CN102153398B

CN102153398B - 用活性污泥改性生产桉树控释肥料

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Publication number: CN102153398B
Application number: CN 201010575781
Authority: CN
Inventors: 温奕区
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: CN102153398A

Abstract

本发明公开了一种用活性污泥改性生产桉树控释肥料，用本发明的原料和催化剂反应生成改性剂，活性污泥经破解、脱水后用本发明的改性剂将活性污泥改性；用改性污泥对化学肥料进行包膜，制得桉树控释肥料；具有成本低、设备简易、方法简单、易于实施等优点；为当前大量活性污泥的无害化、资源化提供一条新的出路；又可实现一次性施肥，节省劳动力和提高肥料利用率；本发明广泛适用于桉树种植肥料中使用。

Description

用活性污泥改性生产桉树控释肥料

技术领域本发明涉及一种污水厂污泥生产控释肥料，更具体地说，涉及一种污水厂活性污泥经过改性后生产包膜型桉树控释肥料。

背景技术近年来，我国由于化肥用量增长过快，肥料应用及其相关技术研究滞后，化肥施用不合理，导致化肥利用率明显下降；例如氮肥的利用率仅为30～50％，低于发达国家15～20个百分点，由此带来资源浪费、成本增加、环境污染及农产品质量下降等问题；例如：若将我国五分之一氮肥的利用率提高10％，就可节省氮肥70万吨/年；因此，提高化肥利用率，已经成为关系到国计民生的大事。控释肥料(或缓释肥料)的应用，则可显著提高肥料利用率；因为控释肥料能缓慢的释放养分，使其养分释放时间和释放量与作物生育期间的需肥规律相结合，并且做到一次施肥，不再进行追肥，从而节省大量的劳力、提高肥料利用率10％～30％左右；控释肥料是当今国际肥料研究的热点，也是肥料产业的发展方向与竞争热点；我国控释肥料的研究目前尚处在起步阶段，还很少有国产控释肥料作为商品上市，当前控释肥还存在产量小、生产成本高、工艺相对落后、有机溶剂污染、包膜材料难以降解等难题，成为急需进一步解决的课题。

另方面，我国环境保护事业的不断发展，城市污水处理工厂在全国各地大量兴建，其副产物大量活性污泥的处理和利用问题则愈加突出，2010年，我国污泥产生量将超过七千万吨/年；活性污泥含有五分之四的水和五分之一的悬浮状有机物质，包括菌体、有害微生物、腐殖质及重金属络合物质，由于活性污泥的复杂成份及粘稠状态，使它的处置利用成为难题，到目前为止，还没有成熟技术对活性污泥进行高效无害化处理或利用，仍处在填埋、焚烧或少部分制造堆肥的容易引发二次污染的状态；因此，我国还应加大这一课题的投入，对活性污泥实现完全无害化、资源化的高效综合利用。

发明内容本发明旨在提供一种用污水厂活性污泥经过改性后生产包膜型桉树控释肥料。工艺原理是：先用超氧化钾作催化剂，用水合肼和尿素作原料进行化学反应，生成氨基脲；活性污泥先经破解、脱水后，用氨基脲作改性剂，将活性污泥改性；改性后的活性污泥称为“改性污泥”，改性污泥含有结实的有机质结构，改性污泥在土壤微生物作用下，一层包膜需要一年左右的时间，才能全部降解完毕；两层包膜需要二年左右的时间，才能全部降解完毕；三层包膜需要三年左右的时间，才能全部降解完毕；因此，改性污泥作包膜材料，对氮肥、磷肥、钾肥(此三种肥料统称为“化学肥料”)进行包膜，然后进行干燥，即可制得桉树控释肥料。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一、改性剂的制备：在尿素溶液中先加入超氧化钾作催化剂，在不断搅拌条件下，再加入水合肼，升温90～95℃，常压，保温1～1.5小时，生成氨基脲为主组分的混合溶液。

其反应式为：

CO(NH₂)₂+N₂H₄·H₂O→NHCO(NH₂)₂+NH₄OH

反应后的混合溶液中，氨基脲为主组分，还含有氢氧化铵次要组分；此混合溶液即为氨基脲为主组分的改性剂。

二、改性污泥的制备：在常温常压下，将活性污泥在强力搅拌机中进行高速搅拌，使活性污泥中的菌体细胞壁的磷脂双分子层破解，此时，活性污泥主要由蛋白质、脂肪、碳水化合物、腐殖质及其他有机、无机物和水份组成，然后用板框压滤机将活性污泥脱水，经脱水后的活性污泥在带搅拌的容器中，在常温常压下，加入前述的氨基脲为主组分的改性剂，进行充分搅拌均匀，即得粘稠状态的改性污泥。

三、桉树控释肥料的制备：根据桉树的生长周期和用肥量，确定氮肥、磷肥、钾肥的配料比例，先将这些固体状态的化学肥料粉碎至小颗粒形态，放入混料槽中，一边搅拌一边加入一定数量的前述改性污泥，化学肥料被粘稠状态的改性污泥包膜，将包膜后的物料送入气流干燥器进行干化，即得桉树用控释肥料；加入的改性污泥越多，肥料养分释放的时间就越长，可调节改性污泥的加入量来调整控释时间，也即是说：可调节改性污泥包膜层的层数来调整控释时间。

本发明的桉树控释肥料的制造方法，包括反应、破解、脱水、改性、包膜、干燥。其具体制造过程为：(1)用带搅拌和烟道气夹道加热的敞口设备作反应罐，先加入一定数量的自来水，然后加入尿素固体颗粒，尿素加入量为自来水的10～15％(重量百分比，以下同)，开动搅拌机，在常温常压下、在不断搅拌条件下完成下述操作：先将尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化钾，加入量为尿素的2～3％；然后加入含量80％的水合肼，加入量为尿素的65～70％；继续边搅拌边加热到90～95℃，保温1～1.5小时，然后停止搅拌，即得反应产物氨基脲为主组分的改性剂。(2)在带有高速搅拌器的敞口罐中，边搅拌边加入一定数量的含水76～82％的污水厂的活性污泥，在常温常压下，将搅拌转速调节到300～400转/分钟，搅拌时间为20～25分钟，使活性污泥菌体细胞壁的磷脂双分子层破解，后用板框压滤机将活性污泥脱水，使活性污泥的含水量在58～65％之间，然后将活性污泥移入搅拌转速为60～80转/分钟的敞口罐中，边搅拌边加入前述的氨基脲为主组分的改性剂，改性剂加入量为活性污泥干基的8～12％，在常温常压下，搅拌时间为20～25分钟，即得粘稠状态的改性污泥。(3)根据桉树的生长周期和用肥量，确定氮肥、磷肥、钾肥等化学肥料的配料比例，化学肥料配料完成后，先将这些固体状态的化学肥料粉碎至4～10目细度，放入敞口的混料槽中，一边搅拌一边加入前述的改性污泥，改性污泥加入量为化学肥料的40～50％，充分搅拌20～25分钟，使化学肥料表面被改性污泥包膜，然后经过气流干燥，使包膜颗粒表面干燥，形成一层结实的不易溶解的有机包膜层；这样所得的包膜肥料，即为一次包膜肥料，定名为A肥，一次包膜的包膜厚度约0.4～0.6毫米，一次包膜在土壤微生物的作用下，约一年时间降解完毕；两次包膜，在土壤微生物的作用下，约两年时间降解完毕，如此类推；因此，若将一部分A肥再放入混料槽中重复上述操作，再包一次膜，即得两次包膜肥料，可定名为B肥，此肥料的肥效在第二年释放；经过三次包膜的肥料为C肥，肥效在第三年释放；经过四次包膜的肥料为D肥，肥效在第四年释放。若将A、B、C、D肥料等量混合均匀后施入桉树土壤中，就可实现4年期间均有肥料养分供给桉树生长吸收使用，从而实现一次性施肥的目的。

在实施本发明的过程中，所用的活性污泥为城市污水厂副产含水76～82％的活性污泥；所用的尿素为农业用二级品，化学式CO(NH₂)₂，分子量约60，密度1.335g/cm³，视密度0.75g/cm³，熔点135℃，质量标准：GB2440-81，外观白色或浅色，总氮(N)含量(以干基计)≥46.0％，缩二脲含量≤1.8％，水分含量≤1.0％；所用的超氧化钾为工业级品，化学式KO₂，黄色立方晶系结晶体，分子量1.10，相对密度2.14，熔点380℃，450～500℃充分熔融时为金黄色，质量标准为企业标准，有效氧≥31％，密度＜0.6g/cm³，，在改性剂制备的反应中，它起催化剂作用；所用的水合肼为含量80％的工业级合格品，化学式N₂H₄·H₂O，分子量50.06，外观呈无色透明发烟的液体，相对密度1.03(21℃)，熔点-40℃，沸点118.5℃(9.86×10⁴Pa下)，引火点73℃，折射率1.4284(20℃)，质量标准：ZB/TG14001-90，水合肼(N₂H₄·H₂O)≥80％，不挥发物≤0.050％，铁(Fe)≤0.0005％，重金属(以Pb计)≤0.0005％，氯化物(以Cl^-计)≤0.0005％；上述尿素与水合肼反应生成氨基脲为主组分的改性剂，将活性污泥改性，生成改性污泥，通过改性污泥的加入量控制化学肥料的养分释放时间，生产控释肥料，是本发明的主要特点。

在实施本发明过程中，必须掌握化学肥料被改性污泥包膜的厚度，应控制改性污泥的加入量来控制包膜层的厚度，包膜厚度越厚，化学肥料的控释时间就越长，反之，厚度越小，控释时间就越短。

与现有技术相比，本发明具有以下明显的优点：(1)本发明用城市污水厂副产的活性污泥作原料，经改性后生产桉树控释肥料，具有成本低、设备简易、方法简单、易于实施的特点；(2)为当前大量活性污泥的无害化、资源化提供一条新的出路，为环保技术的开发，提供一条新的选择；(3)桉树是造纸及木材加工的主要原料，桉树是山地种植的速生型树种，需要较多的氮磷钾肥料，它对肥料中重金属的含量要求可以放宽一些；活性污泥中若重金属含量未超过标准，本发明生产的控释肥料可用在各种农作物上；活性污泥中重金属含量若超过标准，本发明生产的控释肥料即可作为桉树专用控释肥料；实践证明，此肥料可实现一次性施肥，既可节省大量劳动力，又可提高肥料利用率20％左右。本发明具有较好的经济效益、环保效益和生态循环效益。

附图说明图1是本发明用活性污泥改性生产桉树控释肥料的物料流程示意图；图2是本发明的工艺流程示意图。图中明确表示了自活性污泥改性至桉树控释肥料的全过程。

具体实施方式以下通过具体的实施例对本发明进行更加详细的描述。

实施例1：

(1)用带搅拌和烟道气夹道加热的敞口设备作反应罐，先加入1000公斤的自来水，然后加入尿素固体颗粒，尿素加入量为100公斤，开动搅拌机，在常温常压下、在不断搅拌条件下完成下述操作：先将尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化钾2公斤；然后加入含量80％的水含肼65公斤；继续边搅拌边加热到90℃，保温1.5小时，然后停止搅拌，即得反应产物氨基脲为主组分的改性剂；(2)在带有高速搅拌器的敞口罐中，边搅拌边加入含水76％的污水厂的活性污泥1000公斤，在常温常压下，将搅拌转速调节到300转/分钟，搅拌时间为25分钟，使活性污泥菌体细胞壁的磷脂双分子层破解，后用板框压滤机将活性污泥脱水，使活性污泥的含水量为58％，然后将活性污泥移入搅拌转速为60转/分钟的敞口罐中，边搅拌边加入前述的氨基脲为主组分的改性剂20公斤，在常温常压下，搅拌时间为25分钟，即得粘稠状态的改性污泥；(3)根据桉树的生长周期和用肥量，确定氮肥、磷肥、钾肥等化学肥料的配料比例，化学肥料配料完成后，先将这些固体状态的化学肥料共400公斤，粉碎至4目细度，放入敞口的混料槽中，一边搅拌一边加入前述的改性污泥160公斤，充分搅拌25分钟，使化学肥料表面被改性污泥包膜，然后经过气流干燥，使包膜颗粒表面干燥，形成一层结实的不易溶解的有机包膜层；这样所得的包膜肥料，即为一次包膜肥料，定名为A肥；将300公斤A肥再放入混料槽中重复上述操作，再包一次膜，即得两次包膜肥料，定名为B肥；将200公斤B肥再放入混料槽中重复上述操作，再包一次膜，即得三次包膜肥料，定名为C肥；将100公斤C肥再放入混料槽中重复上述操作，再包一次膜，即得四次包膜肥料，定名为D肥；若将A、B、C、D肥料各50公斤等量混合均匀后，即可得200公斤桉树控释肥料，施入桉树土壤中，就可实现4年期间均有肥料养分供给桉树生长吸收使用，从而实现一次性施肥的目的。

实施例2：

方法、步骤、工艺同实施例1：

(1)用带搅拌和烟道气夹道加热的敞口设备作反应罐，先加入1000公斤的自来水，然后加入尿素固体颗粒，尿素加入量为150公斤，开动搅拌机，在常温常压下、在不断搅拌条件下完成下述操作：先将尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化钾4公斤；然后加入含量80％的水含肼100公斤；继续边搅拌边加热到95℃，保温1小时，然后停止搅拌，即得反应产物氨基脲为主组分的改性剂；(2)在带有高速搅拌器的敞口罐中，边搅拌边加入含水82％的污水厂的活性污泥1000公斤，在常温常压下，搅拌转速400转/分钟，搅拌时间20分钟，使活性污泥菌体细胞壁的磷脂双分子层破解，后用板框压滤机将活性污泥脱水至含水量为65％，然后将活性污泥移入搅拌转速为80转/分钟的敞口罐中，边搅拌边加入前述的氨基脲为主组分的改性剂21公斤，在常温常压下，搅拌时间20分钟，即得粘稠状态的改性污泥；(3)根据桉树的生长周期和用肥量，确定氮肥、磷肥、钾肥等化学肥料的配料比例，化学肥料配料完成后，先将化学肥料共300公斤，粉碎至10目细度，放入敞口的混料槽中，一边搅拌一边加入前述的改性污泥150公斤，充分搅拌20分钟，使化学肥料表面被改性污泥包膜，后经过气流干燥，使包膜颗粒表面形成一层结实的不易溶解的有机包膜层，即为一次包膜肥料，定名为A肥；将200公斤A肥再放入混料槽中重复上述操作，即得两次包膜肥料，定名为B肥；将100公斤B肥再放入混料槽中重复上述操作，即得三次包膜肥料，定名为C肥；将A、B、C肥料各50公斤等量混合均匀后，即可得150公斤桉树控释肥料，施入桉树土壤中，就可实现3年期间均有肥料养分供给桉树生长吸收使用，从而实现桉树控释肥料的目的。

Claims

1.用活性污泥改性生产桉树控释肥料的方法，包括反应、破解、脱水、改性、包膜和干燥，其特征是制造过程为：

(1)在自来水中加入尿素，加入量为自来水重量的10～15％，开动搅拌机，在常温常压下先将尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化钾，加入量为尿素重量的2～3％；然后加入含量80％的水合肼，加入量为尿素重量的65～70％；继续边搅拌边加热到90～95℃，保温1～1.5小时，然后停止搅拌，得氨基脲为主组分的改性剂；然后

(2)在含水76～82％的污水厂活性污泥中，在常温常压下，搅拌转速300～400转/分钟，搅拌20～25分钟，后用板框压滤机将活性污泥脱水至含水58～65％，然后将活性污泥移入搅拌转速60～80转/分钟的敞口罐中，边搅拌边加入前述的氨基脲为主组分的改性剂，改性剂加入量为活性污泥干基重量的8～12％，搅拌20～25分钟，即得改性污泥；然后

(3)先将化学肥料粉碎至4～10目细度，放入敞口混料槽中，一边搅拌一边加入前述的改性污泥，改性污泥加入量为化学肥料重量的40～50％，搅拌20～25分钟，然后经过气流干燥，即为一次包膜肥料，定名为A肥；将一部分A肥再放入混料槽中重复上述操作，再包一次膜，即得两次包膜肥料，定名为B肥；经过三次包膜的肥料为C肥；经过四次包膜的肥料为D肥；将A、B、C、D肥料等量混合均匀后即得桉树控释肥料。