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腐植酸的生产、合成

在堆肥过程中腐殖酸生成及动态变化规律也不相同 。黄红丽等认为 , 木质素及其降解产物(如酚类物质 、醌类物质及脂肪族化合物)是腐殖酸形成的最主要的前体物质,也有研究表明, 加入木质素可以促进堆肥过程中腐殖酸的形成。堆肥过程中酚类物质的变化与腐殖酸的变化呈现显著相关关系 ,也证明酚类物质是腐殖酸形成过程中的一类重要的前体物质 , 锰和镁的氧化物可对堆肥腐殖化起催化作用。微生物对腐殖酸生成也有很大影响, 堆肥过程中接种微生物可以促进腐殖酸的生成。


1)生化合成      目前,生化腐植酸生产采用存在于土壤和腐败植物中的广谱菌种,大量的天然菌群中只有某些种类的菌种是真正在生物化学合成过程起关键作用的,我们即称这一类菌种为腐植酸菌谱。很大一部分菌种在生产过程没有任何作用,而且还有反作用,白白消耗了基料中养份。实验发现采取抑制剂可有效控制杂菌的生长,在腐植酸生化合成过程中加入一定量的抑制剂,其结果腐植酸菌谱由于失去杂菌的竞争而大量繁殖起来,如果再加以适当的条件控制就可以在短时间内完成腐植酸菌谱的富集。然后用富集的腐植酸菌谱取代天然菌种,在生产过程发酵工序中接种,其作用和效果应是不言而喻的。

腐植酸菌谱的富集方法,主要引入了菌谱抑制剂。目前的发酵是利用土壤或腐败植物中产生的天然广谱菌种,在有机物天然成份与含氮、磷、钾无机物混配的培养基料中发酵,在这个发酵过程中加入菌谱抑制剂:亚硫酸钠、四硫磺酸钠、硼酸或硼砂、亚硫酸铋,取其中一种或两种搭配使用均可以有效抑制无效杂菌的繁殖,投入抑制剂后充分搅拌,调整PH值为5.5-7.0,温度26-37℃,保持24-36小时即可获含较少杂菌的腐植酸菌谱富集混合物料。

2)高温热解制备     本发明涉及腐植酸制备的方法,具体的说是一种利用小麦秸秆制备腐植酸的方法。以小麦秸秆为原料先经高温碳化,然后硝酸活化,最后经过碱液提取硫酸沉淀而制备腐植酸。

由于腐植酸的分子结构十分复杂而不稳定,所以至今尚不能人工合成。目前我国农用腐植酸多为泥炭、风化煤、褐煤中提取,但其制备需开采自然资源,易造成环境污染和生态破坏。现有从秸秆中氧化制备腐植酸的工艺存在的缺点有:反应用期长,催化酸浓度高,产率低,加热时间长,能源浪费等问题。由秸秆制取腐植酸多为发酵法,通过菌群降解秸轩后提取腐植酸,周期长,条件苛刻,且产物不稳定。

所述粉碎处理的小麦秸秆置于管式碳化炉内,以0.5-1L/min的流速向管式炉中通N2以排净炉内空气;而后再以10-15℃/min的升温速率将炉内温度升温至400-500℃,而后在此温度下保温热解2-4小时;冷却至室温,得到黑色固体-小麦生物炭。     所述黑色固体-小麦生物炭中加入10-15%(质量百分比)的硝酸于80度水浴中震荡氧化2-4h;氧化后用氨水调试样pH=5-7,然后通过0.45μm的滤纸进行抽滤,后烘干备用。其中,黑色固体-小麦生物炭与硝酸按照质量体积比1(g):10-20(ml)的比例混合。     所述氧化活化处理后生物炭中加入1-1.5%(质量百分比)NaOH溶液,而后在80-100℃的条件下震荡1-2h;震荡后用0.45μm滤膜抽滤得腐植酸的溶液;将溶液用硫酸调节pH=1-2,静置过夜;最后用0.45μm滤膜抽滤得腐植酸固体样品。其中,氧化活化处理后生物炭与NaOH溶液按照质量体积比1(g):100-200(ml)的比例混合。     所述硫酸浓度为1-2M。以小麦秸秆为原料先经高温碳化,然后硝酸活化,最后经过碱液提取硫酸沉淀而制备腐植酸。

3)堆肥制备    本发明公开了一种由生物污泥堆肥化制备腐植酸的方法,利用我国产量较大且未能有效处置的生物污泥为原料,通过好氧堆肥制备腐植酸,并利用盐酸预处理及碱溶酸析的工艺流程分离提取出腐植酸粗制品。通过好氧堆肥,腐熟肥体干基中腐植酸含量达到36.65%,优于低含量的煤炭资源;由碱溶酸析分离制备出腐植酸粗品,腐植酸回收率最高可达46.78%。以上均验证了该技术的有效性。该发明技术不仅有利于解决我国脱水污泥填埋,焚烧带来的环境污染及投资较高的问题,而且可以生产具有较好市场价值的腐植酸产品,该腐植酸产品也可用于蓄电池,旱作农业、中医药、化妆品、绿化荒山和城市美化等方面。

1)脱水污泥与落叶均匀混合作为堆肥原料,含水率达50~60%,同时碳氮比达25~30;

2)混合均匀的堆肥原料移入生物污泥好氧堆肥装置进行好氧发酵,密封堆肥容器的出气由导气管收集,并依次通过冷凝装置、碱吸收液和酸吸收液的装置分离,物料发酵腐熟后出料;

3)发酵腐熟的物料经风干、粉碎及过筛处理,筛下物作为腐植酸提取原料;

4)腐植酸提取原料与稀盐酸混合并在沸水浴中加热浸提,冷却抽滤,滤液弃去,滤饼加混合碱液在水浴抽提,冷却后混合抽提液离心分离,弃去固体,上部液体进行抽滤,滤液加盐酸酸化至pH=1~2,水浴加热加热1~1.5h,静置过夜分层,容器底部的腐植酸胶体离心分离并

用稀盐酸洗涤,在烘箱中干燥得到腐植酸粗品。混合碱为体积比为2~4:1的NaOH和NH4HCO3混合液。

所述腐植酸提取原料与稀盐酸混合优选:腐植酸提取原料按照1:8~1:10固液比(g/ml)加入浓度为10~18%的稀盐酸溶液。本发明所提供的由生物污泥堆肥化制备腐植酸的工艺包括堆肥原料混合、好氧堆肥、出料、腐植酸提取原料制备、腐植酸提取、沉淀、洗涤和干燥等环节。

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