专利名称：利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生产肥料的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生产肥料的方法，属 于资源利用和污染防治技术领域。
背景技术：
包括作物秸秆、木质材料加工剩余物、农副产品加工下脚料及畜禽排泄 物等在内的废弃物是农、林业生产及其产品加工过程中的必然产物，来源广、 数量大。这些废弃物为生物质有机物，主要由草木纤维素、半纤维素、木质 素、果胶质等成分构成，还含有少量的氮、磷、钾和微量元素。目前，各类 工业企业产生的有机废水和城市废水处理的主流工艺是生物法，这个过程中 污泥是必然的二次产物。随着我国工业和城市污水处理厂的普及和运行，污 泥产量快速增加。如何解决污泥的处理处置出路，已成为我国城市发展过程 中亟待解决的重大环境问题。已知，污泥的主要成分是细胞类有机物，还含
有氮、磷常量元素及微量元素，含水量一般为70-85%，可称其为活性污泥。 因此，秸秆等废弃物和污泥都具有重要的资源属性，经适当的转化处理可用 于生产有机肥、有机-无机复合肥及土壤改良剂等产品，这种综合利用途径可 称为肥料化利用。现有技术中公开的利用农、林废弃物或污泥进行肥料化利 用技术，多数是基于微生物发酵原理进行腐殖化转化，所需要的发酵时间至 少要15天以上，转化速度慢。检索到的涉及采用化学法加速生物质废弃物腐 熟转化的方法有如中国专利文献，申请号03122742.2和申请号 03122743. 0，分别公开了用氢氧化钾碱法造纸制浆黑液和氢氧化钾水溶液在 常温下处理植物性材料，调节酸度至pH4 9后，直接混入氮肥、磷肥、中微 量元素肥或进一步经发酵处理后再混入这些无机肥料成分，制造有机肥或有 机-无机复合肥的方法。中国专利文献，申请号02104939. 4与前一专利相同，报道了利用酸碱物质(如氢氧化钾、磷酸等)在常温下处理植物性材料，调
节酸度至pH4 9后，直接混入氮肥、磷肥、中微量元素肥或进一步经发酵处 理后再混入这些无机肥料成分，制造有机肥或有机-无机复合肥的方法。上述 方法利用制浆黑液中的残余氢氧化钾或商品酸碱物质的溶液在常温下与植物 性材料反应，仍存在腐熟速度慢和腐熟不彻底的问题。中国专利文献，申请 号200510086269.7报道了用浓縮的亚铵法造纸制浆废液与秸秆粉混合，在 IO(TC以上的蒸球中加热转化得到湿有机肥料半成品，经进一步处理后得到有 机肥，该方法利用的是稀亚铵法造纸制浆废液，需经蒸发浓縮后使用，处理 的原料仅是农作物秸秆。关于污泥的化学法转化技术很少，如中国专利文献， 申请号96122252. 2报道了城市污泥或藻渣经干燥-活化-与无机矿物肥混合-造粒制备复混肥的方法，该方法中只是对污泥进行了热干燥脱水处理，没有 对污泥进行腐殖化转化。综上所述，在现有技术中还没有关于利用秸秆和污 泥混合物生产肥料的综合方法报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，以浓縮污泥和秸秆的混合 物为原料，借鉴造纸工业中使用的化学蒸煮制浆技术，提供一种利用碱物质 蒸煮秸秆和污泥混合物生产肥料的方法。
本发明的构思是这样的本发明针对秸秆肥料化利用主要是要解决怎样 实现快速腐熟转化、提高腐熟度，即提高转化腐熟产物的可溶性腐植酸含量 的问题；针对污泥的肥料化利用主要是解决水分含量很高的问题和杀菌与除 臭问题；同时，利用秸秆或污泥废弃物制备有机肥要考虑节能、节水。本发 明利用污泥中的水分，蒸煮反应后可得到高浓度的有机质浆液，这样可实现 秸秆和污泥的快速腐熟转化、腐熟程度高，同时实现了对原料中所含的病原 微生物、寄生虫卵的杀灭，以及对微量有机污染物的降解去除和除臭的目的， 由于得到的腐殖质浆液浓度高，不用浓縮可直接进行干燥造粒或与其它无机 肥料混配后干燥造粒，可以节省能源成本和投资。具体地，本发明所说的利 用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生产肥料的方法包括以下步骤(1) 混合蒸煮将生物法处理有机废水产生的浓縮污泥和秸秆粉及蒸煮药 剂混合，并拌合均匀，装入耐压及加热的容器中，拌合均匀后用蒸汽或外源
热源加热到11(TC 17(TC之间，并保持0.5 6小时，加热过程中应使容器慢 速转动，以使物料保持混匀状态。秸秆粉和浓缩污泥(湿重下)的混合质量 比控制在(1 5) :20，蒸煮药剂的用量为上述混合物折合干重质量的1% 8%，蒸煮药剂由碱物质和蒸煮助剂焦磷酸钠(Na4P207)按质量比(3 10) : 1 组成，所述的碱物质可以是氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、硫化钠(Na2S)。 碱物质的作用是使秸秆和污泥中的有机物发生水解、分解、溶解及腐殖化转 化，少量焦磷酸钠的加入一是对碱物质的上述作用起到协同增强的效应，二 是使蒸煮得到的浆液更容易均质化。上述原料的混合不分先后次序，只要按 上述比例混合并拌合均匀即可，拌合过程可在蒸煮容器外进行，也可在蒸煮 容器中进行，反应结束后得到腐植质浆液；
所用秸秆可以是麦草、玉米杆、棉花杆、高粱杆、稻草、豆秸及向日葵 等植物性农业废弃物，使用时粉碎。
(2) 中和将上述步骤l所得到的腐植质桨液用无机酸如磷酸、硫酸、 盐酸或硝酸中的一种或多种或用有机酸如草酸、拧檬酸或酒石酸中的一种 或多种中和至p1^4 9，最佳为6 8，得到浆状有机肥料半成品。
(3) 直接干燥制备商品有机肥将上述步骤2所得到的浆状有机肥料半成 品干燥制成颗粒状或粉状商品有机肥，经检验合格后包装即可。可以达到以 下肥料标准以质量百分比计，有机质含量》30%、总养分(N+P205+K20)》4%、 水分(H20)《20%，酸碱度pH二5. 5 8. 0;重金属含量、蛔虫卵死亡率和大肠 杆菌指标符合GB8172的要求。需要指出的是，用本发明制备的商品有机肥产 品的有机质含量通常会远高于该标准指标值，依原料的不同， 一般在45% 72% 之间。并且，腐植酸含量在9% 24%之间，总养分含量通常也高于标准值。
(4) 制备有机-无机复合肥向上述步骤2所得到的浆状有机肥料半成品 中加入成品市售化学肥料，使氮、磷、钾三元素及微量元素的有效总含量达 到10% 25%，然后干燥制成颗粒状或粉状商品有机-无机复合肥，可得到养分
6更加全面的肥料。
(5)分离制备液体有机肥将上述步骤2所得到的浆状有机肥料半成品， 通过板框压滤或离心过滤的方法分离为滤液和滤渣，所得到的滤液中腐植酸
质量含量为5% 24%，加入一定量的钾肥，如硝酸钾、或硫酸钾、或氯化钾， 可得到腐植酸钾液体肥；若加入各种铵态氮肥，可得到腐植酸铵液体肥。
所得到的滤渣，按照步骤(3)或步骤(4)的方法，可以制备成有机肥 或有机-无机复合肥。
本发明取得的有益效果如下-
实现了污泥和农业废弃物秸秆的处置和利用，而且是全部肥料化转化， 所得到的有机肥有机质在45% 72%之间，并且，腐植酸含量在9% 24%之间，
这表明产物的腐熟度明显提高。因此，还可以作为加工其它复合肥的原料。 与生物法相比大大縮短了腐熟时间，生物法至少需要15天，而该发明仅需要 最多6小时，还节约了占地；与其他化学法相比，具有综合优势反应时间 短、不用对产物进行浓缩，因而能耗低，操作简单。由于反应制备过程是在 高温高压条件下进行，同时达到了杀灭原料中所含的病原微生物、寄生虫卵， 以及对微量有机污染物的降解去除和除臭的目的，所得到的产物没有臭味。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明。 实施例1
取某酿造企业有机废水处理厂产生的活性污泥200千克(含水率为82%)， 加入固体氢氧化钾3.2千克、粉末状焦磷酸钠0.5千克，拌合均匀，再加入 粉碎的干麦草40千克(含水率为5%)，拌合均匀，装入蒸球中，保持蒸球慢速 转动状态下，用高压水蒸气加热至150 165"C，然后保持2小时。停止加热 和转动，冷却至100。C后，加入20%硫酸水溶液2升，转动蒸球搅拌10分钟， 以中和物料。然后，放出蒸煮得到的浆状物，通过喷浆造粒得粒状有机肥产 品92千克。产品的指标为外观呈黑色，有机质58.6%，总养分(N+P205+K20) 10.2%，腐植酸19. 3%，水分17. 5%。实施例2
取某制药企业有机废水处理厂产生的活性污泥200千克(含水率为76%)， 加入固体氢氧化钠4. 8千克、粉末状焦磷酸钠0. 5千克，拌合均匀，再加入 粉碎并过20目筛网的干玉米秸秆粉30千克(含水率为4%)，拌合均匀，装入 蒸球中，保持蒸球慢速转动状态下，用高压水蒸气加热至130 14(TC，然后 保持4小时。停止加热和转动，冷却至10(TC后，加入固体草酸1.8千克，转 动蒸球搅拌10分钟，以中和物料。然后，放出蒸煮得到的浆状物，转移至冷 却池中降至接近室温，然后加入含氮(N)量46%的尿素30千克、含五氧化二 磷(PA) 46%的重过磷酸钙20千克、含氧化钾(K20 ) 60%的氯化钾15千克， 经热风干燥后，通过机械挤压造粒得到粒状有机-无机复合肥产品157千克。 产品的指标为有机质24.6%，含氮(N)量15%，含五氧化二磷(P205) 6.2%， 含氧化钾(K20) 5.8%。 实施例3
取某屠宰企业有机废水处理厂产生的活性污泥200千克(含水率为80%)， 加入固体氢氧化钾4千克、粉末状焦磷酸钠0.5千克，拌合均匀，再加入粉 碎的棉花杆粉20千克(含水率为3.5%)，拌合均匀，装入自制的蒸煮罐中，保 持蒸煮罐慢速转动状态下，用高压水蒸气加热至155 165'C，然后保持3小 时。停止加热和转动，冷却至10(TC后，加入柠檬酸固体2.3千克，转动蒸煮 罐搅拌10分钟，以中和物料。然后，放出蒸煮得到的浆状物。用装有60目 滤布的离心机分离为滤液和滤渣。这样得到的滤液约为155千克。加入工业 硫酸钾15千克，搅拌溶解，得到170千克腐植酸钾液体肥。所制备的液体肥 外观呈棕褐色均匀粘稠液体，腐植酸含量为9. 2%，氧化钾含量(K20)为6%， 汞、砷、镉、铬、铅等五种重金属离子未检出。离心分离得到的滤渣按本发 明步骤3或4的方法可以制备固体有机肥或有机-无机复合肥。
8
权利要求
1、一种利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生产肥料的方法，其特征在于包括以下步骤(1)混合蒸煮将生物法处理有机废水产生的浓缩污泥和植物性秸秆粉及蒸煮药剂混合，并拌合均匀，装入耐压及加热的容器中，拌合均匀后用蒸汽或外源热源加热到110～170℃之间，并保持0.5～6小时，秸秆和污泥(湿重下)的混合质量比控制在(1～5)∶20，蒸煮药剂的用量为上述混合物折合干重质量的1％～8％，蒸煮药剂由碱物质和蒸煮助剂焦磷酸钠(Na4P2O7)按质量比(3～10)∶1组成，所述的碱物质可以是氢氧化钾、氢氧化钠、硫化钠中的一种或多种，反应结束后得到腐植质浆液；(2)中和将步骤(1)所得到的腐植质浆液用酸中和至pH＝4～9，得到浆状有机肥料半成品；(3)直接制备商品有机肥将上述步骤(2)所得到的浆状有机肥料半成品干燥可直接制得颗粒状或粉状商品有机肥。
2、 一种利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生产肥料的方法，其特征在于 包括以下步骤(1) 混合蒸煮将生物法处理有机废水产生的污泥浓縮后和植物性秸秆粉 及蒸煮药剂混合，并拌合均匀，装入耐压及加热的容器中，拌合均匀后用蒸 汽或外源热源加热到110 170'C之间，并保持0.5 6小时，秸秆和污泥(湿 重下)的混合质量比控制在(1 5) :20，蒸煮药剂的用量为上述混合物折 合干重质量的1% 8%，蒸煮药剂由碱物质和蒸煮助剂焦磷酸钠(Na4P207)按 质量比(3 10) : 1组成，所述的碱物质可以是氢氧化钾、氢氧化钠、硫化钠 中的一种或多种，反应结束后得到腐植质桨液；(2) 中和将步骤(1)所得到的腐植质浆液用酸中和至pH二4 9,得到浆 状有机肥料半成品；(3) 制备有机-无机复合肥向步骤(2)所得到的浆状有机肥料半成品中加入成品市售化学肥料，使氮、磷、钾三元素及微量元素的有效总含量达到10% 25%，然后干燥制成颗粒状或粉状商品有机-无机复合肥。
3、 一种利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生产肥料的方法，其特征在于 包括以下步骤(1) 混合蒸煮将生物法处理有机废水产生的污泥浓縮后和植物性秸秆粉 及蒸煮药剂混合，并拌合均匀，装入耐压及加热的容器中，拌合均匀后用蒸 汽或外源热源加热到110 170'C之间，并保持0.5 6小时，秸秆和污泥(湿 重下)的混合质量比控制在(1 5) :20，蒸煮药剂的用量为上述混合物折 合干重质量的1% 8%，蒸煮药剂由碱物质和蒸煮助剂焦磷酸钠(Na4P207)按 质量比(3 10) : 1组成，所述的碱物质可以是氢氧化钾、氢氧化钠、硫化钠 中的一种或多种，反应结束后得到腐植质浆液；(2) 中和将步骤(1)所得到的腐植质浆液用酸中和至pb4 9，得到浆 状有机肥料半成品；(3) 分离制备液体有机肥将步骤(2)所得到的浆状有机肥料半成品， 通过板框压滤或离心过滤的方法分离为滤液和滤渣，在滤液中加入硝酸钾、 硫酸钾或氯化钾中的一种，得到腐植酸钾液体有机肥；加入各种铵态氮肥，得到腐植酸铵液体有机肥。
4、 根据权利要求1或2或3所述的利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生 产肥料的方法，其特征在于步骤(1)中所用秸秆粉可以是麦草、玉米杆、棉 花杆、高粱杆、稻草、豆秸及向日葵中的一种或多种。
5、 根据权利要求1或2或3所述的利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生 产肥料的方法，其特征在于步骤(2)中所说的酸为无机酸磷酸、硫酸、盐酸、硝酸中的一种或多种；或有机酸草酸、柠檬酸、酒石酸中的一种或 多种。
6、 根据权利要求1或2或3所述的利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生 产肥料的方法，其特征在于中和至pH二 4 9。
全文摘要
本发明公开了一种利用碱物质蒸煮秸秆和污泥混合物生产肥料的方法，该方法以浓缩污泥和植物性秸秆粉的混合物为原料，主要工艺步骤包括加入适量的由碱物质和焦磷酸钠组成的药剂后在110～170℃之间蒸煮0.5～6小时、用无机酸或有机酸中和至pH＝4～9，然后直接制备商品有机肥、或加入适量的氮、磷、钾及微量元素等化学肥料制备有机-无机复合肥、或经分离后制备液体有机肥。本发明工艺简单，原料腐熟转化速度快，可实现原料的杀菌、消毒、除臭的目的，产物中有机质及腐植酸含量高，产品肥效高，可实现污泥和农业秸秆废弃物的规模化、低成本的肥料化利用。
文档编号C05F15/00GK101624302SQ20091007518
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者李素伟, 简广福, 马子川 申请人:河北师范大学