CN107344877A - 一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法包括：S1：提供一种肥料制备装置；S2：得到废弃有机物；S3：得到预处理料；S4：固液分离，得到液体和固体；S4：得到浓缩液体肥；S6：得到有机肥料。所述方法通过独特的肥料制备装置、制备方法的独特工艺步骤和参数选择，从而可以通过协同效果取得诸多优异效果，并可以得到具有优异效果的浓缩液体肥和有机肥料，从而在农业废弃资源利用领域具有良好的应用前景和工业化生产潜力。

Description

一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法
技术领域
本发明涉及一种农业废弃物的综合利用方法，更特别地涉及一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，属于农业废弃物资源化再利用技术领域。
背景技术
目前，在我国的广大农村，农业废弃物资源利用存在诸多问题，例如：缺少相应的技术和设备；对农业废弃物的处理工艺简单、技术落后；处理能力和利用规模非常有限等等。其中，最首要的问题就是现有的农业废弃物利用方式会造成环境污染。大部分资源只能废弃或焚烧，利用率很低，例如农作物秸秆多作为燃料进行燃烧这样的一次性利用方式，不仅能量利用率只有10％，而且燃烧过程中产生的大量氮氧化物、二氧化硫、碳氢化合物及烟尘会直接污染大气。又如，畜禽粪便很多都未经处理直接还田，这样的一次利用方式不仅使其中含有的钙、磷等营养物质得不到利用，而且严重污染周边的水域、土壤等环境，影响人体健康。
国内外许多研究表明，农业废弃物用作肥料既可解决废弃物的出路问题，同时又可改良和培肥土壤。但是，现有技术处理农业废弃物方法较为单一，多为将农业废弃物直接进行发酵，制成的固体有机肥往往因为营养物质含量低、生产技术简单、同行业竞争激烈等原因，经济效益非常有限。
此外，这种发酵方法多只能处理一种或少数几种废弃物，且处理过程中有污染物二次排放的问题。除此以外，随着农业栽培技术的发展，滴灌、喷灌等技术的应用也越来越广泛，而固体有机肥已经很难适应这样的施肥方式。
此外，由于天气、管理等原因，不同时间得到的食品厂废料、餐厨垃圾、畜禽粪便等农业废弃物含水率不同，传统的发酵方法只是对含水率较低的固体农业废弃物进行堆制发酵，对于含水量高或液态的农业废弃物无法利用，只能弃之不用，农业废弃物利用率仍然很低，对环境的改善作用也较小。
更进一步地，传统的发酵方法对所得的产物没有选择性，无法针对不同废弃物的成分及特点进行最大限度的利用，再利用效果不佳。
因此，针对目前的技术现状，亟需具有较好适应性能和推广价值的技术，突破目前一种方式只能利用一种或少数几种废弃物的障碍，改善农业废弃物利 用技术落后、利用率低的现状，这不但具有良好的现实意义和环保价值，是目前本领域中的研究热点和重点课题，更是本发明得以完成的动力所在和基础所倚。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，更为了提供全新的农业废弃物综合利用方法和肥料的制备方法，本发明的目的在于提供一种高温高压下酸处理废弃物制备肥料的新颖方法，该方法可用于处理所有类型的农业废弃物，尤其适用于粘性大、脱水性能差的食品厂废料、餐厨垃圾、畜禽粪便等农业废弃物的利用，所述方法能够极大的改善农业废弃物的脱水性能，达到较好的固液分离效果，提高其应用价值，所制得的浓缩液体肥可以适应滴管、喷灌、喷施等施肥方式，施用简单、见效快；有机肥料腐熟完全，养分含量高，施用安全有效。
为实现上述目的，具体地，本发明涉及如下几个方面。
第一个方面，提供一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法包括如下步骤：
S1：提供一种肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机、酸反应釜、酸碱调节池、固液分离机，所述固液分离机分别连接下游的浓缩机和有氧堆肥车间；
S2：将农业废弃物加入到所述绞碎混合机中进行混合绞碎，得到废弃有机物；
S3：将所述废弃有机物加入到所述酸反应釜中，并加入酸或酸的水溶液，搅拌均匀后，开启酸反应釜进行加热和搅拌，控制酸反应釜的温度和压力，待混合物充分反应后停止加热并泄压，得到预处理料；
S4：将所述预处理料加入到所述酸碱调节池中，并用碱或碱的水溶液调节pH值为8-12，然后进入所述固液分离机进行固液分离，得到液体和固体；
S5：将含氮、磷、钾化合物(即含氮化合物、含磷化合物、含钾化合物，下同)和螯合微量元素复合物与步骤S4得到的所述液体在浓缩机中进行剪切和浓缩，得到浓缩液体肥；
S6：将辅料加入到步骤S4得到的所述固体中，直至碳氮比为特定比例，并调节含水率至特定比例，混合均匀后在所述有氧堆肥车间进行有氧发酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有机肥料。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，作为一 种优选的技术方案，在步骤S1和S2中，所述绞碎混合机包括绞碎机架，所述绞碎机架上固定安装有粉碎筒体，所述粉碎筒体的轴线水平设置，所述绞碎机架上转动安装有由第一动力装置驱动的转子，所述转子贯穿所述粉碎筒体，所述转子与所述粉碎筒体同轴设置，所述粉碎筒体内沿轴向依次设有进料段、撕裂段和剪切段，位于所述进料段的所述粉碎筒体上开设有进料口，所述粉碎筒体的尾端开设有出料口，位于所述进料段的所述转子上设有送料螺旋；位于所述撕裂段的所述转子上设有若干动刀，若干所述动刀沿所述转子的轴向且在所述转子的表面呈螺旋状布置，位于所述撕裂段的所述粉碎筒体上设有与所述动刀对应的若干定刀；位于所述剪切段的所述转子上设有若干动剪刀，所述动剪刀沿所述转子的轴向延伸且与所述转子的轴线成一夹角，位于所述剪切段的所述粉碎筒体上设有若干静剪刀。
其中，进一步优选的，所述粉碎筒体上位于所述出料口位置设有筛网。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，作为一种优选的技术方案，在步骤S3中，所述酸反应釜包括竖向设置的反应釜体，所述反应釜体内位于所述反应釜体的底部设置有出气管，所述反应釜体内设有搅拌螺旋，所述反应釜体的外壁设有加热盘管，所述反应釜体的外周包裹有保温层，所述加热盘管位于所述保温层与反应釜体之间。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，作为一种优选的技术方案，在步骤S5中，所述浓缩机包括由第二动力装置驱动且横向设置的浓缩筒体，所述浓缩筒体内具有反应腔，所述反应腔一端为进料端，另一端为出料端，所述进料端安装有进料筒，所述进料筒内转动安装有由第三动力装置驱动的进料螺旋，所述进料筒上设有物料进口和添加剂进口，所述出料端设有由第四动力装置驱动的压榨脱水螺旋，所述出料端设有出料筒，所述压榨脱水螺旋转动安装于所述出料筒内，所述出料筒上设有压榨脱水区和物料出口。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S2中，所述农业废弃物并无特别的严格限定，例如可为畜禽粪便、病死畜禽、作物秸秆、果壳、菌菇渣、饮料厂废渣、食品厂废料、餐厨垃圾、栏圈铺垫料等中的任意一种或任意多种的任意组合，或者可为农业生产、农产品加工、畜禽养殖业和农村居民生活排放的废弃物中的任意一种或任意多种的任意组合，本领域技术人员可进行合适的选择与确定，在此不再进行详细描述，但特别适 用于处理食品厂废料、餐厨垃圾、畜禽粪便等粘性大、脱水性能差的农业废弃物。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S3中，所述酸(即所述“酸”或“酸的水溶液”中所包含的酸)为硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、醋酸中的任意一种或任意多种的组合。
当使用的为酸的水溶液时，其质量百分比浓度为10-20％，例如可为10％、15％或20％。
其中，以其中的酸计(即按照纯的H2SO4、HNO3、HCl、H3PO4、CH3COOH计)，所述酸与所述废弃有机物的质量比为1∶4-5，例如可为1∶4、1∶4.5或1∶5。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S3中，酸反应釜的温度为120-135℃，例如可为120℃、125℃、130℃或135℃，最优选为130℃；酸反应釜的压力为0.1-0.2MPa，例如可为0.1MPa、0.15MPa或0.2MPa，最优选为0.15MPa；反应时间为10-30分钟，例如可为10分钟、20分钟或30分钟。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S4中，所述碱(即所述“碱”或“碱的水溶液”中所包含的碱)为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙(遇水则生成氢氧化钙)、氨水中的任意一种或任意多种的组合。
其中，当使用的是碱的水溶液时，则该水溶液中碱的质量百分比浓度(当为氨水时，则换算成NH3的质量百分比浓度)为10-20％，例如可为10％、15％或20％。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S4中，使用碱或碱的水溶液调节pH值为8-12，例如可为8、9、10、11或12，最优选为10。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S4中，所述酸碱调节池和固液分离机都是本领域中的常规设备和装置，本领域技术人员可进行合适的选择，在此不再进行详细的描述。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S5中，所述含氮化合物为尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、碳酸氢铵中的任意一种或任意多种的任意组合。
所述含磷化合物为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、 磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的任意一种或任意多种的任意组合。
所述含钾化合物包括磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸钾、硝酸钾、氯化钾中的任意一种或任意多种的任意组合。
所述螯合微量元素复合物为质量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA铁钠(乙二胺四乙酸铁钠)、EDTA锌钠(乙二胺四乙酸锌钠)、EDTA铜钠(乙二胺四乙酸铜钠)、EDTA锰钠(乙二胺四乙酸锰钠)、硼酸和钼酸钠的混合物。
其中，所述螯合微量元素复合物中的“微量元素”是指上述各个物质组分中的铁、锌、铜、锰、硼和钼(下同)。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S5中，相对于1L所述液体，含氮化合物的用量换算成含氮量为65-250g、含磷化合物的用量换算成含五氧化二磷量为65-250g、含钾化合物的用量换算成含氧化钾为65-250g和螯合微量元素复合物的用量换算成含微量元素为2-30g。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S5中，浓缩的程度并没有特别的限定，只要其方便使用、运输等即可，本领域技术人员可进行合适的选择与确定，在此不再进行详细的描述。作为一种例举，例如可浓缩至最终得到的浓缩液体肥中的有机质含量≥7g/L。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S6中，所述辅料为水稻秸秆粉、小麦秸秆粉、玉米秸秆粉、锯末、麸皮、稻壳等中的任意一种或任意几种的任意组合。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S6中，所述辅料的加入量为使得加入后所得到的总物料中的碳氮比为特定的比例即25-35∶1，也即总物料中所含的C总质量与所含的N总质量的比为25-35∶1，例如可为25∶1、30∶1或35∶1，最优选为30∶1。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S6中，将所述辅料加入到步骤S4得到的所述固体中后，将含水率调节至55-70％，即将加入辅料后得到的总物料中的水分的质量百分比含量调节到55-70％，例如可为55％、60％、65％或70％。
在本发明中的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法中，在步骤S6中，所述有氧发酵为发酵领域中的常规发酵方法，并可根据实际的发酵情况进行定期翻堆，直至完全腐熟，从而得到有机肥料，这些都是有氧发酵领域中的常规手段(有氧堆肥车间也是常规的处理车间)，本领域技术人员可进行合适 的选择与确定，在此不再进行详细的描述。
如上所述，本发明提供了一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法通过使用特定的肥料制备装置、独特的处理工艺步骤和参数，从而可以取得诸多优异的技术效果，例如：
(1)在所述肥料制备装置中，由于粉碎筒体内依次设置了进料段、撕裂段和剪切段，进料段可以满足农业废弃物进入粉碎筒体并向下游连续输送，撕裂段不仅可以满足大块废弃物的撕裂，还可以将一些硬质废弃物进行初步破碎，剪切段可以将撕裂段输送下来的大块物料进一步切碎，尤其是植物残体物料，在该区域更能够得到充分粉碎，提高了该粉碎机的综合性能，连续性强，生产效率高。
(2)所述肥料制备装置中，由于酸反应釜设置了加热盘管和搅拌螺旋，在反应过程中，使得物料更容易混合均匀，进一步提高了生产效率。同时，由于特定的温度和压力，特别适用于食品厂废料、餐厨垃圾、畜禽粪便等粘性大、脱水性能差的农业废弃物，可以进行快速、无害化的处理，并很大程度上提高农业废弃物的脱水性能，为后续处理过程中的固液分离奠定了良好的基础。
(3)通过特定的工艺处理步骤和工艺参数，从而可以同时得到具有优异良好营养价值的液体肥和为固体形式的有机肥料，能够满足多种不同的需求和需要，实现了产品多样化，增加产品的种类、提高了经济效益，实现了农业废弃物的综合利用，满足了无废气、废水及废物二次排放的要求，更好地保护了农村及城市生活环境，实现可持续发展。
(4)所述的肥料制备装置和肥料制备方法可适用于不同类型来源的农业废弃物，达到了将各种不同类型来源的农业废弃物均用同一种方法进行处理的目的，大大简化了处理不同种类农业废弃物时需要的设施和步骤，具有很强的通用性和适应性，便于大面积推广。
(5)使用本发明装置和方法得到的液体肥含有丰富的有机质、腐植酸、氨基酸等活性有机物质，能够起到养分的控释、活化和增效作用，在植物不同生长期喷施后均可起到提高作物产量、改善品质的作用。
(6)使用本发明的固液分离机分离出的固体制备得到的有机肥料，其肥效高、营养丰富、腐熟完全，其中的有机质和总养分含量高，施用安全有效。
因此，第二个方面，本发明还涉及通过上述方法而得到的浓缩液体肥和有机肥料。
如上所述，通过本发明方法得到的浓缩液体肥和有机肥料具有诸多优异效果，从而可在农业领域具有良好的应用前景和工业化生产潜力。
综上所述，本发明的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，通过独特处理装置和方法的使用，可以取得诸多有益效果，得到具有良好效果的浓缩液体肥和有机肥料，从而在农业废弃资源利用领域具有良好的应用前景和工业化生产潜力。
附图说明
图1是本发明的所述高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法的工艺框图；
图2是本发明所述方法中使用的肥料制备装置中的绞碎混合机的结构示意图；
图3是本发明所述方法中使用的肥料制备装置中的酸反应釜的结构示意图；
图4是本发明所述方法中使用的肥料制备装置中的浓缩机的结构示意图；
其中，在图1-4中，各个数字标号分别指代如下的具体含义、元件和/或部件。
图中：1、农业废弃物，2、绞碎混合机，201、绞碎机架，202、粉碎筒体，203、进料段，204、撕裂段，205、剪切段，206、进料口，207、出料口，208、定刀，209、静剪刀，210、转子，211、送料螺旋，212、动刀，213、动剪刀，214、筛网，3、酸反应釜，301、反应釜体，302、出气管，303、搅拌螺旋，304、加热盘管，305、保温层，306、出气嘴，4、酸碱调节池，5、固液分离机，6、浓缩机，601、浓缩筒体，602、进料端，603、出料端，604、反应腔，605、进料筒，606、进料螺旋，607、物料进口，608、添加剂进口，609、出料筒，610、压榨脱水螺旋，611、物料出口，7、有氧堆肥车间，8、含氮、磷、钾化合物和螯合微量元素复合物，9、浓缩液体肥，10、辅料，11、有机肥料，12、酸或酸的水溶液，13、碱或碱的水溶液。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
肥料制备装置
如图1-4共同所示，本发明的所述方法中使用一种肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机2、酸反应釜3、酸碱调节池4、固液分离机5，农业废弃物1由绞碎混合机2进入，粉碎混合后进入酸反应釜3，在酸反应釜3中加入酸或酸的水溶液12，在下游的酸碱调节池4中加入碱或碱的水溶液13进行pH值调节，固液分离机5分别连接下游的浓缩机6和有氧堆肥车间7，在浓缩机6中向固液分离机5分离出的液体中添加含氮、磷、钾化合物和螯合微量元素复合物8，经反应制得浓缩液体肥9，在有氧堆肥车间7中向固液分离机5分离出的固体中加入辅料10制得有机肥料11。
作为一种优选的技术方案，绞碎混合机2包括绞碎机架201，绞碎机架201上固定安装有粉碎筒体202，粉碎筒体202的轴线水平设置，绞碎机架201上转动安装有由第一动力装置驱动的转子210，转子210贯穿粉碎筒体202，转子210与粉碎筒体202同轴设置，粉碎筒体202内沿轴向依次设有进料段203、撕裂段204和剪切段205，位于进料段203的粉碎筒体202上开设有进料口206，粉碎筒体202的尾端开设有出料口207，出料口207的位置远离进料口206的位置，位于进料段203的转子210上设有送料螺旋211，送料螺旋211在本领域中经常使用，其旋向、直径、螺距等参数根据输送能力而定，本领域技术人员可以参考现有技术使用，在此不再赘述；位于撕裂段204的转子210上设有若干动刀212，位于撕裂段204的粉碎筒体202上设有与动刀212对应的若干定刀208，若干动刀212沿转子210的轴向且在转子210的表面呈螺旋状布置，相对应的，粉碎筒体202上的定刀208也沿轴向且在粉碎筒体202的内表面呈螺旋状排列；位于剪切段205的转子210上设有若干动剪刀213，位于剪切段205的粉碎筒体202上设有若干静剪刀209。动剪刀213沿转子210的轴向延伸且与转子210的轴线成一夹角，静剪刀209的夹角与动剪刀213的夹角相对应。
作为一种优选的技术方案，所述粉碎筒体202上位于出料口207位置设有筛网214，在破碎过程中，满足筛网214目数的碎片从出料口207落下，而大于筛网214目数的碎片继续被破碎，进一步提高了本发明肥料制备装置的使用功能。该筛网214的目数可根据待处理废弃物、后续处理的方便等而进行合适的选择，这是本领域技术人员具备的常规技术知识，在此不再进行详细的描述。
作为一种优选的技术方案，所述酸反应釜3包括竖向设置的反应釜体301，反应釜体301内位于反应釜体301的底部设置有出气管302，出气管302上设有 若干出气嘴306，出气管302连接气源，反应釜体301内设有搅拌螺旋303，反应釜体301的外壁设有加热盘管304，反应釜体301的外周包裹有保温层305，加热盘管304位于保温层305与反应釜体301之间，反应釜体301内添加酸或酸的水溶液12，同时使用搅拌螺旋303进行搅拌，出气嘴306产生气泡，使得物料更容易混合均匀，避免了搅拌螺旋303搅拌时产生的搅拌死角，提高了生产效率。
作为一种优选的技术方案，所述浓缩机6包括由第二动力装置驱动且横向设置的浓缩筒体601，浓缩筒体601内具有反应腔604，反应腔604一端为进料端602，另一端为出料端603，进料端602安装有进料筒605，进料筒605内转动安装有由第三动力装置驱动的进料螺旋606，进料筒605上设有物料进口607(用于固液分离机分离出的液体进料)和添加剂进口608(用于添加含氮、磷、钾化合物和螯合微量元素复合物8)，出料端603设有由第四动力装置驱动的压榨脱水螺旋610，同样，出料端603设有出料筒609，压榨脱水螺旋610转动安装于出料筒609内，出料筒609上设有压榨脱水区和物料出口611，进料使用进料螺旋606，出料使用压榨脱水螺旋610，浓缩液体肥9由压榨脱水螺旋610从脱水区排出，压榨得到的渣滓由物料出口611排出(可再次循环回绞碎混合机2)，从而使得物料反应形成一个连续过程，进一步提高了生产效率。
如上所述，本发明所述方法中使用的上述肥料制备装置具有全程自动化、营养分解和提取良好、搅拌和粉碎性能优异(无死角)、对粘性大、脱水性差的物质具有优异的降解能力和分解能力、生产效率高、产量大动、处理时间短等诸多优点，从而为本发明方法的顺利实施奠定了基础，具有非常优异的实际操作性能、生产能力和通用能力。
在下面的所有实施例和对比例中，使用的均为上述描述的肥料制备装置(在各个实施例的步骤S1中仅仅简单描述了其连接关系，具体结构细节均如上所述，而为了节约篇幅起见不再一一列出)。
实施例1
S1：提供上述的肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机、酸反应釜、酸碱调节池、固液分离机，所述固液分离机分别连接下游的浓缩机和有氧堆肥车间；
S2：将质量比为1∶1的餐厨垃圾、畜禽粪便加入到绞碎混合机中进行混合绞碎，得到废弃有机物；
S3：将所述废弃有机物加入到所述酸反应釜中，并加入质量百分比浓度为10％的盐酸水溶液(其中，HCl与废弃有机物的质量比为1∶4)，搅拌均匀后，开启酸反应釜进行加热和搅拌(温度见下表1-3，压力为0.15MPa)，待混合物充分反应后停止加热并泄压(反应时间为20分钟)，得到预处理料；
S4：将所述预处理料加入到所述酸碱调节池中，并用质量百分比浓度为10％的NaOH水溶液调节pH值为10，然后进入所述固液分离机进行固液分离，得到液体和固体；
S5：将尿素、磷酸氢二钠、氯化钾和螯合微量元素复合物(为质量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA铁钠、EDTA锌钠、EDTA铜钠、EDTA锰钠、硼酸和钼酸钠的混合物)与步骤S4得到的所述液体在浓缩机中进行剪切和浓缩，直至最终得到的浓缩液体肥中的有机质含量为7g/L，从而得到浓缩液体肥；
其中，相对于1L所述液体，尿素的用量换算成含氮量为150g、磷酸氢二钠的用量换算成含五氧化二磷量为150g、氯化钾的用量换算成含氧化钾为150g和螯合微量元素复合物的用量换算成含微量元素为15g；
S6：将质量比1∶2∶2的小麦秸秆粉、锯末和稻壳的混合物加入到步骤S4得到的所述固体中，直至所得到的总物料中的碳氮比为30∶1，并调节所得总物料中的含水率为60％，混合均匀后在所述有氧堆肥车间进行有氧发酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有机肥料。
下面表1-3中对步骤S3的不同温度对于所得浓缩液体肥和有机肥料的营养含量影响进行了考察，其中的微量元素总含量是指其中的铁、锌、铜、锰、硼、钼六种微量元素的总含量。
表1.浓缩液体肥中的氮、磷和钾含量
由此可见，步骤S3中的反应釜温度对于所得浓缩液体肥中的营养成分含量有显著的影响，其中，130℃可以取得最好的技术效果；而且还可以看出，当仅仅增大5℃到135℃时，其要显著低于仅仅降低5℃到125℃时的效果，这证明 当超过130℃后，再继续升高温度反而要更显著地降低了效果，并非是与温度有着线性关系，而且是不可预测的。
表2.浓缩液体肥中的有机酸和腐植酸的质量百分比含量
由此可见，步骤S3中的反应釜温度对于所得浓缩液体肥中的有机酸和腐植酸含量有显著的影响，130℃可以取得最好的技术效果。其变化规律正相反于表1中的规律。
表3.有机肥料的有机质、总养分的质量百分比含量和酸碱度
由此可见，步骤S3中的反应釜温度对于所得有机肥料中的有机质含量和总养分含量都有着显著的影响，130℃可以取得最好的技术效果；还可以看出，当温度低于130℃时，有机肥料的酸碱度呈现更强的酸性，而当为135℃时，也比130℃时有着明显的酸性偏移，从而证明对pH值有着显著的影响，增大了不稳定性。
实施例2
S1：提供上述的肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机、酸反应釜、酸碱调节池、固液分离机，所述固液分离机分别连接下游的浓缩机和有氧堆肥车间；
S2：将质量比为1∶1的餐厨垃圾、畜禽粪便加入到绞碎混合机中进行混合绞碎，得到废弃有机物；
S3：将所述废弃有机物加入到所述酸反应釜中，并加入质量百分比浓度为 10％的盐酸水溶液(其中，HCl与废弃有机物的质量比为1∶4)，搅拌均匀后，开启酸反应釜进行加热和搅拌(温度为130℃，压力见下表4-6)，待混合物充分反应后停止加热并泄压(反应时间为20分钟)，得到预处理料；
S4：将所述预处理料加入到所述酸碱调节池中，并用质量百分比浓度为10％的NaOH水溶液调节pH值为10，然后进入所述固液分离机进行固液分离，得到液体和固体；
S5：将尿素、磷酸氢二钠、氯化钾和螯合微量元素复合物(为质量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA铁钠、EDTA锌钠、EDTA铜钠、EDTA锰钠、硼酸和钼酸钠的混合物)与步骤S4得到的所述液体在浓缩机中进行剪切和浓缩，直至最终得到的浓缩液体肥中的有机质含量为7g/L，从而得到浓缩液体肥；
其中，相对于1L所述液体，尿素的用量换算成含氮量为150g、磷酸氢二钠的用量换算成含五氧化二磷量为150g、氯化钾的用量换算成含氧化钾为150g和螯合微量元素复合物的用量换算成含微量元素为15g；
S6：将质量比1∶2∶2的小麦秸秆粉、锯末和稻壳的混合物加入到步骤S4得到的所述固体中，直至所得到的总物料中的碳氮比为30∶1，并调节所得总物料中的含水率为60％，混合均匀后在所述有氧堆肥车间进行有氧发酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有机肥料。
下面表4-6中对步骤S3的不同压力对于所得浓缩液体肥和有机肥料的营养含量影响进行了考察，其中的微量元素总含量是指其中的铁、锌、铜、锰、硼、钼六种微量元素的总含量。
表4.浓缩液体肥中的氮、磷和钾含量
由此可见，步骤S3中的反应压力对于所得浓缩液体肥中的营养成分含量有显著的影响，其中，0.15MPa可以取得最好的技术效果，其它压力均导致含量有所降低。
表5.浓缩液体肥中的有机酸和腐植酸的质量百分比含量
由此可见，步骤S3中的反应压力对于所得浓缩液体肥中的有机酸和腐植酸含量有显著的影响，0.15MPa可以取得最好的技术效果。
表6.有机肥料的有机质、总养分的质量百分比含量和酸碱度
由此可见，步骤S3中的反应压力对于所得有机肥料中的有机质含量和总养分含量都有着显著的影响，0.15MPa可以取得最好的技术效果；还可以看出，当压力低于0.15MPa时，有机肥料的酸碱度呈现更强的酸性，而当为0.17MPa或0.2MPa时，碱性也要强于为0.13MPa或0.1MPa时，也证明对pH值有着显著的影响，增大了不稳定性。
实施例3
S1：提供上述的肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机、酸反应釜、酸碱调节池、固液分离机，所述固液分离机分别连接下游的浓缩机和有氧堆肥车间；
S2：将质量比为1∶1的餐厨垃圾、畜禽粪便加入到绞碎混合机中进行混合绞碎，得到废弃有机物；
S3：将所述废弃有机物加入到所述酸反应釜中，并加入质量百分比浓度为10％的盐酸水溶液(其中，HCl与废弃有机物的质量比为1∶4)，搅拌均匀后，开启酸反应釜进行加热和搅拌(其中，HCl与废弃有机物的质量比为1∶4)，搅拌均 匀后，开启酸反应釜进行加热和搅拌(温度为130℃，压力为0.15MPa)，待混合物充分反应后停止加热并泄压(反应时间为20分钟)，得到预处理料；
S4：将所述预处理料加入到所述酸碱调节池中，并用质量百分比浓度为10％的NaOH水溶液调节pH值为下表7-9中的值，然后进入所述固液分离机进行固液分离，得到液体和固体；
S5：将尿素、磷酸氢二钠、氯化钾和螯合微量元素复合物(为质量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA铁钠、EDTA锌钠、EDTA铜钠、EDTA锰钠、硼酸和钼酸钠的混合物)与步骤S4得到的所述液体在浓缩机中进行剪切和浓缩，直至最终得到的浓缩液体肥中的有机质含量为7g/L，从而得到浓缩液体肥；
其中，相对于1L所述液体，尿素的用量换算成含氮量为150g、磷酸氢二钠的用量换算成含五氧化二磷量为150g、氯化钾的用量换算成含氧化钾为150g和螯合微量元素复合物的用量换算成含微量元素为15g；
S6：将质量比1∶2∶2的小麦秸秆粉、锯末和稻壳的混合物加入到步骤S4得到的所述固体中，直至所得到的总物料中的碳氮比为30∶1，并调节所得总物料中的含水率为60％，混合均匀后在所述有氧堆肥车间进行有氧发酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有机肥料。
下面表7-9中对步骤S4的不同pH值对于所得浓缩液体肥和有机肥料的营养含量影响进行了考察，其中的微量元素总含量是指其中的铁、锌、铜、锰、硼、钼六种微量元素的总含量。
表7.浓缩液体肥中的氮、磷和钾含量
由此可见，步骤S4中的pH对于所得浓缩液体肥中的营养成分含量有显著的影响，其中，为10时可以取得最好的技术效果；还可以看出，即便是相对于10的相同偏移值，当低于10时的效果要优于高于10时的效果(例如见8和12 的比较)。
表8.浓缩液体肥中的有机酸和腐植酸的质量百分比含量
由此可见，步骤S4中的pH对于所得浓缩液体肥中的有机酸和腐植酸含量有显著的影响，当为10时可以取得最好的技术效果；还可以看出，即便是相对于10的相同偏移值，当高于10时的效果要优于低于10时的效果(例如见8和12的比较)。
表9.有机肥料的有机质、总养分的质量百分比含量和酸碱废
由此可见，步骤S4中的pH对于所得有机肥料中的有机质含量和总养分含量都有着显著的影响，当为10时可以取得最好的技术效果；还可以看出，当步骤S4的pH值改变时，也能够显著地影响最终所得有机肥料的酸碱度，增大了不稳定性。
实施例4
S1：提供上述的肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机、酸反应釜、酸碱调节池、固液分离机，所述固液分离机分别连接下游的浓缩机和 有氧堆肥车间；
S2：将质量比为1∶1的餐厨垃圾、畜禽粪便加入到绞碎混合机中进行混合绞碎，得到废弃有机物；
S3：将所述废弃有机物加入到所述酸反应釜中，并加入质量百分比浓度为10％的盐酸水溶液(其中，HCl与废弃有机物的质量比为1∶4)，搅拌均匀后，开启酸反应釜进行加热和搅拌(其中，HCl与废弃有机物的质量比为1∶4)，搅拌均匀后，开启酸反应釜进行加热和搅拌(温度为130℃，压力为0.15MPa)，待混合物充分反应后停止加热并泄压(反应时间为20分钟)，得到预处理料；
S4：将所述预处理料加入到所述酸碱调节池中，并用质量百分比浓度为10％的NaOH水溶液调节pH值为10，然后进入所述固液分离机进行固液分离，得到液体和固体；
S5：将尿素、磷酸氢二钠、氯化钾和螯合微量元素复合物(为质量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA铁钠、EDTA锌钠、EDTA铜钠、EDTA锰钠、硼酸和钼酸钠的混合物)与步骤S4得到的所述液体在浓缩机中进行剪切和浓缩，直至最终得到的浓缩液体肥中的有机质含量为7g/L，从而得到浓缩液体肥；
其中，相对于1L所述液体，尿素的用量换算成含氮量为150g、磷酸氢二钠的用量换算成含五氧化二磷量为150g、氯化钾的用量换算成含氧化钾为150g和螯合微量元素复合物的用量换算成含微量元素为15g；
S6：将质量比1∶2∶2的小麦秸秆粉、锯末和稻壳的混合物加入到步骤S4得到的所述固体中，直至所得到的总物料中的碳氮比为下表10中的数值，并调节所得总物料中的含水率为60％，混合均匀后在所述有氧堆肥车间进行有氧发酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有机肥料。
下面表10对步骤S6的不同碳氮比对于所得有机肥料的营养含量影响进行了考察，具体数值见下表10。
表10.有机肥料的有机质、总养分的质量百分比含量和酸碱度
由此可见，步骤S6中的碳氮比对于所得有机肥料中的有机质含量和总养分含量都有着显著的影响，当为30∶1时可以取得最好的技术效果；还可以看出，当该步骤中的碳氮比改变时，也能够显著地影响最终所得有机肥料的酸碱度，增大了不稳定性。
植物的发芽率和根长测试
对实施例1-4中所得到的有机肥料进行发芽率和根长试验，具体测试方法为：将有机肥料的鲜样与蒸馏水按质量比1∶2的比例提取浸提液，用蒸馏水做对照组，测定1000粒水芹种子24小时后的发芽率和96小时后的平均根长。结果见下表11中。
表11.水芹种子发芽率和芽期根长结果
注：其中的“*”所示的YJ1-YJ4实际上是同一种有机肥料。
由此可见：1、实施例1-4制得的有机肥料浸提液对水芹种子的发芽率和根长均没有抑制作用，有着最好的效果；2、而有机肥料DYJ1-DYJ19导致发芽率和平均根长均有着显著的降低，甚至有些数据要低于蒸馏水对照组，这证明步 骤S3中的反应温度和压力、步骤S4中的pH值调节和步骤S6中的碳氮比选择均可显著影响所得有机肥料对植物的生长效果，其改变能够影响作物的正常生长，甚至是负面影响，证明有些有机肥料无法完全脱毒和/或腐熟不完全，从而影响了植物的正常生长。
由上述表1-11的数据可以看出，本发明方法的优异效果的取得，依赖于多个要素的综合协同和相互促进，而不是单一因素的单独影响结果，只有这些要素同时选择最优条件时，才能取得意想不到的技术效果，这也正是本发明所做出的创造性劳动和取得创造性成果的基础所在。
综上所述，本发明提供了一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法通过独特的肥料制备装置、制备方法的独特工艺步骤和参数选择，从而可以通过协同效果取得诸多优异效果，并可以得到具有优异效果的浓缩液体肥和有机肥料，从而在农业废弃资源利用领域具有良好的应用前景和工业化生产潜力。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温高压下酸处理农业废弃物制备肥料的方法，所述方法包括如下步骤：
S1：提供一种肥料制备装置，所述装置包括依次连接的绞碎混合机、酸反应釜、酸碱调节池、固液分离机，所述固液分离机分别连接下游的浓缩机和有氧堆肥车间；
S2：将农业废弃物加入到所述绞碎混合机中进行混合绞碎，得到废弃有机物；
S3：将所述废弃有机物加入到所述酸反应釜中，并加入酸或酸的水溶液，搅拌均匀后，开启酸反应釜进行加热和搅拌，控制酸反应釜的温度和压力，待混合物充分反应后停止加热并泄压，得到预处理料；
S4：将所述预处理料加入到所述酸碱调节池中，并用碱或碱的水溶液调节pH值为8-12，然后进入所述固液分离机进行固液分离，得到液体和固体；
S5：将含氮、磷、钾化合物(即含氮化合物、含磷化合物、含钾化合物，下同)和螯合微量元素复合物与步骤S4得到的所述液体在浓缩机中进行剪切和浓缩，得到浓缩液体肥；
S6：将辅料加入到步骤S4得到的所述固体中，直至碳氮比为特定比例，并调节含水率至特定比例，混合均匀后在所述有氧堆肥车间进行有氧发酵，定期翻堆，待完全腐熟后，得到有机肥料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述绞碎混合机包括绞碎机架，所述绞碎机架上固定安装有粉碎筒体，所述粉碎筒体的轴线水平设置，所述绞碎机架上转动安装有由第一动力装置驱动的转子，所述转子贯穿所述粉碎筒体，所述转子与所述粉碎筒体同轴设置，所述粉碎筒体内沿轴向依次设有进料段、撕裂段和剪切段，位于所述进料段的所述粉碎筒体上开设有进料口，所述粉碎筒体的尾端开设有出料口，位于所述进料段的所述转子上设有送料螺旋；位于所述撕裂段的所述转子上设有若干动刀，若干所述动刀沿所述转子的轴向且在所述转子的表面呈螺旋状布置，位于所述撕裂段的所述粉碎筒体上设有与所述动刀对应的若干定刀；位于所述剪切段的所述转子上设有若干动剪刀，所述动剪刀沿所述转子的轴向延伸且与所述转子的轴线成一夹角，位于所述剪切段的所述粉碎筒体上设有若干静剪刀。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述酸反应釜包括竖向设置的反应釜体，所述反应釜体内位于所述反应釜体的底部设置有出气管，所述反应釜体内设有搅拌螺旋，所述反应釜体的外壁设有加热盘管，所述反应釜体的外周包裹有保温层，所述加热盘管位于所述保温层与反应釜体之间。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于：所述浓缩机包括由第二动力装置驱动且横向设置的浓缩筒体，所述浓缩筒体内具有反应腔，所述反应腔一端为进料端，另一端为出料端，所述进料端安装有进料筒，所述进料筒内转动安装有由第三动力装置驱动的进料螺旋，所述进料筒上设有物料进口和添加剂进口，所述出料端设有由第四动力装置驱动的压榨脱水螺旋，所述出料端设有出料筒，所述压榨脱水螺旋转动安装于所述出料筒内，所述出料筒上设有压榨脱水区和物料出口。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S3中，酸反应釜的温度为120-135℃，最优选为130℃；酸反应釜的压力为0.1-0.2MPa，最优选为0.15MPa；反应时间为10-30分钟。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S4中，使用碱或碱的水溶液调节pH值为8-12，最优选为10。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S5中，所述含氮化合物为尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、碳酸氢铵中的任意一种或任意多种的任意组合；所述含磷化合物为磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠中的任意一种或任意多种的任意组合；所述含钾化合物包括磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、硫酸钾、硝酸钾、氯化钾中的任意一种或任意多种的任意组合；所述螯合微量元素复合物为质量比35∶100∶1∶360∶60∶1的EDTA铁钠(乙二胺四乙酸铁钠)、EDTA锌钠(乙二胺四乙酸锌钠)、EDTA铜钠(乙二胺四乙酸铜钠)、EDTA锰钠(乙二胺四乙酸锰钠)、硼酸和钼酸钠的混合物。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S6中，所述辅料的加入量为使得加入后所得到的总物料中的碳氮比25-35∶1，最优选为30∶1。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于：在步骤S6中，将所述辅料加入到步骤S4得到的所述固体中后，将含水率调节至55-70％。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法而得到的浓缩液体肥和有机肥料。
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