申請日2016.05.07

　　公開(公告)日2017.11.14

　　IPC分類號C05G1/00; C05F15/00

　　摘要

　　本發明涉及一種熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法，所述方法包括：S1：提供一種肥料制備裝置;S2：得到廢棄有機物;S3：得到預處理料;S4：固液分離，得到液體和固體;S4：得到濃縮液體肥;S6：得到有機肥料。所述方法通過獨特的肥料制備裝置、制備方法的獨特工藝步驟和參數選擇，從而可以通過協同效果取得諸多優異效果，并可以得到具有優異效果的濃縮液體肥和有機肥料，從而在農業廢棄資源利用領域具有良好的應用前景和工業化生產潛力。

　　權利要求書

　　1.一種熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法，所述方法包括如下步驟：

　　S1：提供一種肥料制備裝置，所述裝置包括依次連接的絞碎混合機、水解反應釜、堿調節池、固液分離機，所述固液分離機分別連接下游的濃縮機和有氧堆肥車間;

　　S2：將農業廢棄物加入到所述絞碎混合機中進行混合絞碎，得到廢棄有機物;

　　S3：將所述廢棄有機物加入到所述水解反應釜中，開啟水解反應釜進行加熱和攪拌，控制水解反應釜的水解溫度，待混合物充分反應后停止加熱，得到預處理料;

　　S4：將所述預處理料加入到所述堿調節池中，并用堿或堿的水溶液調節pH值為8-12，然后進入所述固液分離機進行固液分離，得到液體和固體;

　　S5：將含氮、磷、鉀化合物(即含氮化合物、含磷化合物、含鉀化合物，下同)和螯合微量元素復合物與步驟S4得到的所述液體在濃縮機中進行剪切和濃縮，得到濃縮液體肥;

　　S6：將輔料加入到步驟S4得到的所述固體中，直至碳氮比為特定比例，并調節含水率至特定比例，混合均勻后在所述有氧堆肥車間進行有氧發酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有機肥料。

　　2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述絞碎混合機包括絞碎機架，所述絞碎機架上固定安裝有粉碎筒體，所述粉碎筒體的軸線水平設置，所述絞碎機架上轉動安裝有由第一動力裝置驅動的轉子，所述轉子貫穿所述粉碎筒體，所述轉子與所述粉碎筒體同軸設置，所述粉碎筒體內沿軸向依次設有進料段、撕裂段和剪切段，位于所述進料段的所述粉碎筒體上開設有進料口，所述粉碎筒體的尾端開設有出料口，位于所述進料段的所述轉子上設有送料螺旋;位于所述撕裂段的所述轉子上設有若干動刀，若干所述動刀沿所述轉子的軸向且在所述轉子的表面呈螺旋狀布置，位于所述撕裂段的所述粉碎筒體上設有與所述動刀對應的若干定刀;位于所述剪切段的所述轉子上設有若干動剪刀，所述動剪刀沿所述轉子的軸向延伸且與所述轉子的軸線成一夾角，位于所述剪切段的所述粉碎筒體上設有若干靜剪刀。

　　3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述水解反應釜包括豎向設置的反應釜體，所述反應釜體內位于所述反應釜體的底部設置有出氣管，所述反應釜體內設有攪拌螺旋，所述反應釜體的外壁設有加熱盤管，所述反應釜體的外周包裹有保溫層，所述加熱盤管位于所述保溫層與反應釜體之間。

　　4.如權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于：所述濃縮機包括由第二動力裝置驅動且橫向設置的濃縮筒體，所述濃縮筒體內具有反應腔，所述反應腔一端為進料端，另一端為出料端，所述進料端安裝有進料筒，所述進料筒內轉動安裝有由第三動力裝置驅動的進料螺旋，所述進料筒上設有物料進口和添加劑進口，所述出料端設有由第四動力裝置驅動的壓榨脫水螺旋，所述出料端設有出料筒，所述壓榨脫水螺旋轉動安裝于所述出料筒內，所述出料筒上設有壓榨脫水區和物料出口。

　　5.如權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于：在步驟S3中，水解反應釜的水解溫度為80-160℃;攪拌速度為80-100轉/分鐘;反應時間為10-30分鐘。

　　6.如權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于：在步驟S4中，使用堿或堿的水溶液調節pH值為8-12，最優選為10。

　　7.如權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于：在步驟S5中，所述含氮化合物為尿素、硝酸銨、硫酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、碳酸氫銨中的任意一種或任意多種的任意組合;所述含磷化合物為磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉中的任意一種或任意多種的任意組合;所述含鉀化合物包括磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、氯化鉀中的任意一種或任意多種的任意組合;所述螯合微量元素復合物為質量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA鐵鈉(乙二胺四乙酸鐵鈉)、EDTA鋅鈉(乙二胺四乙酸鋅鈉)、EDTA銅鈉(乙二胺四乙酸銅鈉)、EDTA錳鈉(乙二胺四乙酸錳鈉)、硼酸和鉬酸鈉的混合物。

　　8.如權利要求1-7任一項所述的方法，其特征在于：在步驟S6中，所述輔料的加入量為使得加入后所得到的總物料中的碳氮比25-35∶1，最優選為30∶1。

　　9.如權利要求1-8任一項所述的方法，其特征在于：在步驟S6中，將所述輔料加入到步驟S4得到的所述固體中后，將含水率調節至55-70%。

　　10.根據權利要求1-9任一項所述的方法而得到的濃縮液體肥和有機肥料。

　　說明書

　　一種熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法

　　技術領域

　　本發明涉及一種農業廢棄物的綜合利用方法，更特別地涉及一種熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法，屬于農業廢棄物資源化再利用技術領域。

　　背景技術

　　目前，在我國的廣大農村，農業廢棄物資源利用存在諸多問題，例如：缺少相應的技術和設備;對農業廢棄物的處理工藝簡單、技術落后;處理能力和利用規模非常有限等等。其中，最首要的問題就是現有的農業廢棄物利用方式會造成環境污染。大部分資源只能廢棄或焚燒，利用率很低，例如農作物秸稈多作為燃料進行燃燒這樣的一次性利用方式，不僅能量利用率只有10%，而且燃燒過程中產生的大量氮氧化物、二氧化硫、碳氫化合物及煙塵會直接污染大氣。又如，畜禽糞便很多都未經處理直接還田，這樣的一次利用方式不僅使其中含有的鈣、磷等營養物質得不到利用，而且嚴重污染周邊的水域、土壤等環境，影響人體健康。

　　國內外許多研究表明，農業廢棄物用作肥料既可解決廢棄物的出路問題，同時又可改良和培肥土壤。但是，現有技術處理農業廢棄物方法較為單一，多為將農業廢棄物直接進行發酵，制成的固體有機肥往往因為營養物質含量低、生產技術簡單、同行業競爭激烈等原因，經濟效益非常有限。

　　此外，這種發酵方法多只能處理一種或少數幾種廢棄物，且處理過程中有污染物二次排放的問題。除此以外，隨著農業栽培技術的發展，滴灌、噴灌等技術的應用也越來越廣泛，而固體有機肥已經很難適應這樣的施肥方式。

　　此外，對于油脂含量較高的餐廚垃圾、病死畜禽等農業廢棄物，由于脂肪和油脂較難分解，且會阻礙堆肥過程中的氣體交換，傳統的直接進行固體發酵堆肥的方法發酵周期長、有機物腐熟不完全，施用后作物易出現燒苗現象，作物生長不良造成減產。

　　更進一步地，傳統的發酵方法對所得的產物沒有選擇性，無法針對不同廢棄物的成分及特點進行最大限度的利用，再利用效果不佳。

　　因此，針對目前的技術現狀，亟需具有較好適應性能和推廣價值的技術，突破目前一種方式只能利用一種或少數幾種廢棄物的障礙，改善農業廢棄物利 用技術落后、利用率低的現狀，這不但具有良好的現實意義和環保價值，是目前本領域中的研究熱點和重點課題，更是本發明得以完成的動力所在和基礎所倚。

　　發明內容

　　為了解決上述現有技術中存在的問題，更為了提供全新的農業廢棄物綜合利用方法和肥料的制備方法，本發明的目的在于提供一種熱水處理廢棄物制備肥料的新穎方法，該方法可用于處理所有類型的農業廢棄物，尤其適用于油脂含量較高的餐廚垃圾、病死畜禽等農業廢棄物的利用，所述方法可以進行快速、無害化的處理，并可明顯提高被處理物的液相可浮油脫出量，減小油脂對后期處理的不良影響，對后續處理過程中固體有機肥的的發酵速度起到了明顯的加快作用。所制得的濃縮液體肥可以適應滴管、噴灌、噴施等施肥方式，施用簡單、見效快;有機肥料腐熟完全，養分含量高，施用安全有效。

　　為實現上述目的，具體地，本發明涉及如下幾個方面。

　　第一個方面，提供一種熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法，所述方法包括如下步驟：

　　S1：提供一種肥料制備裝置，所述裝置包括依次連接的絞碎混合機、水解反應釜、堿調節池、固液分離機，所述固液分離機分別連接下游的濃縮機和有氧堆肥車間;

　　S2：將農業廢棄物加入到所述絞碎混合機中進行混合絞碎，得到廢棄有機物;

　　S3：將所述廢棄有機物加入到所述水解反應釜中，開啟水解反應釜進行加熱和攪拌，控制水解反應釜的水解溫度，待混合物充分反應后停止加熱，得到預處理料;

　　S4：將所述預處理料加入到所述堿調節池中，并用堿或堿的水溶液調節pH值為8-12，然后進入所述固液分離機進行固液分離，得到液體和固體;

　　S5：將含氮、磷、鉀化合物(即含氮化合物、含磷化合物、含鉀化合物，下同)和螯合微量元素復合物與步驟S4得到的所述液體在濃縮機中進行剪切和濃縮，得到濃縮液體肥;

　　S6：將輔料加入到步驟S4得到的所述固體中，直至碳氮比為特定比例，并調節含水率至特定比例，混合均勻后在所述有氧堆肥車間進行有氧發酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有機肥料。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，作為一種優選的技術方案，在步驟S1和S2中，所述絞碎混合機包括絞碎機架，所述絞碎機架上固定安裝有粉碎筒體，所述粉碎筒體的軸線水平設置，所述絞碎機架上轉動安裝有由第一動力裝置驅動的轉子，所述轉子貫穿所述粉碎筒體，所述轉子與所述粉碎筒體同軸設置，所述粉碎筒體內沿軸向依次設有進料段、撕裂段和剪切段，位于所述進料段的所述粉碎筒體上開設有進料口，所述粉碎筒體的尾端開設有出料口，位于所述進料段的所述轉子上設有送料螺旋;位于所述撕裂段的所述轉子上設有若干動刀，若干所述動刀沿所述轉子的軸向且在所述轉子的表面呈螺旋狀布置，位于所述撕裂段的所述粉碎筒體上設有與所述動刀對應的若干定刀;位于所述剪切段的所述轉子上設有若干動剪刀，所述動剪刀沿所述轉子的軸向延伸且與所述轉子的軸線成一夾角，位于所述剪切段的所述粉碎筒體上設有若干靜剪刀。

　　其中，進一步優選的，所述粉碎筒體上位于所述出料口位置設有篩網。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，作為一種優選的技術方案，在步驟S3中，所述水解反應釜包括豎向設置的反應釜體，所述反應釜體內位于所述反應釜體的底部設置有出氣管，所述反應釜體內設有攪拌螺旋，所述反應釜體的外壁設有加熱盤管，所述反應釜體的外周包裹有保溫層，所述加熱盤管位于所述保溫層與反應釜體之間。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，作為一種優選的技術方案，在步驟S5中，所述濃縮機包括由第二動力裝置驅動且橫向設置的濃縮筒體，所述濃縮筒體內具有反應腔，所述反應腔一端為進料端，另一端為出料端，所述進料端安裝有進料筒，所述進料筒內轉動安裝有由第三動力裝置驅動的進料螺旋，所述進料筒上設有物料進口和添加劑進口，所述出料端設有由第四動力裝置驅動的壓榨脫水螺旋，所述出料端設有出料筒，所述壓榨脫水螺旋轉動安裝于所述出料筒內，所述出料筒上設有壓榨脫水區和物料出口。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S2中，所述農業廢棄物并無特別的嚴格限定，例如可為畜禽糞便、病死畜禽、作物秸稈、果殼、菌菇渣、飲料廠廢渣、食品廠廢料、餐廚垃圾、欄圈鋪墊料等中的任意一種或任意多種的任意組合，或者可為農業生產、農產品加工、畜禽養殖業和農村居民生活排放的廢棄物中的任意一種或任意多種的任意組合，本領域技術人員可進行合適的選擇與確定，在此不再進行詳細描述，但特別適用于處理油 脂含量較高的餐廚垃圾、病死畜禽等農業廢棄物。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S3中，水解反應釜的水解溫度為80-160℃，例如可為80℃、100℃、120℃、140℃或160℃，最優選為120℃;攪拌速度為80-100轉/分鐘;反應時間為10-30分鐘，例如可為10分鐘、20分鐘或30分鐘。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S4中，所述堿(即所述“堿”或“堿的水溶液”中所包含的堿)為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氧化鈣(遇水則生成氫氧化鈣)、氨水中的任意一種或任意多種的組合。

　　其中，當使用的是堿的水溶液時，則該水溶液中堿的質量百分比濃度(當為氨水時，則換算成NH3的質量百分比濃度)為10-20%，例如可為10%、15%或20%。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S4中，使用堿或堿的水溶液調節pH值為8-12，例如可為8、9、10、11或12，最優選為10。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S4中，所述堿調節池和固液分離機都是本領域中的常規設備和裝置，本領域技術人員可進行合適的選擇，在此不再進行詳細的描述。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S5中，所述含氮化合物為尿素、硝酸銨、硫酸銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、碳酸氫銨中的任意一種或任意多種的任意組合。

　　所述含磷化合物為磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉中的任意一種或任意多種的任意組合。

　　所述含鉀化合物包括磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、硫酸鉀、硝酸鉀、氯化鉀中的任意一種或任意多種的任意組合。

　　所述螯合微量元素復合物為質量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA鐵鈉(乙二胺四乙酸鐵鈉)、EDTA鋅鈉(乙二胺四乙酸鋅鈉)、EDTA銅鈉(乙二胺四乙酸銅鈉)、EDTA錳鈉(乙二胺四乙酸錳鈉)、硼酸和鉬酸鈉的混合物。

　　其中，所述螯合微量元素復合物中的“微量元素”是指上述各個物質組分中的鐵、鋅、銅、錳、硼和鉬(下同)。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S5中，相對于1L所述液體，含氮化合物的用量換算成含氮量為65-250g、含磷化合物的 用量換算成含五氧化二磷量為65-250g、含鉀化合物的用量換算成含氧化鉀為65-250g和螯合微量元素復合物的用量換算成含微量元素為2-30g。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S5中，濃縮的程度并沒有特別的限定，只要其方便使用、運輸等即可，本領域技術人員可進行合適的選擇與確定，在此不再進行詳細的描述。作為一種例舉，例如可濃縮至最終得到的濃縮液體肥中的有機質含量≥7g/L。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S6中，所述輔料為水稻秸稈粉、小麥秸稈粉、玉米秸稈粉、鋸末、麩皮、稻殼等中的任意一種或任意幾種的任意組合。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S6中，所述輔料的加入量為使得加入后所得到的總物料中的碳氮比為特定的比例即25-35∶1，也即總物料中所含的C總質量與所含的N總質量的比為25-35∶1，例如可為25∶1、30∶1或35∶1，最優選為30∶1。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S6中，將所述輔料加入到步驟S4得到的所述固體中后，將含水率調節至55-70%，即將加入輔料后得到的總物料中的水分的質量百分比含量調節到55-70%，例如可為55%、60%、65%或70%。

　　在本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法中，在步驟S6中，所述有氧發酵為發酵領域中的常規發酵方法，并可根據實際的發酵情況進行定期翻堆，直至完全腐熟，從而得到有機肥料，這些都是有氧發酵領域中的常規手段(有氧堆肥車間也是常規的處理車間)，本領域技術人員可進行合適的選擇與確定，在此不再進行詳細的描述。

　　如上所述，本發明提供了一種高溫高壓下酸處理農業廢棄物制備肥料的方法，所述方法通過使用特定的肥料制備裝置、獨特的處理工藝步驟和參數，從而可以取得諸多優異的技術效果，例如：

　　(1)在所述肥料制備裝置中，由于粉碎筒體內依次設置了進料段、撕裂段和剪切段，進料段可以滿足農業廢棄物進入粉碎筒體并向下游連續輸送，撕裂段不僅可以滿足大塊廢棄物的撕裂，還可以將一些硬質廢棄物進行初步破碎，剪切段可以將撕裂段輸送下來的大塊物料進一步切碎，尤其是植物殘體物料，在該區域更能夠得到充分粉碎，提高了該粉碎機的綜合性能，連續性強，生產效率高。

　　(2)所述肥料制備裝置中，由于水解反應釜設置了加熱盤管和攪拌螺旋，在反應過程中，使得物料更容易混合均勻，進一步提高了生產效率。同時，由于熱水水解溫度，而特別適用于餐廚垃圾、病死畜禽等油脂含量較高的農業廢棄物，可以進行快速、無害化的處理，并可明顯提高被處理物的液相可浮油脫出量，減小油脂對后期處理的不良影響，對后續處理過程中固體有機肥的的發酵速度起到了明顯的加快作用。

　　(3)通過特定的工藝處理步驟和工藝參數，從而可以同時得到具有優異良好營養價值的液體肥和為固體形式的有機肥料，能夠滿足多種不同的需求和需要，實現了產品多樣化，增加產品的種類、提高了經濟效益，實現了農業廢棄物的綜合利用，滿足了無廢氣、廢水及廢物二次排放的要求，更好地保護了農村及城市生活環境，實現可持續發展。

　　(4)所述的肥料制備裝置和肥料制備方法可適用于不同類型來源的農業廢棄物，達到了將各種不同類型來源的農業廢棄物均用同一種方法進行處理的目的，大大簡化了處理不同種類農業廢棄物時需要的設施和步驟，具有很強的通用性和適應性，便于大面積推廣。

　　(5)使用本發明裝置和方法得到的液體肥含有豐富的有機質、腐植酸、氨基酸等活性有機物質，能夠起到養分的控釋、活化和增效作用，在植物不同生長期噴施后均可起到提高作物產量、改善品質的作用。

　　(6)使用本發明的固液分離機分離出的固體制備得到的有機肥料，其肥效高、營養豐富、腐熟完全，其中的有機質和總養分含量高，施用安全有效。

　　因此，第二個方面，本發明還涉及通過上述方法而得到的濃縮液體肥和有機肥料。

　　如上所述，通過本發明方法得到的濃縮液體肥和有機肥料具有諸多優異效果，從而可在農業領域具有良好的應用前景和工業化生產潛力。

　　綜上所述，本發明的所述熱水處理農業廢棄物制備肥料的方法，通過獨特處理裝置和方法的使用，可以取得諸多有益效果，得到具有良好效果的濃縮液體肥和有機肥料，從而在農業廢棄資源利用領域具有良好的應用前景和工業化生產潛力。