一種生活爐渣製備的土壤擴蓄增容劑及其生產方法
2023-12-05 03:34:36 1
專利名稱：一種生活爐渣製備的土壤擴蓄增容劑及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種新型土壤保水劑、保肥劑產品及其生產方法。特別是利用廢棄資源(城鄉生活爐渣)為原料，製備一種土壤擴蓄增容劑及其生產方法，該方法為面向節水農業、綜合利用城鄉廢棄資源變廢為寶開闢了一條新途徑，具有明顯的社會效益，環境效益和生態效益。
背景技術：
1.利用城鄉固體廢棄物生產有機複合肥施用效果研究城鄉生活垃圾及粉煤灰富含作物生長所需的氮、磷、鉀等營養成份和大量有機質，可以充分利用到農業生產中去。將汙泥、垃圾和粉煤灰按4∶5∶1配比堆肥發酵，可根據地域特點研製水稻和甘蔗有機複合肥。田間試驗表明，製成的有機複合肥對水稻和甘蔗均有較好的增產效果，並可改善土壤結構，提高土壤肥力。
為保護環境，我國近幾年建設了大量的汙水處理廠，相應地產生了大量的汙水汙泥。據統計，英、美兩國在過去的幾年中汙泥每年增長5％～10％，年產幹汙泥分別為1.7×106噸和9×106噸，而我國每年產生的汙水汙泥為1億噸以上(溼汙泥)。由於汙泥中含有大量的有害物質及細菌、各種寄生蟲卵、病原微生物等，熱值低、含水率偏高，極有可能產生二次汙染現象。這些城市固體廢棄物的處置方法主要有焚燒、填埋、投海、燒磚、築路等，均有較大的弊端，如費用高、能耗大或衛生問題等。因此，利用其堆肥製造成有機複合肥，走資源化利用之路，對今後合理利用城市固體廢棄物具有重要的現實意義。但是，利用其生產土壤擴蓄增容劑新產品，變廢為寶，報導不多。
城鄉固體廢棄物製造的有機複合肥中含有大量的有機質，它會增加土壤中負電荷及促進微生物活動，通過化學、電化學及生物化學作用，對NH4+，K+等養分產生吸附和調節作用，速效成分快而不猛，與其中的緩效成分配合得當，肥效快而持久，可避免施用化肥那種″大起大落″不均衡供肥的毛病，還可以增強保肥力，減少養分的淋失，特別在南方高溫多雨的條件下，在缺乏有機質的瘦土、沙土上，有機複合肥的保肥力特別明顯。另外有機複合肥還可以活化土壤中的N，P，K及Si，Mn，Zn等成分，提高有效性，改善土壤理化性質。有研究認為，施用有機複合肥存在著時空效應，有機複合肥中有機無機成分具有同時間、共空間的特點，即有機複合肥中的有機無機成分從一開始就結合在一起，這比先施有機肥、後施化肥的傳統施肥方法優越，傳統方式即使同時施用有機肥和無機肥，有機無機成分在土壤中的空間分布上也有差異，遠不如有機複合肥均勻。在此基礎上，選擇節水材料與其配伍，既保水保肥，又變廢為寶。
2.城鄉生活爐渣利用現狀城鄉生活爐渣有其易造成環境汙染有害的一面，但又有其可利用的一面。所謂固體「廢」物，只是相對於某一工藝生產而言。實際上，固體廢物中仍然不同程度地含有可利用的物質，如可燃物質、有用的金屬等。因此，研究開發固體廢物的處理與綜合利用途徑，一方面可以變「廢」為寶，開發出新產品；另一方面又可消除其中的有害物質，減輕對環境的汙染。根據固體廢物的來源可以把固體廢物的處理與利用分為以下幾個部分城市鄉村生活垃圾的處理與利用，煤系固體廢物的處理與利用，冶金廢渣的處理與利用，化工固體廢物的處理和利用，石油工業固體廢物處理與利用。
(1)城鄉生活垃圾的處理與利用世界上的垃圾處理方法很多，且因各國的具體情況不同而差異很大。目前，已有不少的技術方法在世界各國研究成功並已應用，如填埋法、堆肥法、焚燒法、蚯蚓床法、熱解法等。其中填埋法、焚燒法、堆肥法是最基本的方法。焚燒法具有顯著的減量化、處理快速、消滅病原菌等特點。從目前世界上發展的趨勢來看，大多數人認為垃圾的焚燒法具有廣闊的發展前景，是垃圾處理的必然發展趨勢。然而該方法存在著較嚴重的大氣汙染問題，它排出的硫氧化物、氮氧化物、二口惡英等對大氣有著一定的威脅，尤其是對二口惡英的爭議很大。堆肥製作及利用技術在國內外發展已比較成熟，對影響堆肥效果的若干因素如微生物、溫度、溼度、pH等都取得了一定研究成果。對此項技術的推廣與應用需要與之相應的垃圾分類管理體系以及對有機農業所應有的重視。填埋法具有投資少；不需對廢物進行特別的分選收集、可回收沼氣的特點，這是一種比較經濟的最終處理方法，所以在世界上應用較普遍。在今後一段時期內，很多國家尤其是環保資金不足、能源短缺的發展中國家將仍以填埋為主。但是，利用其生產土壤擴蓄增容劑產品、提高土壤保水保肥能力、節約天然降水的報導不多。1973年的石油危機，使人們認識到能源的重要性，垃圾作為「放錯了地方的資源」應該以技術的方法謀求資源化而加以有效利用。
(二)煤系固體廢物城鄉生活垃圾的處理與利用城鄉生活爐渣爐渣來自城鄉居民用煤、蜂窩爐和工廠的鍋爐和煤氣站，產生量很大。各廠所採取的利用方式及處置方法與鍋爐渣相似，即生產建材、作燃料、外賣等。某工廠通過兩年多時間的試製，利用粉煤灰擠成煤棒後供本廠煤氣站和鍋爐房使用。有的廠則利用部分粉煤灰和酸性廢水與土混合制磚。但是，也有一些工廠將粉煤灰露天堆放，已造成了風吹楊塵，雨淋流失的局面，嚴重汙染了周圍的空氣和水體。因此，為避免粉煤灰對環境的汙染，應儘量將其全部綜合利用。表1給出了部分粉煤灰綜合利用類型與效果。
根據申請人作的資料檢索，還沒有看到關於利用城鄉生活爐渣生產土壤擴蓄增容劑，變廢為寶，提高土壤水利用率的報導。
表1粉煤灰綜合利用類型與效果
發明內容本發明目的在於提供一種生活爐渣製備的擴蓄增容劑及其生產工藝，採用該工藝的原料為生活爐渣、油菜渣、農作物混合秸稈粉末，等廢棄物，潔淨生產出有利生態農業的新型擴蓄增容劑產品，這些產品可廣泛應用於生態農業節水工程中，有利於充分利用天然降水，保水保肥，增產增收。
為實現上述目的，本發明採取如下技術方案一種生活爐渣製備的土壤擴蓄增容劑，其特徵在於，製得的該土壤擴蓄增容劑由以下原料及其重量百分比組成生活爐渣粉末35％～45％，磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、農作物混合秸稈粉末10％～18％，上述原料的百分比之和為100％。
上述土壤擴蓄增容劑的製備方法，其特徵在於，選用經篩選分級的城鄉生活爐渣為主要原料，並加入磷酸二氫鉀、磷酸二銨、油菜渣、作物混合秸稈、尿素、高脂膜，具體包括下列步驟首先將城鄉生活爐渣剔除金屬、木屑、塑料以及其它雜物，分級，經粉碎後研磨至1mm以下，過20目篩，得到生活爐渣粉末；
將輔料磷酸二氫鉀，磷酸二銨，油菜渣，作物混合秸稈風乾，分別粉碎並研磨至1mm以下，過20目篩備用；將生活爐渣粉末35％～45％、磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、農作物混合秸稈粉末10％～18％混合，加入尿素1％～3％、高脂膜1％～2％，攪拌均勻，經制粒、包裝即得。
採用本發明可充分提高城鄉生活爐渣的綜合利用效率，變廢為寶。用其製備的土壤擴蓄增容劑，可提高水分利用率10％以上，更能增產增收。經實驗研究證明，採用該方法生產出的生活爐渣土壤擴蓄增容劑，施用於棉花等作物，地表20-30cm的土壤含水量增高2％，每公頃節水900-1000m3，可增產12％以上，農民節約投資2250-3000元/hm2。日產100噸的企業，年可生產30000餘噸生活爐渣土壤擴蓄增容劑產品，產值3000餘萬元，節約天然雨水1800-3000萬m3。可安排農村剩餘勞動力300-500人，農民增收300-500萬元，每年產品可施用土地面積200萬公頃，增產增收7500萬元，具有良好的社會效益，環境效益和生態效益。
圖1是擴蓄增容劑生產流程圖；圖2是基礎材料吸水效果圖；圖3是基礎材料保水效果圖；圖4是土壤擴蓄增容劑對苗乾重的影響；以下結合附圖和發明人給出的實施例對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
本發明所述的土壤擴蓄增容劑是指能有效改善土壤團粒結構、增加土壤有效孔隙的擴蓄增容，抑制土壤表面無效蒸發、有效改善土壤持水保水能力的複合材料。
以下是發明人給出的實施例，需要說明的是，這些實施例均為本發明較優的實例，本發明並不限於這些實施例，本領域的技術人員按照本發明公開的方案，對其中的技術特徵所作的等效替換、添加，均屬於本發明的保護範圍。
實施例1本實施例的生活爐渣製備的土壤擴蓄增容劑，由以下原料及其重量百分比組成生活爐渣粉末40％、磷酸二氫鉀10％、磷酸二銨20％、油菜渣10％、尿素1％，高脂膜1％、農作物混合秸稈粉末18％。
製作上述土壤擴蓄增容劑的工藝方法，具體包括下列步驟(圖1)(1)將生活爐渣剔除其中雜物另作他用。將生活爐渣分級，然後粉碎研磨至1mm(20目)以下，研磨後過篩備用。
(2)再將輔料磷酸二氫鉀，磷酸二銨，油菜渣，混合作物秸稈風乾，粉碎，研磨，過1毫米篩(20目)備用。
(3)將生活爐渣粉末40％、磷酸二氫鉀10％、磷酸二銨20％、油菜渣10％、尿素1％，高脂膜1％、作物混合秸稈18％混合，攪拌均勻。
經常規的制粒機制粒(採用山東青山市制粒機)、包裝(25公斤/袋)即可得到生活爐渣土壤擴蓄增容劑。
實施例2本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為生活爐渣粉末35％、磷酸二氫鉀15％、磷酸二銨15％、油菜渣15％、尿素2％，高脂膜1.5％、農作物混合秸稈粉末16.5％。
實施例3本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為生活爐渣粉末45％、磷酸二氫鉀18％、磷酸二銨15％、油菜渣10％、尿素1％，高脂膜1％、農作物混合秸稈粉末10％。
實施例4本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為生活爐渣粉末40％、磷酸二氫鉀16％、磷酸二銨15％、油菜渣15％、尿素1％，高脂膜2％、農作物混合秸稈粉末11％。
實施例5本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為生活爐渣粉末40％、磷酸二氫鉀15％、磷酸二銨15％、油菜渣12％、尿素3％，高脂膜1％、農作物混合秸稈粉末14％。
實施例6本實施例與實施例1所不同的是原料的成分有所不同，其製備方法與實施例1相同。
原料及其重量百分比組成為生活爐渣粉末35％、磷酸二氫鉀15％、磷酸二銨15％、油菜渣20％、尿素2％，高脂膜1％、農作物混合秸稈粉末12％。
上述實施例中的高脂膜是20年前由北京農業大學韓金聲教授研究成功，在果樹等作物上應用有一定效果。高脂膜是一種油性物質，實驗證明加入適量的高脂膜對保水保墒有一定的促進作用。
保水、失水實施例
本發明採取室內與大田試驗相結合的方法，對製備的土壤擴蓄增容劑進行了驗證，實驗採取基礎材料粉碎、研磨後裝營養缽、置於瓷盤內自行吸水、失水的方法。土壤為對照，重複四次，連續實驗2-3次，然後計算其吸水性、吸水速率、保水性以及失水特性。優先選擇吸水、保水、失水效果好的基楚材料為擴蓄增容劑主要原料。輔料選擇有利擴蓄增容無機有機肥料和化合物，進一步粉碎、研磨，攪拌均勻後再行營養缽自行吸水、保水、失水實驗，土壤為對照，重複4次，連續實驗2-3次，然後計算吸水性、吸水速率、保水性以及失水特性。優先選擇吸水、保水、失水效果良好的擴蓄增容劑配方，進行土壤不同水平模擬實驗，按材料特性和產品成本進行不同作物苗期鮮、乾重鑑定，進一步測試擴蓄增容劑新產品對作物苗期鮮、乾重的影響，從中篩選最佳的配方及施用量。在此基楚上，再行大田試驗示範。經多年多點試驗示範，選擇效果最好的配方，加工，生產，檢驗，在大田推廣。
一、原料的選擇原料選擇城鄉生活爐渣等廢棄資源，剔除金屬、木材、塑料類物質另作他用。粉碎，研磨後過1毫米(20目)篩。與輔料磷酸二氫鉀、磷酸二銨、油菜渣、作物秸稈、尿素、高分子保水劑，充分混合攪拌均勻。直接裝袋或制粒裝袋，便為新型保肥劑產品。
二、基礎材料的篩選土壤擴蓄增容劑的基礎材料的選擇最重要，所有合成劑所使用的原料及輔料均有吸水、保水、失水等功能。據此，發明人設計了不同質地基礎材料的吸水、保水、失水實驗，實驗結果見表2、表3、圖2、圖3。
表2基礎材料吸水效果表
表3基礎材料失水保水效果表(克)
由表2、表3、圖2、圖3可知生活爐渣吸水、保水性高於土壤對照2倍以上。小麥和玉米秸稈吸水性最強，為本身重量的20倍以上；建築垃圾吸水性相當於土壤(對照)；經六天(溫度50℃、溼度30％)失水後，含水量比對照高2.3個百分點，因此，具有一定保水性；且是磷酸二銨、磷酸二氫鉀的良好載體；油菜渣吸水性明顯高於土壤(對照)。因此，以上基礎材料是合成擴蓄增容劑的優質材料。
三、合成擴蓄增容劑的實驗研究結果利用基礎材料合成土壤擴蓄增容劑後，經實驗研究，對作物(棉花等)苗期鮮、乾重具有良好的促進作用，詳見表4和圖4。
表4擴蓄增容劑對苗乾重的影響圖
由表4、圖4可知，利用建築垃圾生產土壤擴蓄增容劑，在棉花苗期實驗結果顯示，比土壤(對照)高2個百分點，說明土壤擴蓄增容劑不僅節水保墒，而且能提高土壤肥力，促進棉苗生長，增加乾物質積累，因此，利用建築垃圾等廢棄資源生產土壤擴蓄增容劑，無疑是節水農業，生態農業的一項創新技術。
四.效益分析(1)環境效益利用城鄉生活爐渣、油菜渣為主要原料，與輔料混合後生產土壤擴蓄增容劑，大大減少蚊蠅等的滋生機會，降低病原菌存活時間，切斷了病原菌傳播到人類的途徑，避免了城市汙水汙泥二次汙染和城市垃圾的潛在威脅。將城市固體廢物回用到自然中，在保護城市環境的同時，又解決了農業上造成的偏施無機肥，使土壤養分比例失調、土壤退化等問題，有利於農業生態環境良性循環和農業經濟的可持續發展。
(2)社會效益把城鄉生活爐渣、油菜渣等廢棄資源充分綜合利用，生產農用的土壤擴蓄增容劑，為農業部門提供了優質、價廉、高效的生態肥料，也使作物增產增收，同時變廢為寶，既發展了環保產業，同時也為城市、鄉村增加了新的就業機會。
(3)經濟效益若按年產3000萬噸的生產能力進行經濟核算，按照本發明的方法生產的土壤擴蓄增容劑成本價為800～850元/噸，而市售高效三元複合肥市場售價一般為1100～1200元/噸，每年可增加3000萬元產值。因此本發明的土壤擴蓄增容劑有較好的經濟效益，市場應用前景廣泛。
權利要求
1.一種生活爐渣製備的土壤擴蓄增容劑，其特徵在於，製得的該土壤擴蓄增容劑由以下原料及其重量百分比組成生活爐渣粉末35％～45％，磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、農作物混合秸稈粉末10％～18％，上述原料的百分比之和為100％。
2.權利要求1所述的生活爐渣製備的土壤擴蓄增容劑的生產方法，其特徵在於，選用經篩選分級的城鄉生活爐渣為主要原料，並加入磷酸二氫鉀、磷酸二銨、油菜渣、作物混合秸稈、尿素、高脂膜，具體包括下列步驟首先將城鄉生活爐渣剔除金屬、木屑、塑料以及其它雜物，分級，經粉碎後研磨至1mm以下，過20目篩，得到生活爐渣粉末；將輔料磷酸二氫鉀，磷酸二銨，油菜渣，作物混合秸稈風乾，分別粉碎並研磨至1mm以下，過20目篩備用；將生活爐渣粉末35％～45％、磷酸二氫鉀10％～20％、磷酸二銨15％～20％、油菜渣10％～15％、農作物混合秸稈粉末10％～18％混合，加入尿素1％～3％、高脂膜1％～2％，攪拌均勻，經制粒、包裝即得。
全文摘要
本發明公開了一種生活爐渣製備的土壤擴蓄增容劑及其生產方法。其原料選用城鄉生活爐渣固體廢棄物為主要原料，經分撿剔除後用粉碎機粉碎，研磨機研磨至1mm(20目)以下，粉碎備用。再將輔料磷酸二氫鉀、磷酸二銨、油菜渣、秸稈、尿素、高分子膜等，風乾、粉碎、研磨、過篩(20目)，按原料生活爐渣35－45％，磷酸二氫鉀10－20％，磷酸二銨15－20％，油菜渣10－15％，作物秸稈10－18％，尿素1－3％，高脂膜1－2％的比例混合，攪拌均勻後直接裝袋或制粒後施用，每公頃750kg－1500kg。棉花等作物可增產12％以上，提高水分利用效率10％以上，在乾旱半乾旱地區，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利於生態保護，增加城鄉就業機會和增加富餘勞動者經濟收入，具有廣泛的應用前景。
文檔編號C05F9/00GK101050141SQ20071001780
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月30日 優先權日2007年4月30日
發明者吳普特, 馮浩, 杜健, 趙西寧, 杜璇, 許曉平, 張燕, 王曉梅, 劉水利 申請人:西北農林科技大學, 中國科學院水利部水土保持研究所