公布日：2024.12.10
申请日：2024.09.19
分类号：C05G3/80(2020.01)I;C05F17/20(2020.01)I
摘要
本发明涉及有机肥生产的技术领域，具体公开了利用废弃农林生物质和市政污泥生产有机肥的方法与应用，旨在高效处理利用农业废弃物和市政污泥。该方法以玉米秸秆、花生壳、木屑等农林废弃物和市政污泥为原材料，首先通过粉碎筛分处理生物质原料，然后采用水热碳化技术将其转化为富含有机质的碳基材料。接着，将碳基材料与处理后的市政污泥混合，接种菌群好氧发酵，促使其在微生物作用下发生有机质分解。最后，通过活化改性提高有机肥料的养分含量及其土壤改良性能。本发明不仅能够有效减少废弃农林生物质和市政污泥的环境污染风险，还可以生产出富含有机质、养分均衡、适宜农业生产的高品质有机肥料，具有显著的环境效益和经济价值。
权利要求书
1.利用废弃农林生物质和市政污泥生产有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：(A)将农林废弃物进行粉碎和筛分处理，得到生物质原料；(B)对处理后的生物质原料进行水热碳化处理，将其转化为富含有机质的碳基材料；(C)对市政污泥进行高温高压蒸汽灭菌和重金属“吸附-固定-分离”处理；(D)将所述碳基材料与处理后的市政污泥按一定比例混合，然后接种菌群进行好氧发酵，促使混合物中有机质在微生物菌群的作用下发生分解；(E)对发酵后的混合物进行活化改性，得到养分均衡且具有土壤改良性能的有机肥料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(A)中，农林废弃物的粉碎粒径控制在0.5-2.5毫米，并且玉米秸秆、花生壳和木屑的所占比例分别为30-50％、20-40％和10-30％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(B)中，水热碳化处理的温度控制在180-250℃，压力控制在1.5-3.0MPa，处理时间为1-3小时，以确保生物质原料得到充分碳化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(C)中，市政污泥的灭菌处理采用高温高压蒸汽法，处理温度为120-150℃，压力为0.15-0.25MPa，处理时间为30-60分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(C)中的重金属“吸附-固定-分离”处理包括以下步骤：(C1)在市政污泥中添加吸附剂材料，以吸附污泥中的重金属；(C2)通过化学固定剂将吸附的重金属固化；(C3)采用重力分离或离心法分离出固定后的重金属颗粒。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(D)中，碳基材料与市政污泥的混合比例为1:2至1:5。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(D)中，菌群包括嗜热纤维素分解菌、乳酸菌、酵母菌和硝化细菌。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(D)中，好氧发酵过程在温度为50-65℃的条件下进行，发酵时间为15-25天，发酵期间定期按时翻堆。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(E)中，活化改性处理包括通过添加腐植酸、氨基酸和海藻提取物。
10.根据权利要求1-9任一条所述的方法，其特征在于，所述有机肥料适用于多种作物的种植，包括谷物、蔬菜和果树的种植。
发明内容
本发明意在提供利用废弃农林生物质和市政污泥生产有机肥的方法与应用，以得到一种富含有机质、养分均衡、适宜农业生产的高品质有机肥料，同时有效减少废弃农林生物质和市政污泥的环境污染风险。
为了达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：
利用废弃农林生物质和市政污泥生产有机肥的方法，包括以下步骤：
(A)将农林废弃物进行粉碎和筛分处理，得到生物质原料；
(B)对处理后的生物质原料进行水热碳化处理，将其转化为富含有机质的碳基材料；
(C)对市政污泥进行高温高压蒸汽灭菌和重金属“吸附-固定-分离”处理；
(D)将所述碳基材料与处理后的市政污泥按一定比例混合，然后接种菌群进行好氧发酵，促使混合物中有机质在微生物菌群的作用下发生分解；
(E)对发酵后的混合物进行活化改性，得到养分均衡且具有土壤改良性能的有机肥料。
更进一步的，所述步骤(A)中，农林废弃物的粉碎粒径控制在0.5-2.5毫米，并且玉米秸秆、花生壳和木屑的所占比例分别为30-50％、20-40％和10-30％。
更进一步的，所述步骤(B)中，水热碳化处理的温度控制在180-250℃，压力控制在1.5-3.0MPa，处理时间为1-3小时，以确保生物质原料得到充分碳化。
更进一步的，所述步骤(C)中，市政污泥的灭菌处理采用高温高压蒸汽法，处理温度为120-150℃，压力为0.15-0.25MPa，处理时间为30-60分钟。
更进一步的，所述步骤(C)中的重金属“吸附-固定-分离”处理包括以下步骤：
(C1)在市政污泥中添加吸附剂材料，以吸附污泥中的重金属；
(C2)通过化学固定剂将吸附的重金属固化；
(C3)采用重力分离或离心法分离出固定后的重金属颗粒。
更进一步的，所述步骤(D)中，碳基材料与市政污泥的混合比例为1:2至1:5。
更进一步的，所述步骤(D)中，菌群包括嗜热纤维素分解菌、乳酸菌、酵母菌和硝化细菌。
更进一步的，所述步骤(D)中，好氧发酵过程在温度为50-65℃的条件下进行，发酵时间为15-25天，发酵期间定期按时翻堆，以确保充分的氧气供应。
更进一步的，所述步骤(E)中，活化改性处理包括通过添加腐植酸、氨基酸和海藻提取物。
更进一步的，所述有机肥料适用于多种作物的种植，包括谷物、蔬菜和果树的种植。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要如下：
(1)本发明通过创新性地将废弃农林生物质和市政污泥相结合，实现了两种废弃物的资源化再利用。通过将农林废弃物进行粉碎、筛分以及水热碳化处理，将其转化为富含有机质的碳基材料，最大限度地保留了原料中的有机质。与此同时，对市政污泥进行了高温高压蒸汽灭菌和重金属“吸附-固定-分离”处理，有效去除了污泥中的有害成分，使其适合作为有机肥料的原料，达到了减少环境污染、资源循环利用的目的。
(2)本发明采用了水热碳化和好氧发酵相结合的处理工艺，成功地实现了废弃物的无害化处理，避免了传统焚烧法所带来的二氧化碳和其他有害气体的排放问题。市政污泥的灭菌处理通过高温高压蒸汽法进行，保证了灭菌效果的同时，避免了化学消毒剂对环境的二次污染。此外，重金属的“吸附-固定-分离”处理方法，不仅有效去除了重金属，还防止了这些有害物质的迁移扩散，提升了有机肥的安全性。
(3)本发明的处理流程设计合理、工艺简单，设备要求相对较低，操作容易实现工业化推广应用。农林废弃物的粉碎粒径、比例控制以及水热碳化的温度、压力和时间的合理设置，使得处理工艺具有较高的稳定性和可控性，降低了生产成本。同时，市政污泥与碳基材料的混合比例以及发酵条件的优化，使得好氧发酵的过程更加高效、快捷，进一步降低了处理成本和时间。
(4)本发明生产的有机肥料通过活化改性处理，养分均衡且生物活性高，具有良好的土壤改良性能。肥料不仅适用于多种作物的种植，如谷物、蔬菜、果树等，还能够显著提高土壤的保水保肥能力、增强土壤微生物活性和增加土壤肥力，改善了土壤的结构和生态环境，促进了农业生产的可持续发展。
(5)本发明生产的有机肥料不仅适用于大田作物的种植，还适用于园艺植物和经济作物的种植。肥料产品具有较高的市场接受度和经济效益，能够有效替代化学肥料，减少农业生产中对化肥的依赖，符合绿色农业发展的趋势。此外，本发明还具有较强的环保效益，能够有效降低农业生产对环境的负面影响，推动农业循环经济的发展。
（发明人：林立;任少辉;张立民;周桃红;陈水龙;汪庆;余桥）
