环保型秸秆复混肥制作工艺优化研究

邵禹铭

摘要：利用生物质电厂焚烧秸秆后产生的灰渣制作环保型秸秆复混肥，通过探讨烘干温度和加酸量对肥料养分的影响，确定造粒最优工艺条件为肥料烘干温度80 ℃、酸液（1∶10硫酸）添加量10 mL，實现了电厂固体废弃物利用技术的优化。

关键词：复混肥；秸秆灰渣；工艺优化

中图分类号：S141 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）04-0047-04

生物质电厂焚烧秸秆后产生的灰渣是一种碱性的钾肥，含有大量植物生长所需的常量及微量元素，其中钾含量达5%～12%（以K2O计）。其钾素主要以碳酸钾形态存在，有效利用率较高，90%以上都能溶解于水（即速效成分），供作物吸收利用。将秸秆灰渣还田，可以补充土壤养分，提高土壤质量，保持土壤肥力，降低土壤化学污染，是保障土地可持续发展的最便捷和高效的方法。通过人工添加营养成分，结合灰渣内的营养成分，做成颗粒复合肥产品加以使用是最佳选择。造粒生产的肥料需要在一定温度下烘干，而烘干温度对复混肥中的养分有一定影响；秸秆灰渣一般为碱性，为了最大程度保持养分不流失，造粒过程中还需要添加一定酸液。本研究通过探讨烘干温度和加酸量对肥料养分的影响，确定造粒最优工艺。

1 材料与方法

1.1 试验材料

秸秆灰渣（主要养分及含量见表1）：吉林省辽源市生物质发电厂；化学肥料为尿素（含N 46%）：辽河化肥厂；过磷酸钙（含P2O5 14%）：宜昌禾友化肥厂；硫酸钾（含K2O 50%）：石家庄昊方化工有限公司；硫酸（1∶10）。

1.2 仪器设备

实验室模拟圆盘造粒机（直径180 mm，边高120 mm）；烘箱；喷水器。

1.3 试验设计

将制作肥料的材料过60目筛，每次造粒称取过筛后的秸秆灰渣20 g、尿素10 g、过磷酸钙10 g、硫酸钾10 g。肥料制作时，造粒机参数为转速90 r/min、倾角60 °、水分添加量30 g。试验采用完全组合，加酸量设3个水平（分别为0，10，20 mL），烘干温度设3个水平（分别为60，70，80 ℃），各处理设计见表2。烘干时间为4 h。

1.4 测定项目及方法

复混肥料中总氮含量测定：采用蒸馏后滴定法；复混肥料中有效磷含量测定：先用EDTA溶液提取复混肥中有效磷，再用钒钼黄比色法测定磷含量；复混肥料中全钾含量的测定：采用火焰光度法。

1.5 数据处理

采用Excel，SPSS软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 对肥料中氮含量的影响

2.1.1 温度对氮含量的影响 在加酸量相同情况下，不同烘干温度对肥料中氮含量的影响情况如图1所示。

由图1可以看出：随着温度升高，肥料中氮含量呈先增加、后减少的趋势。当肥料中不加入硫酸时，70 ℃下肥料中氮含量显著高于80 ℃，且极显著高于60 ℃，这说明随着温度升高，肥料中水分会减少，而温度过高又会造成氮素分解。当肥料中加入一定量硫酸时，各温度下肥料中氮含量差异不显著，其原因是由于肥料中加入硫酸后生成CaSO4·2H2O，而结合水不易烘干；另外，硫酸还能与尿素反应生成硫酸尿，硫酸尿不易在高温度下分解，因此温度升高后氮素损失会相对较小。

2.1.2 加酸量对氮含量的影响 在烘干温度相同情况下，不同加酸量对肥料中氮含量的影响如图2所示。

由图2可以看出：随着硫酸加入量的增加，肥料中氮含量呈先增加、后减少的趋势。在60 ℃下，各加酸量对肥料中氮含量影响差异不大；在70，80 ℃下，加入10 mL硫酸后，肥料中氮含量显著高于加入20 mL的。这是因为碱性的秸秆灰渣能加快尿素分解，转化成氨，而加入适量硫酸可以中和草木灰的碱性，抑制尿素中的氮素转化成氨挥发；另外，硫酸能与尿素反应生成硫酸尿，减少了尿素转化成氨的损失。但当硫酸加入量过多时，硫酸与过磷酸钙反应生成大量CaSO4·2H2O，吸附大量结合水，使得肥料中氮的比例下降。

2.1.3 极差分析结果 通过极差分析，确定各因素对肥料中氮含量影响大小顺序为：加酸量>烘干温度。此外，肥料中加入硫酸后会使肥料的粘性增加，改善肥料的表面光滑度和圆整性。

2.2 对肥料中磷含量的影响

2.2.1 温度对磷含量的影响 在加酸量相同情况下，不同烘干温度对肥料中磷含量的影响情况如图3所示。

由图3可以看出：随着温度升高，肥料中磷含量逐渐增加，这主要是由于温度越高，肥料中的结合水就越少，肥料中磷含量就越大；但不同温度下磷含量差异并不显著。

2.2.2 加酸量对磷含量的影响 在烘干温度相同情况下，不同加酸量对肥料中磷含量的影响如图4所示。

由图4可以看出：随着加酸量增加，肥料中磷含量呈先增加、后减少趋势。加入10 mL硫酸的肥料中磷含量显著高于不加酸的肥料，极显著高于加入20 mL硫酸的肥料。这是因为过磷酸钙与碱性的秸秆灰渣混合时，会引起磷素的退化作用，降低水溶性磷含量，导致肥料中磷含量减少，而在肥料中适当加入硫酸能中和灰渣的碱性，从而抑制过磷酸钙中磷素的退化，使肥料中磷素含量增加；但过量的酸液又会使肥料中产生大量的CaSO4·2H2O，使结合水含量增加，导致磷含量减少。

2.2.3 极差分析结果 通过极差分析，确定各因素对肥料中磷含量影响大小顺序为：加酸量>烘干温度。

2.3 对肥料中钾含量的影响

2.3.1 温度对钾含量的影响 在加酸量相同情况下，不同烘干温度对肥料中钾含量的影响情况如图5所示。

由图5可以看出：随着烘干温度升高，肥料中钾含量逐渐增加，这是因为随着烘干温度升高，肥料中的结合水不断减少，从而钾含量逐渐升高；但不同温度下钾含量差异并不显著。

2.3.2 加酸量对钾含量的影响 在烘干温度相同情况下，不同加酸量对肥料中钾含量的影响如图6所示。

由图6可以看出：随着加酸量增加，肥料中钾含量逐渐减少，这是因为随着肥料中硫酸含量的增加，肥料中结合水的含量也逐渐增加，间接影响了肥料中钾含量；但不同加酸量下钾含量差异并不显著。

2.3.3 极差分析结果 通过极差分析，确定各因素对肥料中钾含量影响大小顺序为：烘干温度>加酸量。

3 结论

秸秆发电产生的灰渣中含有一定量的植物营养元素，可以用来生产复合肥。但灰渣质轻疏松、粒度细小，如贮运不善极易随风吹失而污染环境。通过灰渣加酸、烘干试验，测定不同条件下制得肥料的养分，确定最优制作工艺参数为肥料烘干温度80 ℃、酸液（1∶10硫酸）添加量10 mL。按照该工艺条件生产肥料，能够充分利用电厂秸秆灰渣养分，实现电厂固体废弃物利用技术的优化。

参考文献

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