專利名稱：用活性污泥改性生產(chǎn)桉樹控釋肥料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水廠污泥生產(chǎn)控釋肥料，更具體地說，涉及一種污水廠活性污泥經(jīng)過改性后生產(chǎn)包膜型桉樹控釋肥料。
背景技術(shù)：
近年來，我國由于化肥用量增長過快，肥料應(yīng)用及其相關(guān)技術(shù)研究滯后，化肥施用不合理，導(dǎo)致化肥利用率明顯下降；例如氮肥的利用率僅為30 50%，低于發(fā)達(dá)國家15 20個(gè)百分點(diǎn)，由此帶來資源浪費(fèi)、成本增加、環(huán)境污染及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降等問題；例如若將我國五分之一氮肥的利用率提高10%，就可節(jié)省氮肥70萬噸/年；因此，提高化肥利用率，已經(jīng)成為關(guān)系到國計(jì)民生的大事?？蒯尫柿?或緩釋肥料)的應(yīng)用，則可顯著提高肥料利用率；因?yàn)榭蒯尫柿夏芫徛尼尫硼B(yǎng)分，使其養(yǎng)分釋放時(shí)間和釋放量與作物生育期間的需肥規(guī)律相結(jié)合，并且做到一次施肥，不再進(jìn)行追肥，從而節(jié)省大量的勞力、提高肥料利用率10% 30%左右；控釋肥料是當(dāng)今國際肥料研究的熱點(diǎn)，也是肥料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向與競爭熱點(diǎn)；我國控釋肥料的研究目前尚處在起步階段，還很少有國產(chǎn)控釋肥料作為商品上市，當(dāng)前控釋肥還存在產(chǎn)量小、生產(chǎn)成本高、工藝相對落后、有機(jī)溶劑污染、包膜材料難以降解等難題，成為急需進(jìn)一步解決的課題。另方面，我國環(huán)境保護(hù)事業(yè)的不斷發(fā)展，城市污水處理工廠在全國各地大量興建， 其副產(chǎn)物大量活性污泥的處理和利用問題則愈加突出，2010年，我國污泥產(chǎn)生量將超過七千萬噸/年；活性污泥含有五分之四的水和五分之一的懸浮狀有機(jī)物質(zhì)，包括菌體、有害微生物、腐殖質(zhì)及重金屬絡(luò)合物質(zhì)，由于活性污泥的復(fù)雜成份及粘稠狀態(tài)，使它的處置利用成為難題，到目前為止，還沒有成熟技術(shù)對活性污泥進(jìn)行高效無害化處理或利用，仍處在填埋、焚燒或少部分制造堆肥的容易引發(fā)二次污染的狀態(tài)；因此，我國還應(yīng)加大這一課題的投入，對活性污泥實(shí)現(xiàn)完全無害化、資源化的高效綜合利用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種用污水廠活性污泥經(jīng)過改性后生產(chǎn)包膜型桉樹控釋肥料。工藝原理是先用超氧化鉀作催化劑，用水合胼和尿素作原料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成氨基脲；活性污泥先經(jīng)破解、脫水后，用氨基脲作改性劑，將活性污泥改性；改性后的活性污泥稱為“改性污泥”，改性污泥含有結(jié)實(shí)的有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)，改性污泥在土壤微生物作用下， 一層包膜需要一年左右的時(shí)間，才能全部降解完畢；兩層包膜需要二年左右的時(shí)間，才能全部降解完畢；三層包膜需要三年左右的時(shí)間，才能全部降解完畢；因此，改性污泥作包膜材料，對氮肥、磷肥、鉀肥(此三種肥料統(tǒng)稱為“化學(xué)肥料”)進(jìn)行包膜，然后進(jìn)行干燥，即可制得桉樹控釋肥料。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案一、改性劑的制備在尿素溶液中先加入超氧化鉀作催化劑，在不斷攪拌條件下， 再加入水合胼，升溫90 95°C，常壓，保溫1 1. 5小時(shí)，生成氨基脲為主組分的混合溶液。其反應(yīng)式為CO (NH2) 2+N2H4 · H2O — NHCO (NH2) 2+ΝΗ40Η反應(yīng)后的混合溶液中，氨基脲為主組分，還含有氫氧化銨次要組分；此混合溶液即為氨基脲為主組分的改性劑。二、改性污泥的制備在常溫常壓下，將活性污泥在強(qiáng)力攪拌機(jī)中進(jìn)行高速攪拌，使活性污泥中的菌體細(xì)胞壁的磷脂雙分子層破解，此時(shí)，活性污泥主要由蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、腐殖質(zhì)及其他有機(jī)、無機(jī)物和水份組成，然后用板框壓濾機(jī)將活性污泥脫水，經(jīng)脫水后的活性污泥在帶攪拌的容器中，在常溫常壓下，加入前述的氨基脲為主組分的改性劑，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杈鶆?，即得粘稠狀態(tài)的改性污泥。三、桉樹控釋肥料的制備根據(jù)桉樹的生長周期和用肥量，確定氮肥、磷肥、鉀肥的配料比例，先將這些固體狀態(tài)的化學(xué)肥料粉碎至小顆粒形態(tài)，放入混料槽中，一邊攪拌一邊加入一定數(shù)量的前述改性污泥，化學(xué)肥料被粘稠狀態(tài)的改性污泥包膜，將包膜后的物料送入氣流干燥器進(jìn)行干化，即得桉樹用控釋肥料；加入的改性污泥越多，肥料養(yǎng)分釋放的時(shí)間就越長，可調(diào)節(jié)改性污泥的加入量來調(diào)整控釋時(shí)間，也即是說可調(diào)節(jié)改性污泥包膜層的層數(shù)來調(diào)整控釋時(shí)間。本發(fā)明的桉樹控釋肥料的制造方法，包括反應(yīng)、破解、脫水、改性、包膜、干燥。其具體制造過程為(1)用帶攪拌和煙道氣夾道加熱的敞口設(shè)備作反應(yīng)罐，先加入一定數(shù)量的自來水，然后加入尿素固體顆粒，尿素加入量為自來水的10 15% (重量百分比，以下同)，開動(dòng)攪拌機(jī)，在常溫常壓下、在不斷攪拌條件下完成下述操作先將尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化鉀，加入量為尿素的2 3% ；然后加入含量80%的水合胼，加入量為尿素的65 70%;繼續(xù)邊攪拌邊加熱到90 95°C，保溫1 1. 5小時(shí)，然后停止攪拌，即得反應(yīng)產(chǎn)物氨基脲為主組分的改性劑。(2)在帶有高速攪拌器的敞口罐中，邊攪拌邊加入一定數(shù)量的含水76 82%的污水廠的活性污泥，在常溫常壓下，將攪拌轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到300 400 轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為20 25分鐘，使活性污泥菌體細(xì)胞壁的磷脂雙分子層破解，后用板框壓濾機(jī)將活性污泥脫水，使活性污泥的含水量在58 65%之間，然后將活性污泥移入攪拌轉(zhuǎn)速為60 80轉(zhuǎn)/分鐘的敞口罐中，邊攪拌邊加入前述的氨基脲為主組分的改性劑，改性劑加入量為活性污泥干基的8 12%，在常溫常壓下，攪拌時(shí)間為20 25分鐘，即得粘稠狀態(tài)的改性污泥。(3)根據(jù)桉樹的生長周期和用肥量，確定氮肥、磷肥、鉀肥等化學(xué)肥料的配料比例，化學(xué)肥料配料完成后，先將這些固體狀態(tài)的化學(xué)肥料粉碎至4 10目細(xì)度，放入敞口的混料槽中，一邊攪拌一邊加入前述的改性污泥，改性污泥加入量為化學(xué)肥料的40 50 %，充分?jǐn)嚢?0 25分鐘，使化學(xué)肥料表面被改性污泥包膜，然后經(jīng)過氣流干燥，使包膜顆粒表面干燥，形成一層結(jié)實(shí)的不易溶解的有機(jī)包膜層；這樣所得的包膜肥料，即為一次包膜肥料，定名為A肥，一次包膜的包膜厚度約0. 4 0. 6毫米，一次包膜在土壤微生物的作用下，約一年時(shí)間降解完畢；兩次包膜，在土壤微生物的作用下，約兩年時(shí)間降解完畢，如此類推；因此，若將一部分A肥再放入混料槽中重復(fù)上述操作，再包一次膜，即得兩次包膜肥料，可定名為B肥，此肥料的肥效在第二年釋放；經(jīng)過三次包膜的肥料為C肥，肥效在第三年釋放；經(jīng)過四次包膜的肥料為D肥，肥效在第四年釋放。若將A、B、C、D肥料等量混合均勻后施入桉樹土壤中，就可實(shí)現(xiàn)4年期間均有肥料養(yǎng)分供給桉樹生長吸收使用，從而實(shí)現(xiàn)一次性施肥的目的。在實(shí)施本發(fā)明的過程中，所用的活性污泥為城市污水廠副產(chǎn)含水76 82%的活性污泥；所用的尿素為農(nóng)業(yè)用二級品，化學(xué)式CO(NH2)2，分子量約60，密度1.335g/cm3，視密度0. 75g/cm3，熔點(diǎn)135°C，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GBM40_81，外觀白色或淺色，總氮(N)含量(以干基計(jì))彡46.0%，縮二脲含量< 1.8%，水分含量< 1.0% ；所用的超氧化鉀為工業(yè)級品，化學(xué)式KO2，黃色立方晶系結(jié)晶體，分子量1. 10，相對密度2. 14，熔點(diǎn)380°C，450 500°C充分熔融時(shí)為金黃色，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有效氧> 31 %，密度< 0. 6g/cm3,，在改性劑制備的反應(yīng)中，它起催化劑作用；所用的水合胼為含量80%的工業(yè)級合格品，化學(xué)式N2H4 · H2O, 分子量50. 06，外觀呈無色透明發(fā)煙的液體，相對密度1.03(21°C )，熔點(diǎn)-40°C，沸點(diǎn) 118. 50C (9. 86 X IO4Pa下)，引火點(diǎn) 73°C，折射率 1. 4284 (20°C )，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):ZB/TG14001-90, 水合胼(N2H4 · H2O)彡80%，不揮發(fā)物< 0.050%，鐵(Fe) ^ 0.0005%，重金屬(以1 計(jì))< 0.0005%，氯化物(以Cl_計(jì))< 0.0005% ；上述尿素與水合胼反應(yīng)生成氨基脲為主組分的改性劑，將活性污泥改性，生成改性污泥，通過改性污泥的加入量控制化學(xué)肥料的養(yǎng)分釋放時(shí)間，生產(chǎn)控釋肥料，是本發(fā)明的主要特點(diǎn)。在實(shí)施本發(fā)明過程中，必須掌握化學(xué)肥料被改性污泥包膜的厚度，應(yīng)控制改性污泥的加入量來控制包膜層的厚度，包膜厚度越厚，化學(xué)肥料的控釋時(shí)間就越長，反之，厚度越小，控釋時(shí)間就越短。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明用城市污水廠副產(chǎn)的活性污泥作原料，經(jīng)改性后生產(chǎn)桉樹控釋肥料，具有成本低、設(shè)備簡易、方法簡單、易于實(shí)施的特點(diǎn)；(2)為當(dāng)前大量活性污泥的無害化、資源化提供一條新的出路，為環(huán)保技術(shù)的開發(fā)，提供一條新的選擇；C3)桉樹是造紙及木材加工的主要原料，桉樹是山地種植的速生型樹種，需要較多的氮磷鉀肥料，它對肥料中重金屬的含量要求可以放寬一些；活性污泥中若重金屬含量未超過標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明生產(chǎn)的控釋肥料可用在各種農(nóng)作物上；活性污泥中重金屬含量若超過標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明生產(chǎn)的控釋肥料即可作為桉樹專用控釋肥料；實(shí)踐證明，此肥料可實(shí)現(xiàn)一次性施肥，既可節(jié)省大量勞動(dòng)力，又可提高肥料利用率20%左右。本發(fā)明具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和生態(tài)循環(huán)效益。


圖1是本發(fā)明用活性污泥改性生產(chǎn)桉樹控釋肥料的物料流程示意圖； 圖2是本發(fā)明的工藝流程示意圖。圖中明確表示了自活性污泥改性至桉樹控釋肥料的全過程。
具體實(shí)施方式
以下通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。實(shí)施例1 (1)用帶攪拌和煙道氣夾道加熱的敞口設(shè)備作反應(yīng)罐，先加入1000公斤的自來水，然后加入尿素固體顆粒，尿素加入量為100公斤，開動(dòng)攪拌機(jī)，在常溫常壓下、在不斷攪拌條件下完成下述操作先將尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化鉀2公斤；然后加入含量80%的水含胼65公斤；繼續(xù)邊攪拌邊加熱到90°C，保溫1. 5小時(shí)，然后停止攪拌，即得反應(yīng)產(chǎn)物氨基脲為主組分的改性劑；( 在帶有高速攪拌器的敞口罐中，邊攪拌邊加入含水 76%的污水廠的活性污泥1000公斤，在常溫常壓下，將攪拌轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為25分鐘，使活性污泥菌體細(xì)胞壁的磷脂雙分子層破解，后用板框壓濾機(jī)將活性污泥脫水，使活性污泥的含水量為58%，然后將活性污泥移入攪拌轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘的敞口罐中，邊攪拌邊加入前述的氨基脲為主組分的改性劑20公斤，在常溫常壓下，攪拌時(shí)間為25 分鐘，即得粘稠狀態(tài)的改性污泥；C3)根據(jù)桉樹的生長周期和用肥量，確定氮肥、磷肥、鉀肥等化學(xué)肥料的配料比例，化學(xué)肥料配料完成后，先將這些固體狀態(tài)的化學(xué)肥料共400公斤， 粉碎至4目細(xì)度，放入敞口的混料槽中，一邊攪拌一邊加入前述的改性污泥160公斤，充分?jǐn)嚢?5分鐘，使化學(xué)肥料表面被改性污泥包膜，然后經(jīng)過氣流干燥，使包膜顆粒表面干燥， 形成一層結(jié)實(shí)的不易溶解的有機(jī)包膜層；這樣所得的包膜肥料，即為一次包膜肥料，定名為A肥；將300公斤A肥再放入混料槽中重復(fù)上述操作，再包一次膜，即得兩次包膜肥料，定名為B肥；將200公斤B肥再放入混料槽中重復(fù)上述操作，再包一次膜，即得三次包膜肥料， 定名為C肥；將100公斤C肥再放入混料槽中重復(fù)上述操作，再包一次膜，即得四次包膜肥料，定名為D肥；若將A、B、C、D肥料各50公斤等量混合均勻后，即可得200公斤桉樹控釋肥料，施入桉樹土壤中，就可實(shí)現(xiàn)4年期間均有肥料養(yǎng)分供給桉樹生長吸收使用，從而實(shí)現(xiàn)一次性施肥的目的。實(shí)施例2 方法、步驟、工藝同實(shí)施例1 (1)用帶攪拌和煙道氣夾道加熱的敞口設(shè)備作反應(yīng)罐，先加入1000公斤的自來水，然后加入尿素固體顆粒，尿素加入量為150公斤，開動(dòng)攪拌機(jī)，在常溫常壓下、在不斷攪拌條件下完成下述操作先將尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化鉀4公斤；然后加入含量80%的水含胼100公斤；繼續(xù)邊攪拌邊加熱到95°C，保溫1小時(shí)，然后停止攪拌，即得反應(yīng)產(chǎn)物氨基脲為主組分的改性劑；( 在帶有高速攪拌器的敞口罐中，邊攪拌邊加入含水 82%的污水廠的活性污泥1000公斤，在常溫常壓下，攪拌轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間20 分鐘，使活性污泥菌體細(xì)胞壁的磷脂雙分子層破解，后用板框壓濾機(jī)將活性污泥脫水至含水量為65%，然后將活性污泥移入攪拌轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘的敞口罐中，邊攪拌邊加入前述的氨基脲為主組分的改性劑21公斤，在常溫常壓下，攪拌時(shí)間20分鐘，即得粘稠狀態(tài)的改性污泥；C3)根據(jù)桉樹的生長周期和用肥量，確定氮肥、磷肥、鉀肥等化學(xué)肥料的配料比例， 化學(xué)肥料配料完成后，先將化學(xué)肥料共300公斤，粉碎至10目細(xì)度，放入敞口的混料槽中， 一邊攪拌一邊加入前述的改性污泥150公斤，充分?jǐn)嚢?0分鐘，使化學(xué)肥料表面被改性污泥包膜，后經(jīng)過氣流干燥，使包膜顆粒表面形成一層結(jié)實(shí)的不易溶解的有機(jī)包膜層，即為一次包膜肥料，定名為A肥；將200公斤A肥再放入混料槽中重復(fù)上述操作，即得兩次包膜肥料，定名為B肥；將100公斤B肥再放入混料槽中重復(fù)上述操作，即得三次包膜肥料，定名為 C肥；將A、B、C肥料各50公斤等量混合均勻后，即可得150公斤桉樹控釋肥料，施入桉樹土壤中，就可實(shí)現(xiàn)3年期間均有肥料養(yǎng)分供給桉樹生長吸收使用，從而實(shí)現(xiàn)桉樹控釋肥料的目的。
權(quán)利要求
1.用活性污泥改性生產(chǎn)桉樹控釋肥料的方法，包括反應(yīng)、破解、脫水、改性、包膜和干燥，其特征是制造過程為(1)在自來水中加入尿素，加入量為自來水的10 15%(重量百分比，以下同)，開動(dòng)攪拌機(jī)，在常溫常壓下先將尿素全部溶解于水中，然后加入超氧化鉀，加入量為尿素的2 3% ；然后加入含量80%的水合胼，加入量為尿素的65 70% ；繼續(xù)邊攪拌邊加熱到90 95°C，保溫1 1. 5小時(shí)，然后停止攪拌，得氨基脲為主組分的改性劑；然后(2)在含水76 82%的污水廠活性污泥中，在常溫常壓下，攪拌轉(zhuǎn)速300 400轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌20 25分鐘，后用板框壓濾機(jī)將活性污泥脫水至含水量58 65 %，然后將活性污泥移入攪拌轉(zhuǎn)速60 80轉(zhuǎn)/分鐘的敞口罐中，邊攪拌邊加入前述的氨基脲為主組分的改性劑，改性劑加入量為活性污泥干基的8 12%，攪拌20 25分鐘，即得改性污泥；然后(3)先將化學(xué)肥料粉碎至4 10目細(xì)度，放入敞口混料槽中，一邊攪拌一邊加入前述的改性污泥，改性污泥加入量為化學(xué)肥料的40 50%，攪拌20 25分鐘，然后經(jīng)過氣流干燥，即為一次包膜肥料，定名為A肥；將一部分A肥再放入混料槽中重復(fù)上述操作，再包一次膜，即得兩次包膜肥料，定名為B肥；經(jīng)過三次包膜的肥料為C肥；經(jīng)過四次包膜的肥料為D 肥；將A、B、C、D肥料等量混合均勻后即得桉樹控釋肥料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用活性污泥改性生產(chǎn)桉樹控釋肥料，用本發(fā)明的原料和催化劑反應(yīng)生成改性劑，活性污泥經(jīng)破解、脫水后用本發(fā)明的改性劑將活性污泥改性；用改性污泥對化學(xué)肥料進(jìn)行包膜，制得桉樹控釋肥料；具有成本低、設(shè)備簡易、方法簡單、易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)；為當(dāng)前大量活性污泥的無害化、資源化提供一條新的出路；又可實(shí)現(xiàn)一次性施肥，節(jié)省勞動(dòng)力和提高肥料利用率；本發(fā)明廣泛適用于桉樹種植肥料中使用。
文檔編號C02F11/00GK102153398SQ20101057578
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者溫奕區(qū) 申請人:溫奕區(qū)