一种废弃生物质制备新型液体有机肥的新工艺的制作方法

本发明涉及废弃生物质处理处置，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物资源化利用新技术，尤其适合于数量巨大的畜禽粪便、厨余垃圾、动物屠宰废弃物等高蛋白质类废弃生物质的高附加值资源化利用。
背景技术：
：液体肥料因具有养分均衡可调、配方灵活可控、便于精准施肥和机械作业等优点，受到越来越多的关注。作为一个农业大国，我国肥料消费量世界第一，但在大量的肥料消费中，液体肥料的所占的比重非常小。实现肥料养分精准管理和高效利用已成为一个亟待解决的问题。液体肥料高利用率高可以大幅降低施肥量，既节约农业成本又减轻了环境污染。液体肥料配方灵活可控，可以根据作物生长时期或作物的种类复配营养元素，做到科学平衡施肥。目前，集约化经营规模下水肥一体化的农业发展的趋势为液体肥料的发展提供了广阔的空间。另一方面，我国每年产生大量废弃生物质如畜禽粪便、厨余垃圾、家禽屠宰加工废弃物等，其不及时或不正确的处理已经造成了严重的环境污染。生物质能是唯一可以提供含碳实物产品的可再生资源。将废弃生物质转化为液体肥料回田使用，具有重要的现实意义。本发明以可再生的废弃生物质为原料制备新型液体肥料，在提升土壤肥力的同时也为大量废弃生物质找到了一条行之有效的高附加值利用途径。技术实现要素：本发明针对我国土壤肥力下降，结合我国废弃生物质资源丰富的优势，确立了一种以废弃生物质为原料制备新型液体肥的新工艺。具体工艺包括：将废弃生物质在特定碱性条件下完全液化处理或液化生物质与商品肥复配作为新型液体肥料。所述的水热液化步骤为，首先将废弃生物质与水混合进行碱性条件下的水热处理(新鲜的生物质如厨余垃圾、新鲜畜禽粪便、家禽屠宰废弃物等无需加入水分)，废弃生物质干基重量与水的质量比为1:1-1:20(保证含水率50％以上)；废弃生物质干基质量与无机碱的重量比为1:0.5-1:5)。所述的水热液化处理步骤中，水热温度为优选180-250℃,水热处理时间优选为30-240min，升温速率优选小于10℃/min。制备工艺特征是：将废弃生物质、水混合进行共水热液化处理(废弃生物质干基重量与水的重量比为1:1-1:20，新鲜的生物质如厨余垃圾、新鲜畜禽粪便、家禽屠宰废弃物等无需加入水分)，完全液化后的产物或处理产物与商品肥复配即为新型液体有机肥。制备工艺特征是：所述的废弃生物质为厨余垃圾、畜禽粪便、厨余垃圾、动物内脏等。由此得到的新型液体有机肥具有有机质丰富、氨基酸与小分子腐殖酸含量高等特点，具有肥效高、养分完全等优点。该工艺的效果受水热液化温度、水热液化时间、水热升温速率、无机碱的加入量等因素的影响。本发明的优点如下：创新性引入碱性水热液化处理即废弃生物质在无机碱存在的条件下进行快速、完全的水热液化处理。水热处理过程中少量的木质纤维素生物质组分纤维素、半纤维以及木质素均发生彻底的水解而完全液化。其中纤维素以及半纤维水解产物为葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖等单体以及寡聚糖等，这些小分子碳水化合物完全可以被作物吸收利用；而对于木质素，水热降解的产物主体结构为芳环结构，由于木质素中的高含氢、氧元素以及碱性水溶液的存在发生亲核取代而生成苯环连有羧基、羟基、羰基、醌基、甲氧基等官能团结构，即液化产物为小分子腐殖酸有机物。现有的生物质基腐殖酸肥料通过生物转化制备，并且由于酚类化合物对微生物的毒害作用等，生物方法制备的腐殖酸有机肥一般腐殖酸分子量大，作物难以吸收等缺点。另外，对于废弃生物质中的蛋白质，碱性条件下完全水解产物为氨基酸小分子或者短链多肽(一般小于五肽)。现有研究已经表明氨基酸作为小分子有机氮化合物，其施用能促进植物对氮磷钾的吸收和植物物质积累，改善作物品质，提高作物抗性，促进作物生长发育。本发明中加入无机碱可以同时达到以下目的：(1).适量的无机碱作为催化剂会提高生物质的水热液化效率，同时加入无机碱后氢氧根离子会与质子(酸性条件下水热液化产物含有一定量的无机酸)发生中和提高了生物质水解产物离子化程度，提升作物的吸收程度；(2).适量的无机碱可以平衡液体肥的酸碱度，达到针对不同土壤特性使用的目的；(3).加入的无机碱中的组分如钾、碳酸盐等均是作物生长必须的营养成分。水热碱性处理影响肥效的原理如附图1所示。废弃生物质(干基)与无机碱的混合比例在1:0.5-1:5(质量比)之间。过低的无机碱加入量导致催化水热液化作用不明显即液化不完全；而过高的无机碱加入量因造成液体肥的高碱性从而破坏土壤中微生物群落、导致土壤肥力下降。水热过程中废弃生物质(干基)与水的混合比例优选在1:1-1:15之间；温度优选介于180度到250度之间，处理时间为30-240分钟,升温速率小于10℃/min。水的加入量太低，温度太低以及处理时间太短导致生物质液化不充分，水热后液体产物中含有较多大分子片段，这些中间体大分子不仅不稳定而且不利于作物吸收；而太高的水加入量、过高的温度以及过长的处理时间不仅大大增加水热液化处理过程的能耗，而且也会造成生物质彻底降解为气体产物而造成营养元素的损失。另外，过高的加热速率会导致生物质降解的中间产物之间发生二次聚合反应而固化，从而降低液化效率或直接发生炭化。优选条件下水热生物质(液体有机肥)中的有机物大多为高活性、小分子离子型化合物，所以有机肥进入土壤后高活性的小分子化合物可以迅速被作物吸收利用。此外也可将液化后的生物质与商品肥进行复配增加液体肥的营养元素的含量。本发明中废弃生物质可以为畜禽粪便、厨余垃圾、家禽屠宰废弃物等。下面结合说明书附图及实施方案进一步阐述本发明的内容。附图说明图1碱性水热液化处理对肥料性能的影响机制示意图。图2新型液体有机肥的生产工艺流程示意图。具体实施方式本发明利用畜禽粪便、厨余垃圾、家禽屠宰废弃物等制备新型液体有机肥。厨余垃圾即为生活垃圾分类后的厨余垃圾；畜禽粪便包括猪粪、鸡粪、牛粪等；家禽屠宰废弃物包括家禽宰杀过程中产生的废弃物包括动物毛皮、内脏等。实施例11.新型液体有机肥的制备废弃生物质采用厨余垃圾(收集自北京魏公村小区厨余垃圾收集桶)。将新鲜厨余垃圾(含水量约为89％)粉碎至小于20mm,备用。1)将粉碎后的厨余垃圾与碳酸钾以1：0.5的比例混合后放入水热反应釜中；2)将反应釜搅拌条件下以5℃/min的升温速率加热至190℃并保持80分钟；水热处理完毕后通过电扇和内部循环冷却水对反应器进行冷却，冷却后固液分离除去少量的固体产物即得所述新型液体有机肥。2.液体有机肥肥效测定液体有机肥综合性能评价指标包括总养分含量、腐植酸含量、游离氨基酸含量、水不溶物含量、重金属含量。水不溶物含量检测方法参照《水溶肥料水不溶物含量和ph值的测定标准》(nyt1973-2010)。腐植酸含量检测方法参照《含腐植酸水溶肥料》(ny1106-2010)。总养分检测方法参照《大量元素水溶肥料》(ny1107-2010)。重金属含量检测方法参照《水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》(ny1110-2010)。液体肥质量标准按照《含腐植酸水溶肥料》(ny1106-2010)和《含氨基酸水溶肥料》(ny1429-2010)标准要求。表1.厨余垃圾制备的新型液体有机肥产品指标项目指标有机质含量％9.5腐殖酸含量％6游离氨基酸％1.2大量元素含量％19中量元素含量％1.2微量元素含量％0.3水不溶物含量％无ph(1:250倍稀释)6.5汞(hg)(以元素计)mg/kg未检出砷(as)(以元素计)mg/kg未检出镉(cd)(以元素计)mg/kg未检出铅(pb)(以元素计)mg/kg未检出铬(hg)(以元素计)mg/kg未检出实施例2新型液体有机肥的制备中废弃生物质分别采用鸭屠宰废弃物(内脏、毛皮等)。1.液体有机肥的制备1)将屠宰废弃物、氢氧化钾按照重量比为1:1，放入水热反应釜中。2)将反应釜搅拌条件下以5℃/min的升温速率加热至160℃并保持120分钟；水热处理完毕后通过电扇和内部循环冷却水对反应器进行冷却，冷却后固液分离除去少量的固体产物即得所述新型液体有机肥。2.液体有机肥肥效测定方法如实施例1相同。表2.鸭子屠宰废弃物制备的新型液体有机肥产品指标项目指标有机质含量％13.4腐殖酸含量％0.8游离氨基酸％9.2大量元素含量％42中量元素含量％0.67微量元素含量％0.18水不溶物含量％无ph(1:250倍稀释)7.2汞(hg)(以元素计)mg/kg未检出砷(as)(以元素计)mg/kg未检出镉(cd)(以元素计)mg/kg未检出铅(pb)(以元素计)mg/kg未检出铬(hg)(以元素计)mg/kg未检出从表1和表2可以看出在本发明制备的新型液体有机肥含有丰富的作物需要的营养成分(有机质、小分子腐殖酸、氨基酸等)，且其中毒害组分如重金属的含量远远低于水溶肥要求的重金属含量上限。因此，本发明制备的新型液体有机肥完全可以作为液体肥进行使用。另外本发明制备的液体肥以废弃生物质为原料，制备过程简单，快速且无二次污染，因此是具有环境友好、成本低廉等诸多优点的新型液体有机肥。当前第1页1 2 3 

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