申请日2016.05.07
公开(公告)日2017.11.14
IPC分类号C05G1/00; C05F15/00
摘要
本发明涉及一种热水处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法包括：S1：提供一种肥料制备装置;S2：得到废弃有机物;S3：得到预处理料;S4：固液分离，得到液体和固体;S4：得到浓缩液体肥;S6：得到有机肥料。所述方法通过独特的肥料制备装置、制备方法的独特工艺步骤和参数选择，从而可以通过协同效果取得诸多优异效果，并可以得到具有优异效果的浓缩液体肥和有机肥料，从而在农业废弃资源利用领域具有良好的应用前景和工业化生产潜力。
权利要求书
1.一种热水处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法包括如下步骤：
S1：提供一种肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机、水解反应釜、碱调节池、固液分离机，所述固液分离机分别连接下游的浓缩机和有氧堆肥车间;
S2：将农业废弃物加入到所述绞碎混合机中进行混合绞碎，得到废弃有机物;
S3：将所述废弃有机物加入到所述水解反应釜中，开启水解反应釜进行加热和搅拌，控制水解反应釜的水解温度，待混合物充分反应后停止加热，得到预处理料;
S4：将所述预处理料加入到所述碱调节池中，并用碱或碱的水溶液调节pH值为8-12，然后进入所述固液分离机进行固液分离，得到液体和固体;
S5：将含氮、磷、钾化合物(即含氮化合物、含磷化合物、含钾化合物，下同)和螯合微量元素复合物与步骤S4得到的所述液体在浓缩机中进行剪切和浓缩，得到浓缩液体肥;
S6：将辅料加入到步骤S4得到的所述固体中，直至碳氮比为特定比例，并调节含水率至特定比例，混合均匀后在所述有氧堆肥车间进行有氧发酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有机肥料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述绞碎混合机包括绞碎机架，所述绞碎机架上固定安装有粉碎筒体，所述粉碎筒体的轴线水平设置，所述绞碎机架上转动安装有由第一动力装置驱动的转子，所述转子贯穿所述粉碎筒体，所述转子与所述粉碎筒体同轴设置，所述粉碎筒体内沿轴向依次设有进料段、撕裂段和剪切段，位于所述进料段的所述粉碎筒体上开设有进料口，所述粉碎筒体的尾端开设有出料口，位于所述进料段的所述转子上设有送料螺旋;位于所述撕裂段的所述转子上设有若干动刀，若干所述动刀沿所述转子的轴向且在所述转子的表面呈螺旋状布置，位于所述撕裂段的所述粉碎筒体上设有与所述动刀对应的若干定刀;位于所述剪切段的所述转子上设有若干动剪刀，所述动剪刀沿所述转子的轴向延伸且与所述转子的轴线成一夹角，位于所述剪切段的所述粉碎筒体上设有若干静剪刀。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述水解反应釜包括竖向设置的反应釜体，所述反应釜体内位于所述反应釜体的底部设置有出气管，所述反应釜体内设有搅拌螺旋，所述反应釜体的外壁设有加热盘管，所述反应釜体的外周包裹有保温层，所述加热盘管位于所述保温层与反应釜体之间。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：所述浓缩机包括由第二动力装置驱动且横向设置的浓缩筒体，所述浓缩筒体内具有反应腔，所述反应腔一端为进料端，另一端为出料端，所述进料端安装有进料筒，所述进料筒内转动安装有由第三动力装置驱动的进料螺旋，所述进料筒上设有物料进口和添加剂进口，所述出料端设有由第四动力装置驱动的压榨脱水螺旋，所述出料端设有出料筒，所述压榨脱水螺旋转动安装于所述出料筒内，所述出料筒上设有压榨脱水区和物料出口。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S3中，水解反应釜的水解温度为80-160℃;搅拌速度为80-100转/分钟;反应时间为10-30分钟。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S4中，使用碱或碱的水溶液调节pH值为8-12，最优选为10。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S5中，所述含氮化合物为尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、碳酸氢铵中的任意一种或任意多种的任意组合;所述含磷化合物为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的任意一种或任意多种的任意组合;所述含钾化合物包括磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸钾、硝酸钾、氯化钾中的任意一种或任意多种的任意组合;所述螯合微量元素复合物为质量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA铁钠(乙二胺四乙酸铁钠)、EDTA锌钠(乙二胺四乙酸锌钠)、EDTA铜钠(乙二胺四乙酸铜钠)、EDTA锰钠(乙二胺四乙酸锰钠)、硼酸和钼酸钠的混合物。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S6中，所述辅料的加入量为使得加入后所得到的总物料中的碳氮比25-35∶1，最优选为30∶1。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S6中，将所述辅料加入到步骤S4得到的所述固体中后，将含水率调节至55-70%。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法而得到的浓缩液体肥和有机肥料。
说明书
一种热水处理农业废弃物制备肥料的方法
技术领域
本发明涉及一种农业废弃物的综合利用方法，更特别地涉及一种热水处理农业废弃物制备肥料的方法，属于农业废弃物资源化再利用技术领域。
背景技术
目前，在我国的广大农村，农业废弃物资源利用存在诸多问题，例如：缺少相应的技术和设备;对农业废弃物的处理工艺简单、技术落后;处理能力和利用规模非常有限等等。其中，最首要的问题就是现有的农业废弃物利用方式会造成环境污染。大部分资源只能废弃或焚烧，利用率很低，例如农作物秸秆多作为燃料进行燃烧这样的一次性利用方式，不仅能量利用率只有10%，而且燃烧过程中产生的大量氮氧化物、二氧化硫、碳氢化合物及烟尘会直接污染大气。又如，畜禽粪便很多都未经处理直接还田，这样的一次利用方式不仅使其中含有的钙、磷等营养物质得不到利用，而且严重污染周边的水域、土壤等环境，影响人体健康。
国内外许多研究表明，农业废弃物用作肥料既可解决废弃物的出路问题，同时又可改良和培肥土壤。但是，现有技术处理农业废弃物方法较为单一，多为将农业废弃物直接进行发酵，制成的固体有机肥往往因为营养物质含量低、生产技术简单、同行业竞争激烈等原因，经济效益非常有限。
此外，这种发酵方法多只能处理一种或少数几种废弃物，且处理过程中有污染物二次排放的问题。除此以外，随着农业栽培技术的发展，滴灌、喷灌等技术的应用也越来越广泛，而固体有机肥已经很难适应这样的施肥方式。
此外，对于油脂含量较高的餐厨垃圾、病死畜禽等农业废弃物，由于脂肪和油脂较难分解，且会阻碍堆肥过程中的气体交换，传统的直接进行固体发酵堆肥的方法发酵周期长、有机物腐熟不完全，施用后作物易出现烧苗现象，作物生长不良造成减产。
更进一步地，传统的发酵方法对所得的产物没有选择性，无法针对不同废弃物的成分及特点进行最大限度的利用，再利用效果不佳。
因此，针对目前的技术现状，亟需具有较好适应性能和推广价值的技术，突破目前一种方式只能利用一种或少数几种废弃物的障碍，改善农业废弃物利 用技术落后、利用率低的现状，这不但具有良好的现实意义和环保价值，是目前本领域中的研究热点和重点课题，更是本发明得以完成的动力所在和基础所倚。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，更为了提供全新的农业废弃物综合利用方法和肥料的制备方法，本发明的目的在于提供一种热水处理废弃物制备肥料的新颖方法，该方法可用于处理所有类型的农业废弃物，尤其适用于油脂含量较高的餐厨垃圾、病死畜禽等农业废弃物的利用，所述方法可以进行快速、无害化的处理，并可明显提高被处理物的液相可浮油脱出量，减小油脂对后期处理的不良影响，对后续处理过程中固体有机肥的的发酵速度起到了明显的加快作用。所制得的浓缩液体肥可以适应滴管、喷灌、喷施等施肥方式，施用简单、见效快;有机肥料腐熟完全，养分含量高，施用安全有效。
为实现上述目的，具体地，本发明涉及如下几个方面。
第一个方面，提供一种热水处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法包括如下步骤：
S1：提供一种肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机、水解反应釜、碱调节池、固液分离机，所述固液分离机分别连接下游的浓缩机和有氧堆肥车间;
S2：将农业废弃物加入到所述绞碎混合机中进行混合绞碎，得到废弃有机物;
S3：将所述废弃有机物加入到所述水解反应釜中，开启水解反应釜进行加热和搅拌，控制水解反应釜的水解温度，待混合物充分反应后停止加热，得到预处理料;
S4：将所述预处理料加入到所述碱调节池中，并用碱或碱的水溶液调节pH值为8-12，然后进入所述固液分离机进行固液分离，得到液体和固体;
S5：将含氮、磷、钾化合物(即含氮化合物、含磷化合物、含钾化合物，下同)和螯合微量元素复合物与步骤S4得到的所述液体在浓缩机中进行剪切和浓缩，得到浓缩液体肥;
S6：将辅料加入到步骤S4得到的所述固体中，直至碳氮比为特定比例，并调节含水率至特定比例，混合均匀后在所述有氧堆肥车间进行有氧发酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有机肥料。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，作为一种优选的技术方案，在步骤S1和S2中，所述绞碎混合机包括绞碎机架，所述绞碎机架上固定安装有粉碎筒体，所述粉碎筒体的轴线水平设置，所述绞碎机架上转动安装有由第一动力装置驱动的转子，所述转子贯穿所述粉碎筒体，所述转子与所述粉碎筒体同轴设置，所述粉碎筒体内沿轴向依次设有进料段、撕裂段和剪切段，位于所述进料段的所述粉碎筒体上开设有进料口，所述粉碎筒体的尾端开设有出料口，位于所述进料段的所述转子上设有送料螺旋;位于所述撕裂段的所述转子上设有若干动刀，若干所述动刀沿所述转子的轴向且在所述转子的表面呈螺旋状布置，位于所述撕裂段的所述粉碎筒体上设有与所述动刀对应的若干定刀;位于所述剪切段的所述转子上设有若干动剪刀，所述动剪刀沿所述转子的轴向延伸且与所述转子的轴线成一夹角，位于所述剪切段的所述粉碎筒体上设有若干静剪刀。
其中，进一步优选的，所述粉碎筒体上位于所述出料口位置设有筛网。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，作为一种优选的技术方案，在步骤S3中，所述水解反应釜包括竖向设置的反应釜体，所述反应釜体内位于所述反应釜体的底部设置有出气管，所述反应釜体内设有搅拌螺旋，所述反应釜体的外壁设有加热盘管，所述反应釜体的外周包裹有保温层，所述加热盘管位于所述保温层与反应釜体之间。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，作为一种优选的技术方案，在步骤S5中，所述浓缩机包括由第二动力装置驱动且横向设置的浓缩筒体，所述浓缩筒体内具有反应腔，所述反应腔一端为进料端，另一端为出料端，所述进料端安装有进料筒，所述进料筒内转动安装有由第三动力装置驱动的进料螺旋，所述进料筒上设有物料进口和添加剂进口，所述出料端设有由第四动力装置驱动的压榨脱水螺旋，所述出料端设有出料筒，所述压榨脱水螺旋转动安装于所述出料筒内，所述出料筒上设有压榨脱水区和物料出口。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S2中，所述农业废弃物并无特别的严格限定，例如可为畜禽粪便、病死畜禽、作物秸秆、果壳、菌菇渣、饮料厂废渣、食品厂废料、餐厨垃圾、栏圈铺垫料等中的任意一种或任意多种的任意组合，或者可为农业生产、农产品加工、畜禽养殖业和农村居民生活排放的废弃物中的任意一种或任意多种的任意组合，本领域技术人员可进行合适的选择与确定，在此不再进行详细描述，但特别适用于处理油 脂含量较高的餐厨垃圾、病死畜禽等农业废弃物。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S3中，水解反应釜的水解温度为80-160℃，例如可为80℃、100℃、120℃、140℃或160℃，最优选为120℃;搅拌速度为80-100转/分钟;反应时间为10-30分钟，例如可为10分钟、20分钟或30分钟。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S4中，所述碱(即所述“碱”或“碱的水溶液”中所包含的碱)为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙(遇水则生成氢氧化钙)、氨水中的任意一种或任意多种的组合。
其中，当使用的是碱的水溶液时，则该水溶液中碱的质量百分比浓度(当为氨水时，则换算成NH3的质量百分比浓度)为10-20%，例如可为10%、15%或20%。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S4中，使用碱或碱的水溶液调节pH值为8-12，例如可为8、9、10、11或12，最优选为10。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S4中，所述碱调节池和固液分离机都是本领域中的常规设备和装置，本领域技术人员可进行合适的选择，在此不再进行详细的描述。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S5中，所述含氮化合物为尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、碳酸氢铵中的任意一种或任意多种的任意组合。
所述含磷化合物为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的任意一种或任意多种的任意组合。
所述含钾化合物包括磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸钾、硝酸钾、氯化钾中的任意一种或任意多种的任意组合。
所述螯合微量元素复合物为质量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA铁钠(乙二胺四乙酸铁钠)、EDTA锌钠(乙二胺四乙酸锌钠)、EDTA铜钠(乙二胺四乙酸铜钠)、EDTA锰钠(乙二胺四乙酸锰钠)、硼酸和钼酸钠的混合物。
其中，所述螯合微量元素复合物中的“微量元素”是指上述各个物质组分中的铁、锌、铜、锰、硼和钼(下同)。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S5中，相对于1L所述液体，含氮化合物的用量换算成含氮量为65-250g、含磷化合物的 用量换算成含五氧化二磷量为65-250g、含钾化合物的用量换算成含氧化钾为65-250g和螯合微量元素复合物的用量换算成含微量元素为2-30g。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S5中，浓缩的程度并没有特别的限定，只要其方便使用、运输等即可，本领域技术人员可进行合适的选择与确定，在此不再进行详细的描述。作为一种例举，例如可浓缩至最终得到的浓缩液体肥中的有机质含量≥7g/L。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S6中，所述辅料为水稻秸秆粉、小麦秸秆粉、玉米秸秆粉、锯末、麸皮、稻壳等中的任意一种或任意几种的任意组合。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S6中，所述辅料的加入量为使得加入后所得到的总物料中的碳氮比为特定的比例即25-35∶1，也即总物料中所含的C总质量与所含的N总质量的比为25-35∶1，例如可为25∶1、30∶1或35∶1，最优选为30∶1。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S6中，将所述辅料加入到步骤S4得到的所述固体中后，将含水率调节至55-70%，即将加入辅料后得到的总物料中的水分的质量百分比含量调节到55-70%，例如可为55%、60%、65%或70%。
在本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S6中，所述有氧发酵为发酵领域中的常规发酵方法，并可根据实际的发酵情况进行定期翻堆，直至完全腐熟，从而得到有机肥料，这些都是有氧发酵领域中的常规手段(有氧堆肥车间也是常规的处理车间)，本领域技术人员可进行合适的选择与确定，在此不再进行详细的描述。
如上所述，本发明提供了一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法通过使用特定的肥料制备装置、独特的处理工艺步骤和参数，从而可以取得诸多优异的技术效果，例如：
(1)在所述肥料制备装置中，由于粉碎筒体内依次设置了进料段、撕裂段和剪切段，进料段可以满足农业废弃物进入粉碎筒体并向下游连续输送，撕裂段不仅可以满足大块废弃物的撕裂，还可以将一些硬质废弃物进行初步破碎，剪切段可以将撕裂段输送下来的大块物料进一步切碎，尤其是植物残体物料，在该区域更能够得到充分粉碎，提高了该粉碎机的综合性能，连续性强，生产效率高。
(2)所述肥料制备装置中，由于水解反应釜设置了加热盘管和搅拌螺旋，在反应过程中，使得物料更容易混合均匀，进一步提高了生产效率。同时，由于热水水解温度，而特别适用于餐厨垃圾、病死畜禽等油脂含量较高的农业废弃物，可以进行快速、无害化的处理，并可明显提高被处理物的液相可浮油脱出量，减小油脂对后期处理的不良影响，对后续处理过程中固体有机肥的的发酵速度起到了明显的加快作用。
(3)通过特定的工艺处理步骤和工艺参数，从而可以同时得到具有优异良好营养价值的液体肥和为固体形式的有机肥料，能够满足多种不同的需求和需要，实现了产品多样化，增加产品的种类、提高了经济效益，实现了农业废弃物的综合利用，满足了无废气、废水及废物二次排放的要求，更好地保护了农村及城市生活环境，实现可持续发展。
(4)所述的肥料制备装置和肥料制备方法可适用于不同类型来源的农业废弃物，达到了将各种不同类型来源的农业废弃物均用同一种方法进行处理的目的，大大简化了处理不同种类农业废弃物时需要的设施和步骤，具有很强的通用性和适应性，便于大面积推广。
(5)使用本发明装置和方法得到的液体肥含有丰富的有机质、腐植酸、氨基酸等活性有机物质，能够起到养分的控释、活化和增效作用，在植物不同生长期喷施后均可起到提高作物产量、改善品质的作用。
(6)使用本发明的固液分离机分离出的固体制备得到的有机肥料，其肥效高、营养丰富、腐熟完全，其中的有机质和总养分含量高，施用安全有效。
因此，第二个方面，本发明还涉及通过上述方法而得到的浓缩液体肥和有机肥料。
如上所述，通过本发明方法得到的浓缩液体肥和有机肥料具有诸多优异效果，从而可在农业领域具有良好的应用前景和工业化生产潜力。
综上所述，本发明的所述热水处理农业废弃物制备肥料的方法，通过独特处理装置和方法的使用，可以取得诸多有益效果，得到具有良好效果的浓缩液体肥和有机肥料，从而在农业废弃资源利用领域具有良好的应用前景和工业化生产潜力。