(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108440076 A(43)申请公布日 2018.08.24
(21)申请号 201710083861.4(22)申请日 2017.02.16
(71)申请人 深圳先进技术研究院
地址 518055 广东省深圳市南山区西丽大
学城学苑大道1068号
申请人 广州中国科学院先进技术研究所(72)发明人 赵丹 费颖恒
(74)专利代理机构 深圳市科进知识产权代理事
务所(普通合伙) 44316
代理人 赵勍毅(51)Int.Cl.
C05G 3/00(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图1页
(54)发明名称
利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法
(57)摘要
本申请涉及一种利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，以污泥为原料，将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理，获取水热碳化废液，调节废液经蒸发浓缩后得到的混合物中的大量元素、微量元素及pH值，得到高质量液态肥料，从而实现了有机废液的资源化利用，减少环境污染，同时创造了经济效益；且本申请提供的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，工艺步骤简单易行，成本低廉，易于推广应用，制备得到的肥料更为安全、肥效更佳。CN 108440076 ACN 108440076 A
权 利 要 求 书
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1.一种利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，包括如下步骤：将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液；
去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液蒸发浓缩处理，得到水分含量在50％～70％的混合液；
调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％，所述大量元素的体积百分比为N、P2O5、K2O的体积百分比之和，所述微量元素的体积百分比为铜、铁、锰、锌、硼、钼的体积百分比之和；
检测所述混合液的pH值、氮、磷、钾、铜、铁、锌、镁、汞、砷、镉、铅、铬的体积百分比，标定产品规格，得到所述液体肥料。
2.根据权利要求1所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，在将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液及固体炭产物的步骤中，所述污泥包括市政污泥及消化污泥。
3.根据权利要求1所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，在将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液及固体炭产物的步骤中，所述调理剂为HNO3、H2O2、KOH、NaOH、ZnCl2、CaO、Al2O3、MgCl2中的一种或多种，所述调理剂的质量为所述污泥的干重的1％～10％，所述惰性气体为氮气，二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，在将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液及固体炭产物的步骤中，所述水热碳化的温度为180～300℃，压力0.5～10MPa，时间为0.5～2hr。
5.根据权利要求1所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，在去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液蒸发处理，得到水分含量在50％～70％的混合液的步骤中，其中，所述废液经油水分离去除焦油物质。
6.根据权利要求1所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，在去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液蒸发处理，得到水分含量在50％～70％的混合液的步骤中，所述蒸发浓缩为四效浓缩工艺。
7.根据权利要求1所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％包括下述步骤：
检测所述混合液中大量元素、微量元素的含量；根据所述大量元素、微量元素的含量，在所述混合液中加入大量元素饱和溶液及微量元素饱和溶液，并调节所述混合溶液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％。
8.根据权利要求7所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，所述大量元素饱和溶液包括尿素、磷酸铵、硫酸钾饱和溶液中的一种或多种，所述微量元素饱和溶液包括硫酸锌、硫酸镁、硫酸亚铁、硼砂等中的一种或多种。
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权 利 要 求 书
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9.根据权利要求7所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，在根据所述大量元素、微量元素的含量，在所述混合液中加入大量元素饱和溶液及微量元素饱和溶液，并调节所述混合溶液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％的步骤中，其中，通过添加氨水或HNO3溶液调节所述混合溶液的pH值，所述pH值的范围为4.0～9.0。
10.根据权利要求1所述的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，其特征在于，所述液体肥料符合NY1107-2010。
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CN 108440076 A
说 明 书
利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法
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技术领域[0001]本发明涉及废水处理及资源化领域，尤其涉及一种利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法。
背景技术[0002]污泥作为丰富的无机元素和有机生物质的混合体，具有制为肥料的潜力。污泥被开发作为固体有机肥料已有报道，例如中国专利CN102303984A公开了“一种林业绿化用污泥有机肥料及其制备方法”，采用二步好氧堆肥制备有机肥料，发酵温度低，能耗少，生产成本低，适用林业绿化方面的肥料生产。例如中国专利CN101659572A公开了“一种利用污泥和植物秸秆生产肥料的方法”，该发明工艺简单，原料腐熟转化速度快，可实现原料的杀菌、消毒、除臭的目的，且产品肥料高，实现了污泥和植物秸秆废弃物的规模化、低成本的肥料化利用。污泥被开发作为液态有机肥料，例如中国专利CN101037354A公开了“利用有机污泥生产液态有机肥的方法”，利用超声和氢氧化钠协同处理剩余污泥，经中和、砂滤、二次超滤得到符合“绿色食品肥料使用准则”的有机液体肥。例如中国专利CN101717283A公开了“一种从污泥制备液体肥料的工艺及系统”，通过热解反应、降温过程、固液分离，获得液体肥料，该发明可调节获得的液体肥料和半干污泥中有机物的含量，可获得富含有机物的液体肥料。但该发明是污泥经水热反应直接获取液体肥料，存在大分子有机物降解不彻底、重金属、有机物、营养物质含量低等缺点，直接作为液体肥料使用，不仅肥效低，且存在风险。因此，通过添加调理剂于污泥水热碳化过程中，充分降解有机污染物，转化重金属形态，将重金属固定于固体产物中，并且可以充分降解有机物，使得液体中水溶性腐殖酸含量得到大幅度提高。目前，常用超滤浓缩或多效蒸发方法来提高液体肥料质量，例如中国专利CN104418456A公开了“一种生活垃圾填埋场渗透滤液再利用方法”，利用超滤浓缩、蒸发制得有机液体肥料。例如中国专利CN103086754A公开了“一种利用味精废液制备全营养高氮型液体冲施肥的方法及产品”，利用多效浓缩，添加大量元素、微量元素，该肥料增产效果显著，蔬菜品质得到明显改善。[0003]水热碳化法以水为热的载体，是目前碳化技术发展中的新起之秀，无需对污泥进行事先干燥，对原料污泥的含水率要求低，反应条件温和，工艺过程简单，因而在能量耗费和生产控制上较传统碳化法具有明显的优势。然而，作为污泥水热碳化副产物—水热碳化液，具有高有机组分浓度、高氮磷含量、低碳氮比，若直接排放，对环境造成巨大影响，这些影响废液处理难达标的主要污染物，同时也是有机肥料的主要成分，为其成为液体肥料提供了可能。[0004]但尚未见利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法的报道。发明内容[0005]基于此，有必要提供一种利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法。[0006]一种利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，包括如下步骤：
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CN 108440076 A[0007]
说 明 书
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将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固
液分离得到废液及固体炭产物；[0008]去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液蒸发浓缩处理，得到水分含量在50％～70％的混合液；[0009]调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％，所述大量元素的体积百分比为N、P2O5、K2O的体积百分比之和，所述微量元素的体积百分比为铜、铁、锰、锌、硼、钼的体积百分比之和；[0010]检测所述混合液的pH值、氮、磷、钾、铜、铁、锌、镁、汞、砷、镉、铅、铬的体积百分比，标定产品规格，得到所述液体肥料。[0011]在其中一些实施例中，在将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液及固体炭产物的步骤中，所述污泥包括市政污泥及消化污泥。[0012]在其中一些实施例中，在将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液及固体炭产物的步骤中，所述调理剂为HNO3、H2O2、KOH、NaOH、ZnCl2、CaO、Al2O3、MgCl2中的一种或多种，所述调理剂的质量为所述污泥的干重的1％～10％。[0013]在其中一些实施例中，在将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液及固体炭产物的步骤中，所述水热碳化的温度为180～300℃，压力0.5～10MPa，时间为0.5～2hr。[0014]在其中一些实施例中，在去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液蒸发处理，得到水分含量在50％～70％的混合液的步骤中，其中，所述废液经油水分离去除焦油物质。[0015]在其中一些实施例中，在去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液蒸发处理，得到水分含量在50％～70％的混合液的步骤中，所述蒸发浓缩为四效浓缩工艺。[0016]在其中一些实施例中，调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％包括下述步骤：[0017]检测所述混合液中大量元素、微量元素的含量；[0018]根据所述大量元素、微量元素的含量，在所述混合液中加入大量元素饱和溶液及微量元素饱和溶液，并调节所述混合溶液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％。[0019]在其中一些实施例中，所述大量元素饱和溶液包括尿素、磷酸铵、硫酸钾饱和溶液中的一种或多种，所述微量元素饱和溶液包括硫酸锌、硫酸镁、硫酸亚铁、硼砂等中的一种或多种。[0020]在其中一些实施例中，在根据所述大量元素、微量元素的含量，在所述混合液中加入大量元素饱和溶液及微量元素饱和溶液，并调节所述混合溶液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％的步骤中，其中，通过添加氨水或HNO3溶液调节所述混合溶液的pH值，所述pH值的范围为4.0～9.0。[0021]在其中一些实施例中，所述液体肥料符合NY 1107-2010。
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说 明 书
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本申请提供的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，以污泥为原料，将污
泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理，获取水热碳化废液，调节废液经蒸发浓缩后得到的混合物中的大量元素、微量元素及pH值，得到高质量液态肥料，从而实现了有机废液的资源化利用，减少环境污染，同时创造了经济效益；且本申请提供的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，工艺步骤简单易行，成本低廉，易于推广应用，制备得到的肥料更为安全、肥效更佳。附图说明[0023]图1为一实施方式的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法的结构示意图。具体实施方式[0024]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。[0026]如图1所示，一实施方式的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法的制备方法，包括如下步骤：[0027]步骤S110：将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液及固体炭产物。[0028]其中，所述污泥包括市政污泥及消化污泥。可以理解，上述污泥原料来源广泛，易于获取，制备成本低廉。[0029]其中，所述调理剂为HNO3、H2O2、KOH、NaOH、ZnCl2、CaO、Al2O3、MgCl2中的一种或多种，优选地，所述调理剂的质量为所述污泥的干重的1％～10％。[0030]其中，所述惰性气体为氮气，二氧化碳。[0031]优选地，所述水热碳化的温度为180～300℃，压力0.5～10MPa，时间为0.5～2hr。[0032]步骤S120：去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液蒸发浓缩处理，得到水分含量在50％～70％的混合液。[0033]优选地，去除所述废液中的焦油物质可以通过油水分离的方式去除焦油物质。[0034]优选地，所述蒸发浓缩为四效浓缩工艺。[0035]步骤S130：调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％，所述大量元素的体积百分比为N、P2O5、K2O的体积百分比之和，所述微量元素的体积百分比为铜、铁、锰、锌、硼、钼的体积百分比之和。[0036]上述步骤S130，可以采用下述方式实现：[0037]步骤S131：检测所述混合液中大量元素、微量元素的含量；
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步骤S132：根据所述大量元素、微量元素的含量，在所述混合液中加入大量元素饱
和溶液及微量元素饱和溶液，并调节所述混合溶液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比≤20％，所述混合液中微量元素的体积百分比≤10％。[0039]优选地，所述大量元素饱和溶液包括尿素、磷酸铵、硫酸钾饱和溶液中的一种或多种，所述微量元素饱和溶液包括硫酸锌、硫酸镁、硫酸亚铁、硼砂等中的一种或多种。[0040]优选地，通过添加氨水或HNO3溶液调节所述混合溶液的pH值，所述pH值的范围为4.0～9.0。[0041]步骤S140：检测所述混合液的pH值、氮、磷、钾、铜、铁、锌、镁、汞、砷、镉、铅、铬的体积百分比，标定产品规格，得到所述液体肥料。[0042]其中，所述液体肥料符合NY1107-2010，适用于林业绿化等领域。[0043]本申请提供的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法，以污泥为原料，将污泥与调理剂混合后于惰性气体的环境气氛中，经水热碳化处理，获取水热碳化废液，调节废液经蒸发浓缩后得到的混合物中的大量元素、微量元素及pH值，得到高质量液态肥料，从而实现了有机废液的资源化利用，减少环境污染，同时创造了经济效益。[0044]以下为具体实施例部分：[0045]实施例1[0046]本实施例的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法的制备过程如下：[0047](1)将市政污泥与HNO3混合后于氮气的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液，所述水热碳化的温度为180℃，压力0.5MPa，时间为2hr；[0048](2)采用油水分离的方式去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液采用四效浓缩工艺处理，得到水分含量在50％的混合液；[0049](3)调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比为20％，所述混合液中微量元素的体积百分比为10％，所述pH值的范围为6.0；[0050](4)检测所述混合液的pH值、氮、磷、钾、铜、铁、锌、镁、汞、砷、镉、铅、铬的体积百分比，标定产品规格，得到所述液体肥料。[0051]实施例2[0052]本实施例的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法的制备过程如下：[0053](1)将消化污泥与H2O2混合后于氮气的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液，所述水热碳化的温度为300℃，压力1MPa，时间为2hr；[0054](2)采用油水分离的方式去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液采用四效浓缩工艺处理，得到水分含量在70％的混合液；[0055](3)调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比为18％，所述混合液中微量元素的体积百分比为8％，所述pH值的范围为4.0；[0056](4)检测所述混合液的pH值、氮、磷、钾、铜、铁、锌、镁、汞、砷、镉、铅、铬的体积百分比，标定产品规格，得到所述液体肥料。[0057]实施例3[0058]本实施例的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法的制备过程如下：
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说 明 书
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(1)将消化污泥与KOH混合后于氮气的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固
液分离得到废液，所述水热碳化的温度为300℃，压力10MPa，时间为0.5hr；[0060](2)采用油水分离的方式去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液采用四效浓缩工艺处理，得到水分含量在70％的混合液；[0061](3)调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比为10％，所述混合液中微量元素的体积百分比为5％，所述pH值的范围为9.0；[0062](4)检测所述混合液的pH值、氮、磷、钾、铜、铁、锌、镁、汞、砷、镉、铅、铬的体积百分比，标定产品规格，得到所述液体肥料。[0063]实施例4[00]本实施例的利用污泥水热碳化废液制备液体肥料的方法的制备过程如下：[0065](1)将消化污泥与ZnCl2混合后于氮气的环境气氛中，经水热碳化处理后，再进行固液分离得到废液，所述水热碳化的温度为200℃，压力5MPa，时间为0.8hr；[0066](2)采用油水分离的方式去除所述废液中的焦油物质，再将所述废液采用四效浓缩工艺处理，得到水分含量在60％的混合液；[0067](3)调节所述混合液中大量元素、微量元素的含量及所述混合液的pH值，使所述混合液中大量元素的体积百分比为15％，所述混合液中微量元素的体积百分比为3％，所述pH值的范围为6.0；[0068](4)检测所述混合液的pH值、氮、磷、钾、铜、铁、锌、镁、汞、砷、镉、铅、铬的体积百分比，标定产品规格，得到所述液体肥料。[0069]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明载的范围。[0070]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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说 明 书 附 图
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图1
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