CN105461463A - 环保型生物炭基有机肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明环保型生物炭基有机肥料由重量组分为：10%～15%的生物炭、77%～87%的有机肥、0.5%～1.5%的木醋液、0.5%～1.5%的环保酵素和2%～4%的粘结剂组成，它的制备方法是将生物炭与有机肥按照比例混合均匀，将混合后的物料粉碎过筛，筛分后的物料粒径小于等于1mm，得到混合料A，粒径大于等于1mm的筛上物料返回粉碎机再次进行粉碎筛分；将木醋液和环保酵素按照比例添加到混合料A中，充分搅拌混合均匀，得到混合料B；将粘结剂按照比例加入到所述的混合料B后，以喷雾的方式加入自来水，调节物料的水分至30%-35%，充分搅拌混合均匀，得到混合料C；然后进行造粒和干燥，即为环保型生物炭基有机肥料。

Description

环保型生物炭基有机肥料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机肥料及其制备方法，具体涉及一种环保型生物炭基有机肥料及其制备方法。

背景技术

生物炭是指植物或动物生物质在缺氧的条件下进行高温处理，其中的焦油和煤气燃烧掉后剩余的物质。生物炭的碳含量在95%以上，施进土壤中，一方面提高了土壤有机碳含量，起到改良土壤的作用。另一方面，生物炭利用自身超强的像海绵一样的吸附性把土壤中作物生长所需要的营养元素及水分吸附在它周围，一是防止流失，二是可以达到缓释的效果，从而提高肥料和水的利用效率。

木醋液是指通过烟气回收的一种液体，脱除木焦油后的精木醋液具有杀菌、防虫、抗病、提高水和土壤有益微生物活性、促进作物生长等作用，可作为绿色无公害农药、微肥使用，提高作物产量和品质。

酵素，是发酵过程的一种，是对混合了糖和水的鲜垃圾经兼氧发酵后产生的棕色液体，其中含有多种活性酶类，如纤维素酶、淀粉酶、高分子有机物分解酶等，及各种对微生物有益的果酸，具有提高土壤微生物的活性，分解土壤中的残留污染物等作用。

在专利‘一种炭基肥料的配制方法（CN201410079221.2）’中，将小麦秸秆粉碎、烘干、混合等步骤后焚烧得到生物炭灰，与硫酸铵、尿素、硫酸钾、磷酸一铵、膨润土搅拌混合造粒得到肥料颗粒。此发明专利，利用了生物碳比表面积大与富碳的特性，但是，秸秆焚烧为好氧燃烧的过程，焚烧炉与空气是连通的，焚烧过程中会产生大量的烟尘与二氧化硫等有害成分，对环境造成了一定的危害。

在专利‘一种生物炭基有机肥料及其配制方法（CN201310693069.2）’中，将碳化制得的秸秆炭、发酵后的鸡粪和豆粕粉碎后与磷矿粉混合，再加入木醋液，降温干燥后制得的一种生物炭基有机肥料。此发明专利，利用了秸秆碳与木醋液的特性，能够提高肥料利用率与防治病虫害，但是将秸秆碳化中产生的多环芳烃带入了土壤，对种植作物的食品安全形成了潜在的威胁。

在专利‘环保型生物炭基肥及其施用方法（CN201310304168.7）’中，将农林废弃物碳化后的生物炭与固定持久性有机污染物降解菌、有机或无机肥料混合造粒得到一种生物炭基肥料。此发明专利，克服了目前生物炭基肥本身含有多环芳烃等有机污染物的不足，但是，在生物炭与持久性有机污染物降解复合菌剂作用之后，持久性有机物降解菌已经失去活性，此生物炭基肥料施入到土壤种植后，不再对生物碳吸附的农药有机物起分解作用，同样面对有机物污染物富集的问题。

发明内容

为克服上述存在的问题，本发明提供了一种环保型生物炭基有机肥料及其制备方法。该环保型生物炭基有机肥料利用园林垃圾碳化产物生物炭与木醋液，果蔬垃圾发酵产物酵素，城市公厕粪便的堆肥产物—有机肥制备而成。实现了生物碳与有机肥对土壤肥效的促进作用和酵素中酵素菌对生物炭中持久性有机污染物和土壤中残留有机物的分解作用，具有环保、节能等突出优点。园林垃圾指的是树木修剪下来的枝条、枯树和落叶。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料，其中：它由重量组分为：10%～15%的生物炭、77%～87%的有机肥、0.5%～1.5%的木醋液、0.5%～1.5%的环保酵素和2%～4%的粘结剂组成。

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料，其中：所述生物炭重量组分为13%，有机肥为82%，木醋液为1%，环保酵素为1%，粘结剂为3%。

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其中：它包括以下步骤：

（1）将所述的生物炭与所述的有机肥按照比例混合均匀，将混合后的物料粉碎过筛，筛分后的物料粒径小于等于1mm，得到混合料A，粒径大于等于1mm的筛上物料返回粉碎机再次进行粉碎筛分；

（2）将所述的木醋液和环保酵素按照比例添加到混合料A中，充分搅拌混合均匀，得到混合料B；

（3）将所述的粘结剂按照比例加入到所述的混合料B后，以喷雾的方式加入自来水，调节物料的水分至30%-35%，充分搅拌混合均匀，得到混合料C；

（4）将所述的混合料C通过传送带送入滚筒造粒机中，进行造粒，30分钟后得到圆形粒状的混合料D；

（5）将所述的圆形粒状的混合料D通过传送带送至烘干机中，烘干机的温度控制在60℃，直到混合料的含水率降低到重量比为8%以下时，送入冷却槽中，进行自然冷却，冷却后的混合料D送入筛分机中进行筛分，筛分机中装有筛分板，筛分板分为上下2层，混合料D通过筛分板，被分为3种粒径的颗粒，第一种粒径为2mm-3mm颗粒，第二种粒径为小于2mm的颗粒，第三种粒径为大于3mm的颗粒，将大于3mm和小于2mm粒径的颗粒返回步骤（1）混合粉碎与筛分工序进行再次加工，粒径在2mm-3mm之间的颗粒即为所述的环保型生物炭基有机肥料；

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其中：所述生物炭的制备包括以下步骤：

（a）将收集的园林垃圾码放到存放场进行风干，当园林垃圾的含水率降低到20%以下后，用电锯将较长的树枝分解成500mm的短枝，然后送入粉碎机进行粉碎，粉碎出料称为粉碎料，粉碎料的长度为10mm，直径为3mm；

（b）将步骤（a）处理后的粉碎料装入炭化炉中进行碳化，炭化炉是密闭的，内部无氧气存在，当炭化炉中的温度达到600℃时，进行保温35min，随后停止对炭化炉加热使其自然冷却，即得到的固体产物为生物炭；

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其中：所述木醋液的制备包括以下步骤：

（c）收集步骤（b）中的粉碎料在碳化过程中产生的烟气，在炭化炉的顶部设有碳化烟气冷凝收集系统，当碳化过程中产生的烟气的温度达到85℃时，打开冷凝系统的收集阀门和冷却水阀门，利用冷却水将碳化烟气冷却为液体，此液体称为粗木醋液1，当烟气的温度达到160℃时，关闭收集阀门和冷却水阀门，停止收集；

（d）将步骤（c）中得到的粗木醋液1放到桶中，静置20天后，粗木醋液1将分为3层，上层为烟灰漂浮物，下层为木焦油。中间层为粗木醋液2，用步骤（b）中的生物炭或活性炭对中间层的粗木醋液2进行两级过滤，过滤后得到的液体即为所述的木醋液；

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其中：所述环保酵素的制备包括以下步骤：将农贸市场上废弃的但无腐烂的水果或/和水果皮或/和蔬菜清洗干净，切成10mm以下的块状；装入食品级的PE塑料桶中，加入菌剂，再加入融化好的糖蜜水，搅拌均匀后，密封，进行兼氧发酵，在发酵的前20天，每天打开密封盖搅拌一次，从第21天开始到发酵结束，密闭密封盖，进行厌氧发酵，发酵30天后，用60目的不锈钢过滤器进行过滤，过滤后的液体即为酵素，水果或/和水果皮或/和蔬菜：糖蜜：自来水的重量比：菌剂的重量比为3：1：10：0.001，自来水：菌剂的重量比为1：0.0001,菌种为山东苏柯汉生物科技有限公司生产的垃圾处理专用菌；

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其中：所述有机肥的制备包括以下步骤：将收集的公厕的粪便废水，进行固液分离后，将重量含水率为70%的固体送入堆肥槽后，再加入秸秆粉，搅拌均匀，调节重量含水率为55%—60%，进行好氧堆肥，堆肥槽的底部装有曝气装置，曝气装置连接有鼓风机，通过鼓风机和曝气装置送入空气进行好氧堆肥，好氧堆肥的温度控制在55℃—65℃，堆肥时间为10天，每天翻堆一次，堆制得到的有机肥符合有机肥料（NY525-2012）标准。

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其中：所述粘结剂为一种凹凸棒黏土粉，它是一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，可直接从市场上进行购买。

与现有的技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）以园林垃圾碳化后的生物炭为炭基原料，充分利用了生物炭含碳量高、吸附性强的特性，能够有效提高土壤有机质含量与土壤中养分利用率，并且为园林垃圾的资源化利用提供了一条有效途径；

（2）在本发明的环保型生物炭基有机肥料中加入酵素，一方面，酵素中的酵素菌能够将生物炭本身含有的污染物、土壤中残留的持久性有机物进行有效的分解（潘国庆‘酵素菌技术的原理特点及其应用效果’中指出：酵素菌是由细菌、酵母菌和放线菌组成的有益微生物群体，能够有效降解土壤中残留的农药等持久性有机物）；另一方面，为果蔬垃圾的资源化处理提供了一条新的途径；

（3）将园林垃圾碳化过程中产生的木醋液加入本发明的环保型生物炭基有机肥料中，一方面能够利用木醋液中的有机酸、酚类等成分，预防种子的立枯病，另一方面能够用作土壤的消毒剂，抑制根瘤线虫等害虫的发生；

（4）使用发酵后的粪便废水及秸秆为有机肥原料，为粪便废水及秸秆的资源化利用提供了一条有效的途径。

附图说明

图1为本发明环保型生物炭基有机肥料的配制流程图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例对本发明的技术特点做详细的说明。

本发明的一种环保型生物炭基有机肥料的重量组分为：生物炭10%～15%，有机肥77%～87%，，木醋液0.5%～1.5%，环保酵素0.5%～1.5%，粘结剂2%～4%。

最佳的重量组分为：生物炭13%，有机肥82%，木醋液1%，环保酵素1%，粘结剂3%。

如图1所示生物炭基有机肥料的配制过程包括以下步骤

步骤一、生物炭与木醋液的制备

（a）园林垃圾的预处理：将收集的园林垃圾放到存放场进行风干，当园林垃圾的含水率降到20%以下后，用电锯将较大的树枝分解成500mm的短枝，然后送入粉碎机进行粉碎。粉碎出料称为粉碎料，粉碎料的长度为10mm，直径为3mm；

（b）碳化：将（a）预处理后的粉碎料2200kg装入炭化炉中进行碳化。炭化炉是密闭的，内部呈厌氧状态。当炭化炉中的温度达到600℃后，继续碳化35min，此时，炭化炉中的产物既是生物炭，生物炭的产量约为1000kg。

（C)粗木醋液的收集：（b）中的粉碎料在碳化过程中产生一定量的烟气，在炭化炉的顶部设有碳化烟气冷凝收集系统。在碳化过程中，当产生的烟气的温度达到85℃时，打开冷凝系统的冷却水阀门，利用冷却水将碳化烟气冷却为液体，此液体称为粗木醋液1，当烟气的温度达到160℃时，关闭收集阀门和冷却水阀门，停止收集。泠凝系统的冷却水采用的是四季青资源再生中心污水处理系统生产的中水，冷却水可以循环利用，冷却水不足时，需要及时补给。

当烟气的温度超过160℃时，炭化炉内会继续产生烟气，此烟气为可燃气体，主要成分为一氧化碳和甲烷，利用导管，将烟气导入炭化炉的燃烧室内，作为可燃气加热炭化炉，继续进行碳化。收集的粗木醋液1重量约为550kg。

（d）粗木醋液的精制：将（c）中得到的粗木醋液1放到大桶中，静置20天，粗木醋液将分为3层，上层为烟灰漂浮物，下层为木焦油。中间层为粗木醋液2，用（b）中的生物炭和市购的活性炭对中间层的粗木醋液2进行两级过滤，过滤后得到的350kg液体即为精制木醋液。精制木醋液为澄清的棕红色液体，有淡淡的烟味。大桶中剩余的木焦油售给回收商进行加工利用。过滤后的废生物炭和活性炭，与（a）预处理后的粉碎料混合，送炭化炉循环处理利用。

步骤二、环保酵素的制备

在带内外盖的食品级的PE塑料桶中，加入60kg自来水，开盖放置1天以上，加入6kg糖蜜和发酵菌剂6g，搅拌溶解；将市场上废弃的但无腐烂的水果和/或水果皮和/或蔬菜18kg，清洗干净，切成10mm以下的块状加入桶中，加盖密封，进行发酵。发酵时间为30天以上。30天以后，用60目的不锈钢过滤器进行过滤，过滤后的液体即为环保酵素，过滤后的固体晾干后作为菌肥使用。过滤后的酵素装入食品级的PE塑料桶中，密闭，放到阴凉处待用。制备酵素所用的水果和/或水果皮和/或蔬菜：糖蜜：自来水的重量比为3：1：10，自来水：菌剂的重量比为1：0.0001。发酵菌种为山东苏柯汉生物科技有限公司生产的垃圾处理专用菌。在酵素发酵的第2天到第20天，每天打开密封盖搅拌一次；从第21天开始到发酵结束，内外盖要密闭，进行厌氧发酵。

步骤三、有机肥的制备

将收集的城市公厕的粪便废水，进行固液分离后的、重量含水率为70%的固体送入堆肥槽中，加入秸秆粉，搅拌均匀，调节重量含水率为55%—60%，进行好氧堆肥。好氧槽的底部装有曝气装置，曝气装置连接有鼓风机，通过鼓风机和曝气装置间歇式的曝入空气进行好氧堆肥，一小时曝入空气10分钟，停50分钟。好氧堆肥的温度控制在55℃—65℃，堆肥时间为10天以上。每天翻堆一次，直至堆制得到的有机肥符合有机肥料（NY525-2012）标准要求为止，堆制的有机肥的质量总养分高于7%；固液分离后的液体送污水处理系统进行处理，达标排放。

步骤四、粘结剂：为一种凹凸棒黏土粉，是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，可直接从市场上进行购买。

步骤五、生物炭有机肥料的制备

（1）混合、粉碎与筛分：将一中所述的生物炭130kg与三中所述的有机肥820kg混合均匀，将混合后的物料粉碎过筛，筛分后的物料粒径小于1mm，得到混合料A；

（2）添加木醋液、环保酵素：将一中所述的木醋液10kg，二中所述的环保酵素20kg，加入到（1）混合料A中，充分搅拌混合均匀，得到混合料B；

（3）添加粘结剂，调节水分：将四中所述的粘结剂30kg，加入到（2）的混合料B中，并利用花洒喷头自上而下，均匀的加入自来水，一边喷水，一边搅拌，调节物料的水分至30%-35%，得到混合料C；

（4）造粒：将（3）中所述的混合料C通过传送带送入造粒机，进行旋转造粒，时间为30分钟，得到圆形粒径的混合料D；

（5）干燥、冷却和筛分：将（4）中所述的圆形粒状的混合料D通过传送带送至烘干机中，烘干机的温度控制在60℃。在混合料的含水率降低到重量比为8%以下时，送入冷却槽中，进行自然冷却，冷却后的颗粒送入筛分机中进行筛分，筛分机中装有筛分板，筛分板分为上下2层。混合料D通过筛分板的震动筛分后，分为3种颗粒，第一种粒径为2mm-3mm颗粒，第二种粒径小于2mm的颗粒，第三种粒径大于3mm的颗粒，将大于3mm和小于2mm粒径的颗粒返回（1）混合粉碎与筛分工序进行再次加工；粒径在2mm-3mm之间的颗粒即为本发明所述的一种环保型生物炭基有机肥料。得到的环保型生物炭基有机肥料总养分质量比大于5%，有机质质量比大于60%。

北京市通州区五彩田园种植园进行了蔬菜种植施用本发明的环保型生物炭基有机肥料试验，试验处理设计如表1所示：

表1

试验设计三种蔬菜黄瓜、豆角、茄子，每种蔬菜设计3个处理，每个种植小区面积为18㎡，小区间有宽0.5m的保护行，除施肥设计不同外，田间管理等其他因素相同。

试验结果如表2所示：

表2

试验结果表明，施用本发明环保型生物炭基有机肥料的处理，蔬菜出苗率不受影响，与常规有机肥料一致，施用本发明环保型生物炭基有机肥料的处理黄瓜产量比施用常规有机肥料的处理提高了20%，豆角产量提高了7.14%，茄子产量降低了8.33%，施用本发明环保型生物炭基有机肥料的处理黄瓜产量比无施肥的处理提高了200%，豆角产量提高了50%，茄子产量降低了22.22%，可见施用本发明环保型生物炭基有机肥料施用常规有机肥料差别不大。

以上所述的实施仅仅是对本发明的实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种环保型生物炭基有机肥料，其特征在于：它由重量组分为：10%～15%的生物炭、77%～87%的有机肥、0.5%～1.5%的木醋液、0.5%～1.5%的环保酵素和2%～4%的粘结剂组成。

2.如权利要求所述的环保型生物炭基有机肥料，其特征在于：所述生物炭重量组分为13%，有机肥为82%，木醋液为1%，环保酵素为1%，粘结剂为3%。

3.一种制备权利要求1或2所述环保型生物炭基有机肥料的制备方法，它包括以下步骤：

（1）将所述的生物炭与所述的有机肥按照比例混合均匀，将混合后的物料粉碎过筛，筛分后的物料粒径小于等于1mm，得到混合料A，粒径大于等于1mm的筛上物料返回粉碎机再次进行粉碎筛分；

（2）将所述的木醋液和环保酵素按照比例添加到混合料A中，充分搅拌混合均匀，得到混合料B；

（3）将所述的粘结剂按照比例加入到所述的混合料B后，以喷雾的方式加入自来水，调节物料的水分至30%-35%，充分搅拌混合均匀，得到混合料C；

（4）将所述的混合料C通过传送带送入滚筒造粒机中，进行造粒，30分钟后得到圆形粒状的混合料D；

（5）将所述的圆形粒状的混合料D通过传送带送至烘干机中，烘干机的温度控制在60℃，直到混合料的含水率降低到重量比为8%以下时，送入冷却槽中，进行自然冷却，冷却后的混合料D送入筛分机中进行筛分，筛分机中装有筛分板，筛分板分为上下2层，混合料D通过筛分板，被分为3种粒径的颗粒，第一种粒径为2mm-3mm颗粒，第二种粒径为小于2mm的颗粒，第三种粒径为大于3mm的颗粒，将大于3mm和小于2mm粒径的颗粒返回步骤（1）混合粉碎与筛分工序进行再次加工，粒径在2mm-3mm之间的颗粒即为所述的环保型生物炭基有机肥料。

4.如权利要求3所述的环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其特征在于：所述生物炭的制备包括以下步骤：

（a）将收集的园林垃圾码放到存放场进行风干，在园林垃圾的含水率降低到20%以下后，用电锯将较长的树枝分解成500mm的短枝，然后送入粉碎机进行粉碎，粉碎出料称为粉碎料，粉碎料的长度为10mm，直径为3mm；

（b）将步骤（a）处理后的粉碎料装入炭化炉中进行碳化，炭化炉是密闭的，内部无氧气存在，当炭化炉中的温度达到600℃时，进行保温35min，随后停止对炭化炉加热使其自然冷却，即得到的固体产物为生物炭。

5.如权利要求4所述的环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其特征在于：所述木醋液的制备包括以下步骤：

（c）收集步骤（b）中的粉碎料在碳化过程中产生的烟气，在炭化炉的顶部设有碳化烟气冷凝收集系统，当碳化过程中产生的烟气的温度达到85℃时，打开冷凝系统的收集阀门和冷却水阀门，利用冷却水将碳化烟气冷却为液体，此液体称为粗木醋液1，当烟气的温度达到160℃时，关闭收集阀门和冷却水阀门，停止收集；

（d）将步骤（c）中得到的粗木醋液1放到大桶中，静置20天后，粗木醋液1将分为3层，上层为烟灰漂浮物，下层为木焦油，中间层为粗木醋液2，用步骤（b）中的生物炭或活性炭对中间层的粗木醋液2进行两级过滤，过滤后得到的液体即为所述的木醋液。

6.如权利要求3所述的环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其特征在于：所述环保酵素的制备包括以下步骤：将农贸市场上废弃的但无腐烂的水果或/和水果皮或/和蔬菜清洗干净，切成10mm以下的块状；装入食品级的PE塑料桶中，加入菌剂，再加入融化好的糖蜜水，搅拌均匀后，密封，进行兼氧发酵，在发酵的前20天，每天打开密封盖搅拌一次，从第21天开始到发酵结束，密闭密封盖，进行厌氧发酵，发酵30天后，用60目的不锈钢过滤器进行过滤，过滤后的液体即为酵素，水果或/和水果皮或/和蔬菜：糖蜜：自来水的重量比为3：1：10，自来水：菌剂的重量比为1：0.0001，菌种为山东苏柯汉生物科技有限公司生产的垃圾处理专用菌。

7.如权利要求3所述的环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其特征在于：所述有机肥的制备包括以下步骤：收集的城市公厕的粪便废水，将其进行固液分离后，将重量含水率为70%的固体送入堆肥槽后，再加入秸秆粉，搅拌均匀，调节重量含水率为55%—60%，进行好氧堆肥，堆肥槽的底部装有曝气装置，曝气装置连接有鼓风机，通过鼓风机和曝气装置送入空气进行好氧堆肥，好氧堆肥的温度控制在55℃—65℃，堆肥时间为10天后，每天翻堆一次，直至堆制得到的有机肥符合有机肥料标准要求为止。

8.如权利要求3所述的环保型生物炭基有机肥料的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为一种凹凸棒黏土粉，它是一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，可直接从市场上进行购买。