CN106433686A - 生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，包括多级精细化分选、植物纤维粉碎、植物纤维粉末与农业秸秆类废弃物颗粒混合粉碎造粒、植物纤维与秸秆混合颗粒的碳化处理、生物质可燃炭燃烧制灰、炭灰颗粒筛分与生物质炭制造土壤修复剂等六大环保工序，将生活垃圾、农业秸秆类废弃物中有机纤维经精细化分离、混合粉碎、热风炉制成生物质炭、炭灰颗粒筛分等工艺后与生物质炭混合制成修复剂。其显著效果是：不仅实现了生活垃圾、农业秸秆类废弃物的资源化处理，有效地解决了二次污染问题，并且生产过程中无排放物，保护了环境；真正实现人类生存、农业生产、土壤生态修复、循环生态的和谐共存。

Description

生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法

技术领域

本发明涉及到植物纤维类废弃物资源化利用技术领域，具体地说，是一种生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法。

背景技术

随着我国经济和工业化的快速发展，城市规模不断扩大、城市人口急聚增加，大量生活垃圾“填埋”污染土地。同时农业大面积机械化耕种，产生大量秸秆类废弃物“污染”耕地。为保产增产化肥、农药大剂量使用，土壤板结、化学农药残留、肥效退化严重。因此已造成：我国大多数县、地市耕地受土壤板结、耕地严重退化所来的困扰，农业机具的普及与使用，产生大量秸秆类废弃物无法彻底有效处置，大量留置在耕地，造成广大耕地产出性“污染”；全国98％以上耕地超量使用化肥、农药，造成耕地因铵、硫酸根离子累积，土壤酸化、碱化PH值失衡，连我国黑龙江的广大土地已显现板结、营养离子元素严重失衡、肥力退化等现象。

如此之多的城市生活垃圾“污染”土地，农业秸秆类产出性“污染”土地，大量化肥、农药使用“污染”土地，耕地大面积退化、板结已是不争的事实，这些都是我们人类生存和发展所面临无法逃避紧迫现实问题。目前世界各国对控制土地污染、减少农业耕地产出性“污染”和修复土地，采用分步解决方案：

①对生活垃圾污染的处理主流方法二种：焚烧法、填埋法。辅助方法：高温堆肥法、RDF衍生燃料法等。

焚烧法：垃圾混合焚烧后，尾气含有大量的颗粒物、硫氧化物SOx、氮氧化物NOx、重金属、二噁英等多种污染物，由于无分选工艺，完全混合焚烧，残渣含大量重金属而无法无害处置，继续填埋污染土地和地下水，存在二次污染问题。

填埋法：所有废弃物没有进行前期无害化处理，大量的细菌、病毒、重金属污染等隐患未根除；垃圾堆放地渗漏液还会长久污染地下水资源，造成土地污染和浪费。高温堆肥法对生存环境要求高，无法去除硫酸根离子等，会使土壤板结，重金属元素会在土壤中富集，污染土壤，并随食物链进入人体，严重危害人类的身体健康。衍生燃料法因垃圾中含有大量的塑料及橡胶制品，燃烧过程中产生大量残炭灰、焦油，极易产生二恶英。

②对农业废弃物“污染”耕地，处理方式有四种：焚烧法、牲畜饲料法、高温堆肥法等。

焚烧法：产生的燃烧烟气富含焦油对空气污染大；严重危害航空器安全；因烟灰火苗随风大面积乱飞，极易引发各类火灾。

牲畜饲料法：需要较大面积厂房；防火设施要求较高；产品销售量不大；养殖欠发达，产品收入低，回收成本周期长。

高温堆肥法：需要较大面积厂房；因发酵、发热原因，防火设施要求较高；臭气产生量大，产品臭气无法消除；产品价格低、成本回收周期长；南北方温差大，肥料纤维残留量大，农作物利用率低。

③对土壤板结、退化污染、修复土壤，各国暂时没有更好的办法，大都采取二种方式：休眠法、轮种法。

休眠法：农作物欠收量大，无法满足人们生活需求；二次复耕投入成本高，需清除大量自然生长附属物；无法短时间内恢复土壤微生物、离子元素、PH值酸碱度、板结问题。

轮种法：无法彻底解决土壤板结、退化污染；无法清除和中和化工残留、农药残留综合污染；只是适度减轻元素平衡。

综合以上论述，世界各国对生活垃圾“污染”土地、农业废弃物“污染”土地、都没有完整解决方式。对土壤的修复都存在这样那样的问题。不仅没有使土地得到修复，而是继续在对土地进行污染。给环境、土壤带来更多负面影响。

而众所周知的是，生物炭是在限氧条件下热解炭化得到的一种碳含量非常丰富、性质也非常稳定的物质，土壤中加入生物炭后能够改善有机质含量和土壤肥力，其耐降解的特性延长了碳在土壤中的降解时间，还有助于作物生长、土壤改良及修复污染、减少温室气体排放等作用。生物炭施入土壤后将生物质固定的二氧化碳以生物炭形式固定于土壤，可以减少温室气体排放。生物炭对污染物有强烈的吸附作用，能有效地去除重金属离子和除草剂及农药等，有效地降低其对土壤环境的危害。同时提高对土壤水分和土壤NH₄ ⁺、NO₃ ^-等离子的吸附能力，增加土壤持水性能和养分有效性。生物炭能够提高酸性土壤的盐饱和度，可以提高土壤pH平衡值。

因此，针对当前处理方式，都存在这样或那样的不足及应用的局限性，本发明提供一种生物质炭灰制成土壤修复剂的方法，即解决了生活垃圾、农业废弃物，也完善、彻底的解决现有技术中存在的不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，该方法将生活垃圾中的植物纤维进行碳化处理，产出的生物质炭产品用于锅炉燃烧，而锅炉燃烧的炭灰又生产良好廉价土壤修复产品，真正实现垃圾无害化处理与土壤生态修复。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，其关键在于包括如下工序：

第一步为多级精细化分选工序，即根据组成成分对生活垃圾进行精细分类，选出富含植物纤维的有用垃圾；

第二步为植物纤维粉碎工序，即建立三级破碎系统，将分选出的富含植物纤维的有用垃圾粉碎成所需尺寸大小的粉末；

第三步为植物纤维粉末与农业秸秆类废弃物颗粒混合粉碎造粒工序，即对农业秸秆类废弃物进行剪切，制成所需尺寸大小的颗粒物，并将其与粉碎后的植物纤维粉末进行混合粉碎与压制造粒；

第四步为植物纤维与秸秆混合颗粒的碳化处理工序，即将植物纤维与秸秆混合物的颗粒进行高温碳化处理，制成生物质可燃炭成品；

第五步为生物质可燃炭燃烧制灰工序，即通过改进碳在流化床锅炉中燃烧移动时间、调整进气量与引风区锥角，保证生物质可燃炭完全燃烧；

第六步为炭灰颗粒筛分与生物质炭制造土壤修复剂工序，即对炭灰颗粒进行粉碎筛分，并将筛下炭灰粉末加入微量矿物钾、粘合剂、生物质炭颗粒制成土壤修复剂成品。

进一步的技术方案是，所述筛下物中植物纤维粉碎工序中，所述三级粉碎系统为：初级剪切式破碎，将粗大木材板类、树枝、畜类尸体进行强破碎、撕碎；中级剪切式破碎，将初级破碎后的垃圾二次破碎成条块型；三级细破碎，将二次破碎后的垃圾破碎成颗粒状。

通过上述上级破碎，不仅提高了生产效率，而且能够有效保证植物纤维颗粒在高温碳化处理时均能被完全碳化。

进一步的技术方案是，在所述三级细破碎中，首先对二次破碎后的垃圾进行弹跳筛分选，将其中粗大木质成型条块进入再次强剪切成颗粒，而其中的动物骨类小颗粒组成的硬质块状物则进行半锤打式粉碎形成粉末状。

由于动物尸体中的骨类小颗粒相较于木质材料更加坚固，因此将其进行分别处理，保证全部的颗粒均能在后续的高温碳化处理时均能被完全碳化。

进一步的技术方案是，所述三级粉碎系统中，各级破碎后的垃圾的尺寸范围分别为200～300亳米、50～100毫米、1～5毫米。

进一步的技术方案是，所述植物纤维粉末与农业秸秆类废弃物颗粒混合粉碎造粒工序中，经压制造粒后制成的植物纤维与秸秆混合物的颗粒大小为10～15毫米。

进一步的技术方案是，在所述炭灰颗粒筛分与生物质炭制造土壤修复剂工序中，首先对残渣炭灰进行不同颗粒度重力式风选，带粉尘收集式一次分类出大、中、小颗粒，从中分选出残存无机物类物质，并对直经大于2毫米的炭灰颗粒进行低压破碎与二次筛选分类，获得制土壤修复剂所需的炭灰粉末。

进一步的技术方案是，所述粘合剂由玉米芯、农作物秸秆破碎成细小颗粒后与水按比例混合制成。

采用上述技术方案，先将生活垃圾进行精细化分选，挑选出富含植物纤维的有用垃圾，其余垃圾则进场分类收储和处理，防止电子产品、电池、玻璃、瓷片等有害垃圾混入纤维质类有用垃圾中，然后对选出的有用垃圾进行破碎，可以提高后续的高温碳化处理效率，降低碳化过程的成本，而加入农业秸秆类废弃物有效解决了耕地污染问题，接着将生活垃圾与农业秸秆废弃物混合进行碳化处理制成生物质可燃炭颗粒，避免了垃圾中的有害物质造成二次污染，而生物质可燃炭颗粒一方面用于燃烧为炭化过程提供热能，另一方面燃烧后的炭灰加入微量矿物钾、粘合剂、生物质炭颗粒可制成土壤修复剂，施入土壤后将生物质固定的二氧化碳以生物炭形式固定于土壤，可以减少温室气体排放，对耕地污染物有强烈的吸附作用，能有效地去除土壤中重金属离子和除草剂及农药等，有效地降低其对土壤环境的危害；同时提高对土壤水分和土壤NH₄ ⁺、NO₃ ^-等离子的吸附能力，增加土壤持水性能和养分有效性。生物炭能够提高酸性土壤的盐饱和度，可以提高土壤pH平衡值。

本发明的显著效果是：将生活、农业生产垃圾中有机纤维精细化分离出来、混合粉碎、热风炉制成生物质炭、炭灰颗粒筛分后与生物质炭混合制成修复剂，产出的生物质炭产品用于锅炉燃烧，而锅炉燃烧的炭灰又生产良好廉价土壤修复产品；解决了多年困扰人们的生活垃圾与农业秸秆类废弃物造成二次污染的难题，并且生产过程中无排放物，保护了环境；真正实现人类生存、农业生产、土壤生态修复、循环生态的和谐共存。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，一种生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，包括如下工序：

第一步为多级精细化分选工序，即根据组成成分对生活垃圾的筛下物进行精细分类，细分出无机物类、金属类、塑料石油制品类、植物纤维类、动物尸体类、电池或电子产品类六类物质，并选出富含植物纤维的有用垃圾；

而在本例中多级精细化分选的具体步骤为：

步骤1：首先对包装的生活垃圾按尺寸解包，进行一级人工初分，将垃圾中的大件衣物、木材、树枝、建材垃圾等分拣出来分类，等待集中进行分类粉碎处理，使垃圾安全进入下面一段机械化精细分选流程，避免垃圾损坏设备；

步骤2：采用专用设计尺寸的“破碎机和滚筒二级漏筛”进行分选：首先采用液压剪切器将垃圾袋及杂物按标定尺寸剪切，使垃圾按尺寸进入二级滚筛内筛分，其中的小型渣土、杂物颗粒首先与塑料类垃圾分离；附着在大尺寸垃圾表面上的渣土类颗粒杂物在滚动筛中滚动、振动中抖落，筛筒内垃圾按大、小尺寸自动进行一级和二级漏下筛分，更大、更轻的筛上物质按工序进入正压选风选机工序，风造筒内分离出产品：轻质塑料膜、微重塑料，衣物、鞋类、动物尸体类等进入碳化炉焚烧，获得小尺寸筛下物进入下一程序；

步骤3：进入滚筒筛分二级尺寸筛漏工序：一级通过小尺寸筛下物进入到第一级电涡流磁选器，将导电的金属物选出；二级人工分拣对化学危险品如电池、电子产品进行收集存放，剩下小型垃圾筛下物，统一进入最后一级星型筛分选。另一部分大尺寸筛下物进入弹跳筛，弹跳筛按尺寸分孔、重量分类分选出：一类筛上物规格尺寸(塑料瓶、玻璃瓶、纸盒)分类收集存放；二类筛上物规格尺寸(橡胶制品、木制品、棉制品)分类收集存放；三类筛下物规格尺寸(小渣瓷类、水果类、残渣类)；

步骤4：对三类筛下物进行二级电涡流磁选，进一步选出导电金属物，通过采用三级人工分拣将电子产品、电池有害垃圾选出并送至有资质的危废处理中心加以处置；

步骤5：将步骤4获得的三级筛下物进行中级破碎，粉碎后小尺寸垃圾和一级、二级电涡流分选出的统统进入星型筛分选工序，为防止电子产品、电池、玻璃、瓷片等有害垃圾混入纤维质类有用垃圾中，通过四级人工分选平台再次将电子产品、电池物质分选拣出，同时进行正压风选机选出轻质塑料与纸张，获得富含植物纤维的有用垃圾。

而本例中正压风选机选出的轻质塑料和纸张的处理方法为：①轻型塑料膜，进入干法旋转脱泥器脱尘，脱尘后进入设定尺寸粉碎器，粉碎后进入清洗池搅动水洗，去除少量纸溶物，进入旋转脱水器，脱干水的小尺寸各色塑料，进入光电色分器按色分类，分类后按色进入造粒机，完成热塑性塑料的再生。②厚重硬质纸张、塑料类，又返回弹跳筛二次分选，分选出纸张、纸板、硬质塑料。将分类选出纸张打包售卖，硬质塑料切片按质售卖。从而实现全部垃圾的全资源化处理。

第二步为植物纤维粉碎工序，即建立三级破碎系统，将分选出的富含植物纤维的有用垃圾粉碎成所需尺寸大小的粉末，具体为：

①液压大功率初级剪切式破碎，将粗大木材板类、树枝、畜类尸体进行强破碎、撕碎成200～300亳米的较大块碎片；②液压中级强剪切式破碎，将其二次破碎成50～100毫米条块型，然后将其进行弹跳筛分选：其中的粗大木质成型条块进入液压细破碎再次强剪切成1～5毫米颗粒，而动物尸体中的骨类小颗粒10～15毫米硬质块状物进入半锤打式粉碎机破碎成粉末状。

第三步为植物纤维粉末与农业秸秆类废弃物颗粒混合粉碎造粒工序，即对农业秸秆类废弃物进行初剪切，制成所需尺寸大小的颗粒物，并将其与粉碎后的植物纤维粉末进行混合粉碎与压制造粒，经压制造粒后制成的植物纤维与秸秆混合物的颗粒大小为10～15毫米，其中所述的农业秸秆类废弃物包括有机植物纤维桔杆类、根经类、块经类以及阔叶类、瓜果类、花絮类；

第四步为植物纤维与秸秆混合颗粒的碳化处理工序，即将植物纤维与秸秆混合物的颗粒进行高温碳化处理，制成生物质可燃炭颗粒成品，同时本实施例还对碳化处理过程中产生的废气进行干法脱酸脱焦油以及深度净化处理，实现废气的无害化排放；

本例中，高温碳化处理采用浮法流化床热风炉烘干旋窑，目前是很成熟的工艺设备。而且本实施例对旋窑进行了改进设计，将其燃烧能源改进为生物质可燃炭，以实现自产自给，完整利用循环。而且，旋窑内由操板将物料抛下并按S型循环往返走料，使新进物料与先进烤制物料轮翻循环，最大限度利用其高温热空气交换脱水，由于是成型有一定强度颗粒进料，高温炉风让操落的物料颗粒单向旋转，热交换率成倍提高，物料受热均匀，旋转窑内氧气少，物料自氧化率低。

同时，还测定生物质炭热值、确定每分钟燃烧温度保持进炉碳量、进风量，并观测炉内温度及火焰白炽色度，明确生物质炭的放热温度聚能点，燃烧净值率，从而有根据的设定最佳窑炉温度和预测碳化速度，使生物质炭颗粒中含碳量更高、杂质更少。

第五步为生物质可燃炭燃烧制灰工序，即通过改进碳在流化床锅炉中燃烧移动时间、调整进气量与引风区锥角，保证生物质可燃炭完全燃烧生成残炭灰；

由于其自产自给的生物质炭燃烧后残渣炭灰多含碳酸钾(K₂CO₃)、碳酸磷(P₂O₃)、钙(CaO)，是良好土壤改良剂碳基肥原料，因此进入第六步工序。

第六步为炭灰颗粒筛分与生物质炭制造土壤修复剂工序，即对残渣炭灰进行不同颗粒度经风力带粉尘收集式，由重力经各规格筛孔孔经进行一级筛分，首先分选出残存无机物类(小玻璃颗、小石子、酸钙颗粒、不明硬质颗粒)等，作为免烧砖的辅料；然后对直经大于2毫米颗又进行二次低压破碎，在次微风力筛选分类；其次将二次以上风力筛分后的粉末加入少量矿物类砂土、粘合剂；最后经与前段碳产品搅拌混合、压制造粒(2～3毫米)即制成土壤修复剂成品。

本例中，所述粘合剂由玉米芯、农作物秸秆破碎成细小颗粒后与水按比例混合制成。

采用本方案制成的土壤修复剂施入土壤后，不仅能够将生物质固定的二氧化碳以生物炭形式固定于土壤，可以减少温室气体排放，而且对污染物有强烈的吸附作用，能有效地去除重金属离子和除草剂及农药等，有效地降低其对土壤环境的危害；同时提高对土壤水分和土壤NH₄ ⁺、NO₃ ^-等离子的吸附能力，增加土壤持水性能和养分有效性。生物炭能够提高酸性土壤的盐饱和度，可以提高土壤pH平衡值。

因此，通过本发明方案，不仅实现了生活垃圾、农业秸秆类废弃物的资源化处理，有效地解决了二次污染问题，并且生产过程中无排放物，保护了环境；同时还可对土壤改造提供便利，真正实现人类生存、农业生产、土壤生态修复、循环生态的和谐共存。

Claims (7)

1.一种生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，其特征在于包括如下工序：

第一步为多级精细化分选工序，即根据组成成分对生活垃圾进行精细分类，选出富含植物纤维的有用垃圾；

第二步为植物纤维粉碎工序，即建立三级破碎系统，将分选出的富含植物纤维的有用垃圾粉碎成所需尺寸大小的粉末；

第三步为植物纤维粉末与农业秸秆类废弃物颗粒混合粉碎造粒工序，即对农业秸秆类废弃物进行剪切，制成所需尺寸大小的颗粒物，并将其与粉碎后的植物纤维粉末进行混合粉碎后压制造粒；

第四步为植物纤维与秸秆混合颗粒的碳化处理工序，即将植物纤维与秸秆混合物的颗粒进行高温碳化处理，制成生物质可燃炭成品；

第五步为生物质可燃炭燃烧制灰工序，即通过改进碳在流化床锅炉中燃烧移动时间、调整进气量与引风区锥角，保证生物质可燃炭完全燃烧；

第六步为炭灰颗粒筛分与生物质炭混合制造土壤修复剂工序，即对炭灰颗粒进行粉碎筛分，并将筛下炭灰粉末加入微量矿物钾、粘合剂、生物质炭颗粒制成土壤修复剂成品。

2.根据权利要求1所述的生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，其特征在于：所述筛下物中植物纤维粉碎工序中，所述三级粉碎系统为：初级剪切式破碎，将粗大木材板类、树枝、畜类尸体进行强破碎、撕碎；中级剪切式破碎，将初级破碎后的垃圾二次破碎成条块型；三级细破碎，将二次破碎后的垃圾破碎成颗粒状。

3.根据权利要求2所述的生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，其特征在于：在所述三级细破碎中，首先对二次破碎后的垃圾进行弹跳筛分选，将其中粗大木质成型条块进入再次强剪切成颗粒，而其中的动物骨类小颗粒组成的硬质块状物则进行半锤打式粉碎形成粉末状。

4.根据权利要求1所述的生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，其特征在于：所述三级粉碎系统中，各级破碎后的垃圾的尺寸范围分别为200～300亳米、50～100毫米、1～5毫米。

5.根据权利要求1所述的生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，其特征在于：所述植物纤维粉末与农业秸秆类废弃物颗粒混合粉碎造粒工序中，经压制造粒后制成的植物纤维与秸秆混合物的颗粒大小为10～15毫米。

6.根据权利要求1所述的生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，其特征在于：在所述炭灰颗粒筛分与生物质炭制造土壤修复剂工序中，首先对残渣炭灰进行不同颗粒度重力式风选，带粉尘收集式一次分类出大、中、小颗粒，从中分选出残存无机物类物质，并对直经大于2毫米的炭灰颗粒进行低压破碎与二次筛选分类，获得制土壤修复剂所需的炭灰粉末。

7.根据权利要求1所述的生物质炭与残灰制土壤修复剂的方法，其特征在于：所述粘合剂由玉米芯、农作物秸秆破碎成细小颗粒后与水按比例混合制成。