一种二氧化碳气肥的制备方法及施用系统与流程

本发明涉及气肥领域，更具体的说，是一种二氧化碳气肥制备方法及施用系统。

背景技术

碳是植物生长必须的营养元素之一，对蔬菜而言，二氧化碳营养非常重要，由于温室、大棚蔬菜进行光合作用所需的最适二氧化碳浓度约为空气中二氧化碳浓度(约350μl/l)的3～5倍，而大棚内二氧化碳浓度通常为250μl/l左右，大棚及温室中生长的蔬菜常处于二氧化碳饥饿状态。因而，在保护地条件下的气体环境中，蔬菜生产最大问题是二氧化碳不足，据报道，由于碳饥饿使蔬菜减产可达23％～36％。所以,保护地内补充二氧化碳势在必行。

国外二氧化碳施肥及其肥源状况1920年德国首先提出碳酸气肥后，荷兰、丹麦等国相继开始研究，直到60年代以后才进入实用技术研究阶段。从70年代至今，发达国家保护地栽培进行二氧化碳施肥已相当普遍。英国常用的二氧化碳浓度大约是空气的3倍，增产30％～40％；美国约有50％～75％的温室作物采用二氧化碳施肥，主要用于早春作物，在增加产量、提前上市以及改进产品品质等方面都有良好的效果；荷兰90％以上的番茄、黄瓜、甜椒、草莓生产使用二氧化碳施肥。

近年来，随着我国蔬菜保护地栽培面积不断扩大，在这方面也进行了应用研究，不少省市如山东、辽宁、宁夏、甘肃、北京等都在推广应用二氧化碳施肥技术，并已取得良好效果。因此，二氧化碳施肥在我国将有广阔前景。

目前，二氧化碳施肥技术和方法主要有：

化学反应法。利用硫酸与碳酸氢铵反应产生二氧化碳进行施肥。每个生长期施肥30～35d,费用1950元/hm2。

施肥法。将有机肥施于土壤或堆积于棚室外，利用有机质腐烂产生二氧化碳进行施肥。此法成本低，但二氧化碳过于集中，且产气无法进行人工控制，效果不够理想。

干冰埋施法。在大棚内每平方米挖一坑，坑内埋入少量干冰，使二氧化碳缓慢释放到大棚里。此法容易控制二氧化碳浓度，效果好，但成本高，每个生长期埋2次，费用2400元/hm2。

燃烧法。直接燃烧煤油、天然气、焦碳或秸秆等，使其产生二氧化碳。此法简便，燃料来源可因地制宜进行选择，但不易控制二氧化碳浓度，并常有co和so2等有害气体产生。

目前,国内采用较多的是化学反应方法,虽然此法简便易行,其产物硫酸铵还可再利用,但只适用于小面积生产,且在施用过程中时因不慎造成硫酸对人、畜及作物的伤害，另外硫酸使用过量其反应残液酸度增高，施入土壤后造成土壤环境恶化、作物秧苗死亡等现象。

技术实现要素：

为了弥补以上不足，本发明提供了一种二氧化碳气肥的制备方法及施用系统。

本发明的方案是：

一种二氧化碳气肥的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)发酵，将有机废物原料、沼液与水混合后输送入厌氧发酵罐中进行发酵，发酵后获得沼气；

2)脱硫，将步骤1)中获得沼气进行生物脱硫，制成脱硫沼气；

3)提纯，将步骤2)中制成的脱硫沼气进行加压水洗处理，获得天然气与与二氧化碳；

4)输送，将步骤3)中的二氧化碳进行灌装储气罐。

作为优选的技术方案，所述步骤1)中有机废物原料、沼液与水混合后输入厌氧发酵罐中进行发酵：有机废物原料投入物料调配池与回流的沼液及水调配，混合液体中总固体含量为8-13％，然后用泵送至厌氧发酵罐，反应温度控制在35～37℃，进料有机负荷为3.0～4.5kgvs/m³·d，停留时间为20～45d，容积产气率为0.8～3.0，进料浓度为8％～12％。

作为优选的技术方案，所述步骤2)中生物脱硫为弱碱生物脱硫。

作为优选的技术方案，所述步骤3)中脱硫沼气进行加压水冲洗处理：脱硫沼气先经过两级压缩后由吸收塔底部进入，水在加压条件下从吸收塔上部喷淋，经过吸收后的生物质天然气从吸收塔顶部离开，经过进一步干燥净化后得到生物质天然气产品，分离出来产生的副产品为二氧化碳。

本发明还提供了一种二氧化碳气肥施用系统，含二氧化碳的储气罐通过输送设备与温室系统连通，补充二氧化碳的时间段为上午10点到下午2点。

作为优选的技术方案，所述输送装置为管道输送装置、钢瓶输送装置与运气槽车其中的一种。

作为优选的技术方案，所述管道输送装置包括管道、减压阀、自动阀、调节阀、单向阀、截止阀、压力表与温度表，所述管道上依次设有减压阀、自动阀、调节阀、单向阀、截止阀、压力表与温度表，所述管道的尾端连通温室系统。

作为优选的技术方案，所述温室系统包括温室大棚、主支管、分支管与红外二氧化碳检测控制柜，所述主支管的一端与所述管道连通，所述主支管的另一端贯穿温室大棚的后墙，所述主支管位于所述后墙三分之二高度处，所述主支管最低端高于种植物20-30cm,所述主支管上等距连通有若干分支管，所述分支管最低端距地面50-60cm，所述分支管最低端封闭，所述分支管的侧面设有若干释放孔，所述红外二氧化碳检测控制柜位于所述温室大棚内。

作为优选的技术方案，所述主支管与所述管道之间设有第一控制阀，所述主支管与所述分支管之间设有第二控制阀，所述红外二氧化碳监测控制柜通过控制开关分别与第一控制阀、第二控制阀连接，所述主支管上等距连通有若干分支管，分支管之间的间距为2m。

作为优选的技术方案，所述红外二氧化碳监控柜通过控制开关开启第一控制阀、第二控制阀时的浓度设定为250μl/l，所述红外二氧化碳监控柜通过控制开关关闭第一控制阀、第二控制阀时的浓度设定为2000μl/l。

由于采用了上述技术方案，一种二氧化碳气肥的制备方法，包括下列步骤：1)发酵，将有机废物原料、沼液与水混合后输送入厌氧发酵罐中进行发酵，发酵后获得沼气；2)脱硫，将步骤1)中获得沼气进行生物脱硫，制成脱硫沼气；3)提纯，将步骤2)中制成的脱硫沼气进行加压水洗处理，获得天然气与与二氧化碳；4)输送，将步骤3)中的二氧化碳进行灌装储气罐。

与现有技术相比较，本发明具有以下几点优点：

1.实现了沼气工程净化过程中副产物二氧化碳的再利用，通过建立管网、槽车等手段将二氧化碳直接应用于设施农业中，解决了冬季温室生产二氧化碳亏缺的问题，同时根据作物光合作用规律，实现了阶段式、精量化的二氧化碳释放，极大的提高了农业生产效率；

2.通过二氧化碳气体施肥，实现了有机废弃物最大限度的资源利用，减少了大型沼气工程碳污染；

3.比现有技术中二氧化碳施肥节省成本、操作简单；

4.控制比较精确，没有其他有害气体。

5.增加作物产量、提高品质、提前收获。

附图说明

图1为实施例四管道输送装置示意图；

图2为实施例四温室大棚纵横面截图；

1-储气罐；2-管道；3-减压阀；4-自动阀；5-调节阀；6-单向阀；7-截止阀；8-压力表；9-温度表；10-温室大棚；11-主支管；12-分支管；13-红外二氧化碳检测控制柜；14-第一控制阀；15-第二控制阀。

具体实施方式

为了弥补以上不足，本发明提供了一种二氧化碳气肥制备方法及施用系统，以解决上述背景技术中的问题。

一种二氧化碳气肥的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)发酵，将有机废物原料、沼液与水混合后输送入厌氧发酵罐中进行发酵，发酵后获得沼气；

2)脱硫，将步骤1)中获得沼气进行生物脱硫，制成脱硫沼气；

3)提纯，将步骤2)中制成的脱硫沼气进行加压水洗处理，获得天然气与与二氧化碳；

4)输送，将步骤3)中的二氧化碳进行灌装储气罐。

作为优选的技术方案，所述步骤1)中有机废物原料、沼液与水混合后输入厌氧发酵罐中进行发酵：有机废物原料投入物料调配池与回流的沼液及水调配，混合液体中总固体含量为8-13％，然后用泵送至厌氧发酵罐，反应温度控制在35～37℃，进料有机负荷为3.0～4.5kgvs/m³·d，停留时间为20～45d，容积产气率为0.8～3.0，进料浓度为8％～12％。

作为优选的技术方案，所述步骤2)中生物脱硫为弱碱生物脱硫。

作为优选的技术方案，所述步骤3)中脱硫沼气进行加压水冲洗处理：脱硫沼气先经过两级压缩后由吸收塔底部进入，水在加压条件下从吸收塔上部喷淋，经过吸收后的生物质天然气从吸收塔顶部离开，经过进一步干燥净化后得到生物质天然气产品，分离出来产生的副产品为二氧化碳。

本发明还提供了一种二氧化碳气肥施用系统，含二氧化碳的储气罐通过输送设备与温室系统连通，补充二氧化碳的时间段为上午10点到下午2点。

作为优选的技术方案，所述输送装置为管道输送装置、钢瓶输送装置与运气槽车其中的一种。

作为优选的技术方案，所述管道输送装置包括管道、减压阀、自动阀、调节阀、单向阀、截止阀、压力表与温度表，所述管道上依次设有减压阀、自动阀、调节阀、单向阀、截止阀、压力表与温度表，所述管道的尾端连通温室系统。

作为优选的技术方案，所述温室系统包括温室大棚、主支管、分支管与红外二氧化碳检测控制柜，所述主支管的一端与所述管道连通，所述主支管的另一端贯穿温室大棚的后墙，所述主支管位于所述后墙三分之二高度处，所述主支管最低端高于种植物20-30cm,所述主支管上等距连通有若干分支管，所述分支管最低端距地面50-60cm，所述分支管最低端封闭，所述分支管的侧面设有若干释放孔，所述红外二氧化碳检测控制柜位于所述温室大棚内。

作为优选的技术方案，所述主支管与所述管道之间设有第一控制阀，所述主支管与所述分支管之间设有第二控制阀，所述红外二氧化碳监测控制柜通过控制开关分别与第一控制阀、第二控制阀连接。

作为优选的技术方案，所述红外二氧化碳监控柜通过控制开关开启第一控制阀、第二控制阀时的浓度设定为250μl/l，所述红外二氧化碳监控柜通过控制开关关闭第一控制阀、第二控制阀时的浓度设定为2000μl/l。

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一：

1)发酵，将有机废物原料、沼液与水混合后输送入厌氧发酵罐中进行发酵，发酵后获得沼气；

2)脱硫，将步骤1)中获得沼气进行生物脱硫，制成脱硫沼气；

3)提纯，将步骤2)中制成的脱硫沼气进行加压水洗处理，获得天然气与与二氧化碳；

4)输送，将步骤3)中的二氧化碳进行灌装储气罐。

作为优选的技术方案，所述步骤1)中有机废物原料、沼液与水混合后输入厌氧发酵罐中进行发酵：有机废物原料投入物料调配池与回流的沼液及水调配，混合液体中总固体含量为8％，然后用泵送至厌氧发酵罐，反应温度控制在35℃，进料有机负荷为3.0kgvs/m³·d，停留时间为20d，容积产气率为0.8，进料浓度为8％。

作为优选的技术方案，所述步骤2)中生物脱硫为弱碱生物脱硫。

作为优选的技术方案，所述步骤3)中脱硫沼气进行加压水冲洗处理：脱硫沼气先经过两级压缩后由吸收塔底部进入，水在加压条件下从吸收塔上部喷淋，经过吸收后的生物质天然气从吸收塔顶部离开，经过进一步干燥净化后得到生物质天然气产品，分离出来产生的副产品为二氧化碳。

实施例二：

1)发酵，将有机废物原料、沼液与水混合后输送入厌氧发酵罐中进行发酵，发酵后获得沼气；

2)脱硫，将步骤1)中获得沼气进行生物脱硫，制成脱硫沼气；

3)提纯，将步骤2)中制成的脱硫沼气进行加压水洗处理，获得天然气与与二氧化碳；

4)输送，将步骤3)中的二氧化碳进行灌装储气罐。

作为优选的技术方案，所述步骤1)中有机废物原料、沼液与水混合后输入厌氧发酵罐中进行发酵：有机废物原料投入物料调配池与回流的沼液及水调配，混合液体中总固体含量为13％，然后用泵送至厌氧发酵罐，反应温度控制在37℃，进料有机负荷为4.5kgvs/m³·d，停留时间为45d，容积产气率为3.0，进料浓度为12％。

作为优选的技术方案，所述步骤2)中生物脱硫为弱碱生物脱硫。

作为优选的技术方案，所述步骤3)中脱硫沼气进行加压水冲洗处理：脱硫沼气先经过两级压缩后由吸收塔底部进入，水在加压条件下从吸收塔上部喷淋，经过吸收后的生物质天然气从吸收塔顶部离开，经过进一步干燥净化后得到生物质天然气产品，分离出来产生的副产品为二氧化碳。

实施例三：

1)发酵，将有机废物原料、沼液与水混合后输送入厌氧发酵罐中进行发酵，发酵后获得沼气；

2)脱硫，将步骤1)中获得沼气进行生物脱硫，制成脱硫沼气；

3)提纯，将步骤2)中制成的脱硫沼气进行加压水洗处理，获得天然气与与二氧化碳；

4)输送，将步骤3)中的二氧化碳进行灌装储气罐。

作为优选的技术方案，所述步骤1)中有机废物原料、沼液与水混合后输入厌氧发酵罐中进行发酵：有机废物原料投入物料调配池与回流的沼液及水调配，混合液体中总固体含量为10％，然后用泵送至厌氧发酵罐，反应温度控制在36℃，进料有机负荷为4.0kgvs/m³·d，停留时间为20～45d，容积产气率为1.8，进料浓度为10％。

作为优选的技术方案，所述步骤2)中生物脱硫为弱碱生物脱硫。

作为优选的技术方案，所述步骤3)中脱硫沼气进行加压水冲洗处理：脱硫沼气先经过两级压缩后由吸收塔底部进入，水在加压条件下从吸收塔上部喷淋，经过吸收后的生物质天然气从吸收塔顶部离开，经过进一步干燥净化后得到生物质天然气产品，分离出来产生的副产品为二氧化碳。

实施例四：

含二氧化碳的储气罐1通过输送设备与温室系统连通，补充二氧化碳的时间段为上午10点到下午2点。

作为优选的技术方案，所述输送装置为管道输送装置、钢瓶输送装置与运气槽车其中的一种。

作为优选的技术方案，所述管道输送装置包括管道2、减压阀3、自动阀4、调节阀5、单向阀6、截止阀7、压力表8与温度表9，所述管道2上依次设有减压阀3、自动阀4、调节阀5、单向阀6、截止阀7、压力表8与温度表9，所述管道2的尾端连通温室系统。

作为优选的技术方案，所述温室系统包括温室大棚10、主支管11、分支管12与红外二氧化碳检测控制柜13，所述主支管11的一端与所述管道2连通，所述主支管11的另一端贯穿温室大棚10的后墙，所述主支管11位于所述后墙三分之二高度处，所述主支管11最低端高于种植物20-30cm,所述主支管11上等距连通若干分支管12，所述分支管12最低端距地面50-60cm，所述分支管12最低端封闭，所述分支管12的侧面设有若干释放孔，所述红外二氧化碳检测控制柜13位于所述温室大棚10内。

作为优选的技术方案，所述主支管11与所述管道2之间设有第一控制阀14，所述主支管11与所述分支管12之间设有第二控制阀15，所述红外二氧化碳监测控制柜13通过控制开关分别与第一控制阀14、第二控制阀15连接，所述主支管11上等距连通有若干分支管12，分支管12之间的间距为2m。

作为优选的技术方案，所述红外二氧化碳监控柜13通过控制开关开启第一控制阀14、第二控制阀15时的浓度设定为250μl/l，所述红外二氧化碳监控柜13通过控制开关关闭第一控制阀14、第二控制阀15时的浓度设定为2000μl/l。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。