CN110734306A - 全溶解性小分子有机肥及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全溶解性小分子有机肥及其生产工艺，其中，所述全溶解性小分子有机肥为酒精发酵废液通过膜技术进行分级提纯、分段浓缩后分段形成，所述全溶解性小分子有机肥包括：经过第一次浓缩得到的分子量为5000～100000的第一浓缩液、经过第二次浓缩得到的分子量为300～5000的第二浓缩液、经过第三次浓缩得到的分子量小于300的第三浓缩液。本发明的生产工艺通过利用废弃的酒精发酵废水进行膜法提纯并多级浓缩，将浓缩液制成不同分子量的液态和固态全溶解小分子全溶解性小分子有机肥，而这些不同分子量的全溶解性小分子有机肥是对应于不同的特定的肥效；同时提取洁净的水作为酒精生产使用，实现酒精企业的污水零排放。

Description

全溶解性小分子有机肥及其生产工艺

技术领域

本发明涉及有机肥生产及中水回用技术领域，尤其涉及一种利用酒精发酵废水生产全溶解性小分子有机肥的生产工艺及相应的全溶解性小分子有机肥。

背景技术

1.废弃酒精发酵废水资源化利用

发酵法制酒精，毎生产1吨96度酒精需排放8-9吨废水。据统计，2017年中国发酵酒精产量达到1027.29万升，由此产生的鲜酒精废水达四千二百多万吨。

发酵法制酒精的废水中富含有机物和矿物质，这些物质是有害而无毒的物质。如果这些物质不经过适当处理直接向环境，有机物氧化降解时会大量消耗水体中的溶解氧，矿物元素会使水体富营养化，导致藻类大量繁殖，水生生物大量窒息死亡。但是这些有机物都是有营养价值的物质，它们分别来自原料、酵母细胞生长和乙醇发酵过程的代谢副产物、酵母细胞生物量。

2011年10月27日，国家环保部和国家质量监督检验检疫总局联合下发了《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》(GB27631)，自2014年1月1日起，COD限值为100mg/L，同时对氨氮、总氮、总磷也提出了严格的要求。因此酒精发酵废水必须经过合理的处理，回收其中的有用成份，并使废水做到达标排放。

发酵制酒精产生的大量废水是具有酸性的高浓度有机废水，废水存在粘度大、固形颗粒软及疏水性差等特点。目前国内较为常见的废糟液生物处理方法，即厌氧+好氧处理工艺。采用两级厌氧发酵生产沼气，沼气作为燃料使用，废水再经好氧处理后达标排放。

要想大力发展酒精工业，就必须首先解决酒精发酵废水的治理及资源化利用问题。可以预见，越来越严格的环保排放标准以及大量产生的酒精发酵废水成为制约酒精行业发展的主要瓶颈。因此积极探讨和研究酒精生产过程中酒精发酵废水的特点，勇于尝试和创新工艺路线和工程技术，具有极为重要的意义。

2.富含腐殖酸的全溶解小分子全溶解性小分子有机肥生产

当前，肥料正朝着高效复合化、生物活性化和无公害化方向发展，其中一个重要的方向就是腐植酸肥料。生化腐植酸是人工腐植酸的一种，是非煤腐植酸的一种新资源，其含有较高的生物活性有机酸，能够刺激作物生长，具有明显的优势和广阔的应用前景。富含腐殖酸的全溶解小分子全溶解性小分子有机肥优点如下：

①分子量小，渗透力更强，更容易被作物吸收利用；

②活性基团含量更丰富，生理活性和化学活性更强；

③成分更多样化，活性更高，应用效果更为优良；

④给土壤微生物创造良好的生长繁殖环境，增强对土壤微生态的调控和提高，提高防治土传病害的效果；

⑤具有养分控释功能，其成分有较强的阳离子交换能力、络合能力、缓冲能力和吸附能力，对于难溶或易被固定的养分有明显的增溶和活化效果。

腐植酸肥料是一种具有多功能肥效的高附加值全溶解性小分子有机肥料，它是土壤的优良改良剂，施用腐植酸肥料，能改善土壤团粒结构，提高土壤的保肥性和供肥性；增强土壤的保水性，提高作物抗旱能力；调节土壤酸碱度，防钾碱、板结。与化学肥料共同施用，能有效提高化学肥料的利用率，降低农业生产成本，并能提高农产品品质。与其它肥料复合，能制备各种高效专用肥、叶面肥和液体肥等。通过国内外大量的农田应用试验，腐植酸肥料是已经证实的满足可持续生态农业要求的肥料，具有非常广阔的发展前景。用富含腐殖酸的全溶解小分子全溶解性小分子有机肥替代传统化肥，能很好的满足农业可持续发展的需求，应用前景广阔。

因此，面临如何实现废弃酒精发酵废水的治理及资源化利用、富含腐殖酸的全溶解小分子全溶解性小分子有机肥生产的技术问题，有必要提出进一步地解决方案。

3.胡登吉等人在《利用多级膜分离技术浓缩沼液制造全溶解性小分子有机肥料的生产工艺》中提出利用多级膜分离技术浓缩沼液制造全溶解性小分子有机肥料，沼液经过厌氧、沉淀、好氧、固液分离、砂虑、精细过滤等预处理后进行膜分离，分离后的渗透液然后进行两级浓缩，浓缩液在反应釜中调配成不同营养成分及功能性成分的液体全溶解性小分子有机肥。

4.目前，尚未见将酒精发酵废液进行资源化利用，实现废液零排放、中水回用的报道。也未见对酒精发酵废液进行多级膜提纯、分段浓缩、分段成肥的相关报道。

发明内容

本发明旨在提供一种全溶解性小分子有机肥及其生产工艺，以克服现有技术中存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种全溶解性小分子有机肥，其为酒精发酵废液通过膜技术进行分级提纯、分段浓缩后分段形成，所述全溶解性小分子有机肥包括：经过第一次浓缩得到的分子量为5000～100000的第一浓缩液、经过第二次浓缩得到的分子量为300～5000的第二浓缩液、经过第三次浓缩得到的分子量小于300的第三浓缩液。

作为本发明的全溶解性小分子有机肥的改进，所述第一、二、三浓缩液的浓缩倍率在2-10倍之间可调节。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种如上所述的全溶解性小分子有机肥的生产工艺，其包括如下步骤：

S1、厌氧：将含渣的酒精发酵废水送入厌氧罐中进行全渣厌氧处理，厌氧的目的是最大程度的将大分子有机物转化为小分子全溶解性小分子有机肥，即最大程度的获得腐殖酸，而不是传统的最大程度的去除有机物；

S2、固液分离：将厌氧废水与其中的固态物质进行离心分离，分离的清液送入一级分离，分离出的粒径在100μm以上的颗粒物进行微生物发酵，制成固态肥料；

S3、一级提纯：实现不溶物、胶体、细菌与溶解物、水的分离，提纯有机物，采用0.1μm～1.0μm的管式微滤膜对固液分离后的清液进行过滤，透过液进入下一级反渗透，截留液返回厌氧段；

S4、二级提纯：实现可溶性有机物、盐与水的分离，将一级分离的透过液经过反渗透膜进行二级提纯，透过液回用于生产，同时截留有机营养物质进入第一级浓缩；

S5、第一级浓缩：将经过反渗透的浓液经过低压纳滤膜，去除水分而保留肥性成分，采用适当加水透析的方式得到分子量为5000～100000的第一浓缩液作为配制成品液态肥的基础原料，透过液进入第二级浓缩；

S6、第二级浓缩：将第一浓缩的透过液经过纳滤膜，进一步去除水分而保留肥性成分，采用适当加水透析的方式得到分子量为300～5000的第二浓缩液作为配制成品液态肥的基础原料，透过液进入第三级浓缩；

S7、第三级浓缩：将第二浓缩的透过液经过反渗透膜，进一步去除水分并保留肥性成分，得到分子量小于300的有机营养物质的第三浓缩液作为配制成品液态肥的基础原料，透过液达到生产水用水的标准；

S8、液态肥调配：将第一级、第二级、第三级浓缩液分别储存在基肥储罐中，并送入混合器中添加相应比例的微量元素和营养成分，根据需求，形成不同分子量的全溶解小分子有机液态肥成品；

S9、固体肥生产：将全溶解小分子全溶解性小分子有机肥液体肥进行脱水、干燥、造粒处理，得到全溶解小分子有机固态肥成品。

作为本发明的全溶解性小分子有机肥的生产工艺的改进，所述固液分离分离出的粒径在100μm以上的颗粒物进行微生物发酵，制成固态肥料。

作为本发明的全溶解性小分子有机肥的生产工艺的改进，进行堆肥微生物发酵处理时，堆肥发酵周期为10-20天，期间定时对堆肥翻抛；堆肥发酵周期结束后，一次发酵的固肥通过皮带送至二次陈化区，陈化周期10-15天。

作为本发明的全溶解性小分子有机肥的生产工艺的改进，所述营养成分包括：尿素、聚磷酸铵、氢氧化钾、螯合钙中的一种或几种。

作为本发明的全溶解性小分子有机肥的生产工艺的改进，所述不同分子量的全溶解小分子有机液体肥成品的制备，是将第一级、第二级、第三级浓缩液分别储存在基肥储罐中，并送入混合器中添加相应比例的微量元素和营养成分而形成的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的全溶解性小分子有机肥的生产工艺通过利用废弃的酒精发酵废水进行膜法提纯并多级浓缩，将浓缩液制成不同分子量的液态和固态全溶解小分子全溶解性小分子有机肥，而这些不同分子量的全溶解性小分子有机肥是对应于不同的特定的肥效；同时提取洁净的水作为酒精生产使用，实现酒精企业的污水零排放。以废弃的酒精发酵废水生产全溶解性小分子有机肥，不仅解决未来酒精发酵废水处理的问题，同时变废为宝，生产出不同肥效的全溶解小分子全溶解性小分子有机肥全溶解性小分子有机肥，充分满足了现代化农业发展的需求。

附图说明

图1为本发明的全溶解性小分子有机肥的生产工艺的工艺流程示意图。

具体实施方式：

下面将结合本发明的具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明用于解决两个技术难点：废弃酒精发酵废水的治理及资源化利用；富含腐殖酸的全溶解小分子全溶解性小分子有机肥生产。

具体地，本发明利用酒精发酵废水中富含的有机质，采用多级浓缩方式，收集不同浓缩单元的浓缩液，生产出不同肥效的不同分子量的液态和固态全溶解小分子全溶解性小分子有机肥，以满足不同的实际需求。

基于上述技术构思，本发明提供一种全溶解性小分子有机肥，其为酒精发酵废液通过膜技术进行分级提纯、分段浓缩后分段形成，所述全溶解性小分子有机肥包括：经过第一次浓缩得到的分子量为5000～100000的第一浓缩液、经过第二次浓缩得到的分子量为300～5000的第二浓缩液、经过第三次浓缩得到的分子量小于300的第三浓缩液。其中，所述第一、二、三浓缩液的浓缩倍率在2-10倍之间可调节。

基于上述全溶解性小分子有机肥，本发明提供一种全溶解性小分子有机肥的生产工艺。

如图1所示，上述全溶解性小分子有机肥的生产工艺包括如下步骤：

S1、厌氧：将含渣的酒精发酵废水送入厌氧罐中进行全渣厌氧处理。

其中，，上述发酵是以产生浓度最高的腐质酸或氨基酸为目的，不是传统意义上以最大程度消除COD为目的。具体地，所述厌氧处理的厌氧周期为5～30天。优选地，所述厌氧处理的厌氧周期为10天。

S2、固液分离：将厌氧废水与其中的固态物质进行离心分离，分离的清液送入管式微滤，分离出的粒径在100μm以上的颗粒物进行微生物发酵，制成固态肥料。

其中，全渣厌氧处理后的固液混合物进行离心分离，分离出来的清液进入管式微滤过滤；分离出来的粒径在100μm以上的颗粒物进行微生物发酵，制成固态肥料。

优选地，进行堆肥生物发酵处理时，堆肥发酵周期为10-20天，期间定时对堆肥翻抛；堆肥发酵周期结束后，一次发酵的固肥通过皮带送至二次陈化区，陈化周期10-15天。优选地，堆肥发酵周期为15天，陈化周期7天。

S3、一级提纯-管式微滤膜提纯：采用0.1μm～1.0μm的管式微滤膜进行过滤，透过液进入下一级反渗透，截留液(浓水)返回厌氧段，即通过厌氧膜生物反应器，增加厌氧工艺对肥料(腐质酸或氨基酸)的转化效率。

其中，经固液分离后的清液进入管式微滤过滤，管式微滤的过滤精度为0.1μm～1.0μm，作为预处理，保护后续工艺设备，截留液(浓水)返回厌氧端，形成厌氧膜生物反应器，增加厌氧工艺对肥料(腐质酸或氨基酸)的转化效率。

优选地，将管式微滤膜作为第一级提纯工艺设备，管式微滤膜优异的抗污染性、耐堵塞性能以及高强度等性能，在确保为二级反渗透提纯工艺提供稳定、优质的进水外，可直接作为反渗透的预处理，有效缩短反渗透前端预处理工艺。

S4、二级提纯-反渗透提纯：将一级分离的透过液经过反渗透膜进行二级分离，透过液(洁净水)回用于生产(回用率大于50％)，同时截留有机营养物质进入第一级浓缩。

其中，经过一级分离的透过液再经过二级分离，提取出洁净水回用于生产，截留的有机营养物质进入第一级浓缩。

S5、第一级浓缩-低压纳滤浓缩：将经过反渗透的浓液经过低压纳滤膜，去除水分而保留肥性成分，采用适当加水透析的方式得到分子量为5000～100000的第一浓缩液(固含量大于20％)作为配制成品液态肥的基础原料，透过液(分子量小于5000的有机营养物质和水)进入第二级浓缩；

S6、第二级浓缩-纳滤膜浓缩：将第一浓缩的透过液经过纳滤膜，进一步去除水分而保留肥性成分，采用适当加水透析的方式得到分子量为300～5000的第二浓缩液(固含量大于20％)作为配制成品液态肥的基础原料，透过液(分子量小于300的有机营养物质和水)进入第三级浓缩。

其中，所述纳滤膜的截留分子量300KD，压力10～25bar，温度＜45℃。

S7、第三级浓缩-反渗透膜浓缩：将第二浓缩的透过液经过反渗透膜，进一步去除水分并保留肥性成分，得到分子量小于300的有机营养物质的第三浓缩液(固含量大于20％)作为配制成品液态肥的基础原料，透过液(纯净水)用于生产回用。

其中，所述反渗透膜仅允许水分子通过，压力20～40bar，温度＜45℃。

S8、液态肥调配：将第一、第二、第三浓缩液分别储存在基肥储罐中，并送入混合器中添加相应比例的微量元素和营养成分，形成不同分子量的全溶解小分子有机液体肥成品。

其中，微量元素即为植物生长所需的微量元素，可根据实际需求进行添加。所述营养成分包括：尿素、聚磷酸铵、氢氧化钾、螯合钙中的一种或几种。

S9、固体肥生产：将全溶解小分子全溶解性小分子有机肥液体肥进行脱水、干燥、造粒处理，得到全溶解小分子有机固体肥成品。

其中，进行脱水、干燥处理时，将添加微量元素和营养成分的第一级、第二级、第三级浓缩液分别送入机械式蒸汽在压缩设备进行浓缩脱水后，再送入喷雾干燥系统进行造粒生成全溶解小分子有机固体肥成品。

综上所述，本发明的全溶解性小分子有机肥的生产工艺通过利用废弃的酒精发酵废水生产全溶解性小分子有机肥，其不仅解决而来酒精发酵废水处理的问题，同时采用多级浓缩方式，收集不同浓缩单元的浓缩液，生产出不同分子量的液态和固态全溶解小分子全溶解性小分子有机肥，充分满足了现代化农业发展的需求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种全溶解性小分子有机肥，其特征在于，所述全溶解性小分子有机肥为酒精发酵废液通过膜技术进行分级提纯、分段浓缩后分段形成，所述全溶解性小分子有机肥包括：经过第一次浓缩得到的分子量为5000～100000的第一浓缩液、经过第二次浓缩得到的分子量为300～5000的第二浓缩液、经过第三次浓缩得到的分子量小于300的第三浓缩液。

2.根据权利要求1所述的全溶解性小分子有机肥，其特征在于，所述第一、二、三浓缩液的浓缩倍率在2-10倍之间可调节。

3.一种如权利要求1所述的全溶解性小分子有机肥的生产工艺，其特征在于，所述全溶解性小分子有机肥的生产工艺包括如下步骤：

S1、厌氧：将含渣的酒精发酵废水送入厌氧罐中进行全渣厌氧处理，厌氧的目的是最大程度的将大分子有机物转化为小分子全溶解性小分子有机肥，即最大程度的获得腐殖酸，而不是传统的最大程度的去除有机物；

S2、固液分离：将厌氧废水与其中的固态物质进行离心分离，分离的清液送入一级分离，分离出的粒径在100μm以上的颗粒物进行微生物发酵，制成固态肥料；

S3、一级提纯：实现不溶物、胶体、细菌与溶解物、水的分离，提纯有机物，采用0.1μm～1.0μm的管式微滤膜对固液分离后的清液进行过滤，透过液进入下一级反渗透，截留液返回厌氧段；

S4、二级提纯：实现可溶性有机物、盐与水的分离，将一级分离的透过液经过反渗透膜进行二级提纯，透过液回用于生产，同时截留有机营养物质进入第一级浓缩；

S5、第一级浓缩：将经过反渗透的浓液经过低压纳滤膜，去除水分而保留肥性成分，采用适当加水透析的方式得到分子量为5000～100000的第一浓缩液作为配制成品液态肥的基础原料，透过液进入第二级浓缩；

S6、第二级浓缩：将第一浓缩的透过液经过纳滤膜，进一步去除水分而保留肥性成分，采用适当加水透析的方式得到分子量为300～5000的第二浓缩液作为配制成品液态肥的基础原料，透过液进入第三级浓缩；

S7、第三级浓缩：将第二浓缩的透过液经过反渗透膜，进一步去除水分并保留肥性成分，得到分子量小于300的有机营养物质的第三浓缩液作为配制成品液态肥的基础原料，透过液达到生产水用水的标准；

S8、液态肥调配：将第一级、第二级、第三级浓缩液分别储存在基肥储罐中，并送入混合器中添加相应比例的微量元素和营养成分，根据需求，形成不同分子量的全溶解小分子有机液态肥成品；

S9、固体肥生产：将全溶解小分子全溶解性小分子有机肥液体肥进行脱水、干燥、造粒处理，得到全溶解小分子有机固态肥成品。

4.根据权利要求3所述的全溶解性小分子有机肥的生产工艺，其特征在于，所述固液分离分离出的粒径在100μm以上的颗粒物进行微生物发酵，制成固态肥料。

5.根据权利要求3所述的全溶解性小分子有机肥的生产工艺，其特征在于，进行堆肥微生物发酵处理时，堆肥发酵周期为10-20天，期间定时对堆肥翻抛；堆肥发酵周期结束后，一次发酵的固肥通过皮带送至二次陈化区，陈化周期10-15天。

6.根据权利要求3所述的全溶解性小分子有机肥的生产工艺，其特征在于，所述营养成分包括：尿素、聚磷酸铵、氢氧化钾、螯合钙中的一种或几种。

7.根据权利要求3所述的全溶解性小分子有机肥的生产工艺，其特征在于，所述不同分子量的全溶解小分子有机液体肥成品的制备，是将第一级、第二级、第三级浓缩液分别储存在基肥储罐中，并送入混合器中添加相应比例的微量元素和营养成分而形成的。

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