一种高活性小分子富碳肥及其制备方法与流程

本发明属于有机固废处理和有机肥生产的技术领域，是一种高活性小分子富碳肥及其制备方法，具体涉及一种利用有机废弃物生产小分子富碳肥的方法，特别涉及一种基于亚临界水解方法，利用有机废弃物生产高活性小分子富碳肥的技术及生产方法。

背景技术：

有机废弃物包括植物类废弃物(如农作物秸秆、树枝等)、动物类废弃物(如禽畜粪便)、加工类废弃物及生活类废弃物(如餐桌、菜场等厨余物、食品类加工厂下脚料、生活污泥等)。有机废弃物具有数量大、种类多、危害多的污染特点，每年产生的有机废弃物数以亿计，同时发生的污染事件也在逐年增加。这些有机废弃物本应以碳元素或者有机物形式返回农田以完成整个物质循环，但由于废弃物中有益成分含量低，可利用物品位不高，而有害成分含量高，譬如含有抗生素、芳香烃、重金属等有毒、有害物质，加上城市污泥和畜禽粪便恶臭难以加工，作物秸秆体积大、肥效低等因素，导致要充分利用这些废弃物必须进行无害化处理，因此成本提高。虽然有机废弃物资源化利用已经开展多年，也取得了一些成就，但目前我国有机废弃物的利用率和几年前相比不仅未提高，反而有所降低，秸秆焚烧和集约化养殖带来的禽畜粪便对环境的污染日趋严重，土壤有机质含量越来越低，碳元素含量越来越少，并且碳元素不能完成在自然界的循环转移，因此耕地质量逐年变差，影响了我国农业的可持续发展。

目前处理这些垃圾最常用的处理方法有填埋法、焚烧法及堆肥法。这三种方法又存在一些弊端，如填埋法，占地面积大，填埋后的垃圾容易对土壤、地下水及大气造成二次污染，周边环境易滋生蚊虫，散发臭气，同时严重浪费资源；焚烧法：焚烧剩余的炉渣还要填埋，造成二次污染，严重的是焚烧过程中容易产生二噁英、电池中汞蒸气造成大气污染，资源得不到再利用；堆肥法虽然得到资源再利用，但重金属得不到控制，杂质较多，处理时间漫长，场地大。总之，目前的有机固废处理技术水平较低，很难实现垃圾的无害化、资源化，更不必说产业化。

亚临界水常指温度在180℃-350℃之间的压缩液态水，水中的H⁺和OH^ˉ接近弱酸和 弱碱，具有酸催化和碱催化的功能，亚临界水的介电常数大大降低而具有超电离特性，极性降低，具有同时溶解有机物和无机物的超溶解特性，此外还具有优良传质性能和绿色环保等优点。利用亚临界水可使垃圾中的纤维素类、木质素、淀粉类、油脂类、有机有毒物质以及部分塑料等进行分解，使大分子物质降解为作物易被作物利用的小分子脂肪酸、蛋白质、氨基酸、多肽和低聚糖等有机物，因此亚临界水技术利用城乡有机废弃物所制得肥料肥效和活性更高。

目前，对于亚临界水处理技术，相应的专利文献也有一定的报道，如中国专利申请号为CN201510147287，名称是“玉米渣亚临界水解制备玉米多肽的方法”和中国专利申请号为CN201510411800，名称是“一种利用亚临界水从高温饼粕中生产寡肽与氨基酸的方法”，即通过加热回流回收高温饼粕中的残留油脂，随后采用亚临界水水解饼粕、经离心、脱色、超滤、纳滤分离、喷雾干燥分别获得寡肽与氨基酸。这种方法由于前序加工需要加热，后续加工步还要进行离心、脱色、超滤、纳滤分离、喷雾干燥等繁琐步骤，故能耗较大，成本较高。中国专利号是CN201520050669，名称是“制备有机肥的亚临界水反应装置”和中国专利申请号为CN201520051115，名称是“采用畜禽粪便制备有机肥的亚临界水反应装置”，这种方法公开了一种采用畜禽粪便制备有机肥的亚临界水反应装置，但是该方法处理设备单一，只通过一个反应釜连接处理，并且处理时只通过通入高温蒸汽加简单的机械搅拌的方式，有机物处理不彻底，并且后处理的产物没有进行后续的利用；中国专利号是CN201510155926，名称是“一种莲固体废弃物中多酚类物质的亚临界水萃取剂和萃取方法”，这种方法是利用亚临界水做成萃取剂，萃取剂由水、柠檬酸或苹果酸或两者混合、Vc、亚硫酸氢钠按一定重量份数组成，丰富了萃取剂的内容，处理成本较高。另外还有一些专利文献报道通过亚临界水将有机固废处理为可燃性气体或其他液体的方法。

上述文献均没有报道有关通过亚临界水加后续好氧发酵的方法将有机废弃物生产成高活性小分子富碳肥的一整套处理过程；并且在处理过程要智能化处理、降低成本、肥料的多用途转化，都是采用亚临界水处理有机废弃物加好氧发酵需要解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高活性小分子富碳肥及其制备方法；所述制备方法具体从利用亚临界水处理有机固废至处理产物，到利用好氧发酵过程进行尾产物后熟过程，制备成能充分为土壤补充有机质、改善土壤团粒结构、疏松活 化土壤、恢复土壤健康活力的高活性小分子富碳肥料；整个过程节能高效、布局紧凑、环保安全，肥料活性高。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种高活性小分子富碳肥，所含原料及其重量配比为：有机固废∶秸秆：硅藻土：牡蛎壳：木屑为1：(0.6～0.9)：(0.04～0.1):(0.01～0.1)：(0.1～0.5)

优选地，所述有机固废包括餐厨垃圾等。

优选地，所述秸秆的长度、木屑的粒径均小于5cm。

第二方面，本发明提供一种所述高活性小分子富碳肥的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，按上述比例将有机固废、秸秆、硅藻土、牡蛎壳、木屑混合，得待处理有机固废；

步骤二，对所述待处理有机固废进行亚临界水反应，得处理产物；

步骤三，对所述处理产物进行好氧发酵、后熟处理，即得高活性小分子富碳肥。

优选地，步骤一中，所述加入秸秆、硅藻土、牡蛎壳、木屑的量是根据所述有机固废的含水量而定。优选地，步骤一中，所述有机固废在使用前需要分选去除其中的杂质，并对其粉碎。

优选地，步骤二中，所述反应发生于亚临界水处理设备中，采用智能控制手段，通过若干并联的主反应釜和缓冲釜，进行序批列式反应的亚临界水有机固废处理，得处理产物；本发明的方法可以在专利ZL 2010 1 0580486.2所述的设备上完成。

优选地，步骤三中，所述好氧发酵前，需要对所述处理产物进行沥水干燥，使其含水重量保持在45～65％。

优选地，步骤三中，所述好氧发酵是在向所述处理产物中加入微生物发酵剂的条件下完成的；所述微生物发酵剂为市售产品，例如金宝贝生物发酵剂,北京华夏康源科技有限公司。

优选地，所述微生物发酵剂的用量为：每吨处理产物加入3kg微生物发酵剂。

优选地，所述好氧发酵、后熟处理具体为：静置2天，待温度升高到65℃时进行翻堆搅拌，再静置2～3天，待温度升高到65℃左右时进行二次翻堆，依次重复该过程，直至处理产物含水率降至30％以下。

优选地，所述制备方法还包括对好氧发酵、后熟处理后的产物粉碎、过筛、计 量及装袋的步骤。

第三方面，本发明提供一种所述高活性小分子富碳肥在促进作物生长、提高果实品质中的应用。

优选地，所述作物具体包括樱桃。

本发明的高活性小分子富碳肥中，牡蛎壳可以中和亚临界水分解有机物产生的部分有机酸，调整肥料pH值到5.5～8；在反应中牡蛎壳可以充分释放其中的钙元素，使得钙肥的有效性大幅度提高，同时补充磷、钙、镁等大中量元素；添加的硅藻土经亚临界水反应，其中的矿质元素将会被有机物螯合，提高了元素的有效性和利用率。添加木屑或秸秆的作用可降低餐厨垃圾的水分，同时有利于垃圾中塑料降解速率提高。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、充分处理沿海地区废弃的牡蛎壳，降低牡蛎壳随意丢弃及堆放对环境造成的危害；

2、处理产物含钙量为19.6mol/kg，可以充分为作物提供充足的钙元素；

3、处理产物含小分子(分子量小于500)有机质含量为85％且为高活性，植物吸收利用效能是普通有机肥的2～3倍；

4、处理产物含有的营养物质为浓缩型，用量为普通有机肥的15～30％；

5、经过好氧后熟过程后，产品性状稳定，商品货架期延长；

6、本发明产物可以提高土壤碱性磷酸酶酶活性83％，使土壤中有效细菌数量提高68.92％；

7、本发明产物可以使草莓果实甜度增加14.2％，单果重增加18.8％；

8、本发明产物可以使樱桃果实硬度提高0.08，耐储性增强，可溶性固形物提高0.94％。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明肥与常规有机肥使用效果局部对比图；

图2为本发明肥与常规有机肥使用效果整体对比图；

其中，“使用环垦肥”即为施用本发明肥料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

下述实施例1至3所述高活性小分子富碳肥的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，按上述比例将有机固废、秸秆、硅藻土、牡蛎壳、木屑混合，得待处理有机固废；

步骤二，对所述待处理有机固废进行亚临界水反应，得处理产物；

步骤三，对所述处理产物进行好氧发酵、后熟处理，即得高活性小分子富碳肥。

步骤一中，所述加入秸秆、硅藻土、牡蛎壳、木屑的量是根据所述有机固废的含水量而定；所述有机固废在使用前需要分选去除其中的杂质，并对其粉碎。

步骤二中，所述反应发生于亚临界水处理设备中，采用智能控制手段，通过若干并联的主反应釜和缓冲釜，进行序批列式反应的亚临界水有机固废处理，得处理产物；本发明的方法可以在专利ZL 2010 1 0580486.2所述的设备上完成。

步骤三中，所述好氧发酵前，需要对所述处理产物进行沥水干燥，使其含水重量保持在45～65％；所述好氧发酵是在向所述处理产物中加入微生物发酵剂的条件下完成的；所述微生物发酵剂为市售产品，例如金宝贝生物发酵剂,北京华夏康源科技有限公司；所述微生物发酵剂的用量为：每吨处理产物加入3kg微生物发酵剂；所述好氧发酵、后熟处理具体为：静置2天，待温度升高到65℃时进行翻堆搅拌，再静置2～3天，待温度升高到65℃左右时进行二次翻堆，依次重复该过程，直至处理产物含水率降至30％以下。

进一步地，所述制备方法还包括对好氧发酵、后熟处理后的产物粉碎、过筛、计量及装袋的步骤。

实施例1

本实施例提供一种高活性小分子富碳肥，采用的有机固废为餐厨垃圾，所述秸秆的长度及木屑的粒径小于5cm；各组分的重量比为餐厨垃圾∶秸秆：硅藻土：牡蛎壳：木屑＝1∶0.8:0.05:0.1:0.3。

将上述组分经亚临界处理工艺后再经过好氧发酵处理即得。

使用量为100kg/亩。

实施例2

本实施例提供一种高活性小分子富碳肥，采用的有机固废为餐厨垃圾，所述秸秆的长度及木屑的粒径小于5cm；各组分的重量比为餐厨垃圾∶秸秆：硅藻土：牡蛎壳：木屑＝1∶0.6:0.05:0.1:0.5。

将上述组分经亚临界处理工艺后再经过好氧发酵处理即得。

使用量为150kg/亩。

实施例3

本实施例提供一种高活性小分子富碳肥，采用的有机固废为餐厨垃圾，所述秸秆的长度及木屑的粒径小于5cm；各组分的重量比为餐厨垃圾∶秸秆：硅藻土：牡蛎壳：木屑＝1∶0.9:0.05:0.1:0.1。

将上述组分经亚临界处理工艺后再经过好氧发酵处理即得。

使用量为200kg/亩。

对比例1

本对比例是上述实施例的对比例，对比之处在于，不向实验地施用本发明肥料，而是施用鸡粪，3立方鸡粪/亩。

对比例2

本对比例是上述实施例的对比例，对比之处在于，不向实验地施用本发明肥料，而是施用市售普通有机肥。

对比例3

本对比例提供一种高活性小分子富碳肥，采用的有机固废为餐厨垃圾，所述秸秆的长度及木屑的粒径小于5cm；各组分的重量比为餐厨垃圾∶秸秆：硅藻土：牡蛎壳：木屑＝1∶0.3:0.05:0.1:0.3。

将上述组分经亚临界处理工艺后再经过好氧发酵处理即得。

使用量为100kg/亩。

对比例4

本对比例提供一种高活性小分子富碳肥，采用的有机固废为餐厨垃圾，所述秸秆的长度及木屑的粒径小于5cm；各组分及重量比为餐厨垃圾∶秸秆：硅藻土：牡蛎壳：木屑＝1∶0.6:0.05:0.1:0.05添加秸秆。

上述组分经亚临界处理工艺后再经过好氧发酵处理即可。

使用量为150kg/亩。

对比例5

本对比例提供一种高活性小分子富碳肥，采用的有机固废为餐厨垃圾，所述秸秆的长度及木屑的粒径小于5cm；各组分及其重量比为餐厨垃圾∶秸秆：硅藻土：牡蛎壳：木屑＝1∶0.9:0.2:0.1:0.1。

上述组分经亚临界处理工艺后再经过好氧发酵处理即可。

使用量为200kg/亩。

田间效果

选用9月份秋季施用底肥的樱桃园作为实验对象。

用随机区组实验设计，每隔小区设置三个重复。处理设置如下：

将对比例1，实施例1～3得到的产品在9月底撒施到树盘底下，用锄耙均匀翻入土下。处理后第二年春季测定樱桃叶片大小、叶片颜色及叶绿素相对含量。在果实采收后，测定果实单果重、果实硬度及可溶性固形物含量。

采用excel2013和DPS7.05统计软件进行，多重比较采用Duncan新复极差法。

表1不同处理对叶片生理指标的测定结果(检测方法为本领域常规方法)

不同处理叶片的生理指标测定结果如表1所示。从表1可以看出，实施例1～2与比较例1相比：能明显提高樱桃树势，增加叶片大小，叶色更加浓绿，叶绿素含量明显提高。以上结果表明，高活性小分子富碳肥在提高樱桃果实单果重、可溶性固形物含量方面比普通鸡粪作用更明显。

表2不同处理果实品质指标测定结果(检测方法为本领域常规方法)

不同处理果实的品质指标测定结果如表2所示:

实施例1与对比例3相比，单果重显著提高，果实硬度提高0.08，耐储性增强，可溶性固形物提高0.94％，差异较显著。

实施例2与比较例4相比，单果重差异不显著，可溶性固形物含量差异不显著，但果实硬度提高0.075，耐储性提高。

实施例3与比较例5相比，单果重显著提高，可溶性固形物含量显著提高。

图1为本发明肥与常规有机肥使用效果局部对比图；图2为本发明肥与常规有机肥使用效果整体对比图；其中，“使用环垦肥”即为施用本发明肥料。由图1、图2可知，本发明产物能明显提高樱桃树势，增加叶片大小，叶色更加浓绿，叶绿素含量明显提高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。