进行无机杂质筛除，然后通过链板传送带输送到破碎机中破碎至10mm以下，后进入三相分离器后油、水、渣三相分离，再将分离出来的残渣经过8小时高温灭菌和干燥后终出厨余废弃物残渣，即为预处理后厨余废弃物。
13.进一步的，s2中将s1中预处理后厨余废弃物直接作为黑水虻幼虫饲料，调节工作间温度温度控制在25-30℃之间，湿度75％，将饲料放置于养殖盒中，厚度不超过5cm，当观察到同一批的幼虫中有预蛹出现，这时大部分的幼虫长到5龄，即停止喂食，幼虫将饲料取食干净后进行分虫，采用振动分选筛，将长大的鲜虫和虫粪分离，高蛋白虫体烘干加工成动物蛋白饲料添加剂，黑水虻虫粪留下备用。
14.进一步的，s3中所述辅料包括下述重量份的原料：食用菌菌渣20-30份、农作物秸秆20-35份、水草40-50份，酒糟40-50份，将黑水虻粪与辅料以2:1进行粉碎烘干，在500-600℃下热解，炭化2-3小时后降温，将产物用稀盐酸、去离子水洗涤，烘干得到黑水虻虫粪生物质炭。所述农作物秸秆为籽实类作物的茎叶，如稻草、玉米秸、小麦秆等；所述水草包含河道湖泊中的沉水植物藻类水草、浮水水草、水葫芦、挺水类植物茭草、芦苇等。
15.进一步的，s4中所述炭基有机肥的复配按如下质量份进行：黑水虻虫粪生物质炭60-75份、黑水虻虫粪20-30份、木醋液5-8份、海藻精3-5份，将复配混合物在70-100℃下进行造粒，后冷却、再过筛，得到粒径为3-5mm的生物炭基有机肥。
16.使用方法：炭基有机肥可用作基肥或追肥，在施用时，应注意避免种子与肥料直接接触或种肥混合使用，切忌直接与种子同穴施用而造成肥害，用作基肥时，亩用量为30-50kg，用作追肥时，亩用量在10-20kg。
17.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：
18.1、目前市面并没有以黑水虻虫粪为主原料的生物炭基有机肥，本发明填补了现有市场空缺，同时，利用黑水虻处理厨余废弃物，促进了有机废弃物的资源化利用，同时经济效益良好，成虫可用于饲料，虫粪用于肥料，避免了资源的浪费，生产的炭基有机肥提升土壤ph值、有利于酸性土壤的改良，提高土壤阳离子交换量、增加土壤有机质含量，且生物炭基有机肥中的养分释放后，残留的生物炭载体仍能够继续发挥土壤改良剂的作用，极大地改良了酸性土壤环境；
19.2、利用黑水虻处理厨余废弃物，生长周期短，处理效率高。黑水虻幼虫具有腐食性，成虫寿命短，不携带病菌，取食量大，取食范围广泛，且能够适应宽泛的环境条件，处理厨余废弃物等易腐垃圾，主要集中在幼虫阶段，周期为7-10天左右。而厨余垃圾处理的厌氧产沼工艺30天左右的周期，好氧堆肥30天左右的周期，蚯蚓和黄粉虫的养殖周期为4-5个月，相比而言利用黑水虻处理厨余废弃物更经济、快速；
20.3、由于厨余废弃物存在高油、高盐、高水分的特点，其终端产品也长期存在着高油高盐的问题，即使在黑水虻消纳厨余废弃物后，产生的虫粪仍部分存在盐分含量较高的问题，直接用于肥料长期施用可能导致土壤盐渍化，本发明中通过复配食用菌菌渣、农作物秸秆、水草、酒糟等物料，合理调节其养分占比，且经过去离子水洗涤后，大幅降低其含盐量，
最终产品含盐量均在安全限值内，致力于保护耕地安全；
21.4、目前许多农作物种植生产都面临着重金属污染问题，通过黑水虻虫粪炭基有机肥的施用，还可以起到对土壤污染的修复作用。由于炭基有机肥表面存在多种官能团，而且带有负电荷，可以通过静电吸附、络合作用，固定土壤中的重金属离子，能够有效改善农作物土壤环境，促进农作物健康生长，实现增产目标。
具体实施方式
22.下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
23.实施例1
24.一种以黑水虻粪便为原料的生物炭基有机肥的制备方法，包括以下步骤：
25.s1、厨余废弃物预处理；
26.预处理步骤为：首先进行无机杂质筛除，然后通过链板传送带输送到破碎机中破碎至10mm以下，后进入三相分离器后油、水、渣三相分离，再将分离出来的残渣经过8小时高温灭菌和干燥后终出厨余废弃物残渣，即为预处理后厨余废弃物。
27.s2、利用黑水虻消纳厨余废弃物，分离粪便与成虫；
28.将s1中预处理后厨余废弃物直接作为黑水虻幼虫饲料，调节工作间温度温度控制在25℃，湿度75％，将饲料放置于养殖盒中，厚度3cm，当观察到同一批的幼虫中有预蛹出现，这时大部分的幼虫长到5龄，即停止喂食，幼虫将饲料取食干净后进行分虫，采用振动分选筛，将长大的鲜虫和虫粪分离，高蛋白虫体烘干加工成动物蛋白饲料添加剂，黑水虻虫粪留下备用。
29.s3、以黑水虻粪便为原料，添加辅料制备生物质炭；
30.所述辅料包括下述重量份的原料：食用菌菌渣20份、农作物秸秆20份、水草40份，酒糟40份，将黑水虻粪与辅料以2:1进行粉碎烘干，在500℃下热解，炭化2小时后降温，将产物用稀盐酸、去离子水洗涤，烘干得到黑水虻虫粪生物质炭。
31.s4、复配生物质炭，造粒形成炭基有机肥；
32.s4中所述炭基有机肥的复配按如下质量份进行：黑水虻虫粪生物质炭60份、黑水虻虫粪20份、木醋液5份、海藻精3份，将复配混合物在70℃下进行造粒，后冷却、再过筛，得到粒径为3mm的生物炭基有机肥。
33.实施例2
34.一种以黑水虻粪便为原料的生物炭基有机肥的制备方法，包括以下步骤：
35.s1、厨余废弃物预处理；
36.预处理步骤为：首先进行无机杂质筛除，然后通过链板传送带输送到破碎机中破碎至10mm以下，后进入三相分离器后油、水、渣三相分离，再将分离出来的残渣经过8小时高温灭菌和干燥后终出厨余废弃物残渣，即为预处理后厨余废弃物。
37.s2、利用黑水虻消纳厨余废弃物，分离粪便与成虫；
38.将s1中预处理后厨余废弃物直接作为黑水虻幼虫饲料，调节工作间温度温度控制在28℃，湿度75％，将饲料放置于养殖盒中，厚度4cm，当观察到同一批的幼虫中有预蛹出现，这时大部分的幼虫长到5龄，即停止喂食，幼虫将饲料取食干净后进行分虫，采用振动分选筛，将长大的鲜虫和虫粪分离，高蛋白虫体烘干加工成动物蛋白饲料添加剂，黑水虻虫粪
留下备用。
39.s3、以黑水虻粪便为原料，添加辅料制备生物质炭；
40.所述辅料包括下述重量份的原料：食用菌菌渣25份、农作物秸秆28份、水草45份，酒糟45份，将黑水虻粪与辅料以2:1进行粉碎烘干，在550℃下热解，炭化2.5小时后降温，将产物用稀盐酸、去离子水洗涤，烘干得到黑水虻虫粪生物质炭。
41.s4、复配生物质炭，造粒形成炭基有机肥；
42.s4中所述炭基有机肥的复配按如下质量份进行：黑水虻虫粪生物质炭68份、黑水虻虫粪25份、木醋液6.6份、海藻精4份，将复配混合物在85℃下进行造粒，后冷却、再过筛，得到粒径为4mm的生物炭基有机肥。
43.实施例3
44.一种以黑水虻粪便为原料的生物炭基有机肥的制备方法，包括以下步骤：
45.s1、厨余废弃物预处理；
46.预处理步骤为：首先进行无机杂质筛除，然后通过链板传送带输送到破碎机中破碎至10mm以下，后进入三相分离器后油、水、渣三相分离，再将分离出来的残渣经过8小时高温灭菌和干燥后终出厨余废弃物残渣，即为预处理后厨余废弃物。
47.s2、利用黑水虻消纳厨余废弃物，分离粪便与成虫；
48.将s1中预处理后厨余废弃物直接作为黑水虻幼虫饲料，调节工作间温度温度控制在30℃，湿度75％，将饲料放置于养殖盒中，厚度5cm，当观察到同一批的幼虫中有预蛹出现，这时大部分的幼虫长到5龄，即停止喂食，幼虫将饲料取食干净后进行分虫，采用振动分选筛，将长大的鲜虫和虫粪分离，高蛋白虫体烘干加工成动物蛋白饲料添加剂，黑水虻虫粪留下备用。
49.s3、以黑水虻粪便为原料，添加辅料制备生物质炭；
50.所述辅料包括下述重量份的原料：食用菌菌渣30份、农作物秸秆35份、水草50份，酒糟50份，将黑水虻粪与辅料以2:1进行粉碎烘干，在600℃下热解，炭化3小时后降温，将产物用稀盐酸、去离子水洗涤，烘干得到黑水虻虫粪生物质炭。
51.s4、复配生物质炭，造粒形成炭基有机肥；
52.s4中所述炭基有机肥的复配按如下比例进行：黑水虻虫粪生物质炭75份、黑水虻虫粪30份、木醋液8份、海藻精5份，将复配混合物在100℃下进行造粒，后冷却、再过筛，得到粒径为5mm的生物炭基有机肥。
53.试验例
54.试验目的：验证一种以黑水虻粪便为原料的生物炭基有机肥的施用效果。
55.试验方法
56.本实验设置6个处理，如下：
57.ck(空白对照)；
58.t1：生物炭；
59.t2：炭基有机肥；(t2-实施例1、t2-实施例2、t2-实施例3)
60.t3：常规施肥(15-15-15)。
61.采用盆栽栽培，三次重复，一共16盆，单盆栽培10株小白菜，统一翻耕整平，常规管理，土壤采用东山山地酸性土壤。
62.试验结果
63.表1不同处理的小白菜产量
[0064][0065]
表2不同处理对土壤性质的影响
[0066][0067]
表3不同处理对土壤养分的影响
[0068][0069]
表4不同处理对土壤微生物的影响
[0070][0071]
试验结论
[0072]
参考表1-4，通过黑水虻消纳厨余废弃物，利用其虫粪为主要原料制备的炭基有机肥，能显著改良土壤的理化性质，提高作物产量，产量增幅达96％，且通过炭基有机肥，有效改良了土壤团聚体结构，增加土壤中养分含量，提高了土壤ph，改良了酸性土壤，同时也能
改善微生物群落结构，促进相关酶活性，为长期有效改良酸性土壤打下坚实的基础。