本發明涉及環境保護和農業特種肥料技術領域，具體而言，涉及一種水溶性納米有機碳肥及其制備方法。
背景技術：
我國有機廢棄物排放量以年均8-10％的速度逐年遞增，其中工業有機廢水(糖蜜液、酵母液、味精液等)的產生量約為20億噸，農業有機廢棄物(畜禽糞便、沼液沼渣、作物秸稈、鋸沫木屑、蔬果殘渣、酒糟餅粕、菌菇殘渣、蚯蚓糞便等)的產生量約為25億噸，城鎮生活垃圾(餐廚余物、城鎮糞池污泥等)的產生量約為1.9億噸，得到處理的有機廢棄物不足1/3，無害化處理率不到10％，即使得到處理的有機廢棄物，仍然沒有消除其對環境的負面影響。從資源學的觀點看，有機廢棄物也是資源，而且是當前世界上唯一不斷增長的潛在資源。
目前，對于有機廢棄物的處理方法，包括以下幾種：直接農用、堆肥(包括生物腐植酸BFA堆肥)、填埋、沼氣發酵和焚燒等方法。然而，各種處理方法都有自身的弊端和弱點。
其中，農業有機廢棄物直接農用還田是我國的傳統，由于勞動力成本上漲，農家肥量大體沉，人力搬運到田間施肥費時費力，除非自己吃用的糧食蔬果，農民絕不愿意大量使用農家肥，這也是化肥大量使用的重要原因，農家肥的生產沒有經過合理的處理，缺少科技含量，導致大量農業有機廢棄物資源浪費和產生有害氣體、污染地下水源等新的污染問題。采用堆肥(包括生物腐植酸BFA堆肥)的方法占地大，費工、耗時，處理效率不高，產品質量不穩定，商品價值低，與農家肥一樣量大體沉，農民不愿意大量使用，銷售困難。生產過程中同樣會產生有害氣體等污染問題。填埋是城鎮生活垃圾處理的常用方法，在我國占垃圾處理量的80％以上，不僅沒能合理地利用資源，而且還占用大量的土地，容易產生滲濾液、甲烷氣等二次污染。利用有機廢棄物產生沼氣是一項好技術，但前期的投入、操作技術和潛在隱患，技術推廣和可操作性的難度均很大，還存在沼液、沼渣的二次處理問題。焚燒處理有機廢棄物同樣存在技術難度大和二次污染問題，不適合我國的國情。
目前，對有機廢棄物的處理還有一種方法，就是用來生產生物腐植酸。生物腐植酸加工工藝涉及微生物工程、化學工程和生物化學、物理化學等多邊沿學科，概括起來大致分為以下技術流派：以秸稈或木屑為原料，通過固體發酵，然后經堿液浸泡、酸中和，固液分離，用分離后的液體生產生物腐植酸液，殘渣生產固體有機肥；以糞便殘渣為原料，經液體發酵，固液分離，用分離后的液體生產生物腐植酸液，殘渣生產固體有機肥；以有機廢水為原料，經濃縮、活化、催化，固液分離，用分離后的液體生產生物腐植酸液，殘渣生產固體有機肥。以上闡述的是目前我國對有機廢棄物的主要處理方法，特別介紹了目前我國生物腐植酸行業對有機廢棄物處理的主要技術流派，它們有以下共同弊端。
上述方法總體看來，占地大、用工多、費時耗能、費用昂貴、工藝復雜。生產加工過程容易產生二次污染，并且對有機廢棄物轉化不徹底，利用率較低。不能進行工業化生產。
有鑒于此，特提出本發明。
技術實現要素：
本發明的第一目的在于提供一種水溶性納米有機碳肥的制備方法，以解決現有技術中，對有機廢棄物的處理方式占地大、能耗高、價格昂貴、工藝復雜、甚至造成二次污染的問題。所述的應用有機廢棄物制備水溶性納米有機碳肥的的方法，具有占地小、用工少、低能耗、效率高、費用低廉，工藝簡便，適合工業化生產等優點。并且，該方法對原料沒有過多的要求，對一切工、農業有機廢棄物都能進行處理，使其全部成為水溶性納米有機碳肥。并且本發明提供的處理方法，對有機廢棄物處理徹底，無殘渣，無二次污染，可以使有機廢棄物得到完全地轉化和利用。
本發明第二目的在于提供一種所述的水溶性納米有機碳肥的制備方法所制備的水溶性納米有機碳肥，該水溶性納米有機碳肥中還可以添加化肥，使其生產成全營養水溶性納米有機碳肥，并且還包含大量的有益微生物，具有肥效全面均衡等優點。
為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：
一種水溶性納米有機碳肥的制備方法，包括以下步驟：
在有機廢棄物中加入生物動力調控素進行生物酶解除臭，然后進行粉碎，粉碎后加水進行磨漿，在磨漿后得到有機廢棄物漿料中加入化學催化裂解劑，并進行均質乳化處理，然后進行納米萃取處理，再經過濃縮和干燥，得到該液體或固體水溶性納米有機碳肥；
優選的，所述生物動力調控素包括枯草芽孢桿菌、膠凍芽孢桿菌、酵母菌、光合細菌、纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶中的一種或幾種的組合；
優選的，所述化學催化裂解劑包括氫氧化物和過氧化物中的一種或者兩種的組合；
更優選的，所述氫氧化物包括氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣和氫氧化鎂中的一種或者幾種的組合，所述過氧化物包括過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種或者兩種。
優選的，所述納米萃取處理，溶液中粒徑小于1000納米的含碳粒子所占的比例大于95％。
本申請所提供的利用有機廢棄物制備水溶性納米有機碳肥的方法，首先通過大量噴灑生物動力調控素，生物動力調控素由高活性復合益生菌和復合酶組成，通過益生菌和酶的作用，可以有效消除有機廢棄物的臭味。生物動力調控素優選由枯草芽孢桿菌、膠凍芽孢桿菌、酵母菌、光合細菌、纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶組成，然而可以視有機廢棄物的具體成分而定，可以是上述酶和細菌中一種或者幾種的組合，也可以包含上述所列舉的微生物之外的酶或細菌。對經過除臭的有機廢棄物進行粉碎和磨漿，粉碎后再加入具有強氧化性的化學原料，進行化學催化處理。經過均質乳化、納米萃取、濃縮和干燥得到液體或固體水溶性納米有機碳肥。濃縮采用低溫真空濃縮設備，使其含水量低于50％，獲得液體水溶性納米有機碳肥。進一步進行低溫真空干燥操作，使得到的水溶性納米有機碳肥的含水量低于10％，獲得固體水溶性納米有機碳肥。該方法結合了生物酶解和化學降解的方法，同時結合均質乳化和納米萃取技術，是一種低耗、高效、快速、簡便地采用有機廢棄物生產水溶納米有機碳肥的方法。
優選的，所述有機廢棄物包括：工業有機廢水、農業有機廢棄物和城鎮生活垃圾。
工業有機廢水包括：糖蜜液、酵母液、味精液等。農業有機廢棄物包括：畜禽糞便、沼液沼渣、作物秸稈、鋸沫木屑、蔬果殘渣、酒糟餅粕、菌菇殘渣和蚯蚓糞便等。城鎮生活垃圾包括：餐廚余物和城鎮糞池污泥等。
優選的，所述在有機廢棄物中加入生物動力調控素之前，還包括以下步驟：去除有機廢棄物中夾雜的無機固體和塑料。
在有機廢棄物中，去除不能制備肥料的固體部分，包括無機固體和塑料。其中，無機固體包括金屬、玻璃、電池、陶瓷和石塊等。
優選的，所述粉碎的過程，具體包括以下步驟：將生物酶解除臭后的有機廢棄物粉碎至粒徑小于5毫米的顆粒；
更優選的，所述顆粒的粒徑小于3毫米；
進一步優選的，所述粉碎采用濕料粉碎機進行操作。
粉碎后的顆粒便于加水磨漿。
優選的，所述加水進行磨漿的過程，具體包括以下步驟：在所述粉碎后的有機廢棄物中加入其質量1～2倍的水，磨漿至得到的漿料的粒徑小于10微米，更優選的料漿的粒徑小于5微米；
進一步優選的，所述磨漿采用通過膠體磨或錐體磨進行操作。
加水磨漿，進一步減小有機廢棄物原料的粒徑，更有助于提高有機碳肥的水溶性。
優選的，所述化學催化裂解劑與所述料漿的質量比為(1～2)：100。
優選的，在所述納米萃取處理之前，還包括：加入化肥。
優選的，所述納米萃取包括：超臨界萃取、微波萃取、超聲波萃取、超高壓萃取和納米研磨萃取的一種或者幾種的組合；
更優選的，所述納米萃取的溶劑為無機溶劑，所述萃取的次數為1～2次，進一步優選的，所述溶劑為水或二氧化碳。
納米萃取有利于充分提取水溶性成分，提高有機廢棄物的利用率，使有機廢棄物得到最大限度的利用。
優選的，所述超臨界萃取的壓力為25～80MPa，功率為5～25KW，溫度45～80℃，液體流量為1000～2000L/h，萃取時間45～60min；
優選的，所述微波萃取的頻率為300～915MHz，功率為5～25KW，溫度為35～80℃，反應罐容積為1000～3000L或液體流量為1000～3000L/h，萃取時間45～60min；
優選的，所述超聲波萃取的頻率為20～50KHz，功率為5～25KW，溫度為30～60℃，反應罐容積為1000～3000L或液體流量為1000～3000L/h，萃取時間45～60min；
優選的，所述超高壓萃取的壓力為250～380MPa，功率為5～25KW，溫度為30-60℃，液體流量為1000～2000L/h，過壓時間2～5min。
優選的，所述納米研磨萃取的壓力為50～80MPa，功率為5～25KW，溫度為30-60℃，反應罐容積為100～500L或液體流量為1000～5000L/h，過壓時間2～5min。
對于納米萃取的手段，可以采用超臨界萃取、微波萃取、超聲波萃取、超高壓萃取、納米研磨萃取中的一種，或同一種手段的重復多次萃取，或者幾種手段的組合。例如，超高壓萃取2～5分鐘后再次用超高壓萃取2～5分鐘；納米研磨萃取2～5分鐘后再次用納米研磨萃取2～5分鐘；超臨界萃取5～10分鐘后超聲波萃取10～15分鐘；超臨界萃取5～10分后超高壓萃取2～5分鐘；微波萃取10～15分鐘后超高壓萃取2～5分鐘；超聲波萃取10～15分鐘后超高壓萃取2～5分鐘；或者超高壓萃取2～5分鐘后納米研磨萃取2～5分鐘。萃取的頻率、功率、溫度等參數同上述所限定的工藝條件。
如上所述的水溶性納米有機碳肥的制備方法所制備的水溶性納米有機碳肥。
優選的，在所述水溶性納米有機碳肥中，含碳粒子的粒徑小于800納米的顆粒達到99％以上。
本申請所提供的應用有機廢棄物進行制備水溶性納米有機碳肥的方法，其含碳粒子的粒徑普遍小于600～800納米。粒徑小于800納米的含碳粒子的比例可以達到99％以上。植物的有機質營養本質上就是碳元素，但單質碳不溶于水，不能被吸收，本申請所提供的水溶性納米有機碳肥，有效碳的分子粒徑小于800納米，水溶性極好，可被植物根系和土壤微生物直接全部吸收利用。目前，單獨使用有機碳肥無法達到所預期的效果，因此，本申請還在水溶性納米有機碳肥的基礎上，加入化肥。化肥也稱無機肥料，包括氮肥、磷肥、鉀肥、中微量元素肥、復合肥料等。化肥中一般不含有機質，無改土培肥的作用，搭配有機碳肥使用，事半功倍，可以提高肥效。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：
1)、本申請所提供的一種水溶性納米有機碳肥的制備方法，采用有機廢棄物作為原料，具有占地小、用工少、低能耗、效率高、費用低廉，工藝簡便，適合工業化生產等優點。
2)、本申請所提供的一種水溶性納米有機碳肥的制備方法，可以有效徹底地處理有機廢棄物，提高有機廢棄物利用率，處理過程無殘渣，無二次污染，是一種高效徹底利用有機廢棄物的環保方法。
3)、本申請所提供的一種水溶性納米有機碳肥的制備方法所制備的水溶性納米有機碳肥，還可以添加化肥，使其生產成全營養水溶納米有機碳肥，并且還包含大量的有益微生物，具有肥效全面均衡等優點。
4)、本申請所提供的一種水溶性納米有機碳肥的制備方法所制備的水溶性納米有機碳肥，含碳粒子的粒徑小于800納米的顆粒達到99％以上，水溶性極好，可被植物根系和土壤微生物直接全部吸收利用。
具體實施方式
下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發明，而不應視為限制本發明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
實施例1
對有機廢棄物中的廢金屬、廢塑料、廢玻璃、廢電池、陶瓷石塊等進行分揀去雜，在分揀去雜后對其噴灑由枯草芽孢桿菌、膠凍芽孢桿菌、酵母菌、光合細菌、纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶組成的生物動力調控素進行生物酶解除臭，然后通過濕料粉碎機將其粉碎成3毫米以下顆粒。粉碎后按干濕比1：1的比例加水，然后通過膠體磨將其磨成5微米以下的漿料。在加水磨漿后的有機廢棄物漿料中加入1％重量的氫氧化鉀，通過均質乳化機在反應罐內對其進行化學裂解均質乳化。然后進行超臨界萃取，使溶液中粒徑小于1000納米的含碳粒子所占的比例大于95％，超臨界萃取的壓力為25～80MPa，功率為5～25KW，溫度45～80℃，液體流量為1000～2000L/h，萃取時間45～60min。然后進行低溫真空濃縮，使其含水量控制在50％以下，最后通過液體定量灌裝機對其進行灌裝，得到該液體水溶性納米有機碳肥。
實施例2
對有機廢棄物中的廢金屬、廢塑料、廢玻璃、廢電池、陶瓷石塊等進行分揀去雜，然后噴灑由枯草芽孢桿菌、膠凍芽孢桿菌、酵母菌、光合細菌、纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶組成的生物動力調控素進行生物酶解除臭。除臭后通過濕料粉碎機將其粉碎成5毫米以下顆粒。粉碎后，按干濕比1︰2的比例加水，然后通過膠體磨或錐體磨將其磨成10微米以下的漿料。在加水磨漿后的有機廢棄物漿料中加入2％重量的氫氧化銨和1％重量的過硫酸鉀，通過均質乳化機在反應罐內對其進行化學裂解均質乳化。然后進行超高壓萃取，使溶液中粒徑小于1000納米的含碳粒子所占的比例大于95％。超高壓萃取的壓力為250～380MPa，功率為5～25KW，溫度為30-60℃，液體流量為1000～2000L/h，過壓時間2～5min。然后進行低溫真空濃縮，使其含水量控制在50％以下，再通過真空干燥降低含水量至10％以下，最后通過固體粉料定量包裝機對其進行包裝，得到該固體粉狀水溶性納米有機碳肥。
實施例3
對有機廢棄物中的廢金屬、廢塑料、廢玻璃、廢電池、陶瓷石塊等進行分揀去雜，然后噴灑由枯草芽孢桿菌、膠凍芽孢桿菌、酵母菌、光合細菌、纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶組成的生物動力調控素進行生物酶解除臭。除臭后，通過濕料粉碎機將其粉碎成5毫米以下顆粒。粉碎后，按干濕比1︰1的比例加水，然后通過膠體磨或錐體磨將其磨成10微米以下的漿料。在加水磨漿后的有機廢棄物漿料中加入2％重量的氫氧化鉀和1％重量的過硫酸銨，通過均質乳化機在反應罐內對其進行化學裂解均質乳化。加入氮磷鉀、硅鈣鎂等大中微量元素再次進行均質乳化。對均質乳化后的上述混合物料，通過微波萃取設備對其進行萃取，使溶液中粒徑小于1000納米的含碳粒子所占的比例大于95％，微波萃取頻率為300～915MHz，功率為5～25KW，溫度為35～80℃，反應罐容積為1000～3000L，萃取時間45～60min。然后進行低溫真空濃縮，使其含水量控制在50％以下，最后通過液體定量灌裝機對其進行灌裝，得到該液體全營養水溶性納米有機碳肥。
實施例4
對有機廢棄物中的廢金屬、廢塑料、廢玻璃、廢電池、陶瓷石塊等進行分揀去雜，在分揀去雜后對其噴灑由枯草芽孢桿菌、膠凍芽孢桿菌、酵母菌、光合細菌、纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶組成的生物動力調控素進行生物酶解除臭。對分揀去雜生物酶解除臭后的有機廢棄物，通過濕料粉碎機將其粉碎成5毫米以下顆粒。對粉碎后的有機廢棄物，按干濕比1︰1的比例加水，然后通過膠體磨或錐體磨將其磨成10微米以下的漿料。在加水磨漿后的有機廢棄物漿料中加入2％重量的氫氧化鉀和1％重量的過硫酸銨，通過均質乳化機在反應罐內對其進行化學裂解均質乳化。加入氮磷鉀、硅鈣鎂等大中微量元素再次進行均質乳化。對均質乳化后的上述混合物料，通過超聲波萃取設備對其進行萃取，使其溶液中粒徑小于1000納米的含碳粒子所占的比例大于95％，超聲波萃取的的頻率為20～50KHz，功率為5～25KW，溫度為30-60℃，萃取時間為60min。然后進行低溫真空濃縮，使其含水量控制在50％以下，最后通過液體定量灌裝機對其進行灌裝，得到該液體水溶性納米有機碳肥。
實施例5
對有機廢棄物中的廢金屬、廢塑料、廢玻璃、廢電池、陶瓷石塊等進行分揀去雜，然后噴灑由枯草芽孢桿菌、膠凍芽孢桿菌、酵母菌、光合細菌、纖維素酶、葡聚糖酶和木聚糖酶組成的生物動力調控素進行生物酶解除臭。除臭后通過濕料粉碎機將其粉碎成5毫米以下顆粒。粉碎后，按干濕比1︰2的比例加水，然后通過膠體磨或錐體磨將其磨成10微米以下的漿料。在加水磨漿后的有機廢棄物漿料中加入2％重量的氫氧化銨和1％重量的過硫酸銨，通過均質乳化機在反應罐內對其進行化學裂解均質乳化。然后進行納米研磨萃取，使溶液中粒徑小于1000納米的含碳粒子所占的比例大于95％。納米研磨萃取的壓力為50～80MPa，功率為5～25KW，溫度為30-60℃，液體流量為1000～2000L/h，過壓時間2～5min。然后進行低溫真空濃縮，使其含水量控制在50％以下，再通過真空干燥降低含水量至10％以下，最后通過固體粉料定量包裝機對其進行包裝，得到該固體粉狀水溶性納米有機碳肥。
實驗例1水溶性納米有機碳肥肥效作用
2008年6月，四川省宜賓市張姓農戶50多畝正處盛產期的大棚菜椒、茄子被洪水整整淹沒五天，洪水退去后，在該地區的50畝地，每十畝一組，每畝補施了25公斤本發明實施例1～5所提供的水溶性納米有機碳肥。在另外的十畝地中每畝補施了250公斤普通有機肥，作為對比例。上述所有地塊在被洪水淹沒前均按正常栽培施足了普通有機肥和化肥。實驗結果如表1所示。
表1肥效作用測試結果
實驗結果表明，施用本發明實施例所提供的水溶性納米有機碳肥的菜地，一周后所有大棚菜椒和茄子全部恢復正常生長，之后菜地蔬菜生長良好，植株整齊，花多果多，至最后采收期結束，菜椒和茄子平均畝產量仍然高達1.1萬公斤左右，如果不受災，菜椒和茄子的平均畝產量可達1.5萬公斤左右。而未采用本發明提供的水溶性納米有機碳肥，只采用了普通有機肥的菜地，產量極低。
實驗例2水溶性納米有機碳肥粒徑測試
本發明實施例1-5所提供的水溶性納米有機碳肥經過總有機碳檢測儀和納米粒徑檢測儀檢測，其有機碳(生物腐植酸)含量在21％～40％之間，有效碳EC含量在15％～29％之間；納米粒徑在800納米以下占99％以上，900納米以下占90％以上，1000納米以下占100％，200納米以下占10％以上，500納米以下占50％以上。
綜上所述，水溶納米有機碳肥的有機碳(生物腐植酸)含量在21％～40％之間，并且含有大量的有益微生物，易溶于土壤中及被植物吸收利用，可促進土壤團粒結構形成，提高土壤通透性、保水性、保肥力，利于微生物的繁殖和增加，使土壤吸收養分和儲存養分的能力增強，從源頭上解決化肥施用次數多、量大、易流失、利用率低等問題，最終體現在作物的生長發育、產量及品質上。
應用本發明所生產的水溶納米有機碳肥，其所含的有機碳(生物腐植酸)是經過生物、化學、物理多種作用后生產出來的，不同于一般有機肥中的有機碳(生物腐植酸)。因為本發明已經把一切有機廢棄物的成分完全徹底轉化成了簡單、易溶于水的物質，更容易被植物攝取。
盡管已用具體實施例來說明和描述了本發明，然而應意識到，在不背離本發明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權利要求中包括屬于本發明范圍內的所有這些變化和修改。