申请日2010.12.06
公开(公告)日2013.10.30
IPC分类号C02F11/00; C05G3/00
摘要
本发明公开了一种用活性污泥改性生产桉树控释肥料，用本发明的原料和催化剂反应生成改性剂，活性污泥经破解、脱水后用本发明的改性剂将活性污泥改性;用改性污泥对化学肥料进行包膜，制得桉树控释肥料;具有成本低、设备简易、方法简单、易于实施等优点;为当前大量活性污泥的无害化、资源化提供一条新的出路;又可实现一次性施肥，节省劳动力和提高肥料利用率;本发明广泛适用于桉树种植肥料中使用。
权利要求书
1.用活性污泥改性生产桉树控释肥料的方法，包括反应、破解、脱水、 改性、包膜和干燥，其特征是制造过程为：
(1)在自来水中加入尿素，加入量为自来水重量的10～15%，开动搅拌 机，在常温常压下先将尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化钾，加入量为尿 素重量的2～3%;然后加入含量80%的水合肼，加入量为尿素重量的65～70 %;继续边搅拌边加热到90～95℃，保温1～1.5小时，然后停止搅拌，得氨基 脲为主组分的改性剂;然后
(2)在含水76～82%的污水厂活性污泥中，在常温常压下，搅拌转速300 ～400转/分钟，搅拌20～25分钟，后用板框压滤机将活性污泥脱水至含水58～ 65%，然后将活性污泥移入搅拌转速60～80转/分钟的敞口罐中，边搅拌边加 入前述的氨基脲为主组分的改性剂，改性剂加入量为活性污泥干基重量的8～12 %，搅拌20～25分钟，即得改性污泥;然后
(3)先将化学肥料粉碎至4～10目细度，放入敞口混料槽中，一边搅拌一 边加入前述的改性污泥，改性污泥加入量为化学肥料重量的40～50%，搅拌 20～25分钟，然后经过气流干燥，即为一次包膜肥料，定名为A肥;将一部分 A肥再放入混料槽中重复上述操作，再包一次膜，即得两次包膜肥料，定名为B 肥;经过三次包膜的肥料为C肥;经过四次包膜的肥料为D肥;将A、B、C、D 肥料等量混合均匀后即得桉树控释肥料。
说明书
用活性污泥改性生产桉树控释肥料
技术领域 本发明涉及一种污水厂污泥生产控释肥料，更具体地说，涉及一 种污水厂活性污泥经过改性后生产包膜型桉树控释肥料。
背景技术 近年来，我国由于化肥用量增长过快，肥料应用及其相关技术研 究滞后，化肥施用不合理，导致化肥利用率明显下降;例如氮肥的利用率仅为 30～50%，低于发达国家15～20个百分点，由此带来资源浪费、成本增加、 环境污染及农产品质量下降等问题;例如：若将我国五分之一氮肥的利用率提 高10%，就可节省氮肥70万吨/年;因此，提高化肥利用率，已经成为关系到 国计民生的大事。控释肥料(或缓释肥料)的应用，则可显著提高肥料利用率; 因为控释肥料能缓慢的释放养分，使其养分释放时间和释放量与作物生育期间 的需肥规律相结合，并且做到一次施肥，不再进行追肥，从而节省大量的劳力、 提高肥料利用率10%～30%左右;控释肥料是当今国际肥料研究的热点，也是 肥料产业的发展方向与竞争热点;我国控释肥料的研究目前尚处在起步阶段， 还很少有国产控释肥料作为商品上市，当前控释肥还存在产量小、生产成本高、 工艺相对落后、有机溶剂污染、包膜材料难以降解等难题，成为急需进一步解 决的课题。
另方面，我国环境保护事业的不断发展，城市污水处理工厂在全国各地大 量兴建，其副产物大量活性污泥的处理和利用问题则愈加突出，2010年，我国 污泥产生量将超过七千万吨/年;活性污泥含有五分之四的水和五分之一的悬浮 状有机物质，包括菌体、有害微生物、腐殖质及重金属络合物质，由于活性污 泥的复杂成份及粘稠状态，使它的处置利用成为难题，到目前为止，还没有成 熟技术对活性污泥进行高效无害化处理或利用，仍处在填埋、焚烧或少部分制 造堆肥的容易引发二次污染的状态;因此，我国还应加大这一课题的投入，对 活性污泥实现完全无害化、资源化的高效综合利用。
发明内容 本发明旨在提供一种用污水厂活性污泥经过改性后生产包膜型 桉树控释肥料。工艺原理是：先用超氧化钾作催化剂，用水合肼和尿素作原料 进行化学反应，生成氨基脲;活性污泥先经破解、脱水后，用氨基脲作改性剂， 将活性污泥改性;改性后的活性污泥称为“改性污泥”，改性污泥含有结实的有 机质结构，改性污泥在土壤微生物作用下，一层包膜需要一年左右的时间，才 能全部降解完毕;两层包膜需要二年左右的时间，才能全部降解完毕;三层包 膜需要三年左右的时间，才能全部降解完毕;因此，改性污泥作包膜材料，对 氮肥、磷肥、钾肥(此三种肥料统称为“化学肥料”)进行包膜，然后进行干燥， 即可制得桉树控释肥料。
为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一、改性剂的制备：在尿素溶液中先加入超氧化钾作催化剂，在不断搅拌 条件下，再加入水合肼，升温90～95℃，常压，保温1～1.5小时，生成氨基 脲为主组分的混合溶液。
其反应式为：
CO(NH2)2+N2H4·H2O→NHCO(NH2)2+NH4OH
反应后的混合溶液中，氨基脲为主组分，还含有氢氧化铵次要组分;此混 合溶液即为氨基脲为主组分的改性剂。
二、改性污泥的制备：在常温常压下，将活性污泥在强力搅拌机中进行高 速搅拌，使活性污泥中的菌体细胞壁的磷脂双分子层破解，此时，活性污泥主 要由蛋白质、脂肪、碳水化合物、腐殖质及其他有机、无机物和水份组成，然 后用板框压滤机将活性污泥脱水，经脱水后的活性污泥在带搅拌的容器中，在 常温常压下，加入前述的氨基脲为主组分的改性剂，进行充分搅拌均匀，即得 粘稠状态的改性污泥。
三、桉树控释肥料的制备：根据桉树的生长周期和用肥量，确定氮肥、磷 肥、钾肥的配料比例，先将这些固体状态的化学肥料粉碎至小颗粒形态，放入 混料槽中，一边搅拌一边加入一定数量的前述改性污泥，化学肥料被粘稠状态 的改性污泥包膜，将包膜后的物料送入气流干燥器进行干化，即得桉树用控释 肥料;加入的改性污泥越多，肥料养分释放的时间就越长，可调节改性污泥的 加入量来调整控释时间，也即是说：可调节改性污泥包膜层的层数来调整控释 时间。
本发明的桉树控释肥料的制造方法，包括反应、破解、脱水、改性、包膜、 干燥。其具体制造过程为：(1)用带搅拌和烟道气夹道加热的敞口设备作反应 罐，先加入一定数量的自来水，然后加入尿素固体颗粒，尿素加入量为自来水 的10～15%(重量百分比，以下同)，开动搅拌机，在常温常压下、在不断搅 拌条件下完成下述操作：先将尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化钾，加入 量为尿素的2～3%;然后加入含量80%的水合肼，加入量为尿素的65～70%; 继续边搅拌边加热到90～95℃，保温1～1.5小时，然后停止搅拌，即得反应产 物氨基脲为主组分的改性剂。(2)在带有高速搅拌器的敞口罐中，边搅拌边加 入一定数量的含水76～82%的污水厂的活性污泥，在常温常压下，将搅拌转 速调节到300～400转/分钟，搅拌时间为20～25分钟，使活性污泥菌体细胞 壁的磷脂双分子层破解，后用板框压滤机将活性污泥脱水，使活性污泥的含水 量在58～65%之间，然后将活性污泥移入搅拌转速为60～80转/分钟的敞口 罐中，边搅拌边加入前述的氨基脲为主组分的改性剂，改性剂加入量为活性污 泥干基的8～12%，在常温常压下，搅拌时间为20～25分钟，即得粘稠状态 的改性污泥。(3)根据桉树的生长周期和用肥量，确定氮肥、磷肥、钾肥等化 学肥料的配料比例，化学肥料配料完成后，先将这些固体状态的化学肥料粉碎 至4～10目细度，放入敞口的混料槽中，一边搅拌一边加入前述的改性污泥， 改性污泥加入量为化学肥料的40～50%，充分搅拌20～25分钟，使化学肥料 表面被改性污泥包膜，然后经过气流干燥，使包膜颗粒表面干燥，形成一层结 实的不易溶解的有机包膜层;这样所得的包膜肥料，即为一次包膜肥料，定名 为A肥，一次包膜的包膜厚度约0.4～0.6毫米，一次包膜在土壤微生物的作用 下，约一年时间降解完毕;两次包膜，在土壤微生物的作用下，约两年时间降 解完毕，如此类推;因此，若将一部分A肥再放入混料槽中重复上述操作，再 包一次膜，即得两次包膜肥料，可定名为B肥，此肥料的肥效在第二年释放; 经过三次包膜的肥料为C肥，肥效在第三年释放;经过四次包膜的肥料为D肥， 肥效在第四年释放。若将A、B、C、D肥料等量混合均匀后施入桉树土壤中，就 可实现4年期间均有肥料养分供给桉树生长吸收使用，从而实现一次性施肥的 目的。
在实施本发明的过程中，所用的活性污泥为城市污水厂副产含水76～82% 的活性污泥;所用的尿素为农业用二级品，化学式CO(NH2)2，分子量约60， 密度1.335g/cm3，视密度0.75g/cm3，熔点135℃，质量标准：GB2440-81，外 观白色或浅色，总氮(N)含量(以干基计)≥46.0%，缩二脲含量≤1.8%， 水分含量≤1.0%;所用的超氧化钾为工业级品，化学式KO2，黄色立方晶系结 晶体，分子量1.10，相对密度2.14，熔点380℃，450～500℃充分熔融时为金 黄色，质量标准为企业标准，有效氧≥31%，密度<0.6g/cm3，，在改性剂制备 的反应中，它起催化剂作用;所用的水合肼为含量80%的工业级合格品，化学 式N2H4·H2O，分子量50.06，外观呈无色透明发烟的液体，相对密度1.03(21 ℃)，熔点-40℃，沸点118.5℃(9.86×104Pa下)，引火点73℃，折射率1.4284 (20℃)，质量标准：ZB/TG14001-90，水合肼(N2H4·H2O)≥80%，不挥发物≤0.050%， 铁(Fe)≤0.0005%，重金属(以Pb计)≤0.0005%，氯化物(以Cl-计)≤ 0.0005%;上述尿素与水合肼反应生成氨基脲为主组分的改性剂，将活性污泥 改性，生成改性污泥，通过改性污泥的加入量控制化学肥料的养分释放时间， 生产控释肥料，是本发明的主要特点。
在实施本发明过程中，必须掌握化学肥料被改性污泥包膜的厚度，应控制 改性污泥的加入量来控制包膜层的厚度，包膜厚度越厚，化学肥料的控释时间 就越长，反之，厚度越小，控释时间就越短。
与现有技术相比，本发明具有以下明显的优点：(1)本发明用城市污水厂 副产的活性污泥作原料，经改性后生产桉树控释肥料，具有成本低、设备简易、 方法简单、易于实施的特点;(2)为当前大量活性污泥的无害化、资源化提供 一条新的出路，为环保技术的开发，提供一条新的选择;(3)桉树是造纸及木 材加工的主要原料，桉树是山地种植的速生型树种，需要较多的氮磷钾肥料， 它对肥料中重金属的含量要求可以放宽一些;活性污泥中若重金属含量未超过 标准，本发明生产的控释肥料可用在各种农作物上;活性污泥中重金属含量若 超过标准，本发明生产的控释肥料即可作为桉树专用控释肥料;实践证明，此 肥料可实现一次性施肥，既可节省大量劳动力，又可提高肥料利用率20%左右。 本发明具有较好的经济效益、环保效益和生态循环效益。