CN103435380A - 速生植物种植与植物堆肥替代化肥的装置和方法 - Google Patents

Abstract

速生植物种植与植物堆肥替代化肥的装置和方法，替代化石能源在化肥生产过程中的使用，实现大气温室气体负增长，调节温室效应；抑制雾霾形成；解决相关环境问题；改善土壤结构，增加土壤肥力。该方法包括：（1）在选定的陆地区域或水体区域中种植和/或培育的速生植物；（2）当速生植物长到合适的高度时进行收获；（3）对收获的速生植物进行干燥，优选自然干燥；（4）将干燥后的速生植物加工成储碳型材；（5）将成型后的植物储碳型材进行封存；（6）将速生植物及其储碳型材加工成有机肥料，并将加工过程中产生的含氮气体转化成含氮肥料（氨水）。

Description

速生植物种植与植物堆肥替代化肥的装置和方法

技术领域

本发明涉及速生植物种植与植物堆肥替代化肥的装置和方法，属于化工领域。

背景技术

我国是世界上使用化肥、农药数量最大的国家之一，且化肥的利用率低，平均利用率只有30%～35%；流失率高，农田径流带入地表水体的氮占人类活动排入水体氮的51%。化肥不仅导致农田土壤污染，还严重污染水体、大气、生物，对人体健康造成严重危害。施氮过多的蔬菜中硝酸盐含量是正常情况的20-40倍。人或牲畜食用硝酸盐含量高的植物后，硝酸盐在体内与各种胺类反应，会产生亚硝酸胺，同时亚硝酸盐容易与血红素中的铁离子结合，导致高铁血红素白血症，使病人出现行为反应障碍、工作能力下降、头晕目眩、意识丧失等症状，严重的还危及生命。长期大量地使用氮肥特别是大量施用铵肥，铵离子进入土壤后在其硝化作用的过程中释放出氢离子，使土壤逐渐酸化。铵离子能够置换出土壤胶体微粒上起联结作用的钙离子，造成土壤颗粒分散，从而破坏了土壤团粒结构。大量施用氮肥，给土壤引入了大量非主要营养成分或有毒物质，如硫铵中的硫酸根离子和氯铵中氯离子，或尿素中的有毒物质缩二脲，它们对土壤微生物的正常活动有抑制或毒害作用。土壤酸化不仅破坏土壤性质，而且会促进土壤中一些有毒、有害污染物的释放、迁移或使之毒性增强，使微生物和蚯蚓等土壤生物减少，加速土壤营养元素的流失，板结严重，最终丧失了农业耕种价值。同时化肥生产需要消耗能源；排放温室气体；三废污染十分严重。

有机肥不仅含有植物必需的大量元素、微量元素，还含有丰富的有机养分。有机肥料施入土壤后，有机质能有效地改善土壤理化状况和生物特性，熟化土壤，增强土壤的保肥供肥能力和缓冲能力，为作物的生长创造良好的土壤条件。有机肥腐解后，为土壤微生物活动提供能量和养料，促进微生物活动，加速有机质分解，产生的活性物质等能促进作物的生长和提高农产品的品质。使用速生植物种植与植物堆肥替代化肥的装置和方法，具有十分重要的战略意义。

发明内容

本发明的目的是提供速生植物种植与植物堆肥替代化肥的装置和方法，替代化石能源在化肥生产过程中的使用，实现大气温室气体负增长，调节温室效应；抑制雾霾形成；解决相关环境问题；改善土壤结构，增加土壤肥力。通过种植陆地或水体区域中的木本、草本、藻类、地衣或苔藓等植物(简称速生植物)，经粉碎、干燥、压缩成型获得速生植物储碳型材，进行封存；将速生植物或其储碳型材，变成有机肥料替代化肥，改良土壤结构，补充土壤肥力。速生植物堆肥过程中产生的气体、液体及人畜粪便、生活污泥发酵产生的气体，进行回收处理；堆肥过程中产生的氮气，经收集合成氨水；可直接添加到堆肥中补充氮素比例，调整速生植物颗粒C/N比例，也可作为氮肥直接使用。

在本申请中，所述的植物广义地包括速生木本、草本、藻类、地衣或苔藓(低等植物)。

本发明的实施方案概括如下：

1、速生植物种植与植物堆肥替代化肥的装置和方法，该方法包括：

（1）在选定的陆地区域或水体区域中种植和/或培育的速生植物；

（2）当速生植物长到合适的高度时进行收获；

（3）对收获的速生植物进行干燥，优选自然干燥；

（4）将干燥后的速生植物加工成储碳型材；

（5）将成型后的植物储碳型材进行封存；

（6）将速生植物或其储碳型材加工成有机肥料，并将加工过程中产生的含氮气体转化成含氮肥料（氨水）。

2、根据以上1项的方法，其中在步骤(1)选定的陆地区域或水体区域中种植和/或培育的速生植物，进行肥水管理，可在这些区域中定期或周期性地(多次)施用肥料(如有机肥料、堆肥过程中产生的含氮气体合成的氨水)。

3、根据以上1项的方法，其中在步骤(2)中收获速生草本植物时，所保留的“茎的下部分” 至少具有1个节理，优选2～8cm，以促进植物迅速发芽或长出新叶；收割或采收藻类、地衣或苔藓时，所保留的植株数量优选30%以上，大型藻类保留根茎8cm以上。

4、根据以上1-3项的方法，其中步骤(1)-(6)或步骤(2)-(6)能够重复进行。

5、根据以上1-4项中任何一项所述的方法，其中作为种植和/或培育区域是指平原、盆地、丘陵、山地、戈壁滩或沙漠等陆地区域，湖泊、河流、水库、池塘、近海水域或海湾水域等水体区域。

在本申请中，水体区域分为淡水型的水体区域和海洋型的水体区域。

速生草本植物在热带、亚热带、温热带、温带地区中生长迅速，并且一年中能够多次收割和/或采收。在陆地区域中，尤其在热带、亚热带、温热带地区的陆地区域中，速生草本植物(如芦苇、荻、狼尾草、苏丹草）在一年中能够收割和/或刈割2-4次，甚至5-8次。在水体区域中，尤其在热带、亚热带、温热带地区的水体区域中，速生草本植物（如凤眼莲、水薸）甚至一个月就能够收获2-4次。海水藻类适合在近海区域中人工培育。地衣或苔藓在地球上的分布非常广泛，从热带到寒带都有分布。

6、根据以上1-5项中任何一项所述的方法，其中在步骤(1)中，其中在陆地区域中种植和/或培育的速生草本植物是：紫茎泽兰、薇甘菊、飞机草、土荆芥、西番莲、假连翘、藿香蓟、一年蓬、大波斯菊、五爪金龙、草木犀、棒叶景天、梯牧草、地毯草、节节草、熊耳草、美洲商陆、鬼针草、野牛草、北美苋、香根草、黑麦草、苏丹草、假高粱、墨西哥玉米草、空心莲子草、青蒿、加拿大一枝黄花、豚草、松香草、聚合草、紫花苜蓿、山苦荬、沙打旺、籽粒苋、龙须草、欧洲菊苣、稗、芦苇、荻、草高粱、大米草、互花米草、狐米草、大绳草、海王神草、喜盐草、海菖蒲、狼尾草、象草及上述物种通过杂交或驯化培育出的品种，如皇竹草、巨象草、甜象草、杂交狼尾草等；优选芦苇、荻、皇竹草、巨象草、甜象草、黑麦草、苏丹草、假高粱、墨西哥玉米草。

或在水体区域(尤其是淡水区域)中种植和/或培育的速生草本植物是：凤眼莲、水薸。

下表1是速生草本植物的列表。下表2是速生藻类的列表。

7、根据以上1-6项中任何一项所述的方法，其特征在于，所述苏丹草春季高产栽培的方法包括：

（1）头年12月份以前，选水肥条件比较好的地段，耕翻深度20～25cm。

（2）第二年4月份后，当地面温度达到10℃以上时，选晴天将大田精耕细作、耙细表土、平整地面。

（3）为提高种子发芽率，播种前1个月内晒种1～2天。

（4）当地面温度稳定在10℃以上时，按株行距20～30cmх20～30cm，开挖长宽为15cmх15cm、深10cm的种植穴；每个种植穴内施有机肥0.5～1kg后，再覆盖1～2cm细土。

（5）由于苏丹草种子比较细，点播时掺入草木灰或细土进行拌种。

（6）每个种植穴播5～7颗苏丹草种子；点播完后，在每个种植穴上洒0.5～1cm细土，如果拌种时，掺入细土比较多，点播完后可不再用细土盖种。

（7）出苗后5～7d，用清粪水或清水进行一次洒泼；以后7～10d洒泼一次，天气干旱可3～5d洒泼一次。

（8）当出苗20d后，4～5片叶时进行查苗补蔸。

（9）出苗45d后，选晴天进行中耕除草；拔节前进行中耕培土，在封行前培土1～2次，培土高度5～10cm，在植株根部每亩施有机肥或腐熟人畜粪尿800～1000kg。

（10）苏丹草喜肥怕涝，拔节期土地干旱时进行一次灌溉，要随灌随排；或用清粪水对根部进行洒泼。

（11）苏丹草叶片比较细嫩，易受蚜虫和螟虫的危害；通常用质量比为40％的氧化乐果乳液兑水稀释成500～800倍液进行喷雾防治，每亩喷稀释后药液100～125kg。

（12）第一次刈割在拔节后，植株高150cm以上，留茬5～10cm进行收获，以后每间隔20～30d进行一次刈割；每次刈割后用清粪水对根部进行洒泼，并及时进行中耕除草、培土护蔸，培土时每亩施有机肥或腐熟人畜粪尿500～800kg。

（13）采种田不进行刈割，主茎及部分侧枝上的花穗干枯变黄或变红，种子变硬，用手掐不动时收获。

（14）选晴天进行刈割，随割随移走割下的青工苗；秋季收割的植物地表部分和收集种子以后的秸杆，经打捆后便可运往堆肥车间或速生植物储碳型材加工厂。

8、根据以上1-7项中任何一项所述的方法，其特征在于，所述速生植物储碳型材成型的方法包括：

（1）将收获的速生植物自然干燥，含水率控制在20%以内。

（2）采用粉碎机将速生植物粉碎成1～10mm长的颗粒物；草本植物干燥后茎、叶比较柔韧，原料在粉碎机内先切断，才能粉碎。优选带切断、粉碎和除尘功能的粉碎机，将粉碎、除尘一次完成。

（3）将粉碎后的颗粒物原料进行干燥；螺杆挤压成型机对水份要求高，颗粒物原料含水率控制在10～15%；机械压缩成型机对颗粒物原料水份要求宽松些，含水率控制在10～20%。

（4）作为加工成有机肥的速生植物储碳型材，为节省能源，压力控制在10～15Mpa，速生植物压缩前后的体积比可达5～15倍，型材密度可达0.8～1.4g/cm³。

（5）型材冷却后，再入库封存，做好防火、防潮、防虫鼠工作。

9、根据以上1-8项中任何一项所述的方法，其特征在于，所述速生植物或其储碳型材堆肥的装置与方法包括植物粉碎机（3），植物颗粒输送带（4、7），堆肥车间（8），除臭塔（44），脱水过滤塔（48），脱硫脱氧塔（52），气体分离器（56），阻火器（60），燃烧器（62），氨水合成塔（66），氨水储存塔（71），第一发酵池（30），第二发酵池（18），粉碎泵送机（24），菌种斗（83）；所述植物粉碎机（3）与植物颗粒输送带（4）相连；所述植物颗粒输送带（7）与料斗（78）相连；所述堆肥车间（8）内设有堆肥发酵池（29）；所述堆肥发酵池（29）上设有翻料机（13）；所述堆肥发酵池（29）内设有C管（16）、D管（17），C管（16）用于向堆肥发酵池（29）内通风，D管（17）用于收集堆肥发酵池（29）内的渗漏液；所述鼓风机（14）通过空气加热器（15）与C管（16）相连；所述D管（17）与第二发酵池（18）相连；所述第二发酵池（18）通过I管（33）、固液控制阀（32）、H管（31）与第一发酵池（30）相连；所述第二发酵池（18）通过E管（19）、固液控制阀（82）、e管（85）、固液输送泵（20）、F管、固液控制阀（22）、f管（86）与喷头（28）相连；所述菌种斗（83）通过菌种流量控制阀（84）和e管（85）相连；所述矿物质肥料仓库（27）内设有粉碎输送机（24），并存放矿物质肥料（23）；所述粉碎输送机（24）通过G管（25）、粉料控制阀（26）与f管（86）相连；所述第一发酵池（30）通过J管（34）、气体控制阀（35）、L管（38）、发酵池汽体收集泵（39）、M管、气体控制阀（41）与N管（43）相连；所述第二发酵池（18）通过K管（36）、气体控制阀（37）与L管（38）相连；所述堆肥车间气体收集口（10）通过A管（9）、堆肥车间气体收集泵（11）、B管（12）、气体控制阀（42）与N管（43）相连；所述N管（43）与除臭塔（44）相连；所述除臭塔（44）通过O管（45）、气体增压泵（46）、P管（47）与脱水过滤塔（48）相连；所述脱水过滤塔（48）通过Q管（49）、气体控制阀（50）、R管（51）与脱硫脱氧塔（52）相连；所述脱硫脱氧塔（52）通过S管（53）、气体增压泵（54）、T管（55）与气体分离器（56）相连；所述气体分离器（56）通过X管（63）、气体控制阀（64）、Y管（65）与氨水合成塔（66）相连；所述氨水合成塔（66）通过Z管（67）、氨水控制阀（68）、a管（70）与氨水储存塔（71）相连；所述氨水储存塔（71）通过b管（72）与氨水控制阀（73）相连；所述氨水储存塔（71）通过c管（74）、氨水泵（75）、d管（76）、氨水控制阀（77）与f管（86）相连；所述气体分离器（56）通过U管（57）、气体控制阀（58）、V管（59）与阻火器（60）相连；所述阻火器（60）通过W管（61）与燃烧器（62）相连；所述氨水合成塔（66）上设有排气阀（69）；

其生产有机肥的方法是：

（1）将速生植物或其储碳型材粉碎成1～10mm的颗粒物。

（2）通过植物颗粒输送带，将速生植物颗粒物送入堆肥发酵池内。

（3）通过固液输送泵，将第二发酵池内腐熟的生活污泥、人畜粪便及堆肥渗漏液通过喷头加入速生植物颗粒物内。

（4）通常将复合发酵菌种投入第二发酵池内，让其自行繁殖；在冬季日平均气温低于10℃时，第二发酵池内的复合发酵菌数量数量减少时，先将复合发酵菌粉剂加水稀释50～100倍，在15℃～20℃温度下培养8～12小时，得菌液；使用时将菌液倒入菌种斗，通过固液输送泵连同腐熟的生活污泥、人畜粪便及堆肥渗漏液一起加入速生植物颗粒物内。

（5）每次向第一发酵池内注入人畜粪便时，都加入一定量的石灰，起到灭菌的作用；当人畜粪便成分腐熟后，打开固液控制阀自动流入第二发酵池内，与生活污泥、堆肥渗漏液混合在一起继续发酵；为加快发酵腐熟过程，需加入石灰和复合发酵菌，将PH值控制在6以上。

（6）为了提高速生植物颗粒物发酵后，生产的有机肥中钾、磷等矿物质含量，可通过粉碎输送机将富含钾、磷等矿物质肥料通过管道输送加入速生植物颗粒物内。

（7）为了提高速生植物颗粒物的碳氮比，除添加人畜粪便、堆肥渗漏液外，还可通过氨水泵添加氨水，将堆肥原料碳氮比控制在25～35:1之内。

（8）当堆肥原料进入堆肥发酵池后，通过翻料机对原料进行拌动，搅拌过程中可适当加水，使原料湿度达到50%～60%。

（9）当堆肥车间内的室温度低于20℃时，对新加入堆肥发酵池的原料需要进行升温；开启空气加热器，通过鼓风机将热空气送至堆肥发酵池，使堆肥内温度达到50～60℃；可以利用燃烧器产生的热量供空气加热器使用。

（10）当堆肥发酵池内堆肥内温超过60℃时，利用翻料机对原料进行拌动，启动鼓风机向堆肥发酵池内输送常温气体。

（11）当堆肥发酵池内原料湿度小于50%时，通过喷头将第二发酵池内的水喷洒到堆肥原料上，利用翻料机对原料进行搅拌。

（12）发酵5～7d后，通过翻料机对原料进行上下翻动，通过喷水控制堆肥发酵池内原料湿度45%～55%，翻堆8～12h后控制堆肥内温度达到45～55℃；低于40℃时，开启空气加热器，通过鼓风机将热空气送至堆肥发酵池内；高于60℃时，启动鼓风机向堆肥发酵池内输送常温气体。

（13）以后每距3～4d翻一次堆，翻堆2～3次后，将堆肥从堆肥发酵池内取出，移到大棚或露天下降解5～7d直至完全腐熟。

（14）完全腐熟后的堆肥原料摊开，使其自然干燥或日晒，将水份控制在20～30%，破碎后经1～5目筛除大颗粒后即成有机肥成品。

其生产氨水的方法是：

（1）将堆肥车间、第一发酵池、第二发酵池内生物质发酵产生的气体，通过堆肥车间气体收集泵、发酵池气体收集泵及相应管道收集、输送到除臭塔，去除气体中的恶臭。

（2）除臭后的气体经气体增压泵增压后，进入脱水过滤塔，干燥并去除粉尘颗粒。

（3）经干燥、除尘后的气体进入脱硫脱氧塔，气体流经塔内脱硫填料层，硫化物余留在填料层中，净化后的气体流经脱氧液时，氧原子被脱去。

（4）干净的气体通过气体增压泵增压后，进入气体分离器，分离出来的氮气、氢气进入氨水合成塔，甲烷等其它气体经燃烧后排向大气。

（5）进入氨水合成塔的气体，在高温、高压和催化剂作用下合成氨气，氨气溶于水得到氨水。

（6）氨水经管道进入氨水储存塔内贮存，可作为速生植物或其储碳型材堆肥时调节碳氮比的氮源，也可用于化肥或化工原料。

本发明的优点

1）速生植物有机肥施入土壤后，有机质能有效地改善土壤理化状况和生物特性，熟化土壤，增强土壤的保肥供肥能力和缓冲能力，为作物的生长创造良好的土壤条件。

2）速生植物有机肥含有丰富的有机物和各种营养元素，增加产量、提高品质。

3）速生植物有机肥能改善作物根际微生物群，提高植物的抗病虫能力。

4）速生植物有机肥无臭，施用方便。

5）速生植物有机肥价格便宜。

6）速生植物有机肥逐渐取代其他的肥料，才能使得农业逐步的向无公害农业转变，才能使得让更多的有机食品、水果、蔬菜走向我们的餐桌。

    7）速生植物有机肥属可再生资源，用有机肥替代化肥能有效降低化肥厂生产过程中温室气体的排放，控制大气温室效应。

8）作为一个产业来推广，有利于提高就业率。

图1是本发明设备的结构示意图；

图中：1—速生植物，2—速生植物仓库，3—植物粉碎机，4、7—植物颗粒输送带，5—速生植物颗仓库，6—速生植物颗粒，8—堆肥车间，9—A管，10—堆肥车间气体收集口，11—堆肥车间气体收集泵，12—B管，13—翻料机，14—鼓风机，15—空气加热器，16—C管，17—D管，18—第二发酵池，19—E管，20—固液输运泵，21—F管，22、32、82—固液控制阀，23—矿物质肥料，24—粉碎输送机，25—G管，26—粉料控制阀，27—矿物质肥料仓库，28—喷头，29—堆肥发酵池，30—第一发酵池，31—H管，33—I管，34—J管，35、37、41、42、50、58、64—气体控制阀，36—K管，38—L管，39—发酵池气体收集泵，40—M管，43—N管，44—除臭塔，45—O管，46、54—气体增压泵，47—P管，48—脱水过滤塔，49—Q管，51—R管，52—脱硫脱氧塔，53—S管，55—T管，56—气体分离器，57—U管，59—V管，60—阻火器，61—W管，62—燃烧器，63—X管，65—Y管，66—氨水合成塔，67—Z管，68、73、77—氨水控制阀，69—排气阀，70—a管，71—氨水储存塔，72—b管，74—c管，75—氨水泵，76—d管，78、79—料斗，80—有机肥料输送带，81—粉碎筛选机，83—菌种斗，84—菌种流量控制阀，85—e管，86—f管，87—有机肥，88—氨水。

具体的实施方式

下面详细说明本发明优选的技术方案，但本发明不限于所提供的实施例。

实施例1-苏丹草春季高产栽培的方法

以中国长江中、下游地区春季栽培举例。

具体步骤如下：

1、头年12月份以前，选水肥条件比较好的地段，耕翻深度20～25cm。

2、第二年4月份后，当地面温度达到10℃以上时，选晴天将大田精耕细作、耙细表土、平整地面。

3、为提高种子发芽率，播种前1个月内晒种1～2天。

4、当地面温度稳定在10℃以上时，按株行距按20～30cmх20～30cm，开挖长宽为15cmх15cm、深10cm的种植穴；每个种植穴内施有机肥0.5～1kg后，再覆盖1～2cm细土。

5、由于苏丹草种子较细，点播时掺入草木灰或细土进行拌种。

6、每个种植穴播5～7颗苏丹草种子；点播完后，在每个种植穴上洒0.5～1cm细土，如果拌种时，掺入细土比较多，点播完后可不再洒细土盖种。

7、出苗后5～7d，用清粪水或清水进行一次洒泼；以后7～10d洒泼一次，天气干旱可3～5d洒泼一次。

8、当出苗20d后，4～5片叶时进行查苗补蔸。

9、出苗45d后，选晴天进行中耕除草；拔节前进行中耕培土，在封行前培土1～2次，培土高度5～10cm，在植株根部每亩施有机肥或腐熟人畜粪尿800～1000kg。

10、苏丹草喜肥怕涝，拔节期土地干旱时进行一次灌溉，要随灌随排；或用清粪水对根部进行洒泼。

11、苏丹草叶片比较细嫩，易受蚜虫和螟虫的危害；通常用质量比为40％的氧化乐果乳液兑水稀释成500～800倍液进行喷雾防治，每亩喷稀释后药液100～125kg。

12、第一次刈割在拔节后，植株高150cm以上，留茬5～10cm进行收获，以后每间隔20～30d进行一次刈割；每次刈割后用清粪水对根部进行洒泼，并及时进行中耕除草、培土护蔸，培土时每亩施有机肥或腐熟人畜粪尿500～800kg。

13、采种田不进行刈割，主茎及部分侧枝上的花穗干枯变黄或变红，种子变硬，用手掐不动时收获。

14、选晴天进行刈割，随割随移走割下的青工苗；秋季收割的植物地表部分和收集种子以后的秸杆，经打捆后便可运往堆肥车间或速生植物储碳型材加工厂。

实施例2-速生植物储碳型材成型的方法

以芦苇和荻举例，具体步骤如下：

1、将收获的速生植物自然干燥，含水率控制在20%以内。

2、采用粉碎机将速生植物粉碎成1～10mm长的颗粒物；草本植物干燥后茎、叶比较柔韧，原料在粉碎机内先切断，才能粉碎。优选带切断、粉碎和除尘功能的粉碎机，将粉碎、除尘一次完成。

3、将粉碎后的颗粒物原料进行干燥；螺杆挤压成型机对水份要求高，颗粒物原料含水率控制在10～15%；机械压缩成型机对颗粒物原料水份要求宽松些，含水率控制在10～20%。

4、作为加工成有机肥的速生植物储碳型材，为节省能源，压力控制在10～15Mpa，速生植物压缩前后的体积比可达5～15倍，型材密度可达0.8～1.4g/cm³。

5、型材冷却后，再入库封存，做好防火、防潮、防虫鼠工作。

实施例3-速生植物或其储碳型材堆肥的装置与方法

参见图1，所述速生植物或其储碳型材堆肥的装置与方法包括植物粉碎机3，植物颗粒输送带4、7，堆肥车间8，除臭塔44，脱水过滤塔48，脱硫脱氧塔52，气体分离器56，阻火器60，燃烧器62，氨水合成塔66，氨水储存塔71，第一发酵池30，第二发酵池18，粉碎泵送机24，菌种斗83；所述植物粉碎机3与植物颗粒输送带4相连；所述植物颗粒输送带7与料斗78相连；所述堆肥车间8内设有堆肥发酵池29；所述堆肥发酵池29上设有翻料机13；所述堆肥发酵池29内设有C管16、D管17，C管16用于向堆肥发酵池29内通风，D管17用于收集堆肥发酵池29内的渗漏液；所述鼓风机14通过空气加热器15与C管16相连；所述D管17与第二发酵池18相连；所述第二发酵池18通过I管33、固液控制阀32、H管31与第一发酵池30相连；所述第二发酵池18通过E管19、固液控制阀82、e管85、固液输送泵20、F管、固液控制阀22、f管86与喷头28相连；所述菌种斗83通过菌种流量控制阀84和e管85相连；所述矿物质肥料仓库27内设有粉碎输送机24，并存放矿物质肥料23；所述粉碎输送机24通过G管25、粉料控制阀26与f管86相连；所述第一发酵池30通过J管34、气体控制阀35、L管38、发酵池汽体收集泵39、M管、气体控制阀41与N管43相连；所述第二发酵池18通过K管36、气体控制阀37与L管38相连；所述堆肥车间气体收集口10通过A管9、堆肥车间气体收集泵11、B管12、气体控制阀42与N管43相连；所述N管43与除臭塔44相连；所述除臭塔44通过O管45、气体增压泵46、P管47与脱水过滤塔48相连；所述脱水过滤塔48通过Q管49、气体控制阀50、R管51与脱硫脱氧塔52相连；所述脱硫脱氧塔52通过S管53、气体增压泵54、T管55与气体分离器56相连；所述气体分离器56通过X管63、气体控制阀64、Y管65与氨水合成塔66相连；所述氨水合成塔66通过Z管67、氨水控制阀68、a管70与氨水储存塔71相连；所述氨水储存塔71通过b管72与氨水控制阀73相连；所述氨水储存塔71通过c管74、氨水泵75、d管76、氨水控制阀77与f管86相连；所述气体分离器56通过U管57、气体控制阀58、V管59与阻火器60相连；所述阻火器60通过W管61与燃烧器62相连；所述氨水合成塔66上设有排气阀69。

其生产有机肥的方法是：

1、将速生植物或其储碳型材粉碎成1～10mm的颗粒物。

2、通过植物颗粒输送带4、7，将速生植物颗粒物6送入堆肥发酵池29内。

3、通过固液输送泵24，将第二发酵池18内腐熟的生活污泥、人畜粪便及堆肥渗漏液通过喷头28加入速生植物颗粒物6内。

4、通常将复合发酵菌种投入第二发酵池18内，让其自行繁殖；在冬季日平均气温低于10℃时，第二发酵池18内的复合发酵菌数量数量减少时，先将复合发酵菌粉剂加水稀释50～100倍，在15℃～20℃温度下培养8～12小时，得菌液；使用时将菌液倒入菌种斗83，通过固液输送泵24连同腐熟的生活污泥、人畜粪便及堆肥渗漏液一起加入速生植物颗粒物6内。

5、每次向第一发酵池30内注入人畜粪便时，都加入一定量的石灰，起到灭菌的作用；当人畜粪便成分腐熟后，打开固液控制阀32自动流入第二发酵池18内，与生活污泥、堆肥渗漏液混合在一起继续发酵；为加快发酵腐熟过程，需加入石灰和复合发酵菌，将PH值控制在6以上。

6、为了提高速生植物颗粒物6发酵后产的的机肥，钾、磷等矿物质含量，可通过粉碎输送机24将富含钾、磷等矿物质肥料23通过管道输送加入速生植物颗粒物6内。

7、为了提高速生植物颗粒物6的碳氮比，除添加人畜粪便、堆肥渗漏液外，还可通过氨水泵75添加氨水，将堆肥原料碳氮比控制在25～35:1之内。

8、当堆肥原料进入堆肥发酵池29后，通过翻料机13对原料进行拌动，搅拌过程中可适当加水，使原料湿度达到50%～60%。

9、当堆肥车间8内的室温度低于20℃时，对新加入堆肥发酵池29的原料需要进行升温；开启空气加热器15，通过鼓风机14将热空气送至堆肥发酵池29，使堆肥内温度达到50～60℃；可以利用燃烧器62产生的热量供空气加热器15使用。

10、当堆肥发酵池29内堆肥内温超过60℃时，利用翻料机13对原料进行拌动，启动鼓风机14向堆肥发酵池29内输送常温气体。

11、当堆肥发酵池29内原料湿度小于50%时，通过喷头28将第二发酵池18内的水喷洒到堆肥原料上，利用翻料机13对原料进行搅拌。

12、发酵5～7d后，通过翻料机13对原料进行上下翻动，通过喷水控制堆肥发酵池29内原料湿度45%～55%，翻堆8～12h后控制堆肥内温度达到45～55℃；低于40℃时，开启空气加热器15，通过鼓风机14将热空气送至堆肥发酵池29内；高于60℃时，启动鼓风机14向堆肥发酵池29内输送常温气体。

13、以后每距3～4d翻一次堆，翻堆2～3次后，将堆肥从堆肥发酵池29内取出，移到大棚或露天下降解5～7d直至完全腐熟。

14、完全腐熟后的堆肥原料摊开，使其自然干燥或日晒，将水份控制在20～30%，破碎后经1～5目筛除大颗粒后即成有机肥成品。

其生产氨水的方法是：

1、将堆肥车间8、第一发酵池30、第二发酵池18内生物质发酵产生的气体，通过堆肥车间气体收集泵11、发酵池气体收集泵39及相应管道收集、输送到除臭塔44，去除气体中的恶臭。

2、除臭后的气体经气体增压泵46增压后，进入脱水过滤塔48，干燥并去除粉尘颗粒。

3、经干燥、除尘后的气体进入脱硫脱氧塔52，气体流经塔内脱硫填料层，硫化物余留在填料层中，净化后的气体流经脱氧液时，氧原子被脱去。

4、干净的气体通过气体增压泵54增压后，进入气体分离器56，分离出来的氮气、氢气进入氨水合成塔66，甲烷等其它气体经燃烧后排向大气。

5、进入氨水合成塔66的气体，在高温、高压和催化剂作用下合成氨气，氨气溶于水得到氨水。

6、氨水经管道进入氨水储存塔71内贮存，可作为速生植物或其储碳型材堆肥时调节碳氮比的氮源，也可用于化肥或化工原料。

Claims (9)

1.速生植物种植与植物堆肥替代化肥的装置和方法，该方法包括：

（1）在选定的陆地区域或水体区域中种植和/或培育的速生植物；

（2）当速生植物长到合适的高度时进行收获；

（3）对收获的速生植物进行干燥，优选自然干燥；

（4）将干燥后的速生植物加工成储碳型材；

（5）将成型后的植物储碳型材进行封存；

（6）将速生植物或其储碳型材加工成有机肥料，并将加工过程中产生的含氮气体转化成含氮肥料（氨水）。

2.根据权利要求1项的方法，其中在步骤(1)选定的陆地区域或水体区域中种植和/或培育的速生植物，进行肥水管理，可在这些区域中定期或周期性地(多次)施用肥料(如有机肥料、堆肥过程中产生的含氮气体合成的氨水)。

3.据权利要求1项的方法，其中在步骤(2)中收获速生草本植物时，所保留的“茎的下部分” 至少具有1个节理，优选2～8cm，以促进植物迅速发芽或长出新叶；收割或采收藻类、地衣或苔藓时，所保留的植株数量优选30%以上，大型藻类保留根茎8cm以上。

4.根据权利要求1-3项的方法，其中步骤(1)-(6)或步骤(2)-(6)能够重复进行。

5.根据权利要求1-4项中任何一项所述的方法，其中作为种植和/或培育区域是指平原、盆地、丘陵、山地、戈壁滩或沙漠等陆地区域，湖泊、河流、水库、池塘、近海水域或海湾水域等水体区域。

6.根据权利要求1-5项中任何一项所述的方法，其中在步骤(1)中，其中在陆地区域中种植和/或培育的速生草本植物是：紫茎泽兰、薇甘菊、飞机草、土荆芥、西番莲、假连翘、藿香蓟、一年蓬、大波斯菊、五爪金龙、草木犀、棒叶景天、梯牧草、地毯草、节节草、熊耳草、美洲商陆、鬼针草、野牛草、北美苋、香根草、黑麦草、苏丹草、假高粱、墨西哥玉米草、空心莲子草、青蒿、加拿大一枝黄花、豚草、松香草、聚合草、紫花苜蓿、山苦荬、沙打旺、籽粒苋、龙须草、欧洲菊苣、稗、芦苇、荻、草高粱、大米草、互花米草、狐米草、大绳草、海王神草、喜盐草、海菖蒲、狼尾草、象草及上述物种通过杂交或驯化培育出的品种，如皇竹草、巨象草、甜象草、杂交狼尾草等；优选芦苇、荻、皇竹草、巨象草、甜象草、黑麦草、苏丹草、假高粱、墨西哥玉米草；

或在水体区域(尤其是淡水区域)中种植和/或培育的速生草本植物是：凤眼莲、水薸。

7.根据权利要求1—6项任何一项所述的方法，还包括：

（7）所述苏丹草春季高产栽培的方法，该方法包括下列子步骤：

（1a）头年12月份以前，选水肥条件比较好的地段，耕翻深度20～25cm；

（2a）第二年4月份后，当地面温度达到10℃以上时，选晴天将大田精耕细作、耙细表土、平整地面；

（3a）为提高种子发芽率，播种前1个月内晒种1～2天；

（4a）当地面温度稳定在10℃以上时，按株行距20～30cmх20～30cm，开挖长宽为15cmх15cm、深10cm的种植穴；每个种植穴内施有机肥0.5～1kg后，再覆盖1～2cm细土；

（5a）由于苏丹草种子较细，点播时掺入草木灰或细土进行拌种；

（6a）每个种植穴播5～7颗苏丹草种子；点播完后，在每个种植穴上洒0.5～1cm细土，如果拌种时，掺入细土比较多，点播完后可不再用细土盖种；

（7a）出苗后5～7d，用清粪水或清水进行一次洒泼；以后7～10d洒泼一次，天气干旱可3～5d洒泼一次；

（8a）当出苗20d后，4～5片叶时进行查苗补蔸；

（9a）出苗45d后，选晴天进行中耕除草；拔节前进行中耕培土，在封行前培土1～2次，培土高度5～10cm，在植株根部每亩施有机肥或腐熟人畜粪尿800～1000kg；

（10a）苏丹草喜肥怕涝，拔节期土地干旱时进行一次灌溉，要随灌随排；或用清粪水对根部进行洒泼；

（11a）苏丹草叶片比较细嫩，易受蚜虫和螟虫的危害；通常用质量比为40％的氧化乐果乳液兑水稀释成500～800倍液进行喷雾防治，每亩喷稀释后药液100～125kg；

（12a）第一次刈割在拔节后，植株高150cm以上，留茬5～10cm进行收获，以后每间隔20～30d进行一次刈割；每次刈割后用清粪水对根部进行洒泼，并及时进行中耕除草、培土护蔸，培土时每亩施有机肥或腐熟人畜粪尿500～800kg；

（13a）采种田不进行刈割，主茎及部分侧枝上的花穗干枯变黄或变红，种子变硬，用手掐不动时收获；

（14a）选晴天进行刈割，随割随移走割下的青工苗；秋季收割的植物地表部分和收集种子以后的秸杆，经打捆后便可运往堆肥车间或其储碳型材加工厂。

8.根据权利要求1—7项任何一项所述的方法，还包括：

（8）所述速生植物储碳型材成型的方法，该方法包括下列子步骤：

（1b）将收获的速生植物自然干燥，含水率控制在20%以内；

（2b）采用粉碎机将速生植物粉碎成1～10mm长的颗粒物；草本植物干燥后茎、叶比较柔韧，原料在粉碎机内先切断，才能粉碎；优选带切断、粉碎和除尘功能的粉碎机，将粉碎、除尘一次完成；

（3b）将粉碎后的颗粒物原料进行干燥；螺杆挤压成型机对水份要求高，颗粒物原料含水率控制在10～15%；机械压缩成型机对颗粒物原料水份要求宽松些，含水率控制在10～20%；

（4b）作为加工成有机肥的速生植物储碳型材，为节省能源，压力控制在10～15Mpa，速生植物压缩前后的体积比可达5～15倍，型材密度可达0.8～1.4g/cm³；

（5b）型材冷却后，再入库封存，做好防火、防潮、防虫鼠工作。

9.根据权利要求1—8项任何一项所述的方法，还包括：

（9）速生植物或其储碳型材堆肥的装置与方法，该方法包括下列子步骤：

(1c)所述速生植物或其储碳型材堆肥的装置与方法包括植物粉碎机（3），植物颗粒输送带（4、7），堆肥车间（8），除臭塔（44），脱水过滤塔（48），脱硫脱氧塔（52），气体分离器（56），阻火器（60），燃烧器（62），氨水合成塔（66），氨水储存塔（71），第一发酵池（30），第二发酵池（18），粉碎泵送机（24），菌种斗（83）；所述植物粉碎机（3）与植物颗粒输送带（4）相连；所述植物颗粒输送带（7）与料斗（78）相连；所述堆肥车间（8）内设有堆肥发酵池（29）；所述堆肥发酵池（29）上设有翻料机（13）；所述堆肥发酵池（29）内设有C管（16）、D管（17），C管（16）用于向堆肥发酵池（29）内通风，D管（17）用于收集堆肥发酵池（29）内的渗漏液；所述鼓风机（14）通过空气加热器（15）与C管（16）相连；所述D管（17）与第二发酵池（18）相连；所述第二发酵池（18）通过I管（33）、固液控制阀（32）、H管（31）与第一发酵池（30）相连；所述第二发酵池（18）通过E管（19）、固液控制阀（82）、e管（85）、固液输送泵（20）、F管、固液控制阀（22）、f管（86）与喷头（28）相连；所述菌种斗（83）通过菌种流量控制阀（84）和e管（85）相连；所述矿物质肥料仓库（27）内设有粉碎输送机（24），并存放矿物质肥料（23）；所述粉碎输送机（24）通过G管（25）、粉料控制阀（26）与f管（86）相连；所述第一发酵池（30）通过J管（34）、气体控制阀（35）、L管（38）、发酵池汽体收集泵（39）、M管、气体控制阀（41）与N管（43）相连；所述第二发酵池（18）通过K管（36）、气体控制阀（37）与L管（38）相连；所述堆肥车间气体收集口（10）通过A管（9）、堆肥车间气体收集泵（11）、B管（12）、气体控制阀（42）与N管（43）相连；所述N管（43）与除臭塔（44）相连；所述除臭塔（44）通过O管（45）、气体增压泵（46）、P管（47）与脱水过滤塔（48）相连；所述脱水过滤塔（48）通过Q管（49）、气体控制阀（50）、R管（51）与脱硫脱氧塔（52）相连；所述脱硫脱氧塔（52）通过S管（53）、气体增压泵（54）、T管（55）与气体分离器（56）相连；所述气体分离器（56）通过X管（63）、气体控制阀（64）、Y管（65）与氨水合成塔（66）相连；所述氨水合成塔（66）通过Z管（67）、氨水控制阀（68）、a管（70）与氨水储存塔（71）相连；所述氨水储存塔（71）通过b管（72）与氨水控制阀（73）相连；所述氨水储存塔（71）通过c管（74）、氨水泵（75）、d管（76）、氨水控制阀（77）与f管（86）相连；所述气体分离器（56）通过U管（57）、气体控制阀（58）、V管（59）与阻火器（60）相连；所述阻火器（60）通过W管（61）与燃烧器（62）相连；所述氨水合成塔（66）上设有排气阀（69）；

(2c)其生产有机肥的方法是：

将速生植物或其储碳型材粉碎成1～10mm的颗粒物；

通过植物颗粒输送带，将速生植物颗粒物送入堆肥发酵池内；

通过固液输送泵，将第二发酵池内腐熟的生活污泥、人畜粪便及堆肥渗漏液通过喷头加入速生植物颗粒物内；

通常将复合发酵菌种投入第二发酵池内，让其自行繁殖；在冬季日平均气温低于10℃时，第二发酵池内的复合发酵菌数量数量减少时，先将复合发酵菌粉剂加水稀释50～100倍，在15℃～20℃温度下培养8～12小时，得菌液；使用时将菌液倒入菌种斗，通过固液输送泵连同腐熟的生活污泥、人畜粪便及堆肥渗漏液一起加入速生植物颗粒物内；

每次向第一发酵池内注入人畜粪便时，都加入一定量的石灰，起到灭菌的作用；当人畜粪便成分腐熟后，打开固液控制阀自动流入第二发酵池内，与生活污泥、堆肥渗漏液混合在一起继续发酵；为加快发酵腐熟过程，需加入石灰和复合发酵菌，将PH值控制在6以上；

为了提高速生植物颗粒物发酵后，生产的有机肥中钾、磷等矿物质含量，可通过粉碎输送机将富含钾、磷等矿物质肥料通过管道输送加入速生植物颗粒物内；

为了提高速生植物颗粒物的碳氮比，除添加人畜粪便、堆肥渗漏液外，还可通过氨水泵添加氨水，将堆肥原料碳氮比控制在25～35:1之内；

当堆肥原料进入堆肥发酵池后，通过翻料机对原料进行拌动，搅拌过程中可适当加水，使原料湿度达到50%～60%；

当堆肥车间内的室温度低于20℃时，对新加入堆肥发酵池的原料需要进行升温；开启空气加热器，通过鼓风机将热空气送至堆肥发酵池，使堆肥内温度达到50～60℃；可以利用燃烧器产生的热量供空气加热器使用；

当堆肥发酵池内堆肥内温超过60℃时，利用翻料机对原料进行拌动，启动鼓风机向堆发酵池内输送常温气体；

当堆肥发酵池内原料湿度小于50%时，通过喷头将第二发酵池内的水喷洒到堆肥原料上，利用翻料机对原料进行搅拌；

发酵5～7d后，通过翻料机对原料进行上下翻动，通过喷水控制堆发酵池内原料湿度45%～55%，翻堆8～12h后控制堆肥内温度达到45～55℃；低于40℃时，开启空气加热器，通过鼓风机将热空气送至堆发酵池内；高于60℃时，启动鼓风机向堆发酵池内输送常温气体；

以后3～4d翻一次堆，翻堆2～3次后，将堆肥从堆发酵池内取出，移到大棚或露天下降解5～7d直至完全腐熟；

完全腐熟后的堆肥原料摊开，使其自然干燥或日晒，将水份控制在20～30%，破碎后经1～5目筛除大颗粒后即成有机肥成品；

(3c)其生产氨水的方法是：

将堆肥车间、第一发酵池、第二发酵池内生物质发酵产生的气体，通过堆肥车间气体收集泵、发酵池气体收集泵及相应管道收集、输送到除臭塔，去除气体中的恶臭；

除臭后的气体经气体增压泵增压后，进入脱水过滤塔，干燥并去除粉尘颗粒；

经干燥、除尘后的气体进入脱硫脱氧塔，气体流经塔内脱硫填料层，硫化物余留在填料层中，净化后的气体流经脱氧液时，氧原子被脱去；

干净的气体通过气体增压泵增压后，进入气体分离器，分离出来的氮气、氢气进入氨水合成塔，甲烷等其它气体经燃烧后排向大气；

进入氨水合成塔的气体，在高温、高压和催化剂作用下合成氨气，氨气溶于水得到氨水；

氨水经管道进入氨水储存塔内贮存，可作为速生植物或其储碳型材堆肥时调节碳氮比的氮源，也可用于化肥或化工原料。

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