以生物酶预处理+氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆提取黑液生产黄腐酸钾有机肥的方法与流程

本发明属于造纸技术领域的延伸，拓展到农业生产有机肥料领域，具体涉及一种以生物酶预处理+氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆过程中产生的黑液中提取黄腐酸钾有机肥的方法。

背景技术：

目前造纸厂的蒸煮普遍使用化学药品溶出、脱除木素的反应过程，一般的化学法制浆，不但要用到各种化学药品，而且成本高、能耗大，若将制浆产生的黑液直接排入污水处理厂，会大大增加污水处理的费用。

肥料是作物生长所需养分的直接或间接供给体，具有改良土壤性状，提高作物产量和品质的功能。但是长期以来，田间大量或过量施用化肥，不仅造成了土壤肥力利用率低，养分不均衡，土壤板结，土壤微生物群落失衡等问题，而且造成环境污染、重化肥轻有机肥等一系列现象。因而无公害已作为人们对食品和蔬菜质量安全的衡量标准，故在此种情况下实现生物有机肥类型的多元化生产便提上日程。这也是保护土壤肥力与农村环境，实现循环经济的需要。

国家知识产权局公开的《钾碱+黑液回收制浆法》的专利申请（专利申请号：96118204.0）仅涉及到制浆黑液的回收利用，并未涉及用于生产肥料。《利用氢氧化钾碱法造纸制浆黑液生产肥料的方法》（专利申请号：03122742.2）,虽然谈到了利用氢氧化钾碱法造纸制浆黑液生产肥料，但提到的制备原材料和制备工序过于宽泛，不具体和不明确，实际操作中难以具体实施。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种以生物酶预处理+氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆提取黑液生产黄腐酸钾有机肥的方法。其方法是充分利用农作物秸秆中所含的的黄腐酸等有机质利于农作物生长的先天条件。首先将玉米秸秆经过湿法备料后进入生物酶预处理仓在一定的温度下对玉米秸秆进行预处理，经过预处理的玉米秸秆，保留了秸秆中氮、钾、钙、镁、硫、硅等无机养分。在预处理仓内特别指出的是使用新型生物酶（特殊菌种培养的生物酶），预处理液使用蒸煮后的黑液。预处理后的玉米秸秆经过单螺旋挤草机挤后利用皮带运输机进入螺旋预浸机与配制好的氢氧化钾药液混合进入40m3的蒸球进行蒸煮。蒸煮后的黑液作为预处理液又返回到生物酶预处理仓作为生物酶的预处理液。单螺旋挤草机挤后的黑液当中富含黄腐酸钾及多种微量元素，是农作物所必须的营养元素。然后将这些黑液经过过滤后输送进入蒸发工段进行蒸发浓缩成浓黑液。蒸发后的黑液在配料罐内通过添加一定量的农作物所需的营养元素，然后将浓黑液通过喷浆造粒技术、热冷筛分系统最终生产出具有高活性的富含天然黄腐酸钾的有机肥。本发明改变原来的蒸煮方式，利用生物酶预处理新技术，对玉米秸秆进行生物酶预处理，降解木素，对环境无污染，将玉米秸秆的木素降解成低分子木素，增加了木素的溶出和被抽提的能力，从而实现木素与纤维素、半纤维素的分离。最重要的是玉米秸秆经过生物酶预处理后，在一定的温度条件下生成富含天然的黄腐酸，而且保留了农作物玉米秸秆秸秆中本身含有丰富的有机质、氮、磷、钾及其微量元素。经过预处理后的玉米秸秆再使用氢氧化钾碱法制浆，大大降低用碱量，蒸煮后的黑液作为生物酶预处理液通过泵打回至预处理仓。

本发明的目的按下述技术方案实现：一种以生物酶预处理+氢氧化钾碱法玉米秸秆提取黑液生产黄腐酸钾有机肥的方法，主要包括生物酶预处理玉米秸秆提取预处理黑液、氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆蒸煮黑液的提取和黄腐酸钾有机肥成品生产三部分，其中，生物酶预处理玉米秸秆提取预处理黑液包括：湿法备料、生物酶预处理玉米秸秆、富含黄腐酸钾黑液的贮存；氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆蒸煮黑液的提取包括：生物酶预处理玉米秸秆的挤压、预浸机内玉米秸秆与氢氧化钾药液的混合、蒸球蒸煮喷放、蒸煮后黑液的的收集贮存；黄腐酸钾有机肥成品生产包括：黑液蒸发浓缩、喷浆造粒机、热冷筛分系统、有机肥成品包装。本发明使用的是天然有机肥原料，不同于从其他煤质中提取黄腐酸，提取的黑液当中的天然黄腐酸在蒸煮过程中与氢氧化钾反应生产富含黄腐酸钾的黑液，黑液当中富含多种微量元素，是农作物所必须的营养元素。本发明将玉米秸秆预处理后通过单螺旋挤草机挤出的黑液，通过蒸发浓缩过程，制得高浓度的黑液，提取其中的有机质。然后将浓黑液通过喷浆造粒技术生产出高活性的黄腐酸钾有机肥料。

（1）生物酶预处理玉米秸秆后黑液提取的工艺参数为：

生物酶用量：3.5%（以玉米秸秆绝干量为基准）；

生物酶预处理温度：50℃；

芦苇干度：18-20%；

生物酶预处理时间：55h(玉米秸秆与生物酶进行反应温度达到55℃开始计时)，条件：8≤PH≤10；T=55-57℃；

提取黑液浓度：8-10%；

提取黑液温度：80℃。

（2）氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆黑液的工艺参数：

氢氧化钾：9-10%（没有经过生物酶预处理用碱量为14-15%（玉米秸秆绝干量）；

液比：1:3.1-3.5；

玉米秸秆蒸煮全程时间为：190分钟。

上述（1）、（2）条件下黄腐酸钾有机肥生产的工艺参数：

蒸发浓缩后黑液浓度：45%；

蒸发浓缩后黑液温度：60℃；

造粒机机头温度：400-500℃；

造粒机机尾温度：100-110℃；

喷浆压力：0.25-0.45MPa；

产品粒度（1.00-4.75mm）:≥90%；

有机质的质量分数（以烘干计）：≥45%；

总养分的质量分数（以烘干计）：≥5.0%；

水分（鲜样）的质量分数（以烘干计）：≤30%；

酸碱度：PH=5.5-8.5。

本发明具有如下显著效果：

1．以农作物玉米秸秆为原料，采用生物酶预处理技术和氢氧化钾蒸煮工艺，最终提取生物酶预处理后玉米秸秆通过单螺旋挤浆机挤出的黑液，经过喷浆造粒技术生产的黄腐酸钾有机肥，具有如下显著功能：

（1）改良土壤团粒结构，疏松土壤，提高土壤的保水保肥能力，调节PH值，降低土壤中重金属的含量，减少盐离子对种子和幼苗的危害。

（2）固氮、解磷、活化钾。特别是对钾肥的增效尤为明显，起到增根壮苗、抗重茬、抗病、改良作物品质的作用。

（3）强化植物根系的附着力和快速吸收能力，特别是对由于缺乏微量元素而导致的生理病害有明显的效果。

2.有机肥生产采用喷浆造粒技术，颗粒小，水分少，硬度大，可机播，全水溶性、高活性，能促进植物抗病、高产、绿色等优势。

3.减少废液排放，大大降低污水处理费用，无需进行常规碱回收，降低运行成本。

4.本发明玉米秸秆的大量收集采购需要大量的人力物力，解决当地部分人员的劳动就业问题，社会效益显著。

附图说明

图1为本发明氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆黑液蒸煮工艺曲线图。

图2为本发明生物酶预处理玉米秸秆后提取黑液工艺流程图。

具体实施方式

本发明技术方案具体实施方式为生物酶预处理玉米秸秆提取黑液、氢氧化钾碱液玉米秸秆制浆产生预处理黑液和黄腐酸钾有机肥成品的生产三部分：

1. 生物酶预处理玉米秸秆后黑液的提取

1.1湿法备料：

采用从农民手中收购来的玉米秸秆，输送到切草机切削成15-30mm长的料片，经羊角除尘器除尘后，用皮带运输机输先后经过鼓式洗涤机、水力洗草机洗后脱水，至下道工序。

1.2生物酶预处理玉米秸秆后提取的黑液：

经湿法备料来的洗涤脱水后的玉米秸秆经皮带运输机输送至生物酶预处理仓，按照预处理工艺使用特殊菌种培养的生物酶对洗涤后的玉米秸秆进行生物酶预处理。生物酶预处理过的玉米秸秆进入单螺旋挤草机进行挤压，挤压后玉米秸秆入料片仓供蒸煮装球使用。挤出来的的黑液浓度为8-10%，温度约80℃，输送至黑液贮存池待输送至黑液贮存池待生产有机肥料使用。

备注：预处理黑液来自氢氧化钾碱法玉米秸秆蒸煮后的单螺旋挤浆机挤后的黑液。

1.3主要设备：

辊式切草机：12t/h

鼓式洗涤机:8 m³

水力洗草机：60 m³

草浆泵：450 m³/h,H=20m

斜螺旋脱水机；200t/d，900*7000mm

生物酶预处理设备：9200 m³

单螺旋挤草机：ZLYA1100,直径750mm

移动卸料小车：B=1200mm，L=120m。

1.4工艺流程：

收购的玉米秸秆经切草机、除尘器、皮带运输机、洗涤机、洗草机、脱水机、皮带运输机进入到生物酶预处理仓，再经过挤草机，挤出的黑液经氢氧化钾碱法制浆、黑液储存槽，到生物酶预处理仓；经挤草机挤出的液渣到黑液储存池。

1.5生物酶预处理玉米秸秆后提取黑液的工艺参数：

生物酶用量：3.5%（以玉米秸秆绝干量为基准）；

生物酶预处理温度：50℃；

玉米秸秆干度：18-20%；

生物酶预处理时间：55h(玉米秸秆与生物酶进行反应温度达到55℃开始计时)，条件：8≤PH≤10；T=55-57℃；

提取黑液浓度：8-10%；

提取黑液温度：80℃。

2．氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆提取预处理液

2.1装球制浆提取黑液

从单螺旋挤浆机出来的预处理后的玉米秸秆通过皮带运输机进入预浸机与氢氧化钾药液混合输送至40m3的蒸球进行蒸煮制浆提取蒸煮后的黑液作为生物酶预处理黑液。

2.2氢氧化钾碱法玉米秸秆制浆黑液的工艺参数：

氢氧化钾：9-10%（没有经过生物酶预处理用碱量为14-15%（芦苇绝干量）；

液比：1:3.1-3.5；

玉米秸秆蒸煮全程时间为：190分钟。

2.3 主要设备

蒸球：40m3 ；

皮带运输机：12.5t/h ,L=45m；

预浸螺旋输送机：螺旋直径Ф800mm，螺旋转速 88r／min；

喷放锅：100m3,出浆浓度3-4%；

单螺旋挤浆机：P3NB20-326-B5-96。

2.4工艺流程

生物酶预处理后的玉米秸秆—皮带运输机—预浸螺旋输送机—蒸球—喷放仓—单螺旋挤浆机—黑液贮存池—生物酶预处理仓。

3.黄腐酸钾有机肥生产

3.1黑液蒸发浓缩：

来自生物酶预处理后的玉米秸秆，通过单螺旋挤草机挤出的黑液，进入黑液过滤机过滤后，依据黑液蒸发流程送入七体五效蒸发器进行黑液的蒸发浓缩，浓缩成浓黑液，黑液浓度：45%，温度:60℃,贮存制肥待用。

3.2黄腐酸钾有机肥的生产

由蒸发来的浓黑液，经养分和PH调配后通过喷浆造粒机、滚动筛分机、滚筒冷却机、包膜机直至生产出合格的成品有机肥。

备注：黑液残碱较多，属于强碱性，使用磷酸或硫酸进行定量调节。调节PH值=5.5-8.5。

3.3主要设备：

板式蒸发器：设计压力: 壳体0.095MPa ；加热器0.3MPa；

换热面积: 640㎡；

喷浆造粒烘干机：Φ4250×14000mm，筒体转速4.2 r.p.m；

滚动筛分机：筛体转速12.5r/min，生产能力10~12t/h；

滚筒冷却机：Φ1800×18000mm，筒体转速n=5r.p.m；

提升机：H=13m,70m³/h；

包膜机：筒体转速n=13r.p.m；

旋风除尘器：Φ3.8×10；

文丘里洗涤塔：5×4.2m。

3.4工艺流程：

来自生物酶预处理后的玉米秸秆，经过单螺旋挤浆机挤后的黑液—配料罐—蒸发浓缩—喷浆造粒机—滚动筛分机—滚筒冷却机—包膜机—成品入库待售。

3.5工艺参数：

蒸发浓缩后黑液浓度：45%；

蒸发浓缩后黑液温度：60℃；

造粒机机头温度：400-500℃；

造粒机机尾温度：100-110℃；

喷浆压力：0.25-0.45MPa；

产品粒度（1.00-4.75mm）:≥90%；

有机质的质量分数（以烘干计）：≥45%；

总养分的质量分数（以烘干计）：≥5.0%；

水分（鲜样）的质量分数（以烘干计）：≤30%；

酸碱度：PH=5.5-8.5。

本发明是以玉米秸秆为原料，充分利用农作物玉米秸秆当中含有的丰富的有机质、氮、磷、钾和微量元素。采用生物酶预处理新技术+氢氧化钾碱法制浆，提取生物酶预处理后的黑液，通过单螺旋挤草机挤出的黑液，经过制肥工序生产出黄腐酸钾有机肥。在采用生物酶预处理新技术的过程中产生的黑液和钾碱制浆产生的黑液没有直接排入污水处理厂处理，而是将其变废为宝，提取其中的有机质，通过蒸发浓缩生产出活性高的黄腐酸钾有机肥。本发明消除黑液污染，降低治污成本，不仅增加了收入，而且解决了一部分人员的劳动就业问题，产生良好的经济效益和社会效益。