CN107746352A - 基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法和制备系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法和制备系统，制备方法包括水洗后烘干的梧桐叶经破碎设备粉碎后得到梧桐叶颗粒；梧桐叶颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3‑4小时后在80 ℃‑90 ℃中干燥4‑5小时得到混合物，污泥中加入硫酸和十八烷基三甲基氯化铵后脱水使得脱水污泥的含水率小于10%，脱水污泥和梧桐叶颗粒在马弗炉中氮气下以8‑10 ℃/min的速度升温至350‑400 ℃且持续5‑6小时得到梧桐叶泥生物炭颗粒；梧桐叶泥生物炭颗粒在含有氯化亚铁、氯化锌和硒粉的乙二醇溶液中通入氯气下以150‑160 ℃搅拌2‑3小时后，加入碱溶液调节pH值为8‑9，然后以40‑50 ℃真空干燥6‑7小时获得梧桐叶泥生物炭，梧桐叶泥生物炭输入制肥导流装置中加入肥料以制成炭基肥。

Description

基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法和制备系统

技术领域

本发明涉及炭基肥处理领域，特别是涉及一种基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法和制备系统。

背景技术

随着工业发展和人们生活水平的提高，大量的重金属废水排到环境中；农业发展中农药化肥的过量使用；汽车尾气及生活垃圾的日益增多，使得环境中的重金属污染加剧。重金属离子可通过食物链作用进入人体并富集，进而伤害骨骼、大脑等，严重威胁着人类健康。重金属污染已成为全世界共同关注的问题。在生物圈中广泛分布的汞，是唯一一种常温状态下呈液态的金属，极易挥发，毒性高。

生物炭是生物质通过热解的方法在缺氧或者低氧条件下制备的一种富含孔隙结构，含碳量较高的碳化物质。制备生物炭的原料来源广泛，农林废弃物如木材，农作物秸秆，果壳及有机废弃物等都可以作为原料。生物炭表面官能团主要包括羧基、羟基、内酯、吡喃酮、酸酐等，并具有大量的表面负电荷以及高电核密度，构成了良好的吸附特性。它还具有良好的环境修复潜力，可以直接或间接地降低水中重金属的生物有效性。因此，生物炭对水中重金属的吸附是值得研究的问题。大多数生物炭集中在木炭、秸秆等，而不同种类生物炭对汞的吸附作用影响还少有研究。

专利文献1公开的一种污泥-生物炭有机复合肥制备系统包括秆粉碎机，炭化炉，生物炭储存箱，传送带，发酵池，除臭杀菌装置，生物淋滤反应器，污泥储存箱，太阳能干化设备，混料罐，造粒机，精加工装置；所述秸秆粉碎机通过传送带与炭化炉的进料口连接，所述炭化炉与生物炭储存箱连接；所述发酵池、生物淋滤反应器、太阳能干化设备、除臭杀菌装置和污泥储存箱依次连接；所述生物炭储存箱和污泥储存箱分别与所述混料罐的进料口连接，所述混料罐的出料口与造粒机相连，所述造粒机与精加工装置相连。该专利以废水污泥、农作物秸秆或其他农林废弃物为原料制备有机复合肥，但该专利的处理重金属的能力有待提高，吸附量不足。

专利文献2公开的一种城市污泥生物炭基复合肥制备方法包括步骤： 步骤A，将植物秸秆进行高温裂解制成生物炭；步骤B，将所述生物炭与城市垃圾高温下掺混后进行堆腐；步骤C，堆腐后将氮磷钾化肥加入其中进行混合，形成复合肥。该专利将植物秸秆为原料制成的生物炭与城市垃圾和传统的无机N、P、K化肥混合制成复合肥，利用生物炭基多孔介质特性将重金属吸附固持并储存在土壤中。但该专利的秸秆材质不利于形成比表面积大的生物炭，且生物炭的比表面积和孔容积有待提高。

城市废弃物中的法国梧桐树叶和污水处理厂的污泥，数量巨大，尚未有合理的处理措施。堆积、填埋或者焚烧，既浪费了资源又污染了环境。这两种材料作为城市废弃物，比表面积均较大，表面有较多的活性基团，可以与重金属离子结合，从而达到较好的吸附作用，是制备吸附剂的良好材料。

本发明以梧桐树叶，污泥制备炭基肥，以达到施肥同时去除土壤中重金属，特别是汞目的，实现以废治废的目标。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：中国专利公开CN206089492U号

专利文献2：中国专利公开CN105884448 A号。

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，现有技术中的炭基肥制备方法制备的炭基肥的重金属吸附量和吸附速度需要提升。

解决问题的方案

本发明人等为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，在本发明的第一方面，本发明提供了一种基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法，其步骤包括：

第一步骤中，梧桐叶进行水洗后在70 ℃-80 ℃中烘干，烘干后的梧桐叶经破碎设备粉碎后过60目筛得到梧桐叶颗粒。

第二步骤中，梧桐叶颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3-4小时后在80 ℃-90 ℃中干燥4-5小时得到混合物，所述水溶液中的梧桐叶颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:(5-8):(20-40)。

第三步骤中，污泥中加入硫酸和十八烷基三甲基氯化铵后脱水使得脱水污泥的含水率小于10%，其中，污泥中、硫酸和十八烷基三甲基氯化铵的质量份比例处于100 :(3.5-5) :(0.8-1.2)。

第四步骤中，所述脱水污泥和梧桐叶颗粒在马弗炉中氮气下以8-10 ℃/min的速度升温至350-400 ℃且持续5-6小时得到梧桐叶泥生物炭颗粒。

第五步骤中，所述梧桐叶泥生物炭颗粒在含有氯化亚铁、氯化锌和硒粉的乙二醇溶液中通入氯气下以150-160 ℃搅拌2-3小时后，加入碱溶液调节pH值为8-9，然后以40-50℃真空干燥6-7小时获得梧桐叶泥生物炭，其中，所述乙二醇溶液中的梧桐叶泥生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:(600-800):(5-6) :(20-24) :(5-6)。

第六步骤中，所述梧桐叶泥生物炭输入制肥导流装置，在所述制肥导流装置中加入肥料以制成炭基肥。

在所述的制备方法中，第二步骤中，所述水溶液中的梧桐叶颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:6:30。

在所述的制备方法中，第五步骤中，所述乙二醇溶液中的梧桐叶泥生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:700:5.5:22 :5.5。

在所述的制备方法中，第三步骤中，污泥经过筛选和破碎后加入硫酸和十八烷基三甲基氯化铵，脱水工艺包括机械脱水至含水率小于40%，然后加热干燥脱水至含水率小于10%。

在所述的制备方法中，第一步骤中，梧桐叶先通过自来水清洗完杂质后，再经由蒸馏水水洗2次后在75 ℃中烘干，烘干后的梧桐叶经破碎设备粉碎后过60目筛得到梧桐叶颗粒。

在所述的制备方法中，第四步骤中，质量份比例为100：(10-20)的所述脱水污泥和梧桐叶颗粒在马弗炉中氮气下以9 ℃/min的速度升温至380 ℃且持续5.5小时得到梧桐叶泥生物炭颗粒。

在所述的制备方法中，第六步骤中，所述肥料包括碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂，其中，梧桐叶泥生物炭、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂的质量份比例处于100 :(80-85) :(88-98) :(60-70) :(18-20) :(3.5-5)。

根据本发明的另一方面，一种实施所述基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法的制备系统包括预处理装置、混合装置、炭化装置、处理装置、制肥导流装置和控制装置。

所述预处理装置包括用于清洗梧桐叶的清洗设备、烘干设备、用于粉碎梧桐叶的破碎设备和用于脱水污泥的脱水设备，所述烘干设备设有第一温度传感器，所述破碎设备设有转速传感器，所述脱水设备设有湿度传感器。

所述混合装置设有定量注入水溶液的输液阀、第一浓度传感器和用于干燥所述水溶液的干燥模块，所述干燥模块设有第二温度传感器。

所述炭化装置包括马弗炉和第三温度传感器。

所述处理装置设有定量注入乙二醇溶液的注液阀、第二浓度传感器、酸碱度传感器、用于定量加入碱溶液的注碱口、用于搅拌的搅拌器、加热模块和真空干燥器，其中，加热模块和真空干燥器分别设有第四温度传感器和第五温度传感器。

所述制肥导流装置设有添加肥料的输入口。

所述控制装置连接所述第一、第二、第三、第四和第五温度传感器、第一、第二浓度传感器、酸碱度传感器、湿度传感器和转速传感器并分别控制所述烘干设备、干燥模块、加热模块和真空干燥器的温度、脱水设备的含水率、破碎设备转速以及混合装置和处理装置的浓度。

在所述的制备系统中，控制装置包括通用处理器、数字信号处理器、PLC控制板、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

在所述的采集装置中，控制装置包括存储器，所述存储器为一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

发明的效果

基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法和制备系统利用梧桐叶的有利于在炭化过程能够形成更大的比表面积和孔容积的材质，通过锡粒子和铁粒子能够分布在梧桐叶泥生物炭的微孔中，使得微孔胀大，进一步提高梧桐叶泥生物炭的比表面积和孔容积，本发明的梧桐叶泥生物炭吸附量大，吸附能力显著提高，梧桐叶泥生物炭上吸附有锡粒子、铁粒子和锌粒子增强生物炭的亲水性，提高生物炭的比表面积和孔容积，显著提高了生物炭的吸附容量，在满足土壤施肥的基础上，显著提高了炭基肥的吸附能力，特别是对汞的吸附能力。因此，本发明的技术方案克服了现有技术的技术缺陷，取得了显著的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

[图1] 示出了本发明的一个实施例的基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法的步骤示意图。

[图2] 示出了本发明的一个实施例的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭动力学吸附曲线比较图。

[图3] 示出了本发明的一个实施例的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭等温吸附曲线比较图。

[图4] 示出了本发明的一个实施例的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭不同pH对汞的吸附量影响曲线比较图。

[图5] 示出了本发明的一个实施例的制备系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

具体而言，如图1所示的本发明的基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法的步骤示意图，如图1所示，基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法步骤包括：

第一步骤S1中，梧桐叶进行水洗后在70 ℃-80 ℃中烘干，烘干后的梧桐叶经破碎设备粉碎后过60目筛得到梧桐叶颗粒。

本发明通过清洗去除梧桐叶上的杂质，在70 ℃-80 ℃中烘干，烘干温度过高有可能对梧桐叶的材料造成损害，降低吸附位点，烘干温度过低则降低了烘干效率，烘干后的小段经破碎设备粉碎后过60目筛得到梧桐叶颗粒，进一步地，破碎设备可调节破碎粒径范围，所述梧桐叶颗粒小于60目，优选地，所述梧桐叶颗粒为30-60目，更进一步地，所述梧桐叶颗粒为50目。

第二步骤S2中，梧桐叶颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3-4小时后在80 ℃-90 ℃中干燥4-5小时得到混合物，所述水溶液中的梧桐叶颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:(5-8):(20-40)。本发明通过研究发现，锡粒子和铁粒子能够分布在梧桐叶泥生物炭的微孔中，使得微孔胀大，进一步提高梧桐叶泥生物炭的比表面积和孔容积。将梧桐叶颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3-4小时后在80℃-90 ℃中干燥4-5小时得到混合物，这种浸渍可以使得锡粒子和铁粒子快速有效地附着在梧桐叶颗粒上。为了提高附着性和梧桐叶泥生物炭的比表面积和孔容积，本发明经过研究发现所述水溶液中的梧桐叶颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:(5-8):(20-40)可以得到最佳性能。

第三步骤S3中，污泥中加入硫酸和十八烷基三甲基氯化铵后脱水使得脱水污泥的含水率小于10%，其中，污泥中、硫酸和十八烷基三甲基氯化铵的质量份比例处于100 :(3.5-5) :(0.8-1.2)。这能够将污泥破膜，降低脱水污泥的含水率。

第四步骤S4中，所述脱水污泥和梧桐叶颗粒在马弗炉中氮气下以8-10 ℃/min的速度升温至350-400 ℃且持续5-6小时得到梧桐叶泥生物炭颗粒。本发明可以大规模制备梧桐叶泥生物炭颗粒，且产量连续稳定。

第五步骤S5中，所述梧桐叶泥生物炭颗粒在含有氯化亚铁、氯化锌和硒粉的乙二醇溶液中通入氯气下以150-160 ℃搅拌2-3小时后，加入碱溶液调节pH值为8-9，然后以40-50 ℃真空干燥6-7小时获得梧桐叶泥生物炭，其中，所述乙二醇溶液中的梧桐叶泥生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:(600-800):(5-6) :(20-24):(5-6)。通过第五步骤S5处理，本发明的梧桐叶泥生物炭吸附量大，吸附能力显著提高，梧桐叶泥生物炭上吸附有锡粒子、铁粒子和锌粒子增强生物炭的亲水性，提高生物炭的比表面积和孔容积，显著提高了生物炭的吸附容量。

第六步骤S6中，所述梧桐叶泥生物炭输入制肥导流装置28，在所述制肥导流装置中加入肥料以制成炭基肥。通过本发明方法制备的炭基肥，其在满足土壤施肥的基础上，显著提高了炭基肥的吸附能力，特别是对汞的吸附能力。

为了进一步说明本发明的制备方法制备的炭基肥中的梧桐叶泥生物炭的显著性能，将本发明制备的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭进行动力吸附对比，配制浓度为20 mg/L的汞溶液，硝酸钠溶液为支持电解质，调节溶液浓度为0.01mol/L,氯化汞为优级纯。称取0.1 g生物材料于汞溶液中，在室温条件下匀速搅拌，并于30、120、240、320、400、480 min取少量溶液在2500 r/min下离心10 min，过滤，取上清液测定汞浓度，计算吸附量。测定获得如图2所示的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭动力学吸附曲线比较图。由图2可以清楚的看出，吸附动力学曲线具有共性：吸附开始的一段时间内，吸附量急剧增加，之后吸附量增加逐渐变得缓和。当时间达到30 min时，梧桐叶泥生物炭，现有生物炭，污泥，树叶的吸附量分别为：3792.75 mg/kg，2985.34 mg/kg，2025.03 mg/kg，1867.24 mg/kg，即梧桐叶泥生物炭>现有生物炭>污泥>树叶。其吸附速率分别为：126.42mg·kg-1·min-1，99.51 mg·kg-1·min-1，67.50 mg·kg-1·min-1，62.24 mg·kg-1·min-1。当反应进行到4 h时，吸附量基本达到平衡时的90%；梧桐叶泥生物炭，现有生物炭，污泥，树叶吸附量分别达到了吸附平衡时的94.99%，94.87%，94.98%，94.74%。4 h-8 h内吸附速率分别为：15.25 mg·kg-1·min-1，13.47 mg·kg-1·min-1，10.42 mg·kg-1·min-1，10.17 mg·kg-1·min-1，与前30 min内的吸附率相比，分别减小了8.4倍、7.3倍、6.4倍、6.2倍。4 h后基本达到动力学平衡，最大吸附量分别为：梧桐叶泥生物炭7322.8 mg/kg >现有生物炭5389.1 mg/kg > 污泥4807.4 mg/kg > 树叶4600.9 mg/kg。因此，可以将生物炭吸附汞离子的过程分为两个阶段，即吸附开始的快速反应阶段和经过一段时间后的慢速反应阶段。此外，梧桐叶泥生物炭比现有生物炭吸附速率快，吸附率高，与梧桐叶泥生物炭表面较多的重金属离子交换位点有关。

为了进一步说明本发明的制备方法制备的梧桐叶泥生物炭的显著性能，将本发明制备的炭基肥中的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭进行等温吸附对比，汞离子初始质量浓度为0、5、10、20、50、80、120、200 mg/L，生物炭添加量为0.1 g，固液比为1:400。以0.01 mol/L硝酸钠作为支持电解质，采用批次平衡法。准确称取0.10 g生物材料于100 mL三角瓶中，分别加入一定体积的汞标准贮备液，调节背景离子浓度为0.01 mol/L，用蒸馏水定容至40 mL，室温下用水浴恒温温度为25℃振荡器中以120 r/min振荡6 h。每隔半小时或当样品沉淀时，手动晃动三角瓶，达到固液分离。然后取出静置2 h，过滤取滤液测定汞离子浓度。 将滤渣用蒸馏水反复清洗两次，得到滤渣，用硝酸钠调节背景离子浓度为0.1mol/L，定容至40 mL，振荡6 h，静止2 h，离心6 min，取上清液测定汞离子浓度。将结果处理后制成如图3所示的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭等温吸附曲线比较图，由该图3可以看出，梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭对溶液中汞的吸附量吸附量随着汞的初始浓度或平衡浓度的增加吸附量增加的趋势。对于梧桐叶泥生物炭，汞浓度低时吸附曲线急剧上升，吸附量增加较快。随着浓度的升高，吸附达到平衡。

在本实验条件下，汞离子平衡浓度为20mg/L时，现有生物炭的吸附量为7978.5mg/kg，梧桐叶泥生物炭吸附量为7993.87 mg/kg，污泥和树叶的吸附量分别为7972.67 mg/kg，7723.68 mg/kg。其中梧桐叶泥生物炭比现有生物炭的对汞的吸附能力强。生物炭的最大吸附量分别为：梧桐叶泥生物炭53820.50 mg/kg > 污泥50892.67 mg/kg > 现有生物炭40964.68 mg/kg > 树叶39566.43 mg/kg。吸附量随着汞离子浓度增大而增大重金属离子浓度越大，吸附效果越好。这主要是因为汞浓度低时，主要是被吸附在生物炭的表面，随着浓度的增大，汞离子会被吸附到生物炭内部结构中，吸附率增大。土壤胶体表面带大量负电荷, 对阳离子多的重金属离子吸附性较强, 生物有机肥料以及底泥等在胶体性质上与土壤相似, 而且炭化后的生物炭结构更疏松，所以梧桐叶泥生物炭对汞离子的吸附量最大。

为了进一步说明本发明的制备方法制备的梧桐叶泥生物炭的显著性能，将本发明制备的炭基肥中的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭进行pH对比，汞离子初始浓度为20 mg/L，生物材料添加量为0.1 g， pH设置为 2.0、4.0、5.5、6.5、8.0、9.0、10.0，固液比为1:400。硝酸钠作为支持电解质，采用批次平衡法。准确称取生物质材料0.1 g于100mL三角瓶中，加入一定体积的汞标准贮备液，调节背景离子浓度为0.01 mol/L，用蒸馏水定容至40 mL，调节pH值为设定值，振荡6 h。静置2 h，再以2500 r/min离心6 min，测定并记录每个处理样此时的pH值。取上清液测定汞的质量浓度，计算吸附量。当设定汞离子浓度为20mg/L时，吸附量随pH的变化如图5所示的梧桐叶泥生物炭、梧桐树叶、污泥和现有生物炭不同pH对汞的吸附量影响曲线比较图。可以看出，在室温下，由图4可以发现，梧桐叶泥生物炭和现有生物炭，随着pH的升高吸附量先增大后逐渐达到平衡。当pH值为2.0，强酸性条件下，污泥1544.5 mg/kg，树叶2872.5 mg/kg，现有生物炭4522.0 mg/kg，梧桐叶泥生物炭5486.0mg/kg，即梧桐叶泥生物炭>现有生物炭>树叶>污泥；pH值接近中性为6.5时，梧桐叶泥生物炭>现有生物炭≈树叶>污泥，吸附量分别为:7888.65 mg/kg，5869.40 mg/kg，5894.76 mg/kg，5605.98 mg/kg。强碱性pH值为10.0时，梧桐叶泥生物炭>树叶>现有生物炭>污泥。因此，不同的pH值条件下，各种生物材料的吸附能力不同，碱性环境更利于汞的吸附。低pH值不利于汞的吸附，原因应该是pH值较低时，H+浓度较大，活动性较高，大量的活性吸附位点被占用，与被吸附阳离子之间形成竞争，从而阻止带正电的重金属离子的吸附；而随着溶液pH值的不断增大，溶液中H+数量减小，竞争吸附能力减弱，重金属阳离子活性增强，因此吸附剂对重金属离子的吸附率逐渐增大。溶液的pH不仅决定了生物炭表面的电荷密度，而且能够影响金属离子的存在形态，从而影响生物炭对金属离子的吸附去除效果。总体来说，随着pH的升高，吸附量逐渐增大，在pH为8.5左右时，吸附量达到最大值。达到平衡时，吸附率分别为：梧桐叶泥生物炭99.55%，现有生物炭97.28%，树叶82.75%， 污泥80.20%，因此，pH值为8.5的梧桐叶泥生物炭更利于汞的吸附。

以上对比说明梧桐叶泥生物炭比现有生物炭更显著地吸附溶液中汞离子。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第二步骤S2中，所述水溶液中的梧桐叶颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:6:30。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第五步骤S5中，所述乙二醇溶液中的梧桐叶泥生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:700:5.5:22 :5.5。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第三步骤S3中，污泥经过筛选和破碎后加入硫酸和十八烷基三甲基氯化铵，脱水工艺包括机械脱水至含水率小于40%，然后加热干燥脱水至含水率小于10%。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第一步骤S1中，梧桐叶先通过自来水清洗完杂质后，再经由蒸馏水水洗2次后在75 ℃中烘干，烘干后的梧桐叶经破碎设备粉碎后过60目筛得到梧桐叶颗粒。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第四步骤S4中，质量份比例为100：(10-20)的所述脱水污泥和梧桐叶颗粒在马弗炉中氮气下以9 ℃/min的速度升温至380 ℃且持续5.5小时得到梧桐叶泥生物炭颗粒。

在本发明的所述的制备方法的优选实施例中，第六步骤S6中，所述肥料包括碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂，其中，梧桐叶泥生物炭、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂的质量份比例处于100 :(80-85) :(88-98) :(60-70) :(18-20) :(3.5-5)。

本发明还提供了一种实施所述基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法的制备系统，如图5所示的实施所述基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法的制备系统的结构示意图，制备系统括预处理装置1、混合装置2、炭化装置3、处理装置4、制肥导流装置28和控制装置5。

所述预处理装置1包括用于清洗梧桐叶的清洗设备6、烘干设备7、用于粉碎梧桐叶的破碎设备8和用于脱水污泥的脱水设备26，所述烘干设备7设有第一温度传感器9，所述破碎设备8设有转速传感器10，所述脱水设备26设有湿度传感器27。

所述混合装置2设有定量注入水溶液的输液阀11、第一浓度传感器12和用于干燥所述水溶液的干燥模块13，所述干燥模块13设有第二温度传感器14。

所述炭化装置3包括马弗炉15和第三温度传感器16。

所述处理装置4设有定量注入乙二醇溶液的注液阀17、第二浓度传感器18、酸碱度传感器19、用于定量加入碱溶液的注碱口20、用于搅拌的搅拌器21、加热模块22和真空干燥器23，其中，加热模块22和真空干燥器23分别设有第四温度传感器24和第五温度传感器25。

所述制肥导流装置28设有添加肥料的输入口。

所述控制装置5连接所述第一、第二、第三、第四和第五温度传感器9、14、16、24、25、第一、第二浓度传感器12、18、酸碱度传感器19、湿度传感器27和转速传感器10并分别控制所述烘干设备7、干燥模块13、加热模块22和真空干燥器23的温度、脱水设备26的含水率、破碎设备8的转速以及混合装置2和处理装置4的浓度。在所述的制备系统的优选实施例中，控制装置5包括通用处理器、数字信号处理器、PLC控制板、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

在所述的制备系统的优选实施例中，控制装置5包括存储器，所述存储器为一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。

在一个实施方式中，所述制备系统还设有远程控制器，所述远程控制器通过无线通信设备连接制备系统并发送和接收控制信号。所述无线通信设备包括蓝牙、ZigBee或Wi-Fi模块。

工业实用性

本发明的基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法和制备系统可以在肥料领域制造并使用。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法，其步骤包括：

第一步骤（S1）中，梧桐叶进行水洗后在70 ℃-80 ℃中烘干，烘干后的梧桐叶经破碎设备粉碎后过60目筛得到梧桐叶颗粒；

第二步骤（S2）中，梧桐叶颗粒加入含有氯化亚锡和三氯化铁的水溶液中浸渍3-4小时后在80 ℃-90 ℃中干燥4-5小时得到混合物，所述水溶液中的梧桐叶颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:(5-8):(20-40)；

第三步骤（S3）中，污泥中加入硫酸和十八烷基三甲基氯化铵后脱水使得脱水污泥的含水率小于10%，其中，污泥中、硫酸和十八烷基三甲基氯化铵的质量份比例处于100 :(3.5-5) :(0.8-1.2)；

第四步骤（S4）中，所述脱水污泥和梧桐叶颗粒在马弗炉中氮气下以8-10 ℃/min的速度升温至350-400 ℃且持续5-6小时得到梧桐叶泥生物炭颗粒；

第五步骤（S5）中，所述梧桐叶泥生物炭颗粒在含有氯化亚铁、氯化锌和硒粉的乙二醇溶液中通入氯气下以150-160 ℃搅拌2-3小时后，加入碱溶液调节pH值为8-9，然后以40-50℃真空干燥6-7小时获得梧桐叶泥生物炭，其中，所述乙二醇溶液中的梧桐叶泥生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:(600-800):(5-6) :(20-24) :(5-6)；

第六步骤（S6）中，所述梧桐叶泥生物炭输入制肥导流装置（28），在所述制肥导流装置中加入肥料以制成炭基肥。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第二步骤（S2）中，所述水溶液中的梧桐叶颗粒、氯化亚锡和三氯化铁的质量份比例处于100:6:30。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，第五步骤（S5）中，所述乙二醇溶液中的梧桐叶泥生物炭颗粒、乙二醇、氯化亚铁、氯化锌和硒粉的质量份比例处于100:700:5.5:22 :5.5。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第三步骤（S3）中，污泥经过筛选和破碎后加入硫酸和十八烷基三甲基氯化铵，脱水工艺包括机械脱水至含水率小于40%，然后加热干燥脱水至含水率小于10%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一步骤（S1）中，梧桐叶先通过自来水清洗完杂质后，再经由蒸馏水水洗2次后在75 ℃中烘干，烘干后的梧桐叶经破碎设备粉碎后过60目筛得到梧桐叶颗粒。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，第四步骤（S4）中，质量份比例为100：(10-20)的所述脱水污泥和梧桐叶颗粒在马弗炉中氮气下以9 ℃/min的速度升温至380 ℃且持续5.5小时得到梧桐叶泥生物炭颗粒。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，第六步骤（S6）中，所述肥料包括碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂，其中，梧桐叶泥生物炭、碳酰胺、磷酸氢二铵、氯化钾、膨润土和粘结剂的质量份比例处于100 :(80-85) :(88-98) :(60-70) :(18-20) :(3.5-5)。

8.一种实施权利要求1-6中任一项所述基于梧桐叶和污泥的炭基肥制备方法的制备系统，其包括预处理装置（1）、混合装置（2）、炭化装置（3）、处理装置（4）、制肥导流装置（28）和控制装置（5），其特征在于，

所述预处理装置（1）包括用于清洗梧桐叶的清洗设备（6）、烘干设备（7）、用于粉碎梧桐叶的破碎设备（8）和用于脱水污泥的脱水设备（26），所述烘干设备（7）设有第一温度传感器（9），所述破碎设备（8）设有转速传感器（10），所述脱水设备（26）设有湿度传感器（27）；

所述混合装置（2）设有定量注入水溶液的输液阀（11）、第一浓度传感器（12）和用于干燥所述水溶液的干燥模块（13），所述干燥模块（13）设有第二温度传感器（14）；

所述炭化装置（3）包括马弗炉（15）和第三温度传感器（16）；

所述处理装置（4）设有定量注入乙二醇溶液的注液阀（17）、第二浓度传感器（18）、酸碱度传感器（19）、用于定量加入碱溶液的注碱口（20）、用于搅拌的搅拌器（21）、加热模块（22）和真空干燥器（23），其中，加热模块（22）和真空干燥器（23）分别设有第四温度传感器（24）和第五温度传感器（25）；

所述制肥导流装置（28）设有添加肥料的输入口；

所述控制装置（5）连接所述第一、第二、第三、第四和第五温度传感器（9、14、16、24、25）、第一、第二浓度传感器（12、18）、酸碱度传感器（19）、湿度传感器（27）和转速传感器（10）并分别控制所述烘干设备（7）、干燥模块（13）、加热模块（22）和真空干燥器（23）的温度、脱水设备（26）的含水率、破碎设备（8）的转速以及混合装置（2）和处理装置（4）的浓度。

9.根据权利要求8所述的制备系统，其中，

控制装置（5）包括通用处理器、数字信号处理器、PLC控制板、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

10.根据权利要求8或9所述的采集装置，其特征在于：控制装置（5）包括存储器，所述存储器为一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。