CN113336217A - 湿地水生植物资源化回收利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种湿地水生植物资源化回收利用的方法，包括：将收割的湿地水生植物经过风干、磨粉、过筛，得到植物粉末；真空热解炭化，冷却至室温后取出，得到生物炭粉末；加入尿素、过磷酸钙、氯化钾和调节剂均匀混合，得到混合原料；在混合原料中喷洒粘结剂和蒸馏水，投入造粒机制粒，筛分；造粒筛分完成后置于烘箱中烘干，自然冷却至室温，得湿地植物基生物炭颗粒。本发明将收割后的湿地植物直接回收，制备生物炭基肥颗粒，作为水生植物生长所需的碳源重新补充到人工湿地中，对湿地植物生长和可持续水质净化具有显著促进效果，且有利于资源再次回收利用，适合批量生产，从而推动湿地植物的可持续发展，实现湿地环境效益和经济效益的有机统一。

Description

湿地水生植物资源化回收利用的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种湿地水生植物资源化回收利用的方法。
背景技术
芦苇、美人蕉、黄菖蒲等水生植物是湿地生态***中的重要组成部分，其能够通过自身新陈代谢作用从水体中吸收各类有机质、营养盐及重金属等污染物，同时还可以通过光合作用向湿地***中释放氧气，促进根系微生物自营，达到生态自净效果。然而在冬季生长末期阶段，水生植物净化效果会显著减弱，甚至出现部分或全部枯萎、衰败倒伏的现象。若得不到及时的收割和清理，生物质将在湿地中积累，易导致污染物质返还湿地。为此，对水生植物进行合理的收割是控制湿地植物生物量和加强湿地植物管理的有效手段，可以有效移除水体中的污染物质，同时避免植株残体分解腐烂引发湿地水体的二次污染。
水生植物生物资源丰富，目前在燃料制备、饲料生产、食用或药用材料等方面具有一定的开发和应用，但由于受到技术要求、经济成本和人们生活习惯等影响，存在市场狭窄、利用价值低、成本高等难题。目前，大部分水生植物收割后均未能被及时充分利用，植物残体收割后长期堆放，不仅占用大量土地，而且腐烂分解又会带来资源浪费和环境污染问题。因此，科学的水生植物收割利用技术是保障湿地水生植物减量化、资源化和无害化的必要措施，以实现湿地生态效益和经济效益最大化。
在公开号为CN 110813238 A的专利“一种湿地植物资源化利用的方法”中，将湿地植物粉碎初压后将植物滤液引流到人工湿地沉淀池进行沉淀，并将植物颗粒低温干化制成碳棒投加到人工湿地中进行补充。此专利缓解了湿地植物腐烂引发的环境污染问题，然而植物经低温干化后，其本身仍存在大量吸收的重金属和有机物等污染，对湿地存有潜在污染风险。
生物炭是由废弃有机生物质为原料在300-800℃范围内完全无氧或限氧条件下高温热解产生的富碳产物。近年来，生物炭作为高稳定型土壤改良剂受到了广泛的关注。与其他改良材料相比，生物炭具有较大的表面积、较高的孔隙率和丰富的碳源物质，可有效调节土壤结构，缓解土壤中有害物质的胁迫，保留更多的养分和水分，提高植物对土壤养分的吸收、促进植物健康生长。此外，生物炭颗粒的开发又可有效避免应用过程中生物炭因为飘扬而造成损失，且可控制使用量，方便播撒。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种湿地水生植物资源化回收利用的方法，克服了现有湿地水生植物处置过程中植物利用率低、成本高和环境污染风险大等缺点。
为达到上述目的，本发明的解决方案是
一种湿地水生植物资源化回收利用的方法，其包括如下步骤：
(1)、将收割的湿地水生植物经过风干、磨粉、过筛，得到植物粉末；
(2)、将植物粉末真空热解炭化，自然冷却至室温后取出，得到生物炭粉末；
(3)、在生物炭粉末中加入尿素、过磷酸钙、氯化钾和调节剂均匀混合，得到混合原料；
(4)、在混合原料中喷洒粘结剂和蒸馏水，投入造粒机制粒，筛分；
(5)、造粒筛分完成后置于烘箱中烘干，自然冷却至室温，得到湿地植物基生物炭颗粒；
(6)、将湿地植物基生物炭颗粒投放到人工湿地种植土层进行碳源补充或直接使用。
优选地，步骤(1)中，过筛的目数为150-200目。
优选地，步骤(2)中，真空热解炭化的条件为：选用真空管式高温烧结炉，持续通入氮气或二氧化碳以充分营造缺氧条件。
优选地，步骤(2)中，热解的过程以10±0.1℃/min的速率进行升温，至550-600℃后保持炭化2h。
优选地，步骤(3)中，生物炭粉末的含量为50-60份，尿素的含量为35-40份，过磷酸钙的含量为15-20份，氯化钾的含量为15-20份，调节剂的含量为8-12份。
优选地，步骤(3)中，调节剂为凹凸棒粉。
优选地，步骤(4)中，粘结剂选自4±0.1wt％的聚乙烯醇水溶液或4±0.1wt％的聚丙烯酰胺水溶液。
优选地，步骤(3)和步骤(4)中，控制调节剂和粘结剂的添加总量为混合原料的10-18wt％。
优选地，调节剂和粘结剂的添加总量为混合原料的15±0.1wt％。
优选地，步骤(4)中，筛分后得到粒径为1-5mm的球状颗粒，粒径小于1mm或大于5mm的物料研磨粉碎，重新造粒。
优选地，步骤(5)中，烘箱的温度为30-120℃，烘干至含水率为1-4％。
基于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明将收割后的湿地水生植物直接回收制备生物炭基肥颗粒，并作为植物生长所需的碳源重新补充到人工湿地中，对湿地植物生长和可持续水质净化具有显著促进效果，且有利于资源再次回收利用，适合批量生产，从而有利于湿地水生植物的可持续发展，实现湿地环境效益和经济效益的有机统一。
第二、本发明热解炭化得到的生物炭粉末的含碳量高达60％以上，固碳效果优良，同时原料中大量有害物质含量随热裂解过程减少，生物毒性降低，解决了湿地水生植物枯萎衰败或长期占地存放带来的资源浪费问题和环境污染风险，实现湿地植物收割利用的经济化处置。
第三、本发明所生产的生物炭颗粒以湿地水生植物残体为原料制备，成本较低，制备过程无毒无害、绿色环保，且通过混合造粒的方式最终得到颗粒状产品，便于运输，是一种推动环境资源和经济资源协同发展的可持续性资源化利用方法。
附图说明
图1为本发明的湿地水生植物资源化回收利用的方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种湿地水生植物资源化回收利用的方法。
如图1所示，本发明的湿地水生植物资源化回收利用的方法包括如下步骤：
(1)、将湿地水生植物齐根收割，洗净风干后经研磨式粉碎机磨粉、过筛，得到植物粉末；
(2)、将植物粉末真空热解炭化，自然冷却至室温后取出，得到生物炭粉末；
(3)、在生物炭粉末中加入尿素、过磷酸钙、氯化钾和调节剂均匀混合，得到混合原料；
(4)、在混合原料中喷洒粘结剂和蒸馏水，投入造粒机制粒，筛分；
(5)、造粒筛分完成后置于烘箱中烘干，自然冷却至室温，得到湿地植物基生物炭颗粒；
(6)、将湿地植物基生物炭颗粒投放到人工湿地种植土层进行碳源补充或直接销售成品。
其中，在步骤(1)中，经研磨粉碎机磨粉后，过筛的目数可以为150-200目，优选为200目。
在步骤(2)中，真空热解炭化的条件为：选用真空管式高温烧结炉，持续通入氮气或二氧化碳以充分营造缺氧条件，优选为氮气条件。
在步骤(2)中，热解的过程以10±0.1℃/min的速率进行升温，至550-600℃后保持炭化2h，优选为保持550℃炭化2h。
在步骤(3)中，生物炭粉末的含量可以为50-60份，尿素的含量可以为35-40份，过磷酸钙的含量可以为15-20份，氯化钾的含量可以为15-20份，调节剂(凹凸棒粉)的含量可以为8-12份。
在步骤(4)中，粘结剂选自4±0.1wt％的聚乙烯醇水溶液或4±0.1wt％的聚丙烯酰胺水溶液。
在步骤(3)和步骤(4)中，控制调节剂和粘结剂的添加总量为混合原料的10-18wt％，优选为15±0.1wt％。
在步骤(4)中，筛分后得到粒径可以为1-5mm的球状颗粒；粒径小于1mm或大于5mm的物料研磨粉碎，重新造粒。
在步骤(5)中，烘箱的温度可以为30-120℃，优选为120℃；烘干至含水率可以为1-4％，优选为1％。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
本实施例的芦苇资源化回收利用的方法包括如下步骤：
(1)、将齐根收割后的芦苇洗净风干，剪断后放入研磨式粉碎机磨粉，过150目筛，得到芦苇粉末。
(2)、称取200g芦苇粉末，通过瓷舟盛放置于真空管式高温烧结炉，持续通入氮气以充分营造缺氧条件，以10℃/min的速率进行升温至550℃炭化2h，自然冷却至室温后取出。经称量，得到65.52g芦苇基生物炭粉末，经元素分析仪测定，含碳量为64.96％。
(3)、按质量配比，以g为单位称取以下组分原料：58.26g芦苇基生物炭粉末、36.13g尿素、17.65g过磷酸钙、16.13g氯化钾和10.38g凹凸棒粉，以上物料均匀混合，得到混合原料。
(4)、在混合原料中喷洒4wt％的聚乙烯醇水溶液(粘结剂)和蒸馏水，控制调节剂和粘结剂质量占比为15％，分批投入造粒机制粒，筛分得到粒径为2-3mm的球状颗粒。
(5)、将球状芦苇基生物炭颗粒放置于120℃烘箱中，烘干至含水率为2％，烘干时间为4.5h。自然冷却至室温，即得到芦苇基生物炭颗粒，投放于湿地种植土层应用。
实施例2：
本实施例的黄菖蒲资源化回收利用的方法包括如下步骤：
(1)、将齐根收割后的黄菖蒲残体洗净风干，剪断后放入研磨式粉碎机磨粉，过200目筛，得到黄菖蒲粉末。
(2)、称取200g黄菖蒲粉末，通过瓷舟盛放置于真空管式高温烧结炉，持续通入二氧化碳以充分营造缺氧条件，以10℃/min的速率进行升温至550℃炭化2h，自然冷却至室温后取出。经称量，得到61.64g黄菖蒲基生物炭粉末，经元素分析仪测定，含碳量为62.35％。
(3)、按质量配比，以g为单位称取以下组分原料：58.02g黄菖蒲基生物炭粉末、37.23g尿素、18.43g过磷酸钙、18.72g氯化钾和10.02g凹凸棒粉，以上物料均匀混合，得到混合原料。
(4)、在混合原料中喷洒4wt％的聚乙烯醇水溶液(粘结剂)和蒸馏水，控制调节剂和粘结剂质量占比为15％，分批投入造粒机制粒，筛分得到粒径为2-3mm的球状颗粒。
(5)、将球状黄菖蒲基生物炭颗粒放置于120℃烘箱中，烘干至含水率为2％，烘干时间为5h。自然冷却至室温，即得到黄菖蒲基生物炭颗粒，投放于湿地种植土层应用。
实施例3：
本实施例的美人蕉资源化回收利用的方法包括如下步骤：
(1)、将齐根收割后的美人蕉残体洗净风干，剪断后放入研磨式粉碎机磨粉，过150目筛，得到美人蕉粉末。
(2)、称取250g美人蕉粉末，通过瓷舟盛放置于真空管式高温烧结炉，持续通入氮气以充分营造缺氧条件，以10℃/min的速率进行升温至600℃炭化2h，自然冷却至室温后取出。经称量，得到66.84g美人蕉基生物炭粉末，经元素分析仪测定，含碳量为66.28％。
(3)、按质量配比，以g为单位称取以下组分原料：58.54g美人蕉基生物炭粉末、38.23g尿素、16.43g过磷酸钙、17.72g氯化钾和10.68g凹凸棒粉，以上物料均匀混合，得到混合原料。
(4)、在混合原料中喷洒4wt％的聚丙烯酰胺水溶液(粘结剂)和蒸馏水，控制调节剂和粘结剂质量占比为15％，分批投入造粒机制粒，筛分得到粒径为1-2mm的球状颗粒。
(5)、将球状美人蕉基生物炭颗粒放置于120℃烘箱中，烘干至含水率为1％，烘干时间为5h。自然冷却至室温，即得到美人蕉基生物炭颗粒，投放于湿地种植土层应用。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、将收割的湿地水生植物经过风干、磨粉、过筛，得到植物粉末；
(2)、将所述植物粉末真空热解炭化，自然冷却至室温后取出，得到生物炭粉末；
(3)、在所述生物炭粉末中加入尿素、过磷酸钙、氯化钾和调节剂均匀混合，得到混合原料；
(4)、在所述混合原料中喷洒粘结剂和蒸馏水，投入造粒机制粒，筛分；
(5)、造粒筛分完成后置于烘箱中烘干，自然冷却至室温，得到湿地植物基生物炭颗粒；
(6)、将所述湿地植物基生物炭颗粒投放到人工湿地种植土层进行碳源补充或直接使用。
2.根据权利要求1所述的湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述过筛的目数为150-200目。
3.根据权利要求1所述的湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述真空热解炭化的条件为：选用真空管式高温烧结炉，持续通入氮气或二氧化碳以充分营造缺氧条件。
4.根据权利要求1所述的湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述热解的过程以10±0.1℃/min的速率进行升温，至550-600℃后保持炭化2h。
5.根据权利要求1所述的湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述生物炭粉末的含量为50-60份，尿素的含量为35-40份，过磷酸钙的含量为15-20份，氯化钾的含量为15-20份，调节剂的含量为8-12份；
优选地，所述调节剂为凹凸棒粉。
6.根据权利要求1所述的湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述粘结剂选自4±0.1wt％的聚乙烯醇水溶液或4±0.1wt％的聚丙烯酰胺水溶液。
7.根据权利要求1所述的湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：步骤(3)和步骤(4)中，所述调节剂和粘结剂的添加总量为混合原料的10-18wt％；
优选地，所述调节剂和粘结剂的添加总量为混合原料的15±0.1wt％。
8.根据权利要求1所述的湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述筛分后得到粒径为1-5mm的球状颗粒，粒径小于1mm或大于5mm的物料研磨粉碎，重新造粒。
9.根据权利要求1所述的湿地水生植物资源化回收利用的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述烘箱的温度为30-120℃，烘干至含水率为1-4％。
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