一种美植砖的生产系统的制作方法

本实用新型总地涉及无土栽培，具体涉及一种美植砖的生产系统。

背景技术：

由于国家土地资源紧缺，无土栽培技术逐渐兴起。无土栽培主要依靠栽培基质给植物提供营养。有机生态型无土栽培是采用固体有机培养基来培育蔬果，这种方法耗能低，管理方便。培养基在栽培过程中起着至关重要的作用。目前培养基一般采用草炭为主要原料，草炭属于不可再生资源，由于其需求量逐年上升，导致培养基的基质成本价格较高。且如果不合理配置基质成份，栽培作物很容易出现营养不良的现象。此外，无土栽培基质普遍存在缓冲能力差的问题，导致后期水肥排出不顺畅，造成栽培作物出现烂根或营养吸收不充分。

生物炭是生物质在缺氧条件下不完全燃烧产生的富炭产物。常见的生物炭包括秸秆炭、木炭、花生壳炭等。生物炭含有酚羟基、羧基、醇羟基、烯醇基、磺酸基、氨基、醌基、羰基、甲氧基等多种基团。由于这些活性基团的存在，决定了生物炭具备较高的亲水性、离子交换性、络合能力及吸附能力，对土壤中铵根离子、硝酸盐有良好的吸附能力，也具有一定的保肥性能，施加到土壤中能够有效减少氮素的流逝。同时，生物炭中的醌基能抑制土壤中的脲酶活性，因而能有效抑制尿素水解成铵态氮过程，降低氨的挥发损失。生物炭施入土壤中能够增加土壤有机质含量，改良酸性土壤，吸附固定有机污染物及重金属等等。生物炭的这些特点使之能成为一种良好的肥料缓释剂，与化学肥料混合使用可明显提高肥料利用率，增加作物产量，对促进农业可持续发展具有重要作用。因此，采用生物炭作为无土栽培基质的原料具有很好的应用前景和意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种采用生物炭为原料的美植砖的生产系统。美植砖是一种有机无机相结合的无土栽培基质，专门适用于城镇居民小型空间如屋顶、阳台、露台或企业厂房屋顶等领域应用的新型有机蔬菜生产栽培基质。

本实用新型提供了一种美植砖的生产系统,其中,所述生产系统包括炭化单元、发酵单元、混匀单元和挤压单元。所述炭化单元包括粉碎秸秆进口、生物炭出口和高温油气出口；所述发酵单元包括进料口和腐熟料出口；所述混匀单元包括生物炭进口、腐熟料进口、肥料进口、粘结剂进口和混合料出口；所述挤压单元包括混合料进口和美植砖出口；所述炭化单元的生物炭出口连接所述混匀单元的生物炭进口，所述发酵单元的腐熟料出口连接所述混匀单元的腐熟料进口，所述混匀单元的混合料出口连接所述挤压单元的混合料进口。

优选地，根据前述的生产系统，其中，所述生产系统还包括高温油气直燃单元和发电单元。所述高温油气直燃单元包括高温油气入口、助燃气入口、烟气出口、水入口和蒸汽出口；所述发电单元包括蒸汽入口和冷凝水出口；所述炭化单元的高温油气出口连接所述高温油气直燃单元的高温油气入口，所述高温油气直燃单元的蒸汽出口连接所述发电单元的蒸汽入口。

更优选地，根据前述的生产系统，其中，所述生产系统还包括粉碎单元，所述粉碎单元包括秸秆入口和粉碎秸秆出口，所述粉碎秸秆出口连接所述炭化单元的粉碎秸秆入口；所述生产系统还包括打孔单元，所述打孔单元包括美植砖入口，所述美植砖入口连接所述挤压单元的美植砖出口。

再优选地，根据前述的生产系统，其中，所述发电单元分别连接所述挤压单元和所述打孔单元，所述发电单元产生的电能供所述挤压单元和所述打孔单元使用。

本实用新型所提供的生产系统不仅生产了美植砖，还资源化利用了农林废弃生物质。利用该系统生产美植砖的方法中，炭化过程可以增加秸秆生物炭的吸附能力，并杜绝了秸秆中携带的病虫害，且回收利用炭化过程中产生的油气能源。将化学肥料加入美植砖中，利用生物质炭化后的生物炭实现化学肥料的长效释放，且栽培过程中只需对作物浇水即可。

本实用新型制备的美植砖所用原料主要为秸秆、稻壳、畜禽粪便等农业废弃物，将废弃物变废为宝，使用4-5年后完全转为腐殖土，形态松散，透气性极佳，仍有很高的使用价值，可以重新循环到土地中。

附图说明

图1为本实用新型实施例的美植砖的生产系统；以及

图2为利用本实用新型实施例的生产系统生产美植砖的流程；

附图标记：

1、粉碎单元；2、炭化单元；3、混匀单元；4、发酵单元；5、打孔单元；6、挤压单元；7、高温油气直燃单元；8、发电单元。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种美植砖的生产系统,其包括炭化单元2、发酵单元4、混匀单元3和挤压单元6。炭化单元2包括粉碎秸秆进口、生物炭出口和高温油气出口。发酵单元4包括进料口和腐熟料出口。混匀单元3包括生物炭进口、腐熟料进口、肥料进口、粘结剂进口和混合料出口。挤压单元6包括混合料进口和美植砖出口。炭化单元的生物炭出口连接混匀单元的生物炭进口，发酵单元的腐熟料出口连接混匀单元的腐熟料进口，混匀单元的混合料出口连接挤压单元的混合料进口。

粉碎后的农作物秸秆输送至炭化单元2进行炭化得到生物炭和高温油气。混合锯末、稻壳、豆渣、甘蔗渣和畜禽粪便得到发酵原料，输送至发酵单元4进行发酵7-10天得到腐熟料。生物炭和腐熟料输送至混匀单元3，与肥料和粘结剂一起进行混匀得到混合料。混合料输送至挤压单元6进行挤压即可得到美植砖。

其中，炭化单元2的内部为高温绝氧环境，优选为炭化炉，高温油气从炭化炉炉膛出气口(即高温油气出口)出来。炭化单元2具体可为无热载体蓄热式旋转床炭化炉，其炭化效率高，达到86％以上，高温油气出口设置在该炭化炉的炉顶位置，生物炭出口经双螺旋出料机连接混匀单元的生物炭进口。

在一种实施方案中，生产系统还包括高温油气直燃单元7和发电单元8。高温油气直燃单元7包括高温油气入口、助燃气入口、烟气出口、水入口和蒸汽出口。发电单元8包括蒸汽入口和冷凝水出口。炭化单元的高温油气出口连接高温油气直燃单元的高温油气入口，高温油气直燃单元的蒸汽出口连接发电单元的蒸汽入口。高温油气直燃单元7具体可为直燃锅炉。发电单元8具体可为蒸汽轮机。

将炭化农作物秸秆得到的高温油气输送至高温油气直燃单元7进行燃烧以加热水产生蒸汽；将得到的蒸汽送入发电单元8以产生电能。回收利用了炭化过程中产生的油气能源。

在一种实施方案中，生产系统还包括粉碎单元1，粉碎单元1包括秸秆入口和粉碎秸秆出口。粉碎秸秆出口连接炭化单元的粉碎秸秆入口。将农作物秸秆送入粉碎单元粉碎至10cm以下以得到粉碎后的农作物秸秆。

在一种实施方案中，生产系统还包括打孔单元5，打孔单元5包括美植砖入口，美植砖入口连接挤压单元的美植砖出口。将美植砖输送至打孔单元5进行打孔，孔数量为4-40孔，孔径为20-80mm。

在一种实施方案中，发电单元8可分别连接挤压单元6和打孔单元5，发电单元产生的电能供挤压单元6和打孔单元5使用。

如图2所示，本实用新型还提供了一种使用上述任一生产系统生产美植砖的方法，其中，方法包括：

(1)将粉碎后的农作物秸秆送入炭化单元进行炭化得到生物炭和高温油气。炭化过程可以增加秸秆生物炭的吸附能力，并杜绝了秸秆中携带的病虫害。在一些实施例中，炭化温度为400-700℃，时间为30-60min，生物炭中挥发分的含量低于7％，无病原菌及虫卵的携带

(2)将锯末、稻壳、豆渣、甘蔗渣和畜禽粪便混合成发酵原料，送至发酵单元进行发酵7-10天得到腐熟料，发酵温度为25-35℃；发酵原料的碳氮比为15-25，在该条件下微生物可以有效地分解和利用大分子的碳源并将其转化为腐殖物质和二氧化碳，缩短发酵时间。

(3)将步骤(1)得到的生物炭和步骤(2)得到的腐熟料送入混匀单元，与肥料和一起进行混匀得到混合料。所述肥料优选为氮磷钾及中微量元素肥料.所述粘结剂优选为膨润土或凹凸棒。在一些实施例中，生物炭：腐熟料：肥料：粘结剂的质量比为1-4:1-4:1-4:0.2-2，在该条件下养分的供应来自于自身有机物的分解，化肥，以及生物炭中多种微量元素和磷钾元素，通过生物炭的吸附作用可持续地为植物生长所需的养分，另一方面生物炭及腐熟料具有良好的吸水性与保水性，以及适当的孔隙率，从而保证在以后的植物生长过程中具有极佳的透气性排水性，比普通土壤节约用水。

(4)将步骤(3)得到的混合料送入挤压单元进行挤压得到美植砖，挤压压力为50-150兆帕。美植砖具体可为块状，长宽厚大小分别为300-800mm*100-500mm*3-10mm，机械强度为12-18N。美植砖利用生物炭的吸附能力实现化学肥料的长效释放。

在一种实施方案中，方法还包括：将步骤(1)得到的高温油气送入高温油气直燃单元进行燃烧以加热水产生蒸汽；将得到的蒸汽送入发电单元以产生电能。

在一种实施方案中，方法还包括：将农作物秸秆送入粉碎单元粉碎至10cm以下以得到粉碎后的农作物秸秆。

在一种实施方案中，方法还包括：将步骤(4)得到的美植砖送入打孔单元进行打孔，孔数量为4-40孔，孔径为20-80mm。

实施例

本实施例采用本实用新型提供的生产系统制备美植砖。原料为小麦秸秆和玉米秸秆。

生产方法为：

(1)原料预处理：利用粉碎机将500kg小麦秸秆和500kg玉米秸秆破碎至10cm以下。

(2)炭化：将第(1)步产生的粉碎后的秸秆送至炭化炉，炭化温度为450℃，炭化时间为30min。炭化过程中产生的高温油气向上通过管道输送至直燃锅炉，250kg生物炭通过输送螺旋送入混匀单元。

(3)油气直燃：将第(2)步产生的高温油气在直燃锅炉内燃烧，产生980kg蒸汽，送至蒸汽轮机。

(4)发电：将第(3)步产生的蒸汽进行蒸汽轮机发电，产生的电能，供挤压单元和打孔单元使用。

(5)发酵：将锯末、稻壳、豆渣、甘蔗渣、畜禽粪便按照1:2:1:1:1:5的质量比，并按重量百分比添加1％的EM菌剂，制备100kg的腐熟料，发酵时间7-10天。

(6)混匀：将第(2)步产生的250kg的生物炭，第(5)步产生的100kg腐熟料，掺混150kg的氮磷钾以及中微量元素肥料，以及10kg的粘结剂进行混匀，得到500kg混匀物料。

(7)挤压：将第(6)步产生的500kg混匀物料送入挤压单元，在100MPa压力条件下，进行挤压成型，制成450*250*5mm见方的砖坯，每块砖坯约为1.5kg。

(8)打孔：将第(7)步产生的砖坯进行打孔，制成15孔，孔径50mm的美植砖。

该美植砖的强度为15N。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。