CN107652070A - 用中药渣以废治废生产生态海绵肥料 - Google Patents

用中药渣以废治废生产生态海绵肥料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用中药渣以废治废生产生态海绵肥料，将中药渣中的淀粉、半纤维素、纤维素逐级反应，生成聚双糖，然后膨化和生态海绵化，经浓缩造粒制得产品；本发明将聚双糖改性，当气温升高，肥料空隙则增加，比表面积增大，可加快细菌繁殖，缩短有机肥发酵降解时间三分之一以上，肥效从迟效变为亚速效；本发明无“三废”污染，适用于中药渣或植物性有机物综合利用中使用。

Description

用中药渣以废治废生产生态海绵肥料
技术领域 本发明涉及一种中药渣生产生态海绵肥料，更具体地说，涉及一种用中药渣以废治废生产生态海绵肥料。
背景技术 近年来，随着医疗事业的不断发展，中医中药也提升到更重要的位置，中草药的大量应用，带来大量中药渣的出路问题，例如，我国南方某一中等医药城市，药企每年产生的植物类药渣就有几十万吨，这些药渣大部分空地堆放，形似一个小山，有一部分拿去填埋，或干化后焚烧掉，这些均不是合理的办法；中药厂产生的中药渣，大多是浸泡提取中药成份后产生的植物性废渣，主要成份为纤维素、半纤维素和淀粉，这三者合计占总量的四分之三以上，其余为矿物质、木质素以及微量的维生素、糖类、蛋白质、脂肪等，上述都是有用物质，应该尋找出比较合理的方法，来综合利用这些物质。
另方面，我国农业生产，正朝着现代化方向不断发展，绿色、环保、生态肥料的配套，也将应运而生，从使用性能分，肥料分为无机化肥与有机肥料两大类，无机化肥大多数是盐类物质，它的优点是速效，缺点是土壤细菌不繁殖，使土壤板结；而有机肥料则相反，有机肥料优点是能促使土壤细菌繁殖、能疏松土壤、改善作物品质，国家规定绿色食品必须使用有机肥料，有机肥料缺点是迟效，施肥后一般要一个月以上的发酵降解时间，才能显出肥效来；因此，如何将有机肥料改性，缩短它的发酵降解时间，使“迟效”变为“亚速效”，有机肥料就可以变成更理想的肥料，就更能疏松土壤、改善农作物品质、增产增收，起到绿色、生态、环保的作用，我国作为一个农业大国，意义更为重大，这是实现农业进一步发展的重要课题之一。
发明内容 本发明旨在提供一种用中药渣以废治废生产生态海绵肥料的方法，即是将中药渣改性，使中药渣中的淀粉、半纤维素、纤维素逐级反应，生成聚双糖，然后将聚双糖膨化，得膨化聚双糖，再将膨化聚双糖生态海绵化，得生态海绵聚双糖，再经浓缩、造粒，即得生态海绵肥料；药渣中未参加反应的矿物质等其它组分，则作为肥料载体，一起进行肥料造粒。农作物可以将CO2和H2O化合生成糖类物质，本发明的生态海绵肥料，在海绵中充盈着CO2气体，形成泡沫海绵状结构，农作物由春季进入夏季，气温升高生长快，需要养份多，此时CO2会因温度升高而膨胀，肥料体积增大20～25％，比表面积增大25～30％，因而增加土壤空隙率，加快土壤细菌繁殖，加速有机质降解，使有机肥料的发酵降解时间缩短三分之一以上，使有机肥料由迟效变为亚速效，从而使有机肥料的缺点淡化，优点更能显现出来，形成绿色、生态、环保的新型肥料。
为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
(一)将中药厂附产的植物性中药渣，先经粉碎，然后加入硒酸和盐酸，升温60～70℃，进行第一次水解反应，使药渣中的淀粉生成聚双糖，反应式如下：
然后，进行过滤，滤液主要成份为聚双糖，将滤液收集到膨化罐中，将滤渣进行第二次水解反应，仍加入硒酸和盐酸，第二次水解反应升温80～90℃，使药渣中的半纤维素生成聚双糖，反应式如下：
再然后，也进行过滤，滤液主要成份仍为聚双糖，将滤液也收集到膨化罐中，将滤渣进行第三次水解反应，仍加入硒酸和盐酸，第三次水解反应升温100～ 103℃，使药渣中的纤维素生成聚双糖，反应式如下：
然后，也进行过滤，滤液主要成份仍为聚双糖，将滤液也收集到膨化罐中，将滤渣作为肥料载体进入肥料造粒工序。
(二)膨化罐中的滤液主要成份为聚双糖，将此聚双糖加入磷酸氢二钾，控制温度90～100℃，使聚双糖膨化，实现接枝共聚及酯化交联作用，生成膨化聚双糖：
设前述反应式中的n、m、x三者的数值合计为y，则：
(三)将前述膨化聚双糖改性，制成生态海绵聚双糖，工艺分两步进行：
第一步，CO2的生成：在另一个密封的空罐中，加入钛白粉工厂的副产品废硫酸和冶炼厂的下脚料铝灰，然后通入氧气，升温50～70℃，反应生成硫酸铝，反应式如下：
4Al+6H2SO4+3O2→2Al2(SO4)3+6H2O
然后，在上述物料中再加入碳酸氢钾，控制温度70～90℃，反应生成CO2气体和其它物质，反应式如下：
Al2(SO4)3+6KHCO3→2Al(OH)3+3K2SO4+6CO2
第二步，将上述生成的CO2气体，用专用导管通入膨化聚双糖罐内，保持温度70～90℃，生成生态海绵聚双糖：
膨化聚双糖+CO2→生态海绵聚双糖
(四)将上述生态海绵聚双糖进行浓缩，然后加入菌种和氮、磷、钾辅料以及过滤时产生的滤渣固相组分，然后去造粒，得到直径3～8毫米的圆颗粒产品，即为生态海绵肥料。
本发明用中药渣以废治废生产生态海绵肥料的方法，包括粉碎、第一次水解和过滤、第二次水解和过滤、第三次水解和过滤、膨化、生态海绵化、浓缩及造粒。其具体制造过程为：
(1)粉碎：将中药厂植物性中药渣用粉碎机进行粉碎，粉碎后细度为60～ 100目，称为“粉碎药渣”；
(2)第一次水解和过滤：工艺和设备分两步进行，第一步：用一个带搅拌的敞口设备做“配酸槽”，先开动搅拌器，在搅拌条件下完成全部操作，首先在配酸槽中加入自来水，然后向水中加入25～35％(硒酸与水的重量比)硒酸，使硒酸全部溶解在自来水中，然后缓缓加入盐酸，加入的盐酸数量是硒酸的2.5 倍(重量比)，上述物料混合均匀后，称为“复合酸液”，现备现用；第二步：用另外一台带搅拌和烟道气夹道加热并且罐底有过滤网的敞口设备，作“水解和过滤罐”，先开动搅拌器，在搅拌条件下完成全部操作，首先在水解和过滤罐内加入自来水，然后向水中加入30～40％(粉碎药渣与水的重量比)粉碎药渣；再然后，加入1.3～1.5％(复合酸液与水的重量比)复合酸液，上述物料加热到60～70℃，常压，保温一小时，使粉碎药渣中的淀粉生成聚双糖，然后打开罐底有过滤网的出料阀门，将罐内液体(聚双糖)作为滤出液收集到膨化罐中，膨化罐仅用一台；
(3)第二次水解和过滤：仍用第一次水解和过滤设备，与第一次水解和过滤相比，不同的有两点：一是将第一次水解和过滤后的滤渣代替“粉碎药渣”，二是将物料加热上升到80～90℃；其它的配方、工艺、操作方法和操作步骤与第一次水解和过滤完全相同，将滤出液也收集到同一个膨化罐中；
(4)第三次水解和过滤：仍用第一次水解和过滤设备，与第一次水解和过滤相比，不同的有两点：一是将第二次水解和过滤后的滤渣代替“粉碎药渣”，二是将物料加热上升到100～103℃；其它的配方、工艺、操作方法和操作步骤与第一次水解和过滤完全相同，将滤出液也收集到同一个膨化罐中；
(5)膨化：用另外一台带搅拌和烟道气夹道加热的敞口设备做“膨化罐”，罐内装有前述第一次、第二次、第三次水解和过滤得到的聚双糖滤液，先开动搅拌器，在搅拌条件下完成全部操作，首先在膨化罐内的聚双糖滤液中加入 1.5～2.5％(磷酸氢二钾与聚双糖滤液的重量比)磷酸氢二钾，控制温度90～ 100℃，常压，保温1.5小时，使聚双糖生成膨化聚双糖，膨化聚双糖仍保留在“膨化罐”内；
(6)生态海绵化：工艺生产操作分两步进行，第一步，CO2的生成：用另外一台带搅拌和烟道气夹道加热的密封的受压容器做“CO2生成罐”，罐底部有氧气通入孔，先开动搅拌器，在搅拌条件下完成全部操作，首先加入钛白粉工厂的副产品废硫酸，此废硫酸的含酸量为12～15％(重量比)，然后在废硫酸中加入5～8％(铝灰与废硫酸重量比)铝灰，此铝灰是冶炼厂的下脚料，升温到50～70℃，维持此温度，并通入氧气鼓泡，使罐内物料发生反应，通入氧气1小时后停止通入氧气，使罐内物料生成硫酸铝溶液；再然后，在罐内的硫酸铝溶液中，加入碳酸氢钾，加入的碳酸氢钾数量是铝灰的2倍(重量比)，升温70～90℃，使罐内发生反应生成CO2气体，反应时间为1～2小时；第二步，将上述反应生成的CO2气体，用专用导管通入前述“膨化罐”中的膨化聚双糖内， CO2气体在膨化聚双糖溶液中鼓泡，鼓泡时间1.5～2小时，鼓泡时的溶液温度为70～90℃，使罐内溶液生成生态海绵聚双糖；
(7)浓缩及造粒：将上述制成的生态海绵聚双糖，仍在“膨化罐”内保持 70～90℃进行浓缩，开动搅拌器，使溶液中的一部份水份蒸发出去，达到喷雾造粒机进行造粒时要求的含水量，即可停止浓缩；然后，仍然开动搅拌器，在生态海绵聚双糖中加入菌种和氮、磷、钾辅料以及前述过滤时产生的滤渣固相组分，这些物料全部混合均匀后，用通用的喷雾造粒机进行造粒，得到直径3～ 8毫米的圆颗粒产品，即为生态海绵肥料。
在实施本发明的过程中，水解时加入的硒酸(H2SeO4)为工业级“合格品”质量，外观为白色六方柱晶体，极易吸潮，易溶于水，分子量144.97，熔点58℃，沸点260℃；加入的盐酸(HCl)为工业级“合格品”质量，外观为无色或浅黄色透明液体，总酸度(以HCl计)≥31.0％，铁(Fe)≤0.01％；加入的磷酸氢二钾(K2HPO4·3H2O)为工业级“合格品”质量，外观为白色粉末，含五氧化二磷(P2O5)≥40.2％，含氧化钾(K2O)≥53.3％；加入的钛白粉工厂的副产品废硫酸(H2SO4)，废硫酸液的含酸量控制在12～15％(重量比)；加入的铝灰是冶炼厂的下脚料，铝灰中氧化铝含量应在30％以上；加入的碳酸氢钾(KHCO3)为工业级“合格品”质量，外观为无色透明单斜晶系结晶，相对密度2.17，含碳酸氢钾(KHCO3)≥99.0％，含氯化钾(KCl)≤0.1％，含硫酸钾(K2SO4)≤0.1％。
在实施本发明过程中，必须掌握每次水解反应的深度，控制三大因素来控制反应深度：(1)加入硒酸和盐酸的数量；(2)温度；(3)时间；加入物过多、温度过高、时间过长，均可使反应过深而使反应生成的聚双糖再分解成其它碳水化合物，同时会产生废气污染物，又会降低肥料肥效；在相反的情况下，则可使反应过浅，使一部份纤维素等反应不完全，也影响肥料的肥效；本发明采用三次水解、三次过滤的目的，是控制第一次和第二次水解生成的聚双糖，避免因停留时间过长而分解成其它物质；此外，膨化和生态海绵化的反应深度，也应调节在较适宜的状态为好。
与现有技术相比，本发明具有如下明显的优点：(1)本发明用中药废渣、废硫酸、废铝灰为原料，以废治废，既解决工业废弃物的出路，又生产出市场急需的生态海绵肥料，一举两得，成本低，采用通用设备，技术容易掌握；(2) 本发明用独创的配方及工艺，将中药渣逐级反应生成聚双糖，由原来分子量几万以上的纤维素等物质，经反应生成分子量一千以下的聚双糖，此聚双糖的双岐因子活性功能，是其它糖类的5～10倍，从而使本发明的肥料，肥效显著增加； (3)农作物可将CO2和H2O化合生成糖类物质，本发明独创CO2气体将聚双糖改性，生成泡沫海绵状的生态海绵肥料，其生态性能表现在气温升高，肥料空隙增加，比表面积增大，加快细菌繁殖，缩短有机肥发酵降解时间三分之一以上，肥效从迟效变为亚速效，再加上本发明的生产操作无“三废”污染问题，使本发明具有绿色、环保、生态的特点，本发明可生产出独创的生态海绵肥料。
附图说明 图1是本发明的物料组分流程示意图；图2是本发明的工艺流程示意图；图中明确表示了自中药渣以废治废生产生态海绵肥料的全过程。
具体实施方式 以下通过具体的实施例，对本发明进行更加详细的描述：
用中药渣以废治废生产生态海绵肥料，包括粉碎、第一次水解和过滤、第二次水解和过滤、第三次水解和过滤、膨化、生态海绵化、浓缩及造粒：
(1)粉碎：将中药厂植物性中药渣用粉碎机进行粉碎，粉碎后细度为90 目，称为“粉碎药渣”；
(2)第一次水解和过滤：工艺和设备分两步进行，第一步：用一个带搅拌的敞口设备做“配酸槽”，先开动搅拌器，在搅拌条件下完成全部操作，首先在配酸槽中加入自来水，然后向水中加入30％(硒酸与水的重量比)硒酸，使硒酸全部溶解在自来水中，然后缓缓加入盐酸，加入的盐酸数量是硒酸的2.5 倍(重量比)，上述物料混合均匀后，称为“复合酸液”，现备现用；第二步：用另外一台带搅拌和烟道气夹道加热并且罐底有过滤网的敞口设备，作“水解和过滤罐”，先开动搅拌器，在搅拌条件下完成全部操作，首先在水解和过滤罐内加入自来水，然后向水中加入35％(粉碎药渣与水的重量比)粉碎药渣；再然后，加入1.4％(复合酸液与水的重量比)复合酸液，上述物料加热到65℃，常压，保温一小时，使粉碎药渣中的淀粉生成聚双糖，然后打开罐底有过滤网的出料阀门，将罐内液体(聚双糖)作为滤出液收集到膨化罐中，膨化罐仅用一台；
(3)第二次水解和过滤：仍用第一次水解和过滤设备，与第一次水解和过滤相比，不同的有两点：一是将第一次水解和过滤后的滤渣代替“粉碎药渣”，二是将物料加热上升到85℃；其它的配方、工艺、操作方法和操作步骤与第一次水解和过滤完全相同，将滤出液也收集到同一个膨化罐中；
(4)第三次水解和过滤：仍用第一次水解和过滤设备，与第一次水解和过滤相比，不同的有两点：一是将第二次水解和过滤后的滤渣代替“粉碎药渣”，二是将物料加热上升到100℃；其它的配方、工艺、操作方法和操作步骤与第一次水解和过滤完全相同，将滤出液也收集到同一个膨化罐中；
(5)膨化：用另外一台带搅拌和烟道气夹道加热的敞口设备做“膨化罐”，罐内装有前述第一次、第二次、第三次水解和过滤得到的聚双糖滤液，先开动搅拌器，在搅拌条件下完成全部操作，首先在膨化罐内的聚双糖滤液中加入2％ (磷酸氢二钾与聚双糖滤液的重量比)磷酸氢二钾，控制温度95℃，常压，保温1.5小时，使聚双糖生成膨化聚双糖，膨化聚双糖仍保留在“膨化罐”内；
(6)生态海绵化：工艺生产操作分两步进行，第一步，CO2的生成：用另外一台带搅拌和烟道气夹道加热的密封的受压容器做“CO2生成罐”，罐底部有氧气通入孔，先开动搅拌器，在搅拌条件下完成全部操作，首先加入钛白粉工厂的副产品废硫酸，此废硫酸的含酸量为13％(重量比)，然后在废硫酸中加入6％(铝灰与废硫酸重量比)铝灰，此铝灰是冶炼厂的下脚料，升温到60℃，维持此温度，并通入氧气鼓泡，使罐内物料发生反应，通入氧气1小时后停止通入氧气，使罐内物料生成硫酸铝溶液；再然后，在罐内的硫酸铝溶液中，加入碳酸氢钾，加入的碳酸氢钾数量是铝灰的2倍(重量比)，升温80℃，使罐内发生反应生成CO2气体，反应时间为2小时；第二步，将上述反应生成的CO2气体，用专用导管通入前述“膨化罐”中的膨化聚双糖内，CO2气体在膨化聚双糖溶液中鼓泡，鼓泡时间2小时，鼓泡时的溶液温度为80℃，使罐内溶液生成生态海绵聚双糖；
(7)浓缩及造粒：将上述制成的生态海绵聚双糖，仍在“膨化罐”内保持 80℃进行浓缩，开动搅拌器，使溶液中的一部份水份蒸发出去，达到喷雾造粒机进行造粒时要求的含水量，即可停止浓缩；然后，仍然开动搅拌器，在生态海绵聚双糖中加入菌种和氮、磷、钾辅料以及前述过滤时产生的滤渣固相组分，这些物料全部混合均匀后，用通用的喷雾造粒机进行造粒，得到直径5毫米的圆颗粒产品，即为生态海绵肥料。

Claims (1)

1.用中药渣以废治废生产生态海绵肥料的方法，包括粉碎、第一次水解和过滤、第二次水解和过滤、第三次水解和过滤、膨化、生态海绵化、浓缩及造粒，其特征在于制造过程为：
(1)第一次水解和过滤，第一步，在配酸槽中加入自来水，然后向水中加入25～35％(硒酸与水的重量比)硒酸，然后缓缓加入盐酸，加入的盐酸数量是硒酸的2.5倍(重量比)，上述物料混合均匀后，称为“复合酸液”，第二步，在水解和过滤罐内加入自来水，然后向水中加入30～40％(粉碎药渣与水的重量比)粉碎药渣，再然后，加入1.3～1.5％(复合酸液与水的重量比)复合酸液，上述物料加热到60～70℃，常压，保温一小时，使粉碎药渣中的淀粉生成聚双糖，然后，
(2)第二次水解和过滤，与第一次水解和过滤相比，不同的有两点：一是将第一次水解和过滤后的滤渣代替“粉碎药渣”，二是将物料加热上升到80～90℃，其它的配方、工艺、操作方法和操作步骤与第一次水解和过滤完全相同，然后，
(3)第三次水解和过滤，与第一次水解和过滤相比，不同的有两点：一是将第二次水解和过滤后的滤渣代替“粉碎药渣”，二是将物料加热上升到100～103℃，其它的配方、工艺、操作方法和操作步骤与第一次水解和过滤完全相同，然后，
(4)膨化，膨化罐内装有前述第一次、第二次、第三次水解和过滤得到的聚双糖滤液，先在聚双糖滤液中加入1.5～2.5％(磷酸氢二钾与聚双糖滤液的重量比)磷酸氢二钾，控制温度90～100℃，常压，保温1.5小时，使聚双糖生成膨化聚双糖，然后，
(5)生态海绵化，第一步，CO2的生成，首先加入钛白粉工厂的副产品废硫酸，此废硫酸的含酸量为12～15％(重量比)，然后在废硫酸中加入5～8％(铝灰与废硫酸重量比)铝灰，此铝灰是冶炼厂的下脚料，升温到50～70℃，维持此温度，并通入氧气鼓泡，使罐内物料发生反应，通入氧气1小时后停止通入氧气，使罐内物料生成硫酸铝溶液，再然后，在罐内的硫酸铝溶液中，加入碳酸氢钾，加入的碳酸氢钾数量是铝灰的2倍(重量比)，升温70～90℃，使罐内发生反应生成CO2气体，反应时间为1～2小时，第二步，将上述反应生成的CO2气体，用专用导管通入膨化聚双糖内，CO2气体在膨化聚双糖溶液中鼓泡，鼓泡时间1.5～2小时，鼓泡时的溶液温度为70～90℃，使罐内溶液生成生态海绵聚双糖。
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