化工廢料過磷酸鈣在植物秸稈漚肥中的應用

王慶雨，林 楷

（韓山師范學院, 廣東 潮州 521041）

化工廢料過磷酸鈣在植物秸稈漚肥中的應用

王慶雨，林 楷

（韓山師范學院, 廣東 潮州 521041）

為研究化工廢料過磷酸鈣對植物秸稈漚肥過程中氮損失率和腐熟時間的影響，以秸稈、瓜蔓、爛菜葉、雜草、畜肥為原材料，以化工廢料過磷酸鈣為添加劑，在自制的裝置中進行漚肥。結果表明：化工廢料過磷酸鈣有助于減少氮的損失，縮短漚肥腐熟時間。漚肥20 d后，漚肥過程中未添加化工廢料過磷酸鈣的氮損失率為35.8%，發芽指數為64.3%；而添加了化工廢料過磷酸鈣的氮損失率為15.2%，發芽指數為82.8%。化工廢料過磷酸鈣在植物秸稈漚肥過程取得了良好的應用效果。

化工廢料過磷酸鈣；植物秸稈；漚肥；氮損失率；發芽指數

中國是一個農業大國，每年都能產出大量的糧食，但同時也產生了大量的植物秸稈[1]。秸稈是成熟農作物莖葉（穗）部分的總稱，是地球上一大可再生資源。植物秸稈是農業生產過程中的副產品，秸稈中含有機質和氮、磷等多種養分，是一項重要的固體生物質資源，可用于農業生產和工業生產過程中。植物秸稈這一項巨大資源如何廢物利用使其轉化為財富，成為農民增收的重要渠道是科研人員當前的研究重點[2]。近年來，隨著我國農村經濟的發展，農民對秸稈作為傳統生活燃料的需求日益減少，加之秸稈的收集運輸成本高、利用的經濟性差和產業化程度低等原因，導致秸稈的綜合利用率還不到45%[3]。農民有時甚至為了偷懶、圖方便，采取了在田間直接焚燒的方式處理秸稈，不僅浪費了寶貴的資源，而且造成了大氣污染、溫室效應、火災等大量的社會、經濟和生態問題，成為政府關心、社會關注的熱點和難點。植物秸稈的漚肥處理，即能為農業提供有機肥料，改善土壤環境，又能保護農村生態環境、促進農業農村經濟可持續協調發展[4]。但在漚肥過程中，氮素容易以氨態氮形式揮發損失，而過磷酸鈣具有減少堆料氮的損失、調節堆料pH值、縮減腐熟時間等作用，有助于提高漚肥的品質[5]。目前過磷酸鈣的兩種制備工藝：稀酸礦粉法（干法）和濃酸礦漿法（濕法）均存在一定的缺陷，易在生產過程中產生過磷酸鈣廢料[6]。因此，研究化工廢料過磷酸鈣在植物秸稈漚肥中的應用具有重要的現實意義。

1 實驗部分

1.1 漚肥原料

漚肥過程中以秸稈、瓜蔓、爛菜葉、雜草、化工廢料過磷酸鈣為原材料，其中秸稈、瓜蔓、爛菜葉、雜草取自韓山師范學院附近農田，初始物料水分質量分數為50%～60%，所用的化工廢料過磷酸鈣是某磷肥化工廠生產過程中的過磷酸鈣廢料。

1.2 漚肥裝置

漚肥裝置采用不銹鋼制成罐，成密封結構，內徑300 mm，高1 100 mm，總容積100 L。反應器設有卸料口、溫度計、噴水頭、取樣口、水流量計、水泵等（圖1）。

圖1 漚肥裝置Fig.1 Equipment of wet compost

為加快漚肥的時間，反應器設有加熱器，使溫度可以維持在30 ～40 °C。原料經過充分混合攪拌后，經由裝置上部進入。裝置底部設有多孔板，以分離滲濾液。多孔板上布滿直徑為5 mm的小孔。在多孔板下部的集水區底部為錐面，可隨時排出滲濾液。滲濾液儲存在滲濾液收集槽中，以調節堆肥物含水率。

2 結果與討論

2.1 實驗前處理

漚肥前先將農田中取來的秸稈、瓜蔓、爛菜葉、雜草切碎，添加部分畜肥，均勻混合攪拌后分為兩份，一份直接倒入漚肥裝置中并壓實，另一份則添加 3%的化工廢料過磷酸鈣，均勻混合攪拌后倒入另一個漚肥裝置并壓實。反應器在漚肥材料倒入之前需先在裝置底部鋪農膜，倒入漚肥材料后，噴水頭噴水直至堆料上有3～5 cm的水層，以此隔絕空氣，造成厭氧發酵條件，加熱器加熱使裝置內維持較穩定的溫度。

2.2 漚肥影響因素分析

2.2.1 溫度

漚肥過程是一個多種微生物進行一系列復雜生化反應的過程，其中溫度是影響漚肥效率的一個決定性因素，超出一定的溫度范圍不利于物質降解，過低的溫度將極大地推遲漚肥的腐熟時間，而過高的溫度會抑制微生物的降解，甚至殺死堆料中的微生物，因此溫度直接影響漚肥時間的長短。目前溫度影響植物秸稈漚肥效果的研究報道較少，不利于植物秸稈資源化的開發與利用。漚肥的最佳溫度一般在30 ～40 °C之間。

堆料溫度同時也受當地氣溫變化的影響，當地的降雨量和空氣濕度也都會對堆料水分的含量和微生物代謝活動造成影響。夏季高溫多雨，有利于漚肥。冬季氣溫低，天氣干燥，不易發酵。當環境溫度超過20 °C時對堆料溫度的影響較小，而環境溫度低于20 °C時將推遲堆料達到最高溫度的時間。

2.2.2 碳氮比

除了溫度，碳氮比（C/N）也是影響漚肥效果的一個十分重要的因素。漚肥過程中，微生物的生長繁殖離不開碳素，而生命的維持及細胞的有機組成離不開氮素。通常情況下，漚肥起始C/N為20～30時，微生物的分解速率和有機物的利用率較高。C/N低于20，且溫度和pH值較高時，堆料中的氮素會以氨態氮形式大量揮發，因而氮的損失嚴重，且堆料會散發出臭味，影響漚肥效果。當起始C/N高于40時，微生物需要經過多次代謝才能消耗掉過量的碳，且碳素多而氮素少，有氮饑餓現象產生，因而微生物生長受限，降解速率下降，延長漚肥腐熟時間，甚至有可能會導致漚肥產物的C/N過高，降低其使用價值。

2.2.3 水分

水分也是影響漚肥效果的重要因素，微生物生長繁殖和分解有機物的過程中都需要水分的參與。堆料中的水分不僅可以溶解有機物，參與微生物的新陳代謝，在水分蒸發時還可以散發堆料熱量，調節堆料溫度。但如果不在合適的水環境中，堆料中的微生物無法分解有機物甚至無法生長繁殖。水分過低將阻礙微生物生長繁殖；而水分過高會堵塞堆料中的空隙，減緩降解速率，增加腐熟時間。堆料含水率為50%～60%時，漚肥一般都可以取得理想的效果，而過高或過低的水分都將延長漚肥腐熟時間。

2.2.4 pH值

漚肥過程中，pH值也同樣是一個重要影響因素，pH在3～12的范圍內都能漚肥，但過高或過低的pH值均不利于漚肥。在pH值低于6的條件下漚肥，微生物的呼吸作用就會受到抑制，從而延長漚肥腐熟的時間。若漚肥環境的pH值較高，就會導致在漚肥的升溫期和高溫期氮素轉化為氨態氮大量揮發損失，既污染環境又影響漚肥質量。因此，漚肥過程中合適的pH值范圍為7～8。

2.3 過磷酸鈣在漚肥過程中的應用

漚肥過程中添加過磷酸鈣有助于減少氮素損失，提高漚肥質量。因過磷酸鈣中的游離酸能將堆料由微堿性調至微酸性，氨態氮揮發量降低，有效抑制氮素損失。吳銀寶[7]等發現往豬糞堆肥中添加1.5%的過磷酸鈣有助于調節堆料的pH值和NH3濃度，減少氮素損失。此外研究發現，過磷酸鈣中的磷酸鈣、石膏都能將易揮發的NH4+-N轉化為比較穩定的酸性銨或硫酸銨，這也將減少氮素損失，同時還可以提高堆料中磷的含量，改善漚肥質量。同時，過磷酸鈣有助于堆料溫度的升高，延長高溫期持續時間，加速有機物分解，縮減漚肥腐熟時間，且過磷酸鈣的最佳添加量為2%～3%[8]。

2.4 實驗結果

如圖2及圖3所示，漚肥20 d后，漚肥過程中未添加化工廢料過磷酸鈣的氮損失率為35.8%，發芽指數為64.3%；而添加了化工廢料過磷酸鈣的氮損失率為15.2%，發芽指數為82.8%。

圖2 過磷酸鈣對漚肥過程中氮損失率的影響Fig.2 Influence of the calcium superphosphate on the loss of N in wet compost

圖3 過磷酸鈣對漚肥過程中發芽指數的影響Fig.3 Influence of the calcium superphosphate on the GI in wet compost

當發芽指數GI大于80%時，可認為堆料已經腐熟。因此，植物秸稈漚肥過程中添加化工廢料過磷酸鈣有助于抑制氮元素的消耗，減少氮的損失，縮短腐熟時間。

3 結 論

由上述可知，溫度、C/N、水分、pH值等因素對漚肥腐熟時間、漚肥質量均具有重大影響。漚肥過程中的最佳溫度應為 30～40 °C、起始 C/N為20～30、含水率為50%～60%、pH值為7～8。

但在漚肥過程中，氮元素容易以氨態氮形式揮發損失，因此需要添加化工廢料過磷酸鈣以減少氮的損失，提高堆料溫度，加速有機物分解，縮減漚肥腐熟時間。實驗結果表明，漚肥20天后，漚肥過程中未添加化工廢料過磷酸鈣的氮損失率為35.8%，發芽指數為64.3%；而添加了化工廢料過磷酸鈣的氮損失率為15.2%，發芽指數為82.8%。

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［2］王悅, 張起凱. 磷鎢酸催化液化玉米秸稈工藝研究[J]. 當代化工, 2015,44( 05): 932-934+938.

［3］畢于運, 王亞靜, 高春雨. 中國秸稈資源綜合利用的系統構成及總體趨勢[J]. 中國農業資源與區劃, 2010( 04): 35-38.

［4］張世林. 秸稈漚肥[J]. 新農業, 1973( 20): 8-9.

［5］楊巖, 孫欽平, 李妮, 等. 添加過磷酸鈣對蔬菜廢棄物堆肥中氨氣及溫室氣體排放的影響[J]. 應用生態學報, 2015( 01): 161-167.

［6］湯建偉, 位南南, 化全縣, 等. 濃酸礦粉法制備過磷酸鈣新工藝開發[J]. 化工礦物與加工, 2013( 07): 1-3+11.

［7］吳銀寶, 汪植三, 廖新俤 , 等. 豬糞堆肥臭氣產生與調控的研究[J].農業工程學報, 2001( 05): 82-87.

［8］翁俊基. 過磷酸鈣在豬糞堆肥過程中的保氮效果研究[J]. 安徽農業科學, 2012( 08): 4528-4529+4617.

Application of Calcium Superphosphate as Chemical Waste in the Reaction of Plant Straw Wet Compost

WANG Qing-yu, LIN Kai
(Hanshan Normal University, Guangdong Chaozhou 521041, China）

In order to investigate the influence of the chemical waste calcium superphosphate on the nitrogen loss rate and the maturity time in the reaction of plant straw wet compost, using straws, melon vines, rotten vegetables leaves, weeds and animal manures as raw materials, and using the chemical waste calcium superphosphate as additive, the reaction of wet compost was carried out in the homemade equipment. The results show that the chemical waste calcium superphosphate is helpful to reduce the loss of N and shorten the maturity time. After plant straw wet compost for 20 days, the nitrogen loss rate and germination index of the wet compost without the chemical waste calcium superphosphate are 35.8% and 64.3%, respectively, while the nitrogen loss rate and germination index of the wet compost adding the chemical waste calcium superphosphate are 15.2% and 82.8%, respectively. Good application effect of the chemical waste calcium superphosphate has been achieved in plant straw wet compost process.

Chemical waste calcium superphosphate; Plant straw; Wet compost; Nitrogen loss rate; Germination index

TQ 028

A

1671-0460（2016）03-0444-03

2014年國家星火計劃項目(2014GA780081)。

2015-12-01

王慶雨(1971-), 男, 遼寧人, 高級工程師，研究方向：環境管理和水環境保護。E-mail : wqy_71813@163.com。