CN103352056B - 泥炭为原料制备沼气、黄腐植酸联产有机肥料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥炭为原料制备沼气、黄腐植酸联产有机肥料的方法，以泥炭为原料，根据泥炭化学组成特点进行分级综合利用。基本步骤包括：泥炭厌氧发酵制备沼气，沼气发酵残渣提取黄腐植酸，提取黄腐植酸后残渣进一步复配腐熟发酵成富含腐植酸有机肥料，实现泥炭制备沼气、黄腐植酸、有机肥料的多联产，解决目前泥炭利用组分单一，主要作为有机肥料、园艺基质产品附加值不高的关键难题，实现泥炭资源的高值化综合利用。

Description

泥炭为原料制备沼气、黄腐植酸联产有机肥料的方法

技术领域

本发明涉及一种泥炭为原料制备沼气、黄腐植酸联产有机肥料的方法，属于泥炭资源综合利用应用领域。

背景技术

我国煤炭资源虽然比较丰富，但优质煤炭资源仅占一半左右，其余为褐煤、泥炭等煤炭资源。2010年我国生产煤炭32.8亿吨，优质煤占68%，褐煤、泥炭等煤种因水分高、灰分高、挥发分高、热值低，常被当作低质燃料动力煤；加上易分化和自燃，不宜长途运输，也就成为难以异地加工利用的煤资源，没有得到综合开发利用。在目前全球能源日趋紧张的形势下，煤化程度介于泥炭与沥青煤之间的褐煤的经济价值及其相关加工生产技术又重新被世界能源界所重视，褐煤提质的研究方兴未艾。但是与褐煤等同属低质煤资源的泥炭（又称泥煤、草炭）尽管储量丰富，但近30年来为人们所忽视，没有最大限度发挥资源价值。

在自然状态下，泥炭由水、矿物质和有机质三部分组成，其中有机质占固相物质的50 % 左右。有机质由未完全分解的植物残体和腐殖质组成，它决定了泥炭的物理化学性质及其利用途径。我国泥炭有机质的含量(干基) 最高值为94.64%，最低值为30.97% ，平均值为55.66%，有机质含量大于40 % 的泥炭矿床占总矿床的85 %。

泥炭的有机质组分较复杂，包括半纤维素、纤维素、腐殖酸、沥青及非水解物等几个组分。由于造炭植物、泥炭形成时间、埋藏状况、分解程度等因素的不同，各地区泥炭有机质的组分有着明显差异。泥炭还含有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁等矿物质, 是泥炭中的重要部分，其含量与有机质含量呈明显的负相关。

泥炭资源分布广泛，价廉易得，因此在农业、畜牧业、工业、园林、环保、医药等领域具有广阔的应用价值。泥炭资源同其他矿产资源一样，早已为世界各国所重视。爱尔兰年开采泥炭60%作为燃料用于发电，近30%制成煤砖用于家庭取暖，10%制成有机肥料；芬兰、加拿大、德国、瑞典等国家开采泥炭用于花卉园艺或作为饲料添加剂；日本利用泥炭吸附工业废水废气收效显著。在我国东北、西南等地，利用泥炭取暖、做饭历史悠久；2012年广州东送能源集团投资25亿元资金，开发云南红河石屏泥炭资源，生产泥炭腐植酸有机肥。

目前泥炭的规模化利用依然存在着严重的问题，无论是作为有机肥料、园艺基质或提取腐植酸，只主要利用了泥炭的单一组分，并且主要作为有机肥料、园艺基质产品附加值不高。

专利（200710055809.4）公布的泥炭腐植酸颗粒是由腐植酸盐喷淋泥炭后、通过造粒形成的有机颗粒肥料，其中泥炭是分解度中等、灰分含量在50%以下的草本泥炭。张学才等报道了泥炭与猪粪的配比是1：1或1：2在严格厌氧的条件下可以制取含甲烷65 %左右的沼气。（张学才,高风彩,泥炭制沼气的研究，煤气与热力,2000,20(1):3-5）。葛红光等报道了泥炭中黄腐酸的分离（葛红光,陈丽华,泥炭中黄腐酸的分离研究,延安大学学报,2001,20(3):57-58）。

以上都是利用了泥炭的单一组分，产品附加值低，造成泥炭其它有效成分的浪费，实质是泥炭资源的浪费。因此需要研究相应的方法解决泥炭降解转化的难题，提高泥炭的附加值。

针对泥炭化学组成结构特点，采用简洁的流程、相对温和的操作条件和有效的技术措施对泥炭进行分级转化，易降解的有机质制成气体清洁燃料沼气，未降解完全的有机质和富集的腐植酸提取黄腐植酸，提取残渣腐熟发酵制成富含腐植酸的有机肥料，对泥炭资源的综合利用开发具有重大意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种泥炭为原料制备沼气、黄腐植酸联产有机肥料的方法，它采用泥炭粉碎后加入活性污泥发酵沼气，发酵残余物提取黄腐植酸，提取黄腐植酸后残渣进一步复配腐熟发酵成富含腐植酸有机肥料。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种泥炭为原料制备沼气、黄腐植酸联产有机肥料的方法，其包括以下步骤：

1）泥炭粉碎至10～150目后，添加麦麸调节碳氮比为25-30:1，调节PH为6.5-7.5，添加质量分数为10%～80%活性污泥，加水调节固液比为1-20:1，在15～58℃下厌氧发酵1～50天制备沼气；

2) 沼气发酵残余物过滤，60~ 110℃下烘1~ 4 h后粉碎过筛，收集40-100细粉，室温加入质量分数50%-300%的丙酮溶液，再加入质量分数100%-300%蒸馏水，最后加入质量分数10%-150%的浓硫酸，搅拌0.5-3h后溶液静置2-6 h，过滤，滤液即产品黄腐酸液；

3）黄腐植酸提取过程中静置后过滤残余物用氢氧化钠调节pH为6.5～7.5，然后添加辅料复配腐熟发酵，造粒烘干得到有机肥料。

在本发明的步骤3）中，添加辅料复配，即添加相当于残渣质量分数20～50%，含水量50～75%的牛粪，室温堆放腐熟发酵7～40天，造粒后50～60℃烘干得到有机肥料。

本发明的有益效果为：

（1）泥炭的主要成分是有机质和腐殖酸，本发明将泥炭分级综合利用，泥炭中的有机质转化为生物天然气等低碳生物质能源，发酵残渣中富含的腐植酸，提取黄腐植酸的残渣复配为腐植酸有机肥料，实现泥炭的高值化综合利用，解决了泥炭利用方式单一等问题，有利于泥炭产品多元化、资源高值化利用。

（2）本发明将泥炭中的有机质利用厌氧发酵工艺制备沼气，沼气燃烧加热空气烘干泥炭，解决泥炭在雨季大面积晾晒的难题和长时间晾晒造成的环境污染问题，并且采用的发酵工艺工程造价低、产生沼液少，沼渣中富集腐植酸，有利于后续工艺泥炭产品多元化、资源高值化利用。

（3）泥炭厌氧发酵残渣中富含的腐植酸，后处理再分级转化，将复杂的腐植酸根据化学性质的不同定向利用，在满足腐植酸的有效含量条件下，利用提取黄腐植酸的发酵残渣与残余有机质制备含腐植酸有机肥，降低生产成本和能耗。

本发明能够为目前困扰泥炭行业尤其是泥炭有机肥行业的产品附加值低和泥炭利用方式单一的难题的解决提供新的工艺，从而将资源优势转变为经济优势。

具体实施方式

实施例1

泥炭粉碎至50目后，添加麦麸调节碳氮比为25:1，调节PH为7.5，添加体积分数为60%活性污泥，加水调节固液比为10:1，在35℃下厌氧发酵40天制备沼气；沼气发酵残余物过滤，105℃下烘4 h后粉碎过筛，收集40目细粉，室温加入质量分数150%的丙酮溶液，再加入质量分数300%蒸馏水，最后加入质量分数50%的浓硫酸，搅拌3h后溶液静置6 h，过滤，滤液即产品黄腐酸液；黄腐植酸提取过程中静置后过滤残余物用氢氧化钠调节PH为6.5，然后添加相当于残渣质量分数50%，含水量55%的牛粪，室温堆放发酵32天，造粒后60℃烘干得到有机肥料。产物沼气中甲烷含量为56%，黄腐酸含量为3.52%，有机肥料含腐植酸16%，有机质(干基) 47%，总养分(干基)5.8%，水分23%，pH7.0，As、Cd、Pb、Cr、Hg含量指标符合NY 525-2012中4.3的规定，检测粪大肠菌群数10个/g，蛔虫卵死亡率＞99%。

实施例2

泥炭粉碎至60目后，添加麦麸调节碳氮比为25:1，调节PH为7.0，添加体积分数为50%活性污泥，加水调节固液比为11:1，在55℃下厌氧发酵25天制备沼气；沼气发酵残余物过滤，65℃下烘4 h后粉碎过筛，收集60目细粉，室温加入质量分数200%的丙酮溶液，再加入质量分数200%蒸馏水，最后加入质量分数80%的浓硫酸，搅拌2h后溶液静置5 h，过滤，滤液即产品黄腐酸液；黄腐植酸提取过程中静置后过滤残余物用氢氧化钠调节PH为7.0，然后添加相当于残渣质量分数40%，含水量65%的牛粪，室温堆放腐熟发酵30天，造粒后55℃烘干得到有机肥料。产物沼气中甲烷含量为58%，黄腐酸含量为2.48%，有机肥料含腐植酸19%，有机质(干基) 49%，总养分(干基)5.3%，水分26%，pH6.4，As、Cd、Pb、Cr、Hg含量指标符合NY 525-2012中4.3的规定，检测粪大肠菌群数76个/g，蛔虫卵死亡率＞97%。

实施例3

泥炭粉碎至40目后，添加麦麸调节碳氮比为30:1，调节PH为7.0，添加体积分数为55%活性污泥，加水调节固液比为11:1，在50℃下厌氧发酵20天制备沼气；沼气发酵残余物过滤，95℃下烘2h后粉碎过筛，收集40目细粉，室温加入质量分数120%的丙酮溶液，再加入质量分数180%蒸馏水，最后加入质量分数60%的浓硫酸，搅拌3h后溶液静置4 h，过滤，滤液即产品黄腐酸液；黄腐植酸提取过程中静置后过滤残余物用氢氧化钠调节PH为7.0，然后添加相当于残渣质量分数45%，含水量65%的牛粪，室温堆放腐熟发酵28天，造粒后50℃烘干得到有机肥料。产物沼气中甲烷含量为62%，黄腐酸含量为3.17%，有机肥料含腐植酸18%，有机质(干基) 46%，总养分(干基)5.2%，水分27%，pH6.3，As、Cd、Pb、Cr、Hg含量指标符合NY 525-2012中4.3的规定，检测粪大肠菌群数33个/g，蛔虫卵死亡率＞96%。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种泥炭为原料制备沼气、黄腐植酸联产有机肥料的综合利用方法，包括以下步骤：

1）泥炭粉碎至10～150目后，添加麦麸调节碳氮比为25-30:1，调节PH为6.5-7.5，添加质量分数为10%～80%活性污泥，加水调节固液比为10-11:1，在15-35℃或50-55℃下厌氧发酵20-25天或40-50天制备沼气；

2) 沼气发酵残余物过滤，60~ 110℃下烘1~ 4 h后粉碎过40-100 目筛，收集细粉，室温加入质量分数120%-200%的丙酮溶液，再加入质量分数100%-300%蒸馏水，最后加入质量分数50%-80%的浓硫酸，搅拌0.5-3h后溶液静置2-6 h，过滤，滤液即产品黄腐植酸液；

3）将步骤2）中静置后过滤获得的残余物用氢氧化钠调节PH为6.5～7.5，添加相当于残渣质量分数20～50%，含水量50～75%的牛粪，室温堆放腐熟发酵28～32天，造粒后50～60℃烘干得到有机肥料。