申请日2010.12.09
公开(公告)日2011.08.10
IPC分类号C05G1/00; C05F7/00; C05F3/06; C05F9/02
摘要
本发明公开了一种亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于是通过以下的技术方案实现的：(1)分选去除有机固废中的杂质，对分选后的有机固废进行粉碎，并添加辅料进行储存待处理物;(2)上述待处理物进入亚临界水处理设备，采用智能控制手段，通过若干并联的主反应釜和缓冲釜，进行亚临界水有机固废的处理，得处理产物;(3)根据需要，将处理产物制成普通有机肥、生物有机肥或根据土壤、作物情况不同的专用有机无机肥。本发明通过亚临界水处理有机固废并制备成肥料，实现全设备生产，智能化，节能高效，布局紧凑、环保安全，肥料活性高、速效长效。
权利要求书
1.一种亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于是通过以下的技术方案实现的：
(1)分选去除有机固废中的杂质，对分选后的有机固废进行破碎处理，破碎处理后的有机固废再添加辅料进入储存装置;
(2)将上述储存装置中的待处理有机固废输送至亚临界水处理设备，采用智能控制手段，通过若干并联的主反应釜和缓冲釜，进行序批列式反应的亚临界水有机固废处理，得处理产物;
(3)根据需要，将所述处理产物制成普通有机肥、生物有机肥或根据土壤情况不同专用有机无机肥。
2.如权利要求1所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述步骤(1)中的添加辅料是根据待处理的有机固废的含水量每吨添加钙镁磷肥难溶性或枸溶性磷肥50-100Kg、硫酸锌8-15Kg、硼砂5-10Kg、硫酸锰4-8Kg;若有机固废是餐厨垃圾，可按照体积比是餐厨垃圾∶秸秆=1∶0.8添加秸秆，所述秸秆粒径小于5cm。
3.如权利要求1所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述步骤(2)中的亚临界水处理设备为：螺旋输送机分别并联连接两个主反应釜和一个缓冲釜的进料阀，所述缓冲釜的排料阀分别连接两个主反应釜的进料阀，所述两个主反应釜的排气阀分别连接缓冲釜的进气阀，蒸汽发生装置分别并联连接两个主反应釜的进气阀，热媒体发生装置分别并联连接两个主反应釜的釜体外设置的加热套，所述缓冲釜的排气阀依次连接除臭装置和除尘装置，控制智能化序批列反应的智能控制平台分别连接所述螺旋输送机、两个主反应釜、缓冲釜、蒸汽发生装置和热媒体发生装置。
4.如权利要求1或3所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述亚临界水处理设备中，两个主反应釜和一个缓冲釜是一组亚临界水处理釜，在实际处理有机固废时，根据处理量的增大，可以并联若干组亚临界水处理釜。
5.如权利要求1或3所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述步骤(2)中的序批列式反应的亚临界水有机固废处理是：通过智能控制平台的控制，螺旋输送机将有机固废送入两个主反应釜和缓冲釜中，设置反应时间、温度和压力，设置蒸汽发生器和热媒体发生器向两个主反应釜供热，使两个主反应釜一前一后进行亚临界水有机固废处理反应，反应中两个主反应釜泄压排出的高温高压气体进入缓冲釜，使缓冲釜内的有机固废加热反应，并且在两个主反应釜温度下降时将热量重新释放回两个主反应釜，循环上述反应至反应结束，通过缓冲釜的排气阀排出废气依次通过除臭装置和除尘装置后，排放至空气。
6.如权利要求1或3所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述序批列式反应的亚临界水有机固废处理中设置的反应温度和压力分别是180-230℃和1.55-3.0MPa。由于缓冲釜可以储存热量，降低了反应需要达到的条件，使得在上述温度和压力下，有机固废均可以完成处理肥化，并且在25-35min即可完成反应。
7.如权利要求1或3所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述蒸汽发生器和热媒体发生器向两个主反应釜供热的方式为，当有机固废需要的处理条件是210℃和2MPa时，只安排蒸汽发生器进行供热;当有机固废需要的处理条件是210-230℃，2-3MPa时，安排蒸汽发生器和热媒体发生器联合供热，具体为，蒸汽发生器加热至120-200℃，0.198-1.55MPa后，使用蒸汽发生器和热媒体发生器联合供热。
8.如权利要求1所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述步骤(3)中的普通有机肥的制成是：将处理产物进行烘干，水分低于15%的自动排出，之后进行计量包装。
9.如权利要求1所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述步骤(3)中的生物有机肥的制成是：将处理产物进行调节pH为6-8，碳氮比为(25-30)∶1，进行生物发酵，再经计量包装制成生物有机肥。
10.如权利要求1所述的亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，其特征在于所述步骤(3)中的专用有机无机肥的制成是：根据作物、土壤性质、每种养分的利用率或人工测试输入的指标进行选择，输出配肥指令;根据配肥指令的指标，将处理产物输送至自动配料装置进行单质配料、添加营养元素和输出;在自动计量装置中称量出各种指标的单质肥料，搅拌、循环烘干、造粒。
说明书
亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备
技术领域
本发明涉及一种利用城乡有机固废生产有机肥的技术，特别涉及一种亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，属于有机固废处理和有机肥生产的技术领域。
背景技术
农业生产及其产品消费产生了大量的城乡有机废弃物，如城市生活污泥、餐厨垃圾、城郊畜禽粪便和农作物秸秆等。这些有机物本应以肥料形式返回农田以完成整个物质循环，但由于城市污泥和畜禽粪便恶臭难以加工，而且含有抗生素、芳香烃、重金属等有毒、有害物质，而作物秸秆体积大、肥效低，农民缺乏秸秆造肥积极性，因此导致长期以来这些有机废弃物没有回到农田，使得我国农田有机质含量大大减少，耕地质量逐年降低，影响到我国农业的可持续发展。此外，有机废弃物长期滞留在城市和乡村，还造成环境污染，影响人民健康和生活水平。目前处理这些垃圾最常用的处理方法有填埋法、焚烧法及堆肥法。这三种方法又存在一些弊端，如填埋法，占地面积大，填埋后的垃圾容易对土壤、地下水及大气造成二次污染，周边环境易滋生蚊虫，散发臭气，同时严重浪费资源;焚烧法：焚烧剩余的炉渣还要填埋，造成二次污染，严重的是焚烧过程中容易产生二噁英、电池中汞蒸气造成大气污染，资源得不到再利用;堆肥法虽然得到资源再利用，但重金属得不到控制，杂质较多，处理时间漫长，场地大。总之，目前的有机固废处理技术水平较低，很难实现垃圾的无害化、资源化，更不必说产业化。
亚临界水常指温度在180℃-350℃之间的压缩液态水，水中的H+和OH-接近弱酸和弱碱，具有酸催化和碱催化的功能，亚临界水的介电常数大大降低而具有超电离特性，极性降低，具有同时溶解有机物和无机物的超溶解特性，此外还具有优良传质性能和绿色环保等优点。利用亚临界水可使垃圾中的纤维素类、木质素、淀粉类、油脂类、有机有毒物质以及部分塑料等进行分解，使大分子物质降解为作物易被作物利用的小分子脂肪酸、蛋白质、氨基酸、多肽和低聚糖等有机物，因此亚临界水技术利用城乡有机废弃物所制得肥料肥效和活性更高。
目前，对于亚临界水处理技术，相应的专利文献也有一定的报道，如中国专利申请号为200580004805.2，名称是“亚临界水分解处理物的生产方法及亚临界水分解处理物生产装置”，是将预处理后的有机固废从反应容器的最底层，通过升温和加压，在每一层设置不同浓度，根据需要可以从各层进行提取所需物质，这种方法由于不能实现智能化，所以每一部对温度和压力要求不能很好控制，别并且从中间层提取所需物质后，还需要进行重新加压，处理成本较高;中国专利号是200680054674.3，名称是“有机类废弃物的处理系统”，这种方法公开了一种不但可以处理污泥和废塑料，还可以处理一般家庭和公共领域的有机固废，但是本方法处理设备单一，只通过一个反应釜连接处理，并且处理时需要230℃和3MPa以上的条件，成本较高，并且后处理的产物没有进行后续的利用;中国专利号是200710032663.1，名称是“天然产物有效成分的超声强化亚临界水萃取方法及装置”，这种方法引入了超声波的处理，至适用于一些特定领域，并且在超声波处理前，对预处理的粒子大小要求较高，即预处理成本较高。另外还有一些专利文献报道将通过亚临界水将有机固废处理为可燃气体或液体的方法。
上述文献均没有报道有关通过亚临界水的方法将有机固废生产成肥料的一整套处理过程;并且在处理过程要降低成本、智能化处理、肥料的多用途转化，都是采用亚临界水处理有机固废需要解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，从利用亚临界水处理有机固废至处理产物制备成不同土壤、作物需要的有机肥料全过程一次完成，整个过程采用智能化控制，亚临界水处理采用并联的序批列式反应釜完成，节能高效、布局紧凑、环保安全，肥料活性高。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
一种亚临界水处理城乡有机固废生产有机肥及设备，是通过以下的技术方案实现的：
(1)分选去除有机固废中的杂质，对分选后的有机固废进行破碎处理，破碎处理后的有机固废再添加辅料进入储存装置;
(2)将上述储存装置中的待处理有机固废输送至亚临界水处理设备，采用智能控制手段，通过若干并联的主反应釜和缓冲釜，进行序批列式反应的亚临界水有机固废处理，得处理产物;
(3)根据需要，将所述处理产物制成普通有机肥、生物有机肥或根据土壤情况不同的专用有机无机肥。
所述步骤(1)中的添加辅料是根据有机固废的含水量每吨添加钙镁磷肥难溶性或枸溶性磷肥50-100Kg、硫酸锌8-15Kg、硼砂5-10Kg、硫酸锰4-8Kg;如有机固废是餐厨垃圾，可按照体积比是餐厨垃圾∶秸秆=1∶0.8添加秸秆，所述秸秆的木屑粒径小于5cm。
上述添加的辅料，中和亚临界水分解有机物产生的部分有机酸，调整肥料pH值到6-8;在反应中充分活化磷元素，使得磷肥的有效性大幅度提高，同时补充磷、钙、镁等大中量元素，添加的微量元素经亚临界水反应，其中的钙、镁和其他微量元素将会被有机物螯合，提高了元素的有效性和利用率;同时锌等元素起到一定催化作用使得难降解的木质素更易降解。添加木屑或秸秆的作用可降低餐厨垃圾的水分，同时有利于垃圾中塑料降解速率提高。
所述步骤(2)中的亚临界水处理设备为：螺旋输送机分别并联连接两个主反应釜和一个缓冲釜的进料阀，所述缓冲釜的排料阀分别连接两个主反应釜的进料阀，所述两个主反应釜的排气阀分别连接缓冲釜的进气阀，蒸汽发生装置分别并联连接两个主反应釜的进气阀，热媒体发生装置分别并联连接两个主反应釜的釜体外设置的加热套，所述缓冲釜的排气阀依次连接除臭装置和除尘装置，控制智能化序批列反应的智能控制平台分别连接所述螺旋输送机、两个主反应釜、缓冲釜、蒸汽发生装置和热媒体发生装置。
所述亚临界水处理设备中，两个主反应釜和一个缓冲釜是一组亚临界水处理釜，在实际处理有机固废时，根据处理量的增大，可以并联若干组亚临界水处理釜。
所述步骤(2)中的序批列式反应的亚临界水有机固废处理是：通过智能控制平台的控制，螺旋输送机将有机固废送入两个主反应釜和缓冲釜中，设置反应时间、温度和压力，设置蒸汽发生器和热媒体发生器向两个主反应釜供热，使两个主反应釜一前一后进行亚临界水有机固废处理反应，反应中两个主反应釜泄压排出的高温高压气体进入缓冲釜，使缓冲釜内的有机固废加热反应，并且在两个主反应釜温度下降时将热量重新释放回两个主反应釜，循环上述反应至反应结束，通过缓冲釜的排气阀排出废气依次通过除臭装置和除尘装置后，排放至空气。
所述序批列式反应的亚临界水有机固废处理中设置的反应温度和压力分别是180-230℃和1.55-3.0MPa。由于缓冲釜可以储存热量，降低了反应需要达到的条件，使得在上述温度和压力下，有机固废均可以完成处理肥化，并且在25-35min即可完成反应。
所述蒸汽发生器和热媒体发生器向两个主反应釜供热的方式为，当有机固废需要的处理条件是210℃和2MPa时，只安排蒸汽发生器进行供热;当有机固废需要的处理条件是210-230℃，2-3MPa时，安排蒸汽发生器和热媒体发生器联合供热，具体为，蒸汽发生器加热至120-200℃，0.198-1.55MPa后，使用蒸汽发生器和热媒体发生器联合供热。
所述的序批列式反应的亚临界水有机固废处理作用是有机固废中的细菌病毒彻底杀灭;有毒物质被降解，大分子有机物被降解为易于植物吸收的有机物，木质素也被部分降解且理化结构发生变化，使得更易土壤降解和植物利用，所得物料已得膨化，微观结构得到改善，孔隙度表面积增加，更易于保肥保水。
经上述序批列式反应的亚临界水有机固废处理后的处理产物所达到的指标如下：
项目 指标 有机质含量(以干基计)/(%) 50-98 总养分(氮+五氧化二磷+氧化钾)(%) ≥6 微量含量(Fe+Mn+Cu+Zn+B)/(%) ≥0.5 酸碱度(pH值) 6-8 重金属含量、抗生素、多氯联苯等其他有害物质 远远低于国家标准 大肠杆菌及其他有害生物群 未检出 臭味 完全消除 蛔虫死亡率(%) 100
所述步骤(3)中的普通有机肥的制成是：将处理产物进行烘干，水分低于15%的自动排出，之后进行计量包装。
所述步骤(3)中的生物有机肥的制成是：将处理产物进行调节pH为6-8，碳氮比为(25-30)∶1，进行生物发酵，再经计量包装制成生物有机肥。
其中发酵过程主要是添加功能型细菌(如固氮菌，磷细菌，钾细菌，放线菌等等，进行一般的有氧发酵，pH值可以用一些石灰水进行调节。
所述步骤(3)中的智能配肥的制成是：根据作物、土壤性质、每种养分的利用率或按人工输入的指标进行选择，输出配肥指令;根据配肥指令的指标，将处理产物输送至自动配料装置进行单质配料、添加营养元素和输出;在自动计量装置中称量出各种指标的单质肥料，搅拌、循环烘干、造粒。
本发明的有益效果为：
1、适应性强：有机固废可以是餐厨垃圾、畜禽粪便、动植物残体、城市生活污泥、农业废弃物、生活垃圾等等。
2、有机物大分子降解程度高，生成的有机物活性高、植物易吸收、表面积大、疏松、保水保肥效果更高。
3、螯合效应：经亚临界水处理，微量元素如铁、锰、锌、铜及中量元素钙、镁被活性有机物螯合，而且螯合率及稳定性大大增强，避免了这些元素被土壤钝化，同时提高了有效性和利用率。
4、活化效应：利用亚临界水的超溶解性可以把一些难溶性或枸溶性肥料如钙镁磷肥、磷矿粉、钢渣磷肥等活化，同时和亚临界水降解有机物产生的部分有机酸中和至中性，使得这些肥料可以在不同类型土壤上施用，适用范围更广、肥效利用率更高。
5、有害微生物群的杀灭彻底：亚临界水生产的肥料不含大肠杆菌及其他有害微生物群，蛔虫死亡率为100%。
6、除臭彻底，多氯联苯、氰化物、抗生素、重金属等其他有害物质的含量远远低于国家标准值。
7、对餐厨垃圾等油脂含量高的有机固废的处理不需要添加除油装置，亚临界水即可降解油脂类物质。
8、蒸汽发生器和热媒体供热器互配。可以处理不同类型及成分的有机固废，对垃圾的适用性更广泛，缩短加热时间，节能高效。
9、序批式反应釜和缓冲釜的介入设计。通过智能化控制技术，能够保障在连续的供热处理时，多组反应釜交替序批列式运行，利用反应结束的高温高压气体在缓冲釜中给待处理物料预处理，提高了热能利用率同时缩短反应时间，提高生产效率，提高产量，同时也便于反应釜的日常维修检修工作。
10、能够实现系统智能化监控。改善生产环境，体现设备的智能型、成套性、先进性。
11、亚临界水处理工艺。能够避免垃圾处理中产生二噁英，该工艺无废气、废水及废渣排放，处理系统环境安全性高，实现资源的高度利用。
12、系统实现全设备化。整体布局紧凑，占地面积少，处理场选选址方便，适应性强，易形成产业化推广。
13、肥料有机质含量高达50%-95%，肥效速效兼有长效功能。
14、生产生物肥料发酵速度快：有机固废经亚临界水处理后有机物降解程度高，碳氮比合适，无杂菌，使得发酵速度比常规方法快一倍以上。
