CN1201770A - 利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥。它是由生活垃圾、中低品位磷矿石及浓硫酸和水制剂组合而成。本发明是遵循生态原理和无机化学反应机理,以“湿法制浆,酸化灭菌”为工艺核心,实现了有机与无机的结合。本发明的生产工艺在制浆前后无粉尘和废气排出,在混化后段是在密闭的混化系统中进行,在密闭混化室中将逸出的废气采用吸收洗涤,中和处理或生产相关副产品,无二次污染。产品经田间施用试验增产效果明显。

Description

利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥

本发明涉及城市生活垃圾的综合利用、促进生态与环境保护、达到开发无机盐肥料向有机肥料方向拓展的技术领域，特别是利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥的配方及其生产工艺，是技术先进、经济合理的解决方案。

据申请入专业知识所知：对垃圾的综合利用，传统方法普遍采用干法粉磨，多元复混，造粒烘干的方法。近年来，由于城市人口的增多，其生活垃圾排放量也同步增大，都在积极寻求城市生活垃圾综合利用的最新途径。如CN1178205A公开的题为“生活垃圾复合肥及制备方法”申请。其配方仍然是多元复混，其工艺是一步将生活垃圾分选，加入活性矿物混合发酵，实行两段烘干、研磨，二步是将一步粉末，按组分配料，置入活性物，造粒烘干。依然是传统工艺，没有很好利用垃圾之生态源的不合理性与研磨、烘干加大了固定资产投入，能耗高、废气、粉尘二次污染大。故此法不是先进、经济合理的生产方法。

本发明的目的意在克服上述现有技术的不足之处，就地取材、经反复研制，发明了技术先进、经济合理的利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥及制造工艺。

本发明的目的是按照如下方式实现：有机复合磷肥的配方是由生活垃圾、中低品位磷矿石、浓硫酸和水制剂组合而成。

其配方配比(按重量百分比计)：生活垃圾(含有机质20～30％)为17～3(氟磷酸钙(全磷≥28％，含水＜6％)为50～38，浓硫酸(浓度＞96％)为30～20，其余为水。

所述配方配比制得的有机复合磷肥，其养分含量(以重量百分比计)：有效五氧化二磷(P₂O₅)为12～8，有效钾(K₂O)为0.3～0.53，总氮(N)为0.27～0.48，其它微量元素为0.61～1.08，有机质为5-8，游离酸(以P₂O₅计)为4～5.5，水≤15。

按上述配方配比生产有机复合磷肥的工艺，包括生活垃圾的粗选破碎→制浆→混化→固化→尾气处理→冷却熟化→得成品等工序，其工艺核心是湿法制浆，酸化灭菌。

所述湿法制浆是将经粗选破碎后的垃圾与磷矿按组分配料，加水(适量)研磨制成含水26～28％的料浆，料浆细度≥90％100目过筛，料浆需搅拌、搅拌的线速应≥0.8m/s。

所述混化是用泵将所制料浆与浓硫酸(浓度98％)同时输送到液力混化系统进行混化(一次灭菌)，进入混化系统的料浆、硫酸的输送压力应大于0.2MPa，料浆混化速度(以时间计)为6.2～8.2s，混化时间为4h。

所述固化是将混化好的物料输送到密闭的混化室进行固化，固化温度为100～130℃(二次灭菌)，固化时间2-3h。

所述尾气排放处理是将物料在混化和混化室固化的过程中释放出HF.SiF4及水蒸汽等气体，采用1600m³/h的离心风机负压吸出混化室，溅盘洗涤，中和处理或生产氟盐等副产品(此步必须达到无二次污染)。

所述冷却熟化是将固化好的物料(灰黑色疏松、多孔、密度为1.20～1.40)，即鲜肥出库，将鲜肥输送到熟化库冷却熟化2～7天后，即得成品(有机复合磷肥)肥料。

本发明与现有技术相比具有以下优点、特点：对城市生活垃圾只需粗选和破碎、不需精选和烘干；将垃圾和磷矿按组分混合，采用湿法球磨，提高了研磨流程对垃圾的适应性；将浓酸、料浆采用液力混化，加快了浓硫酸的稀释速度，同时提高了稀酸和料浆的接触面积，加快了第一阶段的反应，与此同时，由于加快浓硫酸的稀释速度(2～3s)，克服了浓硫酸对料浆中的有机质、腐殖质等的碳化损害，随着硫酸稀释热的释放，料浆由常温升到100～130℃，此时由垃圾带入到料浆中的有害人体的细菌及病毒，在混化、固化两个过程中，在酸性条件下(PH＝1)高温缺氧的环境中，其单细胞就此丧失生命力，达到酸化高温灭菌的效果；由于两步反应都有结晶水析出，为有机质在酸性高温条件下得以生存创造了条件，有机质的存在实现了有机与无机结合的最终工艺目标；由反应原理所释放出的热量，将反应过程中多余的水分蒸发，实现了产品无需加热烘干的工艺过程。总之，由于本发明遵循生态原理和无机化学反应机理，对城市垃圾采用湿法制浆，酸化、化学热能灭菌，蒸发物料水分，这种化学热能的综合利用既节约能耗，又能使灭菌和有机质保护之间的矛盾得到统一，使垃圾这一生态源得到充分利用，并缩短了工艺环节，减少了固定资产的投入。由于本发明的生产工艺在制浆前后无粉尘和废气排出，在混化后段又是在密闭的混化系统中进行，在密团混化室中将逸出的废气采用吸收洗涤，中和处理或生产相关副产品。所以本发明的工艺过程，不会造成环境污染，可称为无害化工艺流程，有很大的环境效益和社会效益。

下面结合附图详述本发明时，还可看出其先进性和现实意义：在于生活垃圾为植物残留物和动物骨骇、腐烂食品等(据德阳市垃圾场的垃圾分析有机质达26.34％～27.87％)，所带入的全部成分都是作物生长需要的养分，微量元素(Zn、Mn、Fe、B等)及有机质、腐殖酸、蛋白质、核糖、核酸等，所以本发明的肥料能为多种作物提供全面养分。同时有改良土壤，增强土壤团粒结构的作用。采用本发明产品长期施用，不断的给土壤增加有机质，腐殖酸，能促使土壤的水、肥、气的协调，同时为土壤中微生物繁殖提供了营养，依照生态原理，将有机矿质化速效和长效为作物生长提供全面无机养分，提高作物耐寒、抗旱、防病能力。

图1是本发明工艺流程图。

实施例一：每100kg本发明产品所用原材料，按重量百分比计，城市生活垃圾(含水20～40％)配量为17kg，氟磷酸钙(全磷≥28％，含水＜6％)配量50kg，浓硫酸(浓度98％)，配量30kg，其余为水。

产品所含养分(按重量百分比计)：

有效五氧化二磷(P₂O₅) 为12，

有效钾         (K₂O) 为0.3，

总氮          (N)     为0.27，

其它微量元素            为0.61，

有机质                  为5，

游离酸(以(P₂O₅计)   为4，

水                      为15。

其生产工艺流程，参照图1，首先是将生活垃圾粗选，去掉垃圾中的乳胶、橡胶、聚氯乙稀等制品残留物，再采用专用破碎机破碎，粒径≤50mm，磷矿石经颚式破碎机破碎、粒径≤30mm，两组物料按上述比份配混输送到磨头仓混合，然后采用盘式给料机输送给球磨机进行研磨制浆，制浆时加入适量的水与物料同时进入磨机，磨机转速为30～32转/分，磨机研磨体(钢球、条蛋)按工艺要求匹配填充。物料经研磨成料浆，在磨机出口设50目振动筛，筛分料浆粗粒，粗粒再返回磨机进料端再进行研磨。筛分下的合格料浆经溜子到料浆低位槽。其料浆细度≥90％100目过筛，水份26～28％。料浆槽设有搅拌器，将料浆搅拌挠动，以克服料浆中的矿物质微粒与纤维等垃圾微粒因密度不同而离析。其搅拌的线速度应大于0.8m/s。

其次将制备的料浆与硫酸同时用泵输送到混化系统进行混化；在混化前必须开启氟气吸收及中和处理系统，使之正常后，方可进行混化；混化以料浆为定值，按照中间控制的游离酸(以P₂O₅计)20～23％的指标，缓慢调整进酸量，物料的混合速度(以时间计)6.2-8.2s，操作过程中，应随时观察“物化情况”，在排料口取出物料应在2分钟固化，有明显的微孔存在为宜。

最后在液力混化的推动下，将混化好的物料送入密闭的混化室进行固化要求混化完毕后2-3h为固化时间，此时鲜肥温度100～130℃。一般混化时间定为4h，固化时间2-3h，液力混化和混化室设为2套，交换使用，以利鲜肥出库。将鲜肥输送到熟化库冷却熟化2～7天后得成品肥。

另需注意，物料在混化前必须将尾气吸收系统开启正常后方可进行混化工序，物料在混化和混化室固化的过程中，释放出HF·SiF4及水蒸汽等气体，采用1600m³/h的离心风机负压吸出混化室，然后采用6-8组溅盘洗涤，气体中有害物质将迅速溶解于水中为氟硅酸、硅胶等，可作为氟盐和白碳黑的原料综合利用，也可加入适量石灰中和，生成钙盐，沉淀分离，水的PH值调整到6～7.8时，方可排放，使流程无害化。

采用湿法制备好的料浆，料浆与酸用泵同时输送至混化系统，此时的浓硫酸迅速吸收料浆中的水份成为稀硫酸(浓度降至59～63％)，同时释放出稀释热，料浆温度由常温迅速上升到100～130℃，适时料浆的微粒处在稀酸的包围之中，而已离解的硫酸根(SO4^＝)离子和氢离子(H⁺)是在以水作介质，与磷矿及碳酸盐等物质进行复分解反应，生成磷酸、硫酸盐物质等，此时有害人体健康的细菌、放线菌、鞭毛杆菌等在PH≥1.5物料内和高温下，难以生存。由于在封闭流程中，其物料进入密封的混化室，恒湿2小时，所以本工艺完全能够达到酸化高温灭菌的目的。

第二点要说明化学反应的过程：a、浓硫酸与料浆在液力混化系统首先是浓硫酸吸收料浆水份成稀硫酸，酸浓度为59-63％；b、稀硫酸分解料浆中的磷酸盐、硅酸盐及金属氧化物生成硫酸和磷酸，同时释放HF·SiF4等气体，此时硫酸消耗为终点；C、与b步以硫酸根耗尽为终点，紧接着进行第二阶段反应，即磷酸分解料浆在b步未分解的磷矿微粒，生成磷酸盐类；d、由a步浓硫酸接触水最为敏感，迅速稀释成稀酸，所以料浆中的有机质(CH₂O)和植物纤维素(C₆H₁₀O₅)及蛋白，核酸未受到浓硫酸的碳化，在b步过程中，稀酸在水为介质的作用下离子交换最为活跃，在几秒钟时间内与料浆的微粒形成分解反应生成硫酸盐及磷酸。此时的有机质依偎在硫酸盐表面和结晶水中得以生存。随着b步向c步的第二阶段反应，磷酸分解磷矿微粒，生成可溶性磷酸盐，余下部分磷酸(以P₂O₅计)即游离酸≤5.5％，此时的PH值为2～2.5，其有机质依旧存于硫酸盐和磷酸盐分子表面上和结晶水中，鲜肥水份为18％左右，成品肥水份≤15％，所以为有机质提供了生存条件，实现了有机与无机的结合。

实施例二：100kg产品所用原材料，依重量百分比计：垃圾配量为20kg，氟磷酸钙配量为43kg，浓硫酸配量为25kg，其余为水。

产品所含养分(以重量百分比计)：

有效五氧化二磷(P₂O₅)为10，

有效钾        (K₂O) 为0.35，

总氮          (N)    为0.32，

其它微量元素           为0.72，

有机质                 为5.5，

游离酸(以P₂O₅计)   为5，

水                     为15。

实施例三：100kg产品所用原材料，依重量百分比计：垃圾配量为30kg，氟磷酸钙配量38kg，浓硫酸配量20kg，其余为水。

产品所含养分(以重量百分比计)：

有效五氧化二磷(P₂O₅)  为8，

有效钾        (K₂O)   为0.53，

总氮          (N)      为0.48，

其它微量元素             为1.08，

有机质                   为8，

游离酸(以P₂O₅计)     为5.5，

水                      为15。

上述实施例二、三中的生产工艺、技术要求同实施例一。申请人的生产规模若达10万吨/年，即可利用处理完如德阳市这样的中小城市的生活垃圾。

本发明产品经德阳市技术监督局抽样检验获产品质量合格证书，经德阳市及西充县检验产品符合国家有关标准，经田间示范试验有明显增产效果和土壤改良效果。详见附件1、附件2-1、附件2-2、附件3及附件4。

Claims (5)

1、一种利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥的配方，其特征在于：由生活垃圾、中低品位磷矿石、浓硫酸和水制剂组合而成。

2、如权利要求1所述的有机复合磷肥的配方，其特征在于：产品的配方配比，按重量百分比计：

生活垃圾(含有机质20～30％)   为17～30，

全磷≥28％含水＜6％的氟磷酸钙为50～38，

浓硫酸(酸浓度＞96％)         为30～20，

水                          为12～15。

3、如权利要求2所述的有机复合磷肥的配方配比，其特征在于：产品的养分含量，按重量百分比计：

有效五氧化二磷(P₂O₅) 为12～8，

有效钾        (K₂O)  为0.3～0.53，

总氮          (N)     为0.27～0.48，

其它微量元素            为0.61～1.08，

有机质                  为5～8，

游离酸(以P₂O₅计)     为4～5.5，

水                      为≤15。

4、一种利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥的工艺，包括生活垃圾的粗选破碎→制浆→混化→固化→尾气处理→冷却熟化→得成品等工序，其特征在于：按上述配方配比采用湿法制浆，酸化灭菌；

湿法制浆是将经粗选破碎后的垃圾与磷矿按组分配料，加水适量研磨制成含水26～28％的料浆，料浆细度≥90％100目过筛，料浆需搅拌、搅拌的线速应≥0.8m/s；

混化是用泵将所制料浆与浓硫酸(浓度98％)，同时输送到液力混化系统进行混化(一次灭菌)，进入混化系统的料浆、硫酸的输送压力应大于0.2MPa，料浆混化速度(以时间计)为6.2～8.2秒，混化时间为4小时；

固化是将混化好的物料输送到密闭的混化室进行固化，固化温度为100～130℃(二次灭菌)，固化时间2-3小时；

冷却熟化是将固化好的物料(灰黑色疏松、多孔，密度1.20～1.40)出库、送至冷却熟化，时间48-168小时，即得成品肥。

5、如权利要求4所述的有机复合磷肥的生产工艺，其特征在于：尾气排放处理是将物料在混化和混化室固化的过程中释放出HF.SiF4及水蒸汽等气体，采用负压吸出混化室，溅盘洗涤，中和处理或生产氟盐等副产品。

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