CN103274778A

CN103274778A - 一种生物炭肥的生产方法

Info

Publication number: CN103274778A
Application number: CN2013102313059A
Authority: CN
Inventors: 李子富; 刘璇; 张扬; 周晓琴; 尹福斌; 白晓凤; 程世昆
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明属于生物质的资源化利用领域，具体涉及一种利用活化剂强化基于人畜粪便和农林废弃物生产生物炭肥的方法。旨在通过活化剂作用增强生物炭肥的微孔性能和肥效、解决人畜粪便处理困难和传统生物炭肥效不足的缺点。其步骤包括：将人畜粪便、经粉碎后的农林副产物以及活化剂按照一定比例充分混匀；利用太阳能、风能或生物能将物料含水率将至30%以下；将混合物置入热解物料仓后，加热至150～200℃以进一步脱水并排除物料仓内残留空气；将物料在450℃～550℃条件下完成碳化；冷却后即可获得生物炭肥产品。本方法较未添加活化剂制取的生物炭肥微孔结构增多25%以上，植物可利用磷及钾总量增加20%以上。

Description

一种生物炭肥的生产方法

技术领域

本发明属于生物质的资源化利用领域，具体涉及一种利用活化剂强化制备基于人畜粪便和农林废弃物的生物炭肥的方法。

背景技术

生物炭（biochar）是由生物质在完全或部分缺氧的条件下经过热裂解、炭化产生的一类高度芳香化、难溶性的固态物质。生物炭多拥有疏松微孔的结构，基于此，近年来，生物炭作为土壤改良剂、肥料缓释载体在农业上的应用吸引了越来越广泛的关注。常见的生物炭包括秸秆炭、椰壳炭、木炭、竹炭等。国内也有较多以农林副产物热解获取生物质的专利发明，如上海大学专利“生物炭的制备方法”，中国科学院南京土壤研究所专利“一种秸秆制碳装置”。这类生物炭虽然具有丰富的微孔结构，但氮、磷、钾等植物营养元素含量极低，在施用中往往需要配合化肥以增强肥效。

人类的生存与发展始终伴随着大量的人及牲畜排泄物的产生，随着人们生活的提高，人畜粪便对环境的污染也日益严重。根据2012年版中国统计年鉴数据显示，2011年年底我国养牛业存栏数10360万头，肉猪存栏数46766万头，羊存栏数28235万头。养殖业的快速发展也带来了大量动物粪便。人畜粪便中含有大量的有机质和氮、磷、钾等物质，若直接排放，会造成水体污染和富营养化；粪便中含有大量病原体，容易引发大规模传染病的流行；粪便污水中有机质腐烂分解后产生有毒有害气体，发生恶臭。这些均严重污染了大地、水体、大气和生物群落，并对人体健康产生潜在威胁。虽然人畜粪便种类繁多，但是大都具有含水率高、不易储存、受潮易腐烂等特点，导致运输成本大、储存空间大和处理成本高等问题。因此寻求合适的人畜粪便处理方法具有现实意义和商业化前景。

发明内容

本发明的目的旨在利用活化剂增强传统生物炭产品的微孔性能和肥效，解决人畜粪便处理困难和传统生物炭肥效不足的缺点。

本发明改变单纯使用农林副产物为原料制备生物炭的方式，利用活化剂增强生物炭产品的微孔结构和肥效，解决人畜粪便处理困难和传统生物炭产品肥效不足的难题。本方法采用人畜粪便混合农林副产物为基础原料，并添加活化剂促进碳化过程，在稳定的工艺参数下，以环境友好、简单有效的方法，制备微孔结构充沛、富含植物营养元素的生物炭肥产品。

本发明的技术方案是：

（1）采用人畜粪便和农林副产物作为基础原料，按照一定比例添加由磷酸钾、碳酸钾和氢氧化钾按质量比2:2:1混合配制的活化剂。其中人畜粪便和农林副产物体积比为1:0.5～1:3，活化剂投加量为原料总质量的5%～10%；

（2）利用太阳能、风能或生物能对上述混合物进行干燥脱水，完成预干燥的物料含水率应低于30%；

（3）将上述混合物放入热解物料仓，仓内填充率大于80%，将物料仓加热至150℃～200℃，并保温20～60分钟，利用产生的水蒸气将仓内残留空气充分排除；

（4）将热解物料仓升温至450℃～550℃，并保温1～2小时，使物料充分完成碳化；

（5）待物料仓冷却后，可获得生物炭肥产品。

本发明与现有制备方法相比具有以下显著特点和有益效果：

1、利用活化剂对生物炭进行活化，使产物较传统生物炭微孔结构增多30%以上，肥效增加25%以上；

2、使用人畜粪便和农林副产物混合物作为主要原料，较仅利用农林副产物作原料获取的生物炭含有更丰富的氮、磷、钾和微量元素；

3、将易分解有机碳转化为稳定的固定碳，减少了大气中二氧化碳的排放，有利于改善全球气候变化；

4、对人畜粪便进行了充分处理，避免了人畜粪便可能产生的环境和健康问题；

5、作为低成本非化学肥料，本生物炭肥可以为有机农业、绿色农业提供产量上的保证。

这种生物炭肥制备方法简单、可控、易实施，在有效处理了人畜粪便和农林副产物的同时，所获得产品较传统生物炭具有更丰富的微孔结构和更高的肥效，可以在一定范围内代替化肥施用，具有工业化推广的前景，以及显著的经济效益、环境效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例一种生物炭肥制备工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明：

实施方式一：

将1份人畜粪便、3份木屑以及按照总质量的10%加入活化剂，充分搅拌混匀后获得混合物1；利用风能和太阳能将混合物1含水率将至25%，获得混合物2；将混合物2置入碳化炉物料仓内，物料仓填充率为85%；将物料仓加热至175℃，并持续25分钟，此过程中物料仓中残留空气和水蒸气通过排气口排除，进行能量回收后，获取的废液排入污水处理系统。少量水蒸气残留在物料仓内。以15℃/min的升温速度将物料仓升温至450℃，并持续1小时以完成物料的碳化。此过程会有大量可燃气体产生，在升温开始前将排气口阀门转向燃气锅炉，可以通过燃烧热解气获取热解过程所需能量。待反应仓冷却后即可获得生物炭BC-1，产炭率约34%，产物微孔结构较不添加活化剂增多约27%，植物可利用磷和钾总量增加约37%。

实施方式二：

将2份人畜粪便、1份木屑以及按照总质量的5%加入活化剂，充分搅拌混匀后获得混合物3；利用风能和太阳能将混合物1含水率将至30%，获得混合物4；将混合物4置入碳化炉物料仓内，物料仓填充率为90%。将物料仓加热至200℃，并持续30分钟，此过程中物料仓中残留空气和水蒸气通过排气口排除，进行能量回收后，获取的废液排入污水处理系统。少量水蒸气残留在物料仓内。以10℃/min的升温速度将物料仓升温至550℃，并持续2小时以完成物料的碳化。此过程会有大量可燃气体产生，在升温开始前将排气口阀门转向燃气锅炉，可以通过燃烧热解气获取热解过程所需能量。待反应仓冷却后即可获得生物炭BC-2，产炭率约42%，产物微孔结构较不添加活化剂增多31%，植物可利用磷和钾总量增加约20%。

实施方式三：

将1份人畜粪便、1份木屑以及按照总质量的5%加入活化剂，充分搅拌混匀后获得混合物5；利用风能和太阳能将混合物1含水率将至20%，获得混合物6；将混合物6置入碳化炉物料仓内，物料仓填充率为90%。将物料仓加热至150℃，并持续30分钟，此过程中物料仓中残留空气和水蒸气通过排气口排除，进行能量回收后，获取的废液排入污水处理系统。少量水蒸气残留在物料仓内。以25℃/min的升温速度将物料仓升温至450℃，并持续1.5小时以完成物料的碳化。此过程会有大量可燃气体产生，在升温开始前将排气口阀门转向燃气锅炉，可以通过燃烧热解气获取热解过程所需能量。待反应仓冷却后即可获得生物炭BC-3，产炭率约37%，产物微孔结构较不添加活化剂增多32%，植物可利用磷和钾总量增加约23%。

Claims

1.一种生物炭肥的生产方法，其特征是：包括以下步骤：

（1）混合过程，将人畜粪便、破碎后的农林废弃物残渣以及活化剂按照一定比例进行充分混匀；人畜粪便和农林副产物体积比为1:0.5～1:3，活化剂投加量为人畜粪便和农林副产物总质量的5%～10%，活化剂由磷酸钾、碳酸钾和氢氧化钾按质量比2:2:1混合配制而成；

（2）预干燥过程，利用太阳能、风能或生物能对上述混合物进行干燥脱水；

（3）脱水排氧过程，将上述混合物放入热解物料仓内，仓内填充量大于80%，将物料仓加热以利用产生的水蒸气将仓内残留空气充分排除；

（4）碳化过程，将完成排氧过程的热解物料仓升温至碳化温度，并持续1～2小时，使物料充分完成碳化；

（5）冷却过程，待物料仓冷却即可获得生物炭肥产品。

2.根据权利要求1所述一种生物炭肥的生产方法，其特征是：脱水排氧过程中物料仓加热至150℃～200℃范围内。

3.根据权利要求1所述一种生物炭肥的生产方法，其特征是：碳化温度在450℃～550℃。