環保型秸稈復混肥制作工藝優化研究

邵禹銘

摘要：利用生物質電廠焚燒秸稈后產生的灰渣制作環保型秸稈復混肥，通過探討烘干溫度和加酸量對肥料養分的影響，確定造粒最優工藝條件為肥料烘干溫度80 ℃、酸液（1∶10硫酸）添加量10 mL，實現了電廠固體廢棄物利用技術的優化。

關鍵詞：復混肥；秸稈灰渣；工藝優化

中圖分類號：S141 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）04-0047-04

生物質電廠焚燒秸稈后產生的灰渣是一種堿性的鉀肥，含有大量植物生長所需的常量及微量元素，其中鉀含量達5%～12%（以K2O計）。其鉀素主要以碳酸鉀形態存在，有效利用率較高，90%以上都能溶解于水（即速效成分），供作物吸收利用。將秸稈灰渣還田，可以補充土壤養分，提高土壤質量，保持土壤肥力，降低土壤化學污染，是保障土地可持續發展的最便捷和高效的方法。通過人工添加營養成分，結合灰渣內的營養成分，做成顆粒復合肥產品加以使用是最佳選擇。造粒生產的肥料需要在一定溫度下烘干，而烘干溫度對復混肥中的養分有一定影響；秸稈灰渣一般為堿性，為了最大程度保持養分不流失，造粒過程中還需要添加一定酸液。本研究通過探討烘干溫度和加酸量對肥料養分的影響，確定造粒最優工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

秸稈灰渣（主要養分及含量見表1）：吉林省遼源市生物質發電廠；化學肥料為尿素（含N 46%）：遼河化肥廠；過磷酸鈣（含P2O5 14%）：宜昌禾友化肥廠；硫酸鉀（含K2O 50%）：石家莊昊方化工有限公司；硫酸（1∶10）。

1.2 儀器設備

實驗室模擬圓盤造粒機（直徑180 mm，邊高120 mm）；烘箱；噴水器。

1.3 試驗設計

將制作肥料的材料過60目篩，每次造粒稱取過篩后的秸稈灰渣20 g、尿素10 g、過磷酸鈣10 g、硫酸鉀10 g。肥料制作時，造粒機參數為轉速90 r/min、傾角60 °、水分添加量30 g。試驗采用完全組合，加酸量設3個水平（分別為0，10，20 mL），烘干溫度設3個水平（分別為60，70，80 ℃），各處理設計見表2。烘干時間為4 h。

1.4 測定項目及方法

復混肥料中總氮含量測定：采用蒸餾后滴定法；復混肥料中有效磷含量測定：先用EDTA溶液提取復混肥中有效磷，再用釩鉬黃比色法測定磷含量；復混肥料中全鉀含量的測定：采用火焰光度法。

1.5 數據處理

采用Excel，SPSS軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 對肥料中氮含量的影響

2.1.1 溫度對氮含量的影響 在加酸量相同情況下，不同烘干溫度對肥料中氮含量的影響情況如圖1所示。

由圖1可以看出：隨著溫度升高，肥料中氮含量呈先增加、后減少的趨勢。當肥料中不加入硫酸時，70 ℃下肥料中氮含量顯著高于80 ℃，且極顯著高于60 ℃，這說明隨著溫度升高，肥料中水分會減少，而溫度過高又會造成氮素分解。當肥料中加入一定量硫酸時，各溫度下肥料中氮含量差異不顯著，其原因是由于肥料中加入硫酸后生成CaSO4·2H2O，而結合水不易烘干；另外，硫酸還能與尿素反應生成硫酸尿，硫酸尿不易在高溫度下分解，因此溫度升高后氮素損失會相對較小。

2.1.2 加酸量對氮含量的影響 在烘干溫度相同情況下，不同加酸量對肥料中氮含量的影響如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著硫酸加入量的增加，肥料中氮含量呈先增加、后減少的趨勢。在60 ℃下，各加酸量對肥料中氮含量影響差異不大；在70，80 ℃下，加入10 mL硫酸后，肥料中氮含量顯著高于加入20 mL的。這是因為堿性的秸稈灰渣能加快尿素分解，轉化成氨，而加入適量硫酸可以中和草木灰的堿性，抑制尿素中的氮素轉化成氨揮發；另外，硫酸能與尿素反應生成硫酸尿，減少了尿素轉化成氨的損失。但當硫酸加入量過多時，硫酸與過磷酸鈣反應生成大量CaSO4·2H2O，吸附大量結合水，使得肥料中氮的比例下降。

2.1.3 極差分析結果 通過極差分析，確定各因素對肥料中氮含量影響大小順序為：加酸量>烘干溫度。此外，肥料中加入硫酸后會使肥料的粘性增加，改善肥料的表面光滑度和圓整性。

2.2 對肥料中磷含量的影響

2.2.1 溫度對磷含量的影響 在加酸量相同情況下，不同烘干溫度對肥料中磷含量的影響情況如圖3所示。

由圖3可以看出：隨著溫度升高，肥料中磷含量逐漸增加，這主要是由于溫度越高，肥料中的結合水就越少，肥料中磷含量就越大；但不同溫度下磷含量差異并不顯著。

2.2.2 加酸量對磷含量的影響 在烘干溫度相同情況下，不同加酸量對肥料中磷含量的影響如圖4所示。

由圖4可以看出：隨著加酸量增加，肥料中磷含量呈先增加、后減少趨勢。加入10 mL硫酸的肥料中磷含量顯著高于不加酸的肥料，極顯著高于加入20 mL硫酸的肥料。這是因為過磷酸鈣與堿性的秸稈灰渣混合時，會引起磷素的退化作用，降低水溶性磷含量，導致肥料中磷含量減少，而在肥料中適當加入硫酸能中和灰渣的堿性，從而抑制過磷酸鈣中磷素的退化，使肥料中磷素含量增加；但過量的酸液又會使肥料中產生大量的CaSO4·2H2O，使結合水含量增加，導致磷含量減少。

2.2.3 極差分析結果 通過極差分析，確定各因素對肥料中磷含量影響大小順序為：加酸量>烘干溫度。

2.3 對肥料中鉀含量的影響

2.3.1 溫度對鉀含量的影響 在加酸量相同情況下，不同烘干溫度對肥料中鉀含量的影響情況如圖5所示。

由圖5可以看出：隨著烘干溫度升高，肥料中鉀含量逐漸增加，這是因為隨著烘干溫度升高，肥料中的結合水不斷減少，從而鉀含量逐漸升高；但不同溫度下鉀含量差異并不顯著。

2.3.2 加酸量對鉀含量的影響 在烘干溫度相同情況下，不同加酸量對肥料中鉀含量的影響如圖6所示。

由圖6可以看出：隨著加酸量增加，肥料中鉀含量逐漸減少，這是因為隨著肥料中硫酸含量的增加，肥料中結合水的含量也逐漸增加，間接影響了肥料中鉀含量；但不同加酸量下鉀含量差異并不顯著。

2.3.3 極差分析結果 通過極差分析，確定各因素對肥料中鉀含量影響大小順序為：烘干溫度>加酸量。

3 結論

秸稈發電產生的灰渣中含有一定量的植物營養元素，可以用來生產復合肥。但灰渣質輕疏松、粒度細小，如貯運不善極易隨風吹失而污染環境。通過灰渣加酸、烘干試驗，測定不同條件下制得肥料的養分，確定最優制作工藝參數為肥料烘干溫度80 ℃、酸液（1∶10硫酸）添加量10 mL。按照該工藝條件生產肥料，能夠充分利用電廠秸稈灰渣養分，實現電廠固體廢棄物利用技術的優化。

參考文獻

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