CN101787312B - 垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆及其制备工艺，旨在一种节能减排与环境治理相结合的、成本低的垃圾渗沥为原料制备的生物炭浆及其制备工艺。本发明以生物炭、垃圾渗沥液、甲醇、高温砂、添加剂作为原料进行混合、粉碎、均化、过滤制备生物炭浆，利用本发明的生物炭浆代替燃油进行使用，从而有效节约能源、降低燃料成本，并且对城市环境起到良好的治理作用，达到促进经济、环境的健康、可持续发展的目的。本发明可广泛用于工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉的代油燃烧领域以及城市环境治理等领域。

Description

垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆及其制备工艺。

背景技术

城市垃圾污染是环境问题的另一个难题。随着生活水平的提高，城市垃圾数量、城市污水排放量迅猛增长，城市排放的污水经过污水处理厂的处理产生大量的有机污泥及垃圾填埋场产生的垃圾渗沥液已成为城市急需解决的、突出的环境问题；在目前所应用的垃圾渗沥液处理工艺中，大部分采用生物法处理，但由于垃圾渗沥液中COD一般在10000-20000mg/l左右，同时悬浮物、氨氮浓度也相当高。另一方面，由于垃圾渗沥液中BOD/COD比值低，可生化性差，生物处理效率不高。填埋场填埋年限达到一定时间后，垃圾渗沥液的水质将发生很大的变化，渗沥液可生化性将变得更差，COD浓度更高，在这种情况下，生物菌无法适应，并最终导致全部死亡，整个处理系统完全失败。遇到下雨季节，垃圾填埋场的渗滤液大量外排，流入城市管网，对城市整体污染较大。处理垃圾渗沥液的投资运行成本极高，一般每吨垃圾渗沥液的投资达到3-5万元，运行费用在50元/吨以上。国家在2008年对垃圾填埋场进行了标准修改，要求垃圾渗滤液排放浓度在100mg/L以下，更是增加了垃圾渗滤液投资和运行成本。因此，垃圾渗滤液的处理必须寻找新的出路。

众所周知，能源已成为经济社会发展的重要制约因素之一，近年来，能源价格瞬息万变，国内煤、电、油供应矛盾日趋加重，经济发展与资源环境的矛盾日益尖锐，节能减排意义重大，任务艰巨；资源匮乏及环境恶化是当今世界各国面临的重大问题，各种污染对地球环境的损害日益严重；人类只有尽快摆脱对天然矿物燃料的依赖，合理开发利用再生能源，在此背景下，生物炭应运而生，生物炭作为一种新生的洁净能源之一，逐渐得到人们的认可和接收，但由于现有技术的不完善，利用生物炭替代传统燃料的难度较大，因而尚未得到广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种节能减排与环境治理相结合的、燃烧成本较低的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆及其制备工艺。

本发明所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆所采用的技术方案是：按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆包括以下组分：

生物炭    40％～55％    垃圾渗沥液    25％～40％

甲醇      16％～20％    高温砂        1％～2％

添加剂    0.3％～1.2％。

所述添加剂包括分散剂和稳定剂。

按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆的组分为：

生物炭    40％    垃圾渗沥液    38％

甲醇      20％    高温砂        1％

添加剂    1％。

按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆的组分还可以是：

生物炭    53％    垃圾渗沥液    28％

甲醇      16％    高温砂        2％

添加剂    1％。

按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆还包括以下组分：生活污泥1％～10％。

按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆添加生活污泥后的组分为：

生物炭    45％       垃圾渗沥液    30％

甲醇      18％       高温砂        1.5％

生活污泥  5％        添加剂        0.5％。

按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆添加生活污泥后的组分还可以是：

生物炭    48％        垃圾渗沥液    25％

甲醇      17％        高温砂        1.5％

生活污泥  8％         添加剂        0.5％。

本发明所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆的制备工艺所采用的技术方案是：将所需份量的生物炭、生活污泥、高温砂输送至喂料机构内，同时计量投加垃圾渗沥液及添加剂混合经一级粉碎后，再次计量投加所述添加剂并计量加入甲醇进行二级粉碎，然后进入均化池，均化后经过过滤器进行过滤，过滤后得到成品生物炭浆，装入储罐。

优化地，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆的制备工艺中，将所需份量的生物炭、高温砂输送至喂料机构的同时，计量加入生活污泥。

所述一级粉碎采用滚筒式磨机研磨粉碎；所述二级粉碎采用行星磨机研磨粉碎。在实际应用中，所述一级粉碎、二级粉碎还可采用其他磨机。

本发明的有益效果是：本发明所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆有效利用了垃圾渗沥液及生物炭为生物炭浆的生产原料制备生物质能燃料，以作为新型洁净能源进行代油燃烧，生物炭浆作为一种生物质能燃料其与煤炭、石油等矿物能源相比，硫、氮含量低，灰份低，充分燃烧后烟尘排放可达到格林曼黑度0级、含硫氧化物和含氮氧化物排放量很低且生物质燃烧过程具有二氧化碳零排放的特点，显著、有效地达到节能减排的目的。

垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆的特性指标

且本发明提供的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆具有良好的稳定性和流变性，易于装卸、储存、管道输送及雾化和流化悬浮燃烧。可广泛用于工业锅炉、工业窑炉、垃圾电厂的代油燃烧。

本发明提供的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆在燃烧过程中，温度达1000℃以上，因而在燃烧过程中能够有效降解垃圾渗沥液中的二噁英等有害物质，减少对环境的二次污染(在大于850℃的温度环境下，燃烧时间大于2秒，二噁英可分解为CO₂和H₂0)。

并且由于垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆的灰分一般不大于3％，因此燃烧后产生微量废渣是很好的钾肥，可用于农业肥田，实现变废为宝的目的，使资源得到更充分、有效的利用。

从经济角度考虑，生物炭浆与燃油对比，其经济成本比工业柴油节约40％、比天然气节约22％。因此，使用生物炭浆可大幅降低企业的燃料成本。具体对比数据参考下表：

4吨/小时工业锅炉运行成本比较表

2.5吨左右的生物炭浆可替代1吨重油或柴油且燃烧效率大于98％，达到燃油同等水平。

本发明所述生物炭是由农林生物废弃物(如农作物桔杆等)经炭化工艺制取的，目前利用农林生物废弃物制取生物炭的技术已逐渐成熟，市场上亦可购得成品生物炭，而我国是农业大国，农林资源丰富，据有关部门统计每年农作物桔杆等剩余物为100亿吨左右，其中仅有20％～30％剩余物被利用；其余作为垃圾被扔掉，就树枝、锯末、稻壳、农作物各类桔杆也有十几亿吨被扔掉；按生物质炭2∶1比例计算就有几亿吨的新能源原料产生。生物质能是人类利用最早的能源之一，具有分布广、可再生、成本低等优点，是一种理想的可再生资源。生物质能间接来自太阳能，是取之不尽，用之不竭的，生物质能源与煤炭、石油等矿物能源相比，硫、氮含量低，灰份低，充分燃烧后烟尘、含硫氧化物和含氮氧化物排放量很低；且生物质燃烧过程具有二氧化碳零排放的特点。

我国是人口众多的农业国家，生物质能在我国的能源结构中占有相当重要的地位，尤其在广大农村地区，生物质能曾经是最重要的能源。长期以来，大多数生物质能的利用以直接燃烧为主，造成了大量的烟尘排放和余灰的堆积，成为阻碍农村经济和社会进步的重要因素之一。随着科学技术的发展和进步，生物质能可通过各种转换技术高效的加以利用，以代替煤炭、石油和天然气等矿物燃料。

所以，开发和利用生物质能源，对实现可持续发展、保障国家能源安全、改善生存环境和减少二氧化碳都具有重要作用和实际意义。本发明提供的生物炭浆利用水煤浆技术的合成原理将农林废弃物制取的生物炭和垃圾渗滤液等进行有机合成，合成后的燃料具有低灰、低硫、二氧化碳零排放等特点，既解决了环保问题，又是较好的替代工业燃油产品。

生物炭的来源主要是农林废弃物，这方面市场资源广阔，可就近购置生物炭原料，方便快捷，且供应稳定，价格低廉。

本发明中，还可计量添加生活污泥作为生物炭浆的组份之一，从而进一步加大了环境治理的力度，

综上所述，本发明的突出优点表现有：

1)本发明具有良好的生态效益

利用城市生活污泥和垃圾填埋场的垃圾渗沥液为原料生产生物炭浆，可减少水污染和有效降解二噁英等有害物质，从而减少对环境的二次污染。同时，节省了大额的由于处理生活污泥和垃圾渗滤液而投入的费用，达到了减量化、无害化、资源化的政策要求。

2)本发明具有良好的社会效益

充分、有效利用农林废弃物等生物能源产业属于国家鼓励发展的产业。本发明有良好的环保优势、节能优势及安全优势，能够有效改善当地环境，节约能源，对促进建设资源节约、环境友好型社会起到很好的示范作用。

3)本发明具有良好的经济效益

本发明提供的生物炭浆是代油燃料，同油相比具有较好的性价比，利润空间较大，同时对用户能够节约燃料成本，无论对自身还是用户均具有良好的经济效益。目前工业柴油的价格在6000元/吨左右，生物炭浆经核算成本后的预计市场价格在1400-1600元/吨左右，按当量热值2.5吨植物炭等于1吨工业柴油计，生物炭浆和工业柴油每吨价差为2500元左右，因此生物炭成本降低优势是明显的。

生物炭浆成浆过程中，所述垃圾渗沥液中的腐植酸类物质有助于生物炭浆中生物炭颗粒的进一步分散和稳定，因此，采用垃圾渗沥液替代普通水不仅可节约净水资源，还可以增进和改善生物炭浆的流变特性及在一定程度上减少添加剂的使用量，进一步降低生物炭浆的制备成本。

本发明所述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆的制备工艺中，采用多级粉碎研磨，并且利用滚筒式磨机与行星磨机相结合，确保各种原料充分混合，并得到大小合适的级配，确保生物炭浆具备优良的燃烧性能。

具体实施方式

实施例一：

本发明所述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，按重量百分比，其包括以下组分：

生物炭    40％        垃圾渗沥液    38％

甲醇      20％        高温砂        1％

添加剂    1％。。

上述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆的制备工艺是：将上述百分比含量的生物炭、高温砂输送至喂料机构内，同时通过电脑计配系统计量投加垃圾渗沥液及添加剂混合经滚筒式磨机进行一级研磨粉碎后，再次计量投加所述添加剂并计量加入甲醇经行星式磨机进行二级研磨粉碎，然后进入均化池，均化后经过过滤器进行过滤，过滤后得到成品生物炭浆，装入储罐。

所述一级粉碎的滚筒式磨机为2舱室配置，担负待加工物料的粗粉碎工作，所述滚筒式磨机生产能力15～20吨/小时，装机容量250Kw，进料粒度0～10mm，粗浆粒度50目。所述二级粉碎的行星式磨机通过行星运动使舱内研磨体产生的离心力使研磨体之间发生对搓，达到待加工物料的超细粉碎加工，所述行星式磨机生产能力15～20吨/小时，装机容量180Kw，进料粒度0～3mm，细浆粒度200目筛余小于15％。

本实施例中，所述生物炭由农林废弃物如树枝、锯末、稻壳、农作物各类桔杆经炭化工艺制得，其制备工艺为：在反应池中常压条件下，采用热化学转化法，辅以微量炭化粉多元催化，升温100-500度的农林废弃物，遇到炭化粉马上升温100倍，使炭化粉与秸秆接触部分产生10000-50000度高温从秸秆中穿过，使秸秆快速闪电式裂解成炭，秸秆不充分燃烧，成炭率高达50-75％，灰份少，平均含硫量3.8‰。农林废弃物炭化后形成的生物炭最大的特点孔隙率比较大，吸湿性比较强，给生物炭浆的成浆性带来较大影响。将化学助剂与生物炭粉混合反应，促使其在一定程度上改性，保证生物炭原料的燃烧特性，使生物炭浆燃烧时更稳定。

本发明中所述高温砂的作用是提高生物炭的灰溶点，防止生物炭结渣，影响成浆效果；本发明所需的高温砂可由高温砂的生产供应商提供。所述甲醇的作用是提高生物炭浆的热值，以确保生物炭浆具备较好的燃烧性能。

本实施例中，所述添加剂为分散剂及稳定剂。由于生物炭粉是一种由有机物构成的复杂复合物，与水的界面相容性较差，因此很难在水中稳定分散。

生物炭浆中则通过分散剂将平均粒度在74um的生物炭颗粒在垃圾渗沥液中均匀的分散开，形成均质的液态流体物质，即生物炭浆；该分散剂实际上是一种界面改性剂，其原理是在每粒生物炭颗粒的表面形成一个包膜，改善其和水的相容性，使原先的生物炭/水界面张力被分散剂/水界面张力所取代。该包膜表面具有3个特点，一是增加增加颗粒表面电性(电荷稳定)，二是在颗粒表面形成空间阻碍，(位阻稳定)，三是避免颗粒靠近(自由稳定)，形成颗粒间的均匀分散。目前，该分散剂主要有腐植酸系列、萘系列、木质素系列及高分子系列等。由于垃圾渗沥液本身的特性是含有一定量的大分子结构的腐植酸类物质，而这类物质本身也属于表面活性剂的一种，即有一定的分散作用。由于分散剂的时效性，在一定时候生物炭浆会发生软沉淀和硬沉淀，不再具备流体状态而失效，对此，为防止失效，通常采取定时搅拌和添加稳定剂的做法，该稳定剂为本领域常规和常用的稳定剂。

实施例二：

本实施例中，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，按重量百分比，其包括以下组分：

生物炭            53％        垃圾渗沥液    28％

甲醇              16％        高温砂        2％

添加剂            1％。

本实施例的制备工艺及其他特征与实施例一一致。

实施例三：

本实施例中，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，按重量百分比，其包括以下组分：

生物炭            45％       垃圾渗沥液    30％

甲醇              18％       高温砂        1.5％

生活污泥          5％        添加剂        0.5％。

与实施例一相比，本实施中加入了适量生活污泥，根据城市污水处理厂排放的污泥分析，初沉污泥有机物含量在55-70％之间，活性污泥有机物含量在70-85％之间，该类污泥粒度细，有机物热值在2200-4000大卡/公斤干污泥，具体指标见下表。

生活污泥特性数据表

因此，污泥所含的有机物一般均有较高的热值，但是由于大量水分的存在，使得这部分热值无法得到利用。如果将污泥替代一部分生物炭粉制成生物炭浆，燃烧是可能的。

本实施例述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆的制备工艺是：将上述百分比含量的生物炭、高温砂输送至喂料机构内，并同时将生活污泥计量输送至喂料机构内，同时通过电脑计配系统计量投加垃圾渗沥液及添加剂混合经滚筒式磨机进行一级研磨粉碎后，再次计量投加所述添加剂并计量加入甲醇经行星式磨机进行二级研磨粉碎，然后进入均化池，均化后经过过滤器进行过滤，过滤后得到成品生物炭浆，装入储罐。

实施例四：

本实施例中，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，按重量百分比，其包括以下组分：

生物炭      48％    垃圾渗沥液    25％

甲醇        17％    高温砂        1.5％

生活污泥    8％     添加剂        0.5％。

本实施例的制备工艺及其他特征与实施例三相同。

实施例五：

本实施例中，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，按重量百分比，其包括以下组分：

生物炭      48％    垃圾渗沥液    25％

甲醇        17％    高温砂        1.5％

生活污泥    3％     添加剂        0.5％

造纸黑液    5％。

与实施例四相比，本实施中加入了适量造纸黑液，造纸厂在造纸时，将造纸原料如木料等蒸煮粉碎漂白制成纸浆的过程中所产生的废水即为所述造纸黑液，造纸黑液作为一种有机废水，如果将其任意排放，必然对环境造成污染，而造纸黑液中含有大量木质素及半纤维素等物质，其中木质素可起分散作用，因此，本实施例中，将所述造纸黑液作为生物炭浆的原料之一，变废为宝，使造纸黑液得到有效利用，更进一步加大了对环境的治理力度。

本实施例述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆的制备工艺中，将所述造纸黑液与所述垃圾渗沥液同时计量添加，其他特征与实施例四相同。

Claims (8)

1.一种垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，其特征在于：按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆包括以下组分：

生物炭    40％～55％        垃圾渗沥液    25％～40％

甲醇      16％～20％        高温砂        1％～2％

添加剂    0.3％～1.2％；

所述添加剂包括分散剂和稳定剂。

2.根据权利要求1所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，其特征在于：按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆还包括以下组分：生活污泥    1％～10％。

3.根据权利要求1所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，其特征在于：按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆包括以下组分：

生物炭    40％        垃圾渗沥液    38％

甲醇      20％        高温砂        1％

添加剂    1％。

4.根据权利要求1所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，其特征在于：按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆包括以下组分：

生物炭    53％        垃圾渗沥液    28％

甲醇      16％        高温砂        2％

添加剂    1％。

5.根据权利要求2所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，其特征在于：按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆包括以下组分：

生物炭    45％        垃圾渗沥液    30％

甲醇      18％        高温砂        1.5％

生活污泥  5％         添加剂        0.5％。

6.根据权利要求2所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆，其特征在于：按重量百分比，所述垃圾渗沥液为原料制备的生物质炭浆包括以下组分：

生物炭    48％        垃圾渗沥液    25％

甲醇      17％        高温砂        1.5％

生活污泥  8％         添加剂        0.5％。

7.一种权利要求1所述垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆的制备工艺，其特征在于：将所需份量的生物炭、高温砂输送至喂料机构内，同时计量投加垃圾渗沥液及添加剂混合经一级粉碎后，再次计量投加所述添加剂并计量加入甲醇进行二级粉碎，然后进入均化池，均化后经过过滤器进行过滤，过滤后得到成品生物炭浆，装入储罐。

8.根据权利要求7所述的垃圾渗沥液为原料制备的生物炭浆的制备工艺，其特征在于：将所需份量的生物炭、高温砂输送至喂料机构的同时，计量加入生活污泥。