CN112279247A - 一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法与装置。包括生物质炭制备装置、生物质炭吸附装置、生物质炭肥制备装置，生物质炭制备装置与生物质炭吸附装置通过进料管道连接，进料管道与废气进管连通，进料管道上设置管道混合器，管道混合器位于废气进管的下游，生物质炭吸附装置的内部设置生物质炭吸附***，生物质炭吸附装置设置排气口，生物质炭吸附装置的排料口与生物质炭肥制备装置连接。生物质原料制备得到生物质炭吸附废气后，复配得到肥料，有助于改性土壤，实现生物质原料的再利用和废气的处理。

Description

一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法与装置
技术领域
本发明属于农业工程、环保工程技术领域，具体涉及一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法与装置。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
近些年来，伴随着我国工业经济的持续快速发展，能源消耗量也逐年增加，化工、金属冶炼等工业过程中的化石燃料导致大气中的氮氧化物(NOX)和硫氧化物(SOX)排放量迅速增长。NOX和SOX大量排放是造成酸雨和雾霾的主要因素，对人体健康和生态环境造成巨大危害，成为了社会各界广泛关注的环境问题之一，对工业过程中产生的NOX和SOX的污染控制及处理已经迫在眉睫。
目前，国内外对NOX和SOX的治理以物理化学方法为主。目前针对NOX的处理技术主要有选择性催化还原法和选择性非催化还原法烟气脱硝技术。选择性非催化还原法是在不采用催化剂的情况下，通过向炉膛内适宜位置(温度为950-1010℃)均匀喷入氨、氨水或尿素等氨基还原剂，利用其挥发生成的NH3与烟气中的NOx反应生成N2和H2O；选择性催化还原法是在一些脱销催化剂如V-W/Ti体系催化作用下，向温度为280-420℃的废气中均匀喷入NH3，与NOx反应生成N2和H2O。对于SOX的处理，目前主要用湿法、半干法、干法等多种烟气脱硫工艺。湿法脱硫主要是利用石灰石、磷铵肥、碱式硫酸铝等和水调制成液体吸收剂与SOX发生化学反应，生成固体或液体来去除废气中的SOX；半干法是将一些中和药剂溶于水形成悬浮液，然后喷入烟气中与SOX反应；干法主要是采用粉粒状物质吸收、吸附或催化烟气中的SOX。这些工艺技术广泛应用于电厂、锅炉燃烧、垃圾焚烧等行业中，但是其去除效率受烟气温度、流场、浓度等条件影响，外加催化剂也容易造成投资运行成本增加，有二次污染等缺点。
我国是农业生产大国，农林业产品副产物秸秆、木屑、锯末等产量较大，直接焚烧等处理方式，不仅造成生物质资源的巨大浪费，而且导致大气污染。此外农、林业废弃物的不当处理导致土壤黑土层和表层有机质流失近一半，据统计我国土壤有机质自1982年全国第二次土壤普查以来平均下降了近40％，每亩每年有119公斤土壤有机质流失，土壤的养分严重匮缺。当前我国遏制土壤有机质下降和保障耕地土壤质量，提升耕地的综合生产能力也迫在眉睫。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法与装置。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤装置，包括生物质炭制备装置、生物质炭吸附装置、生物质炭肥制备装置，生物质炭制备装置与生物质炭吸附装置通过进料管道连接，进料管道与废气进管连通，进料管道上设置管道混合器，管道混合器位于废气进管的下游，生物质炭吸附装置的内部设置生物质炭吸附***，生物质炭吸附装置设置排气口，生物质炭吸附装置的排料口与生物质炭肥制备装置连接。
生物质原料通过生物质炭制备装置制备得到生物质炭，然后在进料管道的管道混合器中与废气进行预混合，然后在生物质炭吸附装置中，实现废气和生物质炭的充分混合，废气经过被充分吸附后排出，吸附饱和后的生物质炭经过酸碱淋洗去除重金属后，进入到生物质炭肥制备装置中进行复配得到肥料。
第二方面，一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法，所述方法包括利用生物质炭原料制备活性炭；
利用制备得到的活性炭与废气进行吸附；
利用吸附废气后的活性炭与基础载体和复配原料进行复配制备得到肥料。
吸附饱和后的生物质炭与复配原料、基础载体进行复合后得到肥料，可以充分了利用废气中的硫元素和氮元素，可以作为一种土壤肥料。
第三方面，上述制备方法得到的肥料。包括吸附饱和的生物质炭和基础载体、复配原料。
第四方面，上述所述的肥料在农业领域中的应用。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
通过化学、工业工程综合手段的运用，一方面解决了秸秆腐烂/燃烧造成的农村环境污染，另一方面有效解决工业燃料燃烧过程中SOX和NOX导致的大气环境污染问题，同时还对农村土壤长期可持续修复有重要的工程意义。
利用生物质原料制备生物质炭实现了废气中的SOX和NOX有效吸附处理，可以对SO2和SO3、NO和NO2均具有较好的吸附效果，吸附处理后的废气得到净化。
利用生物质炭复配得到的肥料，相比于现有的肥料，可以有助于提高土壤的碳含量。相比于现有的肥料，营养成分更加的丰富，相比于直接将生物质原料作为土壤的原料，直接添加生物质炭，使土壤获取碳元素更加的直接，并且实现了生物质原料的充分利用，生物质炭吸附氮、硫并高温固化，在土壤中缓慢释放到土壤中，给土壤直接补充硫元素和氮元素。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为农业废弃物综合利用的***的结构图；
图2为豆芽鲜重增重图；
其中，1、淋洒浸泡装置，2、高温反应器，3、粉末炭存储器，4、吸附反应器，5、淋洒混合器，6、搅拌混合器，7、干燥器，8、管道混合器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤装置，包括生物质炭制备装置、生物质炭吸附装置、生物质炭肥制备装置，生物质炭制备装置与生物质炭吸附装置通过进料管道连接，进料管道与废气进管连通，进料管道上设置管道混合器，管道混合器位于废气进管的下游，生物质炭吸附装置的内部设置生物质炭吸附***，生物质炭吸附装置设置排气口，生物质炭吸附装置的排料口与生物质炭肥制备装置连接。
生物质原料通过生物质炭制备装置制备得到生物质炭，然后在进料管道的管道混合器中与废气进行预混合，然后在生物质炭吸附装置中，实现废气和生物质炭的充分混合，废气经过被充分吸附后排出，吸附饱和后的生物质炭进入到生物质炭肥制备装置中进行复配得到肥料。
在本发明的一些实施方式中，生物质炭制备装置包括淋洒浸泡装置、高温反应器，淋洒浸泡装置的物料出口与高温反应器连接。优选的，淋洒浸泡装置的顶部设置喷头。淋洒浸泡装置通过喷头对生物质原料进行喷洒活化剂，将活化剂均匀的喷洒在生物质原料上，然后使活化剂浸没生物质原料，经过一段时间后，生物质原料进入高温反应器中，进行热解和炭化。
在本发明的一些实施方式中，生物质炭制备装置还包括粉末炭存储器，高温反应器与粉末炭存储器连接，粉末炭存储器的物料出口连接进料管道，粉末炭存储器的物料出口设置输料泵。
在本发明的一些实施方式中，生物质炭吸附装置包括若干吸附反应器通过出气口串联连接，若干吸附反应器的物料出口分别与生物质炭肥制备装置连接。废气依次经过若干吸附反应器的吸附，然后再排出。吸附反应器与生物质炭肥制备装置连接的管路上设置输料泵。
在本发明的一些实施方式中，生物质炭吸附***的内部设置滤布。利用多层滤布对吸附了氮硫营养物质的活性炭进行高效截留，利用刮碳装置将已拦截的碳收集送入淋洒混合器。
在本发明的一些实施方式中，生物质炭肥制备装置包括依次连接的淋洒混合器、搅拌混合器、干燥器，生物质炭吸附装置与淋洒混合器连接。优选的，淋洒混合器中设置喷头。淋洒混合器中，将复配原料的溶液通过喷头喷到生物质炭上后，进入搅拌混合器中进行充分的搅拌混合，经过干燥得到生物质炭肥料。淋洒混合器、搅拌混合器、干燥器之间连接的管道上设置输料泵。
第二方面，一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法，所述方法包括利用生物质炭原料制备活性炭；
利用制备得到的活性炭与废气进行吸附；
利用吸附废气后的活性炭与基础载体和复配原料进行复配制备得到肥料。
在本发明的一些实施方式中，生物质原料为秸秆、树木、树叶、果壳等农林废弃物。
在本发明的一些实施方式中，利用生物质炭原料制备活性炭的方法为：将生物质原料与活化剂进行浸泡，浸泡后的生物质原料进行热解炭化得到生物质炭。
优选的，活化剂为碱性活化剂或酸性活化剂，碱性活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等，酸性活化剂为硼酸、硝酸、盐酸、柠檬酸等。
优选的，浸泡的时间为6～12h。
优选的，热解炭化的温度为400～700℃。
在本发明的一些实施方式中，废气的主要成分为SOX和NOX，SOX为SO2和SO3，NOX为NO和NO2。优选的，废气中的SOX的质量百分含量为1～400‰，NOX的质量百分含量为0.5～5‰。
在本发明的一些实施方式中，吸附废气后的活性炭进行复配的过程中，复配原料包括氮源、磷源、钾源、微量元素源、中量元素源等中的一种或多种。优选的，氮源为碳酸氢铵、尿素、硝铵、氨水、氯化铵、硫酸铵等中的一种或多种。优选的，磷源为磷酸钙、磷酸铵等中的一种或两种。优选的，钾肥为氯化钾、硫酸钾、硝酸钾等中的一种或多种。优选的，微量元素源为***钠、硒酸钠、硼酸、硼砂、硫酸锌、氯化锌、硫酸铜、硫酸锰、氯化锰、钼酸铵、钼酸钠中的一种或多种。优选的，中量元素为硫酸钙、硝酸钙、硫酸镁、硝酸镁中的一种或多种，优选的，基础载体为膨润土。
生物质活性炭吸附SOX和NOX后，可以适当加入上述的复配原料，以满足肥料的元素含量，然后再加入膨润土载体。实现生物质肥料的复配。
在本发明的一些实施方式中，吸附废气后的活性炭进行复配的方法为：吸附废气后的活性炭与膨润土、复配原料的溶液进行混合，混合后进行干燥得到肥料。
第三方面，上述制备方法得到的肥料。包括吸附饱和的生物质炭和基础载体、复配原料。
在本发明的一些实施方式中，吸附饱和的生物质炭20-40份，膨润土10-30份，硫酸钙20-30份，氮源1-5份。
第四方面，上述所述的肥料在农业领域中的应用。
优选的，酸性活性剂处理得到的肥料用于碱性土壤，碱性活化剂处理得到的肥料用于酸性土壤。不同活性剂适用于不同的土壤，能够让土壤pH在中性范围左右，利于作物生长。
如图1所示，在一种实施方式中，农业废弃物综合利用的***，包括淋洒浸泡装置1、高温反应器2、管道混合器8、粉末炭存储器3、若干吸附反应器4、淋洒混合器5、搅拌混合器6、干燥器7，淋洒浸泡装置1的物料出口与高温反应器2连接。高温反应器2与粉末炭存储器3连接，粉末炭存储器3的物料出口连接进料管道，进料管道上设置管道混合器8，粉末炭存储器的物料出口设置输料泵。若干吸附反应器4通过出气口串联连接，若干吸附反应器的物料出口分别与生物质炭肥制备装置连接。生物质炭肥制备装置包括依次连接的淋洒混合器5、搅拌混合器6、干燥器7。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
将秸秆浸泡在碱性活化剂中进行碱化处理，浸泡时间为6h；浸泡后将秸秆放入到高温反应器中，进行热解和炭化，热解炭化的温度为450℃。
炭化得到的活性炭与废气进行吸附处理，废气中SO2的质量百分含量为10％，NO的质量百分含量为1‰，SO3的质量百分含量为10％，NO2的质量百分含量为0.5‰；
吸附饱和后的活性炭20份，淋入尿素、磷酸铵的复配溶液，尿素和磷酸铵的复配溶液分别是尿素的水溶液和磷酸铵的水溶液，其中尿素溶液的质量浓度为1％，磷酸铵溶液的质量浓度为5％，再投入膨润土20份、硫酸钙20份进行搅拌并干燥得到肥料。
废气经过吸附后出口的SO2的质量百分含量为1％，NO的质量百分含量为0.3‰，SO3的质量百分含量为1.5％，NO2的质量百分含量为0.1‰；
实施例2
将秸秆浸泡在碱性活化剂中进行碱化处理，浸泡时间为8h；浸泡后将秸秆放入到高温反应器中，进行热解和炭化，炭化的温度为500℃。
炭化得到的活性炭与废气进行吸附处理；废气中SO2的质量百分含量为15％，NO的质量百分含量为2‰，SO3的质量百分含量为15％，NO2的质量百分含量为1‰；
吸附饱和后的活性炭30份，淋入尿素、磷酸铵的复配溶液，尿素和磷酸铵的复配溶液分别是尿素的水溶液和磷酸铵的水溶液，其中尿素溶液的浓度为1.5％，磷酸铵溶液的浓度为6％，再投入膨润土20份、硫酸钙20份进行搅拌并干燥得到肥料。
废气经过吸附后出口的SO2的质量百分含量为1.5％，NO的质量百分含量为1.5‰，SO3的质量百分含量为2％，NO2的质量百分含量为0.3‰；
实施例3
将秸秆浸泡在碱性活化剂中进行碱化处理，浸泡时间为10h；浸泡后将秸秆放入到高温反应器中，进行热解和炭化，炭化的温度为550℃。
炭化得到的活性炭与废气进行吸附处理；废气中SO2的质量百分含量为20％，NO的质量百分含量为3‰，SO3的质量百分含量为15％，NO2的质量百分含量为2‰；
吸附饱和后的活性炭40份，淋入氯化铵、磷酸钙的复配溶液，尿素和磷酸铵的复配溶液分别是尿素的水溶液和磷酸铵的水溶液，其中尿素溶液的浓度为2％，磷酸铵溶液的浓度为8％，再投入膨润土30份、硫酸钙30份进行搅拌并干燥得到肥料。
废气经过吸附后出口的SO2的质量百分含量为3％，NO的质量百分含量为0.6‰，SO3的质量百分含量为4％，NO2的质量百分含量为0.6‰；
对比例1
相比于实施例1，不同之处在于肥料制备过程不使用生物质炭。
实施例1至实施例3、对比例1得到的肥料在土壤中进行应用，通过考察豆芽生长产量进行分析，豆芽产量如下图所示，由图2可知，以绿豆芽增产效果来看，经过本发明用肥料后，绿豆芽有明显的增产增重效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤装置，其特征在于：包括生物质炭制备装置、生物质炭吸附装置、生物质炭肥制备装置，生物质炭制备装置与生物质炭吸附装置通过进料管道连接，进料管道与废气进管连通，进料管道上设置管道混合器，管道混合器位于废气进管的下游，生物质炭吸附装置的内部设置生物质炭吸附***，生物质炭吸附装置设置排气口，生物质炭吸附装置的排料口与生物质炭肥制备装置连接。
2.如权利要求1所述的综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤装置，其特征在于：生物质炭制备装置包括淋洒浸泡装置、高温反应器，淋洒浸泡装置的物料出口与高温反应器连接。
3.如权利要求1所述的综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤装置，其特征在于：生物质炭制备装置还包括粉末炭存储器，高温反应器与粉末炭存储器连接，粉末炭存储器的物料出口连接进料管道，粉末炭存储器的物料出口设置输料泵。
4.如权利要求1所述的综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤装置，其特征在于：生物质炭吸附装置包括若干吸附反应器通过出气口串联连接，若干吸附反应器的物料出口分别与生物质炭肥制备装置连接。
5.如权利要求1所述的综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤装置，其特征在于：生物质炭吸附***内设置滤布；
或，生物质炭肥制备装置包括依次连接的淋洒混合器、搅拌混合器、干燥器，生物质炭吸附装置与淋洒混合器连接。
6.一种综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法，其特征在于：所述方法包括利用生物质炭原料制备活性炭；
利用制备得到的活性炭与废气进行吸附；
利用吸附废气后的活性炭与基础载体和复配原料进行复配制备得到肥料。
7.如权利要求6所述的综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法，其特征在于：生物质原料为秸秆、树木、树叶、果壳农林废弃物；
或，利用生物质炭原料制备活性炭的方法为：将生物质原料与活化剂进行浸泡，浸泡后的生物质原料进行热解，热解后在惰性气体的条件下进行炭化得到生物质炭；
优选的，活化剂为碱性活化剂或酸性活化剂，碱性活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等，酸性活化剂为硼酸、硝酸、盐酸、柠檬酸；
优选的，浸泡的时间为6～12h；
优选的，热解的温度为400～700℃；
或，废气的主要成分为SOX和NOX，SOX为SO2和SO3，NOX为NO和NO2；优选的，废气中的SOX的质量百分含量为1～400‰，NOX的质量百分含量为0.5-5‰。
8.如权利要求6所述的综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法，其特征在于：吸附废气后的活性炭进行复配的过程中，复配原料包括氮源、磷源、钾源、微量元素源、中量元素源中的一种或多种；优选的，氮源为碳酸氢铵、尿素、硝铵、氨水、氯化铵、硫酸铵中的一种或多种；优选的，磷源为磷酸钙、磷酸铵中的一种或两种；优选的，钾肥为氯化钾、硫酸钾、硝酸钾中的一种或多种；优选的，微量元素源为***钠、硒酸钠、硼酸、硼砂、硫酸锌、氯化锌、硫酸铜、硫酸锰、氯化锰、钼酸铵、钼酸钠中的一种或多种；优选的，中量元素为硫酸钙、硝酸钙、硫酸镁、硝酸镁中的一种或多种；
或，吸附废气后的活性炭进行复配的方法为：吸附废气后的活性炭与膨润土、复配原料的溶液进行混合，混合后进行干燥得到肥料。
9.如权利要求6-8任一所述的综合利用农业废弃物处理废气与修复土壤方法得到的肥料；
吸附饱和的生物质炭20-40份，膨润土10-30份，硫酸钙20-30份，氮源1-5份。
10.权利要求9所述的肥料在农业领域中的应用；
优选的，酸性活性剂处理得到的肥料用于碱性土壤，碱性活化剂处理得到的肥料用于酸性土壤。
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Title
朱晓等: "生物质活性炭烟气脱硫脱硝的研究进展", 《生物质化学工程》 *

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