技术领域
本发明涉及一种用有机废弃物和活性焦制备的沙化退化土壤改良剂。
本发明还涉及上述沙化退化土壤改良剂的制备方法。
本发明还涉及上述沙化退化土壤改良剂在改良沙化退化土壤中的应用。
本发明还涉及用于制备上述沙化退化土壤改良剂的设备。
背景技术
我国每年产生有机废弃物数量巨大，据统计，仅北京市2013年就产生污水处理厂污泥100万吨、生活垃圾1000万吨、园林废弃物400万吨全世界每年有超过10亿吨的有机废弃物。
有机废弃物包括：城市生活垃圾中的有机物；农业的农作物秸秆、菜根、菜叶；畜牧养殖业的畜禽粪便、垫草、剩余饲料；酿造业及食品加工业废弃物；污水处理厂污泥，园林绿化产生的枯枝、落叶、草屑、花败及其它绿化修剪物等等。如何处理这些有机废弃物成为城市发展中的棘手问题。
传统的有机废弃物处理方法，不但老问题得不到解决，又产生一些新问题。例如：垃圾、污泥、秸秆等焚烧处理释放二恶英、呋喃等有毒气体和有害的炉渣及灰尘等；垃圾、污泥等填埋不仅占用大量土地，而且排放臭味和沼气，且不能根除污染，填埋残余物一旦暴露出来，其扩散和污染的速度远远大于不填埋，某种程度上说是一种污染的转移甚至加剧。
我国土地沙化、退化非常严重，全国沙化土地面积达170多万平方公里，占国土面积的18％，而且，沙化土地面积还在以每年3000多平方公里的速度在增加，严重危及中华民族生存空间。
土壤沙化、退化的最主要的原因是土壤中缺乏有机质和炭。据测算，仅我国沙化、退化土壤改良，就需要有机质17亿吨。而改良沙化、退化土壤的出路就是增加土壤中的有机质。
活性焦是一种很好的污水处理材料，但是，处理污水的活性焦要求粒径为1-8mm，使用粒径1mm以下的活性焦造成料层阻力过高，甚至会堵塞过滤层，增加水泵的耗电。而且，粒径1mm以下的活性焦粉在活性焦再生过程中会大部分随气体流失，增加水处理成本。因此，在活性焦生产过程中，需要将粒径1mm以下的活性焦粉筛出来，筛出来的粒径小于1mm的活性焦粉成为废弃物。
牛粪、秸秆、污泥、垃圾等用传统的工艺生产的堆肥，虽然有机质含量高和含有促进植物生长的养分，虽然也能起到土壤改良作用，由于炭含量低和比表面积低，无法起到缓冲肥料养分释放和土壤孔隙调节作用；无法提高土壤的阳离子有效性。无法提高地温，无法加速生根，无法增加土壤团粒结构，无法提高抗御风蚀能力，保无法持土壤水分，无法增加抗逆性。而活性焦虽然含碳量高和比表面积大，由于缺少有机质含量高和含有促进植物生长的养分，无法增加土壤中的惰性钙；无法增加土壤中的有机质；无法增加土壤中的速效养分，无法促进作物生长。
一方面大量的沙化、退化土地需要土壤改良剂进行改良；另一方面，城市生活、农业、畜牧业等产生大量的有机废弃物无法处理；活性焦行业产生大量的活性焦粉无法处理；不仅造成巨大的资源浪费，还严重污染环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于改良沙化退化土壤的土壤改良剂。
本发明的又一目的是提供一种制备上述沙化退化土壤改良剂的方法。
本发明的再一目的是提供一种用于制备上述沙化退化土壤改良剂的设备。
为实现上述目的，本发明提供的沙化退化土壤改良剂，是由经过干馏处理有机废弃物制成的有机炭与活性焦粉按重量比1:0.1-0.3混合而成，其中，活性焦粉的粒径小于3mm。
本发明提供的制备上述沙化退化土壤改良剂的方法：
A)将有机废弃物进行预处理；
B)预处理后的有机废弃物进行干馏处理制成有机炭；
C)将有机炭与活性焦粉按重量比1:0.1-0.3混合，得到土壤改良剂。
所述的方法中，有机废弃物包括：城市生活垃圾中的有机物、农作物秸秆、畜禽粪便、垫草、果壳、污泥、枯枝、落叶、草屑、花败中的一种或向几种。
所述的方法中，城市生活垃圾中的有机物采用分选、破碎设备进行预处理；农作物秸秆采用破碎设备进行预处理；畜禽粪便、垫草采用脱水设备进行预处理；果壳采用破碎设备进行预处理；污泥采用干化、压滤设备进行预处理；枯枝、落叶、草屑和花败采用破碎设备进行预处理。
本发明提供的沙化退化土壤改良剂可以用于改良沙化退化土壤。
本发明提供的用于制备上述沙化退化土壤改良剂的设备：
用于预处理有机废弃物的预处理设备通过输送设备与干馏设备的进料端连接；
干馏设备的燃气来自外燃料气，干馏设备产生的混合气体经汽体净化分离设备分离，分离出的可燃气返回至干馏设备；
汽体净化分离设备的一端连接油水分离设备，另一端连接喷淋水；
油水分离设备分离出的排水输送至污水处理设备，分离出的第二生物质油输送至储油设备；
干馏设备在处理有机废弃物时排出的有机炭经冷却设备输送至混合设备与活性焦粉进行混合，得到土壤改良剂；
干馏设备在处理有机废弃物时排出的第一生物质油输送至储油设备；
干馏设备在处理有机废弃物时产生的粉尘和气体经除尘设备处理后输送到气体高温热解管与烟气混合热解处理去除气味，经余热回收设备回收余热后的气体输送到烟囱排放。
所述的设备中，气体高温热解管为耐高温不锈钢管，外面有隔热层，气体高温热解管本体直径为两端烟气管接口直径的1.5-2倍，两端烟气管接口直径为气体管接口直径的1.5-2倍。
本发明以有机废弃物(即：城市生活垃圾中的有机物；农业的农作物秸秆、菜根、菜叶；畜牧养殖业的畜禽粪便、垫草、剩余饲料；酿造业及食品加工业废弃物；污水处理厂污泥，园林绿化产生的枯枝、落叶、草屑、花败及其它绿化修剪物等)和活性焦行业的废弃物(活性焦粉)为原料，制备沙化退化土壤改良剂。用活性焦粉补充有机炭含碳量低、孔隙少、比表面积低的弱点，用有机炭补充活性焦缺少有机质的弱点。使沙化退化土壤改良剂在改良沙化退化土壤方面具有显著的功能：增加土壤中的惰性钙；增加土壤中的有机质；增加土壤中的速效养分，促进作物生长；由于比表面积提高，可以通过吸附作用起到缓冲肥料养分释放和土壤孔隙调节作用；提高土壤的阳离子有效性。提高地温，加速生根，增加土壤团粒结构，提高抗御风蚀能力，保持土壤水分，增加抗逆性。并将该沙化退化土壤改良剂用于沙化、退化土壤改良，实现有机废弃物和活性焦粉的资源化利用，保护环境，促进经济良性循环。
附图说明
图1是本发明沙化退化土壤改良剂的制备工艺流程图；
图2是图1中的气体高温热解管示意图。
附图中符号说明：
1有机废弃物；2预处理设备；3输送设备；4干馏设备；5有机炭；6冷却设备；7混合设备；8活性焦粉；9沙化退化土壤改良剂；10需要改良的土壤；11混合气体；12汽体净化分离设备；13可燃气；14油水分离设备；15排水；16污水处理设备；17喷淋水；18第一生物质油；19储油设备；20第二生物质油；21外来燃料气；22粉尘和有味气体；23除尘设备；24气体高温热解管；24-1烟气管接口；24-2气体管接口；24-3隔热层；25烟气；26余热回收设备；27烟囱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明提供了一种以有机废弃物和活性焦为原料制备的沙化退化土壤改良剂，该沙化退化土壤改良剂的组成是由经过干馏处理有机废弃物制成的有机炭与粒径小于3mm的活性焦粉按重量比1:0.1-0.3混合而成。
本发明的沙化退化土壤改良剂的制备流程工艺如图1所示：
一、将有机废弃物采用预处理设备进行预处理：
1、城市生活垃圾中的有机物采用分选、破碎设备进行处理；
2、农业的农作物秸秆采用破碎设备进行预处理；
3、畜牧养殖业的畜禽粪便、垫草采用脱水设备进行预处理；
4、食品加工业的椰壳、果壳采用破碎设备进行预处理；
5、污水处理厂污泥采用干化、压滤设备进行预处理；
6、园林绿化产生的枯枝、落叶、草屑、花败及其它绿化修剪物采用破碎设备进行预处理。
二、将经过预处理的有机废弃物通过输送设备送到干馏设备中进行干馏处理制成有机炭：
1、有机废弃物是在干馏设备内，密封、无氧、非燃烧、高温状态下进行的化学反应，包括汽化、热解、脱氢、热缩合、炭化等反应。有机废弃物在干馏和热分解的作用下，将有机废弃物转化为水蒸汽、不凝性气体、生物质油和有机炭。
2、有机废弃物在干馏过程中产生的混合汽体输送到汽体净化分离设备中，汽体净化分离设备内有喷淋水；汽体净化分离设备内的喷淋水将干馏设备排出的混合汽体进行冷凝、净化、分离处理。
3、干馏设备在加工有机废弃物过程中泄漏出的粉尘和有味气体输送到除尘设备处理后，再通过气体高温热解管的气体进口输送到气体高温热解管中，将有味气体在气体高温热解管内与高温烟气混合，进行热解处理去除气味；气体高温热解管另一端的烟气管接口与余热回收设备连接，经余热回收设备回收余热后的烟气输送到烟囱排放。
4、干馏设备在加工有机废弃物过程中，使用外来燃料气和可燃气燃烧后产生的高温烟气经过气体高温热解管后进入余热回收设备，余热回收设备将高温烟气中的余热进行回收，经过余热回收设备处理后的烟气由烟囱排放。
5、干馏设备在加工有机废弃物过程中排出的第一生物质油输送至储油设备
三、汽体净化分离设备排出的可燃气作为干馏设备的燃料。汽体净化分离设备排水经过油水分离设备处理后，输送到污水处理设备进行处理，油水分离器排出的第二生物质油输送至储油设备。
四、将制成的有机炭进行冷却后与活性焦粉按重量比1:0.1-0.3混合制成沙化退化土壤改良剂。在本发明的一个实施例中，活性焦粉为用兰炭生产、粒径小于3mm的活性焦。
在本发明的一个实施例中，将沙化退化土壤改良剂按每亩2-6吨均匀地撒在地表面，然后将地表面深度为300mm的土与土壤改良剂进行翻混。或按土与土壤改良剂体积比25-75:1混合使用。
本发明的有机废弃物是指城市生活垃圾中的有机物；农业的农作物秸秆；畜牧养殖业的畜禽粪便、垫草；食品加工业的椰壳、果壳；污水处理厂污泥，园林绿化产生的枯枝、落叶、草屑、花败及其它绿化修剪物等。
本发明的土壤改良剂在改良沙化退化土壤方面具有显著的功能：
●增加土壤中的惰性钙；
●增加土壤中的有机质；
●增加土壤中的速效养分，促进作物生长；
●提高土壤的阳离子有效性；
●提高地温，加速生根，增加土壤团粒结构，提高抗御风蚀能力，保持土壤水分，增加抗逆性；
●由于沙化退化土壤改良剂比表面积提高，可以通过吸附作用起到缓冲肥料养分释放和土壤孔隙调节作用；
●将该沙化退化土壤改良剂用于沙化、退化土壤改良，实现有机废弃物和活性焦粉的资源化利用，保护环境，促进经济良性循环。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述，应当理解，优选实施例仅是为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明用于制备沙化退化土壤改良剂的设备包括：
预处理设备、输送设备、干馏设备、汽体净化分离设备、油水分离设备、污水处理设备、储油设备、冷却设备、混合设备、除尘设备、气体高温热解管、余热回收设备。
具体地说，用于预处理有机废弃物1的预处理设备2，通过输送设备3与干馏设备4的进料端连接，干馏设备4的燃气来自外燃料气21，干馏设备4产生的混合气体11经汽体净化分离设备12分离，分离出的可燃气13返回至干馏设备4；
汽体净化分离设备12的一端连接油水分离设备14，另一端连接喷淋水17；油水分离设备14分离出的排水15输送至污水处理设备16，分离出的第二生物质油20输送至储油设备19；
干馏设备4在处理有机废弃物时排出的有机炭5经冷却设备6输送至混合设备7与活性焦粉8进行混合，得到沙化退化土壤改良剂9；
干馏设备4在处理有机废弃物时排出的第一生物质油18输送至储油设备19；
干馏设备4在处理有机废弃物时产生的粉尘和气体22经除尘设备23处理后输送到气体高温热解管24与烟气25混合热解处理去除气味，经余热回收设备26回收余热后的烟气输送到烟囱27排放。本发明的一个实施例中的气体高温热解管24如图2所示，为耐高温不锈钢管，外面有隔热层24-3，两端的烟气管接口24-1直径为300mm-500mm，长度为300mm，中间的本体管道直径为600mm-800mm，长1500mm-2000mm，靠近烟气进气的一端有气体管接口24-2。
本发明上述设备中，先将有机废弃物1采用预处理设备2进行预处理，预处理设备2为公知设备；经过预处理的有机废弃物1通过输送设备3送到干馏设备4中制成有机炭5。输送设备3为公知设备。干馏设备4为公知设备，可以采用“一种制造生物炭的装置”(专利号ZL 201020562292.5，授权公告号CN201825737U)。
有机废弃物1是在干馏设备4中密封、无氧、非燃烧、高温状态下进行的化学反应，包括汽化、热解、脱氢、热缩合、炭化等反应。有机废弃物1在干馏和热分解的作用下，将有机物转化为水蒸汽、不凝性气体、生物质油和有机炭。
有机废弃物1在干馏过程中产生的混合汽体11输送到汽体净化分离设备12中，汽体净化分离设备12内有喷淋水17，汽体净化分离设备12为公知设备。汽体分离净化设备12内的喷淋水17将干馏设备4排出的混合汽体11进行冷凝、净化、分离处理。
干馏设备4在加工有机废弃物1过程中泄漏出的粉尘和有味气体22输送到除尘设备23处理后，再输送到气体高温热解管24，然后经余热回收设备26回收余热后的烟气输送到烟囱27排放。除尘设备23为公知设备。气体高温热解管24的作用是将经过粉尘和有味气体22在气体高温热解管24与高温烟气混合，进行热解处理去除气味。气体高温热解管24的设有气体进口24-1的一端与除尘器连接，气体高温热解管24的另一端与余热回收设备26连接。
干馏设备4在加工有机废弃物1过程中，使用外来燃料气21和可燃气13燃烧后产生的高温烟气25经过气体高温热解管24后进入余热回收设备26，余热回收设备26将高温烟气25中的余热进行回收，经过余热回收设备26处理后的烟气由烟囱27排放。余热回收设备26为公知设备。
干馏设备4在加工有机废弃物1过程中排出的生物质油1输送的储油设备19，储油设备19为公知设备。
汽体净化分离设备12处理混合汽体11后排出的可燃气13作为干馏设备4的燃料。汽体净化分离设备12的排水输送到油水分离设备14进行处理，油水分离设备14的排水15采用污水处理设备16进行处理，油水分离设备14排出的生物质油2输送的储油设备19。油水分离设备14和污水处理设备16为公知设备。
将制成的有机炭5经过冷却设备6进行冷却后(40℃以下)，输送到混合设备7，将活性焦粉8加入混合设备7。将有机炭5与活性焦粉8按重量比1:0-0.3的比例混合，制成沙化退化土壤改良剂9。混合设备7为公知设备，冷却设备6也是公知设备，可以采用(“一种回转式高温活性焦冷却设备”专利号ZL 200710100241.3，授权公告号CN 101318650B)。
将沙化退化土壤改良剂9按每亩2.5-6吨均匀地撒在需要改良的土壤10的表面，然后将需要改良的土壤表面深度为300mm的土与撒在上面的沙化退化土壤改良剂9进行翻混。或按需要改良的土壤与土壤改良剂按体积比25-75:1的比例混合使用，实现对沙化退化土壤的改良。