一种明胶固废制备土壤改良剂的方法与流程

文档序号:14665829发布日期:2018-06-12 19:05
一种明胶固废制备土壤改良剂的方法与流程
本发明涉及明胶行业固体废弃物的处理处置,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。
背景技术
:随着明胶在各个领域的广泛应用,明胶生产量日益增加。伴随着明胶的生产,大量的固体废弃物产生(明胶固废)。明胶固废中除骨粉外还含有大量的易生物降解的有机物质,在存储和运输过程中容易腐烂变质,不及时或者不正确的处理会产生高浓度有机废液,同时释放大量的恶臭气体,对水环境、大气环境和人体健康危害较大。当前,明胶固废的处理处置已经成为明胶生产行业难点问题之一。一方面,明胶固废中含有大量蛋白质等有机物以及磷酸钙,羟基磷酸钙等无机成分,是典型的资源化属性相对突出的固体废弃物,具有重要的资源化利用前景。因此,开发新的技术实现明胶生产固废的快速资源化利用,解决目前存量巨大的明胶生产固废处理处置,提高明胶生产的经济竞争性,降低环境负荷迫在眉睫。另一方面,随着土地高强度的利用,土壤生态功能不断退化,如何提高土壤肥力、提升土壤可持续生产能力已经成为摆在我们这样一个农业大国面前的重要的研究课题。本发明以明胶固废为原料制备土壤改良剂,在改良土壤功能的同时也为大量明胶固废找到了一条行之有效的高附加值利用技术。技术实现要素:本发明针对我国土壤功能退化严重,明胶固废大量堆存造成环境污染的现状,确立了一种以明胶固废为原料制备土壤改良剂的新工艺。具体工艺包括:将明胶固废在一定条件下单独炭化或与其他废弃生物质如牛粪等进行共炭化所得固体产物即为所述土壤改良剂。一种明胶固废制备土壤改良剂的制备方法,其特征在于:明胶固废在特定条件下进行低温炭化,炭化产物即为所述的土壤改良剂。根据权利要求1所述的固废明胶制备土壤改良剂的制备方法,其特征是:所述的炭化在无氧或绝氧的气氛中进行。根据权利要求1和2任意一项所述的固废明胶制备土壤改良剂的制备方法,其特征是:,炭化温度优选为150-350℃。根据权利要求1-3任意一项所述的固废明胶制备土壤改良剂的制备方法,其特征是:炭化时间优选为20-90min。根据权利要求1-4任意一项所述的固废明胶制备土壤改良剂的制备方法,其特征是:炭化升温速率优选1℃/min-20℃/min;载气流速优选<100ml/min。根据权利要求1-5任意一项所述的固废明胶制备土壤改良剂的制备方法,其特征是:明胶固废可以与其他的废弃生物质如秸秆、畜禽粪便、市政污泥和/或厨余垃圾进行共炭化处理。由此得到的土壤改良剂可以提高土壤的持水保肥能力,提高土壤的生产功能。该改良剂的土壤改良效果受炭化温度、炭化时间、载气流速、其他生物质共处理等因素的影响。本发明的优点如下:明胶固废在缺氧或绝氧的氛围中进行炭化。1.在缺氧或绝氧的氛围中,明胶固废加热过程中含有的有机物主要发生脱氧、脱羧等反应进行炭化。明胶固废中含有的生物易分解物质通过炭化反应进行稳定化从而变得难以生物降解。另外热处理过程中明胶固废中含有的病原体以及微生物等得到彻底的去除,无害化彻底;2.炭化过程中随着小分子有机物的脱离明胶固废的内部会形成不同的孔状结构,其中含有大量的纳米孔结构,而这些孔状结构对于提高土壤的透气性以及持水保肥能力至关重要,此外,孔结构也利于改良剂与土壤之间的物质交换;3.炭化过程中明胶固废中的蛋白质等含有的氮元素通过炭化一部分变为无机铵氮,同时一部分进入碳骨架(如吡啶氮、吡咯氮等)变得稳定,从而实现了氮元素的梯级利用(如图1所示)。炭化的温度优选介于150度到350度之间。温度太低会因明胶固废中的有机物质炭化不彻底而导致炭化明胶固废孔结构不发达和生物不稳定,而太高的炭化温度会导致炭化明胶固废中碳元素的结晶化程度太高造成其活性低下;同时,太高的炭化温度还会导致炭化明胶固废产率太低、孔结构坍塌以及大大增加处理的能源消耗。优选的温度范围中炭化明胶固废中的碳元素无定型化程度非常高,所以,进入土壤后其中高活性的无定型碳会快速转化为土壤中的有机质。处理时间优选为20-90分钟。太短的炭化时间明胶固废炭化反应不充分而太长的时间会使得明胶固废因过度的炭化反应导致其产率太低、孔结构坍塌以及能耗增加。炭化升温速率优选1℃/min-20℃/min;载气流速优选<100ml/min。太低的升温速率会降低炭化处理的效率而过高的炭化速率会使得明胶固废降解生成的小分子有机物逸出从而降低炭化产物的产率;另外,太高的载气流速会将降解的气态产物快速带走,中间产物来不及发生二次聚合反应从而降低炭化产物的产率。明胶固废可以与其他废弃生物质进行共炭化处理。共炭化过程中其他废弃生物质中特定的营养物质可以有效提高炭化产物的养分含量从而提高土壤的改良效果,另外,其他生物质与明胶固废不同物理混合时造成的空隙可以提高炭化过程中的传热速率,防止炭化过程中的结焦现象,提高炭化效率。本发明中其他废弃生物质可以为秸秆、畜禽粪便、市政污泥、厨余垃圾等,本发明制备的土壤改良剂由于具有孔结构、营养元素、有机质等特性,可通过提高土壤阴阳离子交换量、持水保肥能力以及补充土壤有机质作用等改良土壤(改良原理如图2所示)。并且根据本改良剂的改良原理可以看出,本改良剂的改良效果不针对某一特定土壤,即具有广谱高效的特点。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热解炭化过程中明胶固废中氮元素的梯级转化示意图。图2本发明土壤改良剂对土壤的改良原理示意图。图3明胶固废土壤改良剂的生产工艺流程示意图。具体实施方式本发明利用明胶固废或明胶固废与秸秆、畜禽粪便、市政污泥和/或厨余垃圾等制备土壤改良剂。农业秸秆包括玉米秸秆、稻草、棉花秆、麦秆等。畜禽粪便包括猪粪、鸡粪、牛粪等。实施例11.材料准备将明胶固废在以下条件下进行炭化处理:炭化温度250度,炭化时间45min,载气氮气流速40ml/min。将得到的炭化明胶固废过0.5mm筛子后备用。2.土壤改良实验设计将两个用量的改良剂(20t/hm2,40t/hm2)于2015年4月6日均匀撒在土壤(土壤性质:TOC11.76g/kg;TN0.68g/kg;TP0.39g/kg;TK17.63g/kg,pH7.23)表层后深翻充分混合(深度约15cm)。采用随机区组设计,4次重复,每个小区面积为1.5x1.5m,小区之间设有约0.5米的隔离带。种植作物为小麦与玉米轮作(2015年4月22日-2016年4月10日),除去改良剂用量不同外,其余管理措施相同。2016年4月6日收获后在每个小区随机取样(约15cm的土样,直径5cm),自然风干后进行分析。土壤TOC(总有机碳)是衡量土壤肥力水平的重要指标,其含量采用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定;AOC(土壤易氧化有机碳)是易被土壤微生物分解矿化的有机碳,其含量采用333mmol/L高锰酸钾氧化法测定;WSOC(土壤水溶性有机碳)对环境变化比较敏感是可以被微生物直接利用的有机碳,用冷水浸提后用TOC仪测定其含量;POC(土壤颗粒有机碳)是指示土壤TOC动态对短期农业管理措施响应的理想指标,采用六偏磷酸钠分散后用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定其含量.表1.不同改良剂加入量对土壤性能影响分析结果。TOC(g/kg)AOC(g/kg)WSOC(mg/kg)POC(g/kg)0改良剂11.762.3248.762.620%改良剂13.453.1446.533.840%改良剂18.643.9842.175.2表1可以看出:通过加入本发明制备的改良剂显著提高了土壤TOC、POC和AOC,降低了土壤WSOC,提高了土壤的生态能力即达到了了对目标土壤的改良的目的。实施例21.材料准备将明胶固废与牛粪充分混合(质量比1:1)在以下条件下进行炭化处理:温度220度,炭化时间60min,载气氮气流速50ml/min。将得到的炭化产物-土壤改良剂过0.5mm筛子后备用。采用的土壤样品性质:pH7.62;有机质9.22g/kg;TN0.72g/kg;AP48.76mg/kg;AK1345.87mg/kg。2.土壤改良实验设计采用盆栽试验的方法研究改良剂对土壤的改良效果。1).在土壤样品中加入不同量的土壤改良剂(0,5%和10%)以及复合肥20g,充分混合后装入盆中。每盆定植小麦25株。在小麦生长期间根据其生长状况适量灌水以满足小麦正常生长发育。小麦成熟后用剪刀将穗剪下、植株沿茎基部剪下,分别装入干净信封中,置于恒温箱中90℃处理30分钟后65℃烘至恒重后称量,计算地上部生物量及产量并于每盆布四点用土钻采集土样。2).土壤各项指标测定方法:土壤pH值采用水土比2.5∶1浸提-酸度计法测定;CEC采用乙酸钠-火焰光度法测定;有机碳采用硫酸-重铬酸钾外加热法测定;矿质态氮采用1mol/LKCl浸提-流动分析仪测定NO3--N和NH4+-N后加和;有效磷用Olsen法测定;速效钾用1mol/LNH4OAc浸提-火焰光度法测定。3).小麦植株/种子分析:用浓硫酸-双氧水消解,定容后分别用半自动定氮仪、钼锑抗比色法、火焰光度计法测定全N、全P和全K。分析结果如表2和3所示。表2.不同改良剂加入量对土壤的改良结果。表3.不同改良剂加入量对小麦生长的影响。从表2中可以看出加入本发明制备的土壤改良剂可显著改良土壤即增加土壤有机碳、促进营养元素的释放,并且改良效果随改良剂的用量的增加而增加;从表3中可以看出加入改良剂可以显著促进了小麦生长,增加了小麦地上部分干物质的生物量、提高了小麦产量以及提升了小麦的品质。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1