CN112167006A - 一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法 - Google Patents

一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法 Download PDF

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张冬冬
陈雪娇
戚智勇
周晚来
林伟
杨睿
王虹
李�杰
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Abstract

本发明提供一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，属于植物栽培领域，包括将有机废弃物通过粉碎机破碎成丝状碎屑；经过粉碎后的有机废弃物直接被送入经过预热的反应器内进行反应；在反应器内填充入反应物后，使用过热蒸汽对反应物进行进一步加热；过热蒸汽在反应器内与反应物接触，反应物快速升温，物料中的水分在高温状态下快速蒸发，紧接着反应物开始进入裂解反应；在反应进入深度裂解前将有机物取出反应器并快速降温，所得产品可以直接作为基质使用。利用过热蒸汽驱动的不完全裂解反应，将有机废弃物转化成可以用于设施生产的基质原料，将其中不利于作为基质的一些成分去除掉，并且同时将有机废弃物的主体成分和结构保留。

Description

一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的 方法
技术领域
本发明属于植物栽培技术领域，具体涉及一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法。
背景技术
设施农业是未来农业发展的重点方向，是解决土壤危机，城市绿色食物供应的关键技术，但同时大量集中的农业生产也会产生很多不可以被人类食用的有机废弃物，例如茎秆叶或者腐败的果实等，这些物质会产量巨大，难以处理，会对环境造成大量的问题。
主流的处理方法是将这些有机废弃物进行收集后堆肥或者发酵，但这些过程普遍用时较长且无法彻底的处理掉有机废弃物。也有些方法是将有机废弃物收集后直接作为栽培基质使用(CN103907519A，CN103597925B)，但由于农业生产过程中的有机废弃物通常含有很多不利于植物生产的成分，因此该方法制作的产品无法作为基质使用，因为里面含有很多会对植物生产起到副作用的物质，会降低植物的生产性能，影响作物的产量。另一种新型的研究路径是尝试利用热化学处理的方法将一些有机废弃物变成一种可以替代泥炭功能的产品，但这类研究并不能直接将有机废弃物变成基质的原材料，此外该技术目前在设施农业有机废弃物处理方面还没有案例。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，以解决上述背景技术中提出的问题；本发明所用的不完全裂解反应，通过控制反应温度在有机废弃物主体成分(木质素，纤维素)不受影响或者受极小影响的前提下，将酚类物质去除(裂解或挥发)，这样后续的产品就可以作为基质使用了。本发明使用过热蒸汽驱动不完全裂解反应，通过过热蒸汽的特点使得产品的孔隙率和保水能力得到一定的提升，从而更加适合作为基质使用。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现：一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，包括以下步骤：
S101：收集设施农业中的有机废弃物，并将所有有机废弃物通过粉碎机破碎成丝状碎屑或粉状碎屑；
S102：经过粉碎后的有机废弃物不需经过烘干，直接被送入已经经过了预热的反应器内进行反应；
S103：在反应器内填充入反应物后，使用过热蒸汽对反应物进行进一步加热；
S104：过热蒸汽在反应器内与反应物接触，快速将热量传递给反应物，反应物快速升温，物料中的水分在高温状态下快速蒸发，紧接着反应物开始进入裂解反应；
S105：在反应进入深度裂解前将有机物取出反应器并快速降温，所得产品经过了过热蒸汽的处理后，其中不利于植物生长的成分被大量去除，而剩余部分尚未碳化，所得产品可以直接作为基质使用。
作为优选，步骤S101中，所述丝状碎屑的直径小于5mm，长度短于50mm。
作为优选，步骤S102中，所述反应器温度控制在150-800℃之间。
作为优选，步骤S102中，所述反应器温度控制的最优温度区间为180-400℃。
作为优选，步骤S103中，所述裂解反应时间控制在0-2小时。
作为优选，步骤S103中，所述裂解反应的最优反应时间区间在0.5-1小时。
作为优选，步骤S102中，经过粉碎后的有机废弃物经过烘干后送入已经经过了预热的反应器内进行反应。
反应原理：设施农业的有机废弃物中通常含有酚类、萜类等有机物，当有机废弃物作为植物基质时这些物质会影响植物的生长。本发明所用的不完全裂解反应，通过控制反应温度在有机废弃物主体成分(木质素，纤维素)不受影响或者受极小影响的前提下，将酚类、萜类等物质去除(裂解或挥发)，这样后续的产品就可以作为基质使用了。此外本发明使用过热蒸汽驱动不完全的裂解反应，通过过热蒸汽的活化作用使得产品的孔隙率和保水能力得到一定的提升，从而更加适合作为基质使用。
本发明的有益效果：
(1)本发明所用的不完全裂解反应，通过控制反应温度在有机废弃物主体成分(木质素，纤维素)不受影响或者受极小影响的前提下，将酚类等物质去除(裂解或挥发)，这样后续的产品就可以作为基质使用了。
(2)本发明使用过热蒸汽驱动不完全裂解反应，通过过热蒸汽的特点使得产品的孔隙率和保水能力得到一定的提升，从而更加适合作为基质使用。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
针对技术的缺点：现有的技术很难在去除有机废弃物中不利于植物生产的成分的同时保留对植物无害的结构成分，并同步的优化产物的结构，使其具备保水和带空隙等特征，能够用作设施农业的栽培基质。本发明提供一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，解决上述问题。
实施例1，如图1所示，一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，包括以下步骤：
S101：收集设施农业中的有机废弃物，并将所有有机废弃物通过粉碎机破碎成丝状碎屑或粉状碎屑；
S102：经过粉碎后的有机废弃物被送入已经经过了预热的反应器内进行反应；
S103：在反应器内填充入反应物后，使用过热蒸汽对反应物进行进一步加热；
S104：过热蒸汽在反应器内与反应物接触，快速将热量传递给反应物，反应物快速升温，物料中的水分在高温状态下快速蒸发，紧接着反应物开始进入裂解反应；
S105：在反应进入深度裂解前将有机物取出反应器并快速降温，所得产品经过了过热蒸汽的处理后，其中不利于植物生长的成分被大量去除，而剩余部分尚未碳化，所得产品可以直接作为基质使用。
本实施例中，步骤S101中，所述丝状碎屑的直径小于5mm，长度短于50mm。
本实施例中，步骤S102中，所述反应器温度控制在150℃。
本实施例中，步骤S103中，所述裂解反应时间控制在2小时。
实施例2，如图1所示，一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，包括以下步骤：
S101：收集设施农业中的有机废弃物，并将所有有机废弃物通过粉碎机破碎成丝状碎屑或粉状碎屑；
S102：经过粉碎后的有机废弃物不需经过烘干，直接被送入已经经过了预热的反应器内进行反应；
S103：在反应器内填充入反应物后，使用过热蒸汽对反应物进行进一步加热；
S104：过热蒸汽在反应器内与反应物接触，快速将热量传递给反应物，反应物快速升温，物料中的水分在高温状态下快速蒸发，紧接着反应物开始进入裂解反应；
S105：在反应进入深度裂解前将有机物取出反应器并快速降温，所得产品经过了过热蒸汽的处理后，其中不利于植物生长的成分被大量去除，而剩余部分尚未碳化，所得产品可以直接作为基质使用。
本实施例中，步骤S101中，所述丝状碎屑的直径小于5mm，长度短于50mm。
本实施例中，步骤S102中，所述反应器温度控制在800℃。
本实施例中，步骤S103中，所述裂解反应时间控制在0.2小时。
实施例3，如图1所示，一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，包括以下步骤：
S101：收集设施农业中的有机废弃物，并将所有有机废弃物通过粉碎机破碎成丝状碎屑或粉状碎屑；
S102：经过粉碎后的有机废弃物经过烘干后被送入已经经过了预热的反应器内进行反应；
S103：在反应器内填充入反应物后，使用过热蒸汽对反应物进行进一步加热；
S104：过热蒸汽在反应器内与反应物接触，快速将热量传递给反应物，反应物快速升温，物料中的水分在高温状态下快速蒸发，紧接着反应物开始进入裂解反应；
S105：在反应进入深度裂解前将有机物取出反应器并快速降温，所得产品经过了过热蒸汽的处理后，其中不利于植物生长的成分被大量去除，而剩余部分尚未碳化，所得产品可以直接作为基质使用。
本实施例中，步骤S101中，所述丝状碎屑的直径小于5mm，长度短于50mm。
本实施例中，步骤S102中，所述反应器温度控制为180℃。
本实施例中，步骤S103中，所述裂解反应的最优反应时间区间在1小时。
实施例4，如图1所示，一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，包括以下步骤：
S101：收集设施农业中的有机废弃物，并将所有有机废弃物通过粉碎机破碎成丝状碎屑或粉状碎屑；
S102：经过粉碎后的有机废弃物经过烘干后被送入已经经过了预热的反应器内进行反应；
S103：在反应器内填充入反应物后，使用过热蒸汽对反应物进行进一步加热；
S104：过热蒸汽在反应器内与反应物接触，快速将热量传递给反应物，反应物快速升温，物料中的水分在高温状态下快速蒸发，紧接着反应物开始进入裂解反应；
S105：在反应进入深度裂解前将有机物取出反应器并快速降温，所得产品经过了过热蒸汽的处理后，其中不利于植物生长的成分被大量去除，而剩余部分尚未碳化，所得产品可以直接作为基质使用。
本实施例中，步骤S101中，所述丝状碎屑的直径小于5mm，长度短于50mm。
本实施例中，步骤S102中，所述反应器温度控制为400℃。
本实施例中，步骤S103中，所述裂解反应的最优反应时间区间在0.5小时。
实施例1-4的反应原理：设施农业的有机废弃物中通常含有酚类等有机物，当有机废弃物作为植物基质时这些物质会影响植物的生长。本发明所用的不完全裂解反应，通过控制反应温度在有机废弃物主体成分(木质素，纤维素)不受影响或者受极小影响的前提下，将酚类物质去除(裂解或挥发)，这样后续的产品就可以作为基质使用了。此外本发明使用过热蒸汽驱动不完全裂解反应，通过过热蒸汽的特点使得产品的孔隙率和保水能力得到一定的提升，从而更加适合作为基质使用。
一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，步骤包括：
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S101：收集设施农业中的有机废弃物，并将所有有机废弃物通过粉碎机破碎成丝状碎屑或粉状碎屑；
S102：经过粉碎后的有机废弃物被送入已经经过了预热的反应器内进行反应；
S103：在反应器内填充入反应物后，使用过热蒸汽对反应物进行进一步加热；
S104：过热蒸汽在反应器内与反应物接触，快速将热量传递给反应物，反应物快速升温，物料中的水分在高温状态下快速蒸发，紧接着反应物开始进入裂解反应；
S105：在反应进入深度裂解前将有机物取出反应器并快速降温，所得产品经过了过热蒸汽的处理后，其中不利于植物生长的成分被大量去除，而剩余部分尚未碳化，所得产品可以直接作为基质使用。
2.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，其特征在于：步骤S101中，所述丝状碎屑的直径小于5mm，长度短于50mm。
3.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，其特征在于：步骤S102中，所述反应器温度控制在150-800℃之间。
4.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，其特征在于：步骤S102中，所述反应器温度控制的最优温度区间为180-400℃。
5.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，其特征在于：步骤S103中，所述裂解反应时间控制在0-2小时。
6.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，其特征在于：步骤S103中，所述裂解反应的最优反应时间区间在0.5-1小时。
7.根据权利要求1所述的一种利用过热蒸汽将设施农业有机废弃物变为栽培基质的方法，其特征在于：步骤S102中，经过粉碎后的有机废弃物经过烘干后送入已经经过了预热的反应器内进行反应。
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