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磷肥可以有效、快速地补充土壤中有效磷,是农业安全生产的物质保障。但磷肥利用率低,当季利用率仅为10%~25%,其余的大部分被土壤固定。被土壤固定磷的不断增加,造成了资源的大量浪费和水体的严重污染,因此,一直以来,人们都在探索提高磷肥利用率的有效方法。有机肥是人类认识最早的肥料,不仅能够补充土壤有机质含量、提高土壤健康水平、增强土壤保肥能力,还能提高磷肥利用率。但随着化肥的普及,有机肥投入量逐年减少,致使有机资源被大量丢弃,这样不仅严重浪费有机资源,还污染生态环境。因此将有机肥料与传统磷肥有机结合起来,开发新型有机磷肥,充分发挥其协同作用,对缓解土壤养分比例失调、保持土壤肥力、提高磷肥肥效、减少资源浪费、保护生态环境等,都具有极其重要的现实意义。
本文以鸡粪为有机原料、过磷酸钙为磷肥源,通过稀酸矿粉法制备有机高效过磷酸钙,为有机肥的有效利用和磷肥利用率的提高提供理论基础和技术支撑。
本文首先以鸡粪有机质降解率为考察指标,通过L16(45)正交实验研究了鸡粪细度(A)、酸初始浓度(B)、酸与鸡粪质量比(C)、反应温度(D)和反应时间(E)对鸡粪在强酸溶液中降解率的影响,结果表明:(1)实验因素对鸡粪在硫酸溶液中降解率的影响大小顺序是C>D>E>B>A,其中酸与鸡粪质量比和反应温度在P<0.005和P<0.01水平上影响显著;(2)实验因素对鸡粪在磷酸溶液中降解率的影响大小是C>D>A>B>E,其中酸与鸡粪质量比在P<0.05水平上影响显著;(3)实验因素对鸡粪在硝酸溶液中降解的影响大小是C>E>A>D>B,其中酸与鸡粪质量比和反应时间在P<0.005水平上影响显著。
本文将鸡粪加入到过磷酸钙生产过程中制备有机过磷酸钙。通过单因素试验和正交实验,确立了优惠工艺条件,结果表明:
(1)鸡粪于混合期加入过磷酸钙时,磷转化率随鸡粪细度的增加先降低而后增加,随鸡粪用量的增加无显著性变化,随硫酸溶液初始温度和硫酸浓度的增加而降低,随硫酸用量的增加而增加。正交试验极差分析结果表明影响改性过磷酸钙磷转化率的因素大小顺序为鸡粪用量、硫酸浓度、鸡粪细度、初始温度和硫酸用量。其最佳工艺组合为鸡粪细度0.4 mm、鸡粪用量10 g/100 g磷矿粉、反应温度90℃、硫酸用量115%(理论值)、硫酸浓度75%。
(2)鸡粪于化成期加入过磷酸钙时,以改性磷肥磷转化率为评价指标最优设计水平为鸡粪细度0.8 mm、鸡粪添加量10~15 g/100 g磷矿粉、反应温度60℃、硫酸用量105%(理论值)、硫酸浓度60%~70%。正交试验结果表明影响改性磷肥有效磷含量的因素大小顺序为硫酸浓度、鸡粪添加量、反应温度、硫酸用量;影响改性磷肥磷转化率的因素大小顺序为硫酸浓度、硫酸用量、鸡粪添加量、硫酸溶液反应温度,两者的最优工艺设计为鸡粪添加量15 g/100 g磷矿粉、反应温度70℃、硫酸用量115%(理论值)、硫酸浓度65%。
(3)鸡粪于熟化期加入过磷酸钙时,以磷转化率为评价参数时试验因素的最优水平分别为鸡粪细度0.25 mm、鸡粪添加量25 g/100 g磷矿粉、反应温度70℃、硫酸用量105%(理论值)、硫酸浓度60%~70%。正交试验结果揭示了影响改性磷肥有效磷含量和磷转化率因素大小为硫酸用量>反应温度>硫酸浓度,最优设计为硫酸用量110%(理论值)、反应温度70℃、硫酸浓度60%。
通过土柱培育实验可知,四种磷肥的有效性大小顺序是SSPC-M>SSPC-F>SSPC-A>SSPC。
试验结果为养殖固体废物改性磷复肥的研究和推广提供了科学依据。