申请日2012.06.12
公开(公告)日2012.10.31
IPC分类号C05F7/00
摘要
本发明一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法，涉及有机废水资源化利用的方法。该方法是在装有含水率50%-60%、有机质含量20-25%的高浓度有机废水的搅拌罐底部输进浓硝酸和双氧水并开动搅拌罐内的搅拌桨，搅拌45-60分钟，废水中的有机大分子团受到强氧化快速裂解为小分子团;搅拌过程中搅拌罐内液料产生的泡沫导流到消泡池中自然消泡，成为清液后排入散热贮液池;搅拌罐内大部分液料在搅拌结束、气泡消失后成为体积稳定的热清液，再排入散热贮液池;散热贮液池内的热清液自然降温就成为全溶于水并且扩散、渗透能力强、含碳量为131-171g/L的液态水溶碳肥。用于农作物浇灌，冲施，或同其他无机营养液混合进入管道输送和滴灌，喷施。
权利要求书
1.一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法，其特征在于：在装有含水率在50%-60%、有机质含量占总重量20-25%的高浓度有机废水的搅拌罐底部输进浓硝酸(HNO3)和双氧水(H2O2)并开动搅拌罐内的搅拌桨，搅拌45-60分钟，废水中的有机大分子团在搅拌中受到强氧化快速裂解为小分子团;搅拌过程中搅拌罐内液料产生的泡沫导流到消泡池中自然消泡，成为清液后排入散热贮液池;搅拌罐内大部分液料在搅拌结束、气泡消失后成为体积稳定的热清液，再排入散热贮液池;散热贮液池内的热清液自然降温，就成为全溶于水并且扩散、渗透能力强的液态水溶碳肥，其含碳量为131-171g/L。
2.根据权利要求1所述的一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法，其特征在于：所述的高浓度有机废水为经浓缩的酒精生产废水、经浓缩的味精生产废水、经浓缩的酵母生产废水、经浓缩的造纸黑液和经浓缩的垃圾填埋渗滤液中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法，其特征在于：所述浓硝酸的浓度为95%，用量为高浓度有机废水重量的2%;所述双氧水的浓度为83%，用量为高浓度有机废水重量的4%。
4.根据权利要求3所述的一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法，其特征在于：所述搅拌罐内搅拌桨的转速为120-180转/分钟。
5.根据权利要求3所述的一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法，其特征在于：所述散热贮液池的体积为搅拌罐体积的50倍以上。
说明书
一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法
技术领域
本发明涉及一种有机废水资源化利用的方法，特别是涉及一种液态水溶碳 肥的制造方法。
背景技术
众所周知，碳是作物六个“大量元素”之首，理应成为作物施肥的重中之 重。可是除了碳酸氢铵和尿素，其他化学肥料都不含碳。而碳酸氢铵由于含氮 量低，且容易挥发，越来越被“边缘化”。尿素中含碳仅20%，其所含的碳还不 足氮的一半，与其第一号“大量元素”的地位极不相称。长期以来有一种误判， 以为空气中有用之不尽的二氧化碳，能被作物吸收，没必要专门给作物施碳肥。 既然人们忽略了补充碳的重要性，“碳短板”就产生了。这样就可以解释为什么 有机质含量低的土地化肥利用率很低的现象，也就是说，“碳”太少，其他化肥 施再多也没用。另一方面，人们常常把因果倒置过来，认为土壤板结所以土壤 生物多样性受破坏。其实应该是：因土壤微生物不能繁殖，所以土壤才板结。 土壤微生物为什么不能繁殖，就是缺碳。土壤中碳氮比太小，多数有益微生物 连起码的生存条件都没有，还谈什么繁殖?
近年来也有一些人认识到碳肥的重要性，在大棚种植中，向大棚泵入二氧 化碳气体，有一些增产作用，但增长幅度达不到显著水平。可见用气体二氧化 碳作为根部吸收的碳肥，是不能令人满意的。我们从无土栽培营养液加入碳肥 后作物表现出来的显著增产效果判断：作物光靠叶片气孔吸收二氧化碳，绝对 不能满足其对大量元素——碳的需求，作物内物质的电化学反应使营养元素形 成作物的细胞，大量营养物质还是来自根部吸收，其中包括碳。根部吸收碳的 作用，是气孔吸收二氧化碳所不能完全替代的。
用什么做碳肥的载体?本来有机肥是最廉价最大量的碳肥载体，我们本应 向有机肥求碳，但是我国肥料界几十年经典的有机肥生产工艺是：“好氧高温发 酵——多次翻堆——高温烘干”，甚至“加水造粒——高温烘干”，这种工艺使 物料中的碳大量转化为二氧化碳排放掉，幸存的碳也因为高温而钝化为大分子 腐殖质。所以有机肥就“变态”为慢性肥料，因为这些腐殖质要经长时间微生 物分解才能逐渐释放出水溶碳来。至今这种工艺还在整个有机肥——有机无机 复混肥料界占绝对主导地位。用这种工艺生产的有机肥料，还有多少能水溶而 被作物吸收的碳肥呢?
也有人向固态炭粉求碳，但得到的碳在水中仅是混悬物，不能形成真溶液。 也有人得到纳米碳，这是绝佳的碳肥，但制造工艺极为复杂，短期内大规模推 广应用难度很大。
酒精生产废水、味精生产废水、酵母生产废水和造纸黑液、垃圾填堆场渗 滤液等高浓度有机废水中含有丰富的水溶有机质，这些物质是介于黑腐酸与棕 腐酸之间的有机物，这是不能直接用于土壤施肥的物质。多年来不断有人利用 其参与制造肥料，但从没人把它制造成真正实用而又功效显著的碳肥。
发明内容
本发明旨在提供一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法。该方法 能制造出直接被农作物和土壤微生物吸收的碳肥，且制造工艺简单生产成本低。
本发明的技术方案是：一种用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥的方法， 其特征在于：在装有含水率在50%-60%、有机质含量占总重量20-25%的高浓度 有机废水的搅拌罐底部输进浓硝酸和双氧水并开动搅拌罐内的搅拌桨，搅拌 45-60分钟，废水中的有机大分子团在搅拌中受到强氧化快速裂解为小分子团; 搅拌过程中搅拌罐内液料产生的泡沫导流到消泡池中自然消泡，成为清液后排 入散热贮液池;搅拌罐内大部分液料在搅拌结束、气泡消失后成为体积稳定的 热清液，再排入散热贮液池;散热贮液池内的热清液自然降温，就成为全溶于 水并且扩散、渗透能力强的液态水溶碳肥，其含碳量为131-171g/L。
高浓度有机废水在搅拌的过程中受到强氧化剂的激烈氧化，废水中的有机 大分子团快速裂解为小分子团，这种小分子团能快速水溶和扩散渗透，是容易 被农作物和土壤微生物吸收的有机质。由于这种水溶有机质的主要有效成分是 水溶碳，故定义为水溶碳肥。其加工设备和工艺简单，所以生产成本低。该水 溶碳肥可直接应用于农作物的浇灌，冲施，也可以同其他无机营养液混合进入 管道输送和滴灌，喷施，应用范围广泛、使用价值很高。
所述的高浓度有机废水为经浓缩的酒精生产废水、经浓缩的味精生产废水、 经浓缩的酵母生产废水、经浓缩的造纸黑液和经浓缩的垃圾填埋渗滤液中的任 一种。
所述浓硝酸的浓度为95%，用量为高浓度有机废水重量的2%;所述双氧水 的浓度为83%，用量为高浓度有机废水重量的4%。如浓硝酸或双氧水浓度有变， 则折算成上述浓度值反算用量。
所述搅拌罐内搅拌桨的转速为120-180转/分钟。这样低的搅拌桨转速，简 单的传动机构就很容易实现，因而设备成本低。运行费用低，附加在产品上的 设备费低。
散热贮液池的体积为搅拌罐体积的50倍以上。这样大的散热贮液池可使热 清液余温迅速散失，有利于加快后续的产品灌装作业。
本发明用高浓度有机废水生产液态水溶碳肥，其原理是在向有机废水输入 适量的浓硝酸和双氧水并进行搅拌时，浓硝酸和双氧水的强氧化使有机废水的 有机大分子团裂解为更小的含碳分子团，这种小分子团在水中有很强的扩散和 渗透性，易被作物的根系和土壤微生物吸收利用，表现出典型的水溶碳肥特征。 因此，这种产物具有很强的促进作物生长和土壤微生物繁殖的功能。
发明人经研究证明：上述产物对于农作物增产的作用远远大于同用量(以 干物质计)的化肥，更不是普通有机肥可比。在无土栽培植物的试验又证明： 加入少量这种产物，植株叶片增厚、有光泽、干物质含量明显提高、口感也更 好。通过这一系列实验和研究，发明人认为：这种“有机质”的高肥效现象已 不是现有腐植酸理论可以解释的，我们应该重新检讨我们几十年来对一个作物 大量元素——碳的理解。
正是基于以上的理论分析，我们认为：土壤有机质的精华是水溶性有机碳， 我们给土壤施水溶性有机碳肥，不但修补了“碳短板”，全面提升土壤化学肥力; 还调节了土壤碳氮比，使土壤微生物大量繁殖，促进了作物根系发育，提升了 土壤生物肥力;由于生物肥力和化学肥力的提升，土壤物理肥力也随之提升， 且“回报”提升化学肥力和生物肥力。可见往土壤加一个“水溶碳”，引起如此 复杂的连锁反应，产生了类似电子三极管的小能量(触发极)开通大能量通道 的作用，这就是水溶碳肥的威力所在!
发明人经研究发现：高浓度有机废水中含有丰富的水溶有机质，这些物质 是介于黑腐酸与棕腐酸之间的有机物，经浓硝酸和双氧水联合的强氧化作用， 使其分子团裂解形成含水溶碳的更小分子团，这种产物与未经处理的高浓度有 机废水相比，在水中的扩散性和渗透性强得多。如图2和图3两种液滴在水中 坠落过程中扩散的情况和在烧杯底部散开的情况都有明显的差别。这是一种易 被作物根部和土壤微生物吸收的有机质，因其主要有效成份是水溶碳，故定义 为“水溶碳肥”。我国工农业生产的有机废水每年多达几百亿吨，其中较易规模 回收利用进行工业生产水溶碳肥的有酒精生产废水、味精生产废水、酵母生产 废水和造纸黑液、垃圾填堆场渗滤液等，年总产生量达到近百亿吨，有生产十 几亿吨水溶碳肥的潜力，实际可利用干物质碳约2-3亿吨。可见，本发明将造 就我国一个巨大的碳肥产业，使我国碳肥生产技术达到国际领先水平。
利用有机废水大规模生产水溶碳肥，实现贮碳于土，可大量减少碳排放， 这就不单单是产生一个水溶碳肥产业的问题，其环保价值和“碳交易”价值更 是难以估量的。
下面以该液态水溶碳肥的应用试验数据说明其功效。
试验一、生菜无土栽培
时间：2011.02.04-2011.04.16
材料：对照组和试验组都使用同浓度同配方的化肥微肥营养液，试验组加 施营养液重量15%的液态水溶碳肥(与营养液配方同时混合)，试验结果如下表：
讨论：同样营养液，加施液态水溶碳肥提高产量23.8%，收获蔬菜干物质 含量增加33.3%，可见不但显著增产，而且提高了蔬菜的品质。
试验二、在毛豆的应用
时间：2011.03.28-2011.07.10
材料：对照组和试验组同样基肥和追肥，试验组在毛豆播种25天时加施每 亩3KG液态水溶碳肥(兑水)，结果如下表：
组别 产量(KG/亩) 增产率 收获时土壤含水率 C组 1028 20.9% 12.3% CK 850 ---- 8.5%
讨论：增施每亩3KG液态水溶碳肥，毛豆增产20.9%，收获时土壤比较疏松， 含水率提高44.7%，可见每亩3KG液态水溶碳肥对改良土壤有明显效果。
试验三、在西兰花的应用
时间：2011.11.07-2012.03.18
材料：同样的水肥管理，C2试验组在栽苗后第31天每亩加施液态水溶碳肥 2.5KG，C1试验组与CK同，但在栽苗后喷施液态水溶碳肥每亩0.3KG。试验结 果如下表：
组别 亩产量KG/亩 增产率 收获时土壤含水率 C1组 2155 7.2% 12.8% C2组 2677 33.1% 16.9% CK 2011 ---- 12.8%
讨论：同样水肥管理的条件下，喷施一次液态水溶碳肥和冲施一次液态水 溶碳肥都有增产，而冲施组(用水溶碳肥2.5KG)比喷施组(用水溶碳肥0.3KG) 增产率高得多。从土壤含水率看，冲施组土壤含水率比另二组高4个百分点以 上，可见冲施水溶碳肥能使土壤得到改良。
试验四、在西红柿的应用
时间：2011.09.06-2012.03.06、2012.03.27
材料：同样水肥管理，C试验组在栽苗后第25天每亩追施液态水溶碳肥 2.5KG，第92天每亩追施液态水溶碳肥3KG。结果如下表。
组别 最后采摘日 累计产量(KG/亩) 增产率 C组 2012.03.27 9475 35.0% CK 2012.03.06 7018 ----
讨论：同样水肥管理，每亩追施二次液态水溶碳肥共5.5KG，西红柿增产 35%，效果非常显著。从上表可见，试验组采收期延长21天，说明施加液态水 溶碳肥使西红柿植株避免早衰，更好地发挥了植株的生产潜力。
试验五、在球包菜的应用
时间：2011.11.24-2012.04.12
材料：同样水肥管理，C试验组在栽苗后第35天每亩加施液态水溶碳肥4KG。 试验结果如下表。
植株数：2800/亩
讨论：同样水肥管理条件，C组追施液态水溶碳肥4KG，增产达到30.9%。 从合格株(合格球)率看，试验组接近全合格，而对比组却有11.3%不合格，这 也是影响产量一大因素，说明追施水溶碳肥能使植株的病弱株得到康复。
该液态水溶碳肥在应用试验中表现出以下功能：
1、使作物增产量达到显著水平。每亩土地施用3KG，叶菜可增产30%以上， 同用量其他类作物增产均超过15%，这是其他肥料所不能比的，这表明施水溶碳 肥对作物的重要性，也说明一旦土壤中的水溶碳不是“短板”，其他化学营养元 素的利用率就会大大提升，这是施用水溶碳肥最重要和最直接的作用。
2、改良土壤作用明显。本液态水溶碳肥不含菌，但施用后土壤疏松，作物 根系特别发达，表明该肥料施入改变了土壤的碳氮比，土壤微生物大量繁殖， 从而使土壤疏松，促进作物根系生长。
3、使农作物抗逆机能提高。多处应用表明：施用该液态水溶碳肥后植株壮 旺整齐，见不到明显的病弱株，而对比组一定量的病弱株明显。这些病弱株主 要由两种因素造成，一是幼苗移栽时根系受损严重，二是喷农药时药伤严重。 同样条件，这种病弱株在施用液态水溶碳肥后却能赶上健康株。在受干旱或水 浸的情况下，施用液态水溶碳肥组对比对照组的受灾情况要轻得多。
4、作物品质提高，表现在作物手感、口感等都优于对比组。检测作物干物 质含量，同样蔬菜叶片干物质含量提高8.0-9.5%。这也间接证明了农作物由根 部吸收水溶碳是叶片气孔吸收二氧化碳所不能取代的。
5、本发明产品来源于有机废水沉淀后的清液再浓缩，这种浓缩液经浓硝酸 和双氧水裂解成更小分子团，全部能水溶。在其产品含水50%左右条件下，没有 任何沉淀物。投入水中便迅速扩散，因此不会造成输送管道和滴喷头堵塞，完 全适用无土栽培和滴灌喷施，是目前唯一可进入管道输送的有机肥。解决了至 今未有人解决的有机肥进入管道输送的问题。
本发明产品生产成本很低，其生产成本测算如下：
用料：
1000KG浓缩有机废水(含水率50%)成本400元;
20KG浓硝酸(纯度95%) 成本120元;
40KG双氧水(纯度83%) 成本140元;
制作成本 150元;
合计：1060KG成本810，折合764元/吨。
现在市场上尚无液态水溶碳肥这个肥种，价格无可比性，但可与钾肥或氮 肥相比。按目前市场行情，每吨化肥中每个百分点(即10公斤)N的价格约60 元，K的价格约80元。根据多种作物应用试验表明，增施1个单位的水溶碳(C)， 其增产效果为1个单位氮(N)或1个单位钾(K)的3倍以上。每吨液态水溶 碳肥中，有150公斤水溶碳，按N和K的平均价值3倍计，每吨液态水溶碳肥 使用价值应为3150元。
由此可见，用本发明的生产技术，产品成本小于产品使用价值的25%，是一 种低成本的技术。
