CN108977467A - 一种充分利用水葫芦的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充分利用水葫芦的方法，包括：对水葫芦切碎预处理，将切碎后的水葫芦压榨成压榨液和压榨渣；将压榨液厌氧发酵成沼气、沼液及沼渣，将沼气进行存储，将沼液制作成无土栽培营养液，并将沼渣制作成土壤改良剂；用沼气为烘干设备提供燃料对压榨渣进行烘干，将烘干后的压榨渣制成生物质颗粒燃料。本发明的充分利用水葫芦的方法将水葫芦压榨成的压榨液及压榨渣，并将压榨液厌氧发酵成沼气、沼液及沼渣，沼液可制作成无土栽培营养液，沼渣可制作成土壤改良剂，压榨渣可制作成生物质颗粒燃料，而沼气可以作为压榨渣烘干的燃料。本发明中水葫芦制作能源的利用率高，充分体现水葫芦的农业利用价值。

Description

一种充分利用水葫芦的方法
技术领域
本发明涉及环保能源的技术领域，特别涉及一种充分利用水葫芦的方法。
背景技术
水葫芦是首批外来入侵物种，其生长繁殖十分迅速，尤其是在南方地区，在适宜条件下每天可增加20％-30％的生物量，疯狂的生长造成破坏生态、堵塞河道、影响航运、阻碍排灌、影响景观等严重的危害。但，水葫芦在水体中，吸附N、P、K及其他元素的能力非常强，通过迁移累积，其植株内含有丰富的蛋白质及N、P、K及其他营养元素，具有农业利用价值，如何实现水葫芦变废变害为宝成为固体废弃物处理技术的研究热点。
现有技术也有对水葫芦进行研究的技术，如专利技术文献CN101275150A，该发明涉及一种水葫芦沼气能源化发酵方法及其产品利用，包括：水葫芦粉碎后直接发酵或将水葫芦汁液发酵，pH值调节为6～8；C/N调节为20～30∶1；采用厌氧活性污泥或已有的沼液进行微生物接种，接种量10～40％；冬季设定20℃～40℃，夏季设定40℃～55℃；用水泵将发酵罐底部发酵液抽出再从发酵罐顶部淋喷或利用机械搅拌使发酵原料分布均匀。该发明采用水葫芦制作沼气能源。
还公开了专利技术文献CN107488479A，该发明提供一种利用水葫芦制作颗粒燃料的方法，(1)机械化采收新鲜水葫芦后，进行两次挤压脱水直至水葫芦的含水率为60％～70％，然后置于户外自然晾晒1～2周，使水葫芦的含水率为15％～25％，备用；(2)将步骤(1)中自然干燥的水葫芦用筛眼直径为2～4mm的锤片式粉碎机粉碎成水葫芦颗粒，将水葫芦颗粒置于温度为95～105℃的恒温干燥箱中干燥8h后，再用喷壶均匀喷洒水分调节水葫芦颗粒的含水率，使其值为10％～14％；(3)将步骤(2)中调节含水率后的水葫芦颗粒置于温度为95～105℃、压力为5KN～7KN的生物颗粒燃料成型装置中热压成型，成型后冷却即可得到燃料。该发明采用水葫芦制作制作颗粒燃料。
但，上述专利技术均只对水葫芦的部分成分进行处理，并未对水葫芦的所有成分进行充分利用，水葫芦的利用率不高。
为此，我们提出了一种充分利用水葫芦的方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种充分利用水葫芦的方法，具有将固体废弃物水葫芦变为资源、能源，且能充分利用的优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种充分利用水葫芦的方法，包括：
步骤S1、对水葫芦切碎预处理，将切碎后的水葫芦压榨成压榨液和压榨渣；
步骤S2、将所述压榨液厌氧发酵成沼气、沼液及沼渣，将所述沼气进行存储，将所述沼液制作成无土栽培营养液，并将所述沼渣制作成土壤改良剂；用所述沼气为烘干设备提供燃料对所述压榨渣进行烘干，将烘干后的所述压榨渣制成生物质颗粒燃料。
优选的，所述步骤S1具体为：将所述水葫芦切碎为2-5cm，通过机械压榨脱水形成压榨液与压榨渣，脱水后压榨渣含水率为75％-80％。
优选的，将所述沼液制作成无土栽培营养液具体步骤为：将所述沼液进行过滤，过滤完成后测试所述沼液的营养元素成分，将所述沼液进行稀释或添加缺少营养元素成分满足水培所需营养元素成分的无土栽培营养液。
优选的，所述无土栽培营养液用于栽培可食用果蔬或观赏性花卉。
优选的，在步骤S2之前还需设定可食用果蔬的无土栽培营养液的重金属或类重金属成分的含量阈值。
优选的，当测试的所述沼液的营养成分中全部重金属或类金属成分小于所述含量阈值时，将所述沼液制作为可食用果蔬或观赏性花卉的无土栽培营养液；当测试的所述沼液的营养成分中其中一种重金属或类金属成分大于等于所述含量阈值时，将所述沼液制作为观赏性花卉的无土栽培营养液。
优选的，将所述沼渣制作成土壤改良剂具体步骤为：将所述沼渣脱水后与膨胀蛭石、膨润土、磷矿粉、沸石粉、贝壳粉中一种或多种按1:1～1:2的比例混合搅拌造粒后形成土壤改良剂。
优选的，所述压榨渣中包含木质素及纤维素。
优选的，用所述沼气为烘干设备提供燃料对所述压榨渣进行烘干具体步骤为：所述沼气作为烘干设备的燃料，将所述压榨渣置于温度为90-105℃的烘干设备中干燥5-7h。
优选的，将烘干后的所述压榨渣制成生物质颗粒燃料具体步骤为：将烘干后的所述压榨渣与锯末、花生壳、秸秆中的一种或多种混合搅拌制作成生物质颗粒燃料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：对水葫芦切碎预处理，将切碎后的水葫芦压榨成压榨液和压榨渣，将压榨液厌氧发酵成沼气、沼液及沼渣，沼液可制作成无土栽培营养液，沼渣可制作成土壤改良剂，压榨渣可制作成生物质颗粒燃料，而沼气可以作为压榨渣烘干的燃料。对水葫芦压榨成的压榨液及压榨渣进行充分利用，运用该充分利用水葫芦的方法采用水葫芦制作能源的利用率高，充分体现水葫芦的农业利用价值。
附图说明
图1为本发明实施例的充分利用水葫芦的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
水葫芦生长于河道中，繁殖速度较快，如不进行处理会产生破坏生态、堵塞河道、影响航运、阻碍排灌、影响景观等严重的危害。但，水葫芦在水体中，吸附N、P、K及其他元素的能力非常强，通过迁移累积，其植株内含有丰富的蛋白质及N、P、K及其他营养元素及含有大量的木质素、纤维素。本发明采用充分利用水葫芦的方法对水葫芦中的营养元素及木质素、纤维素等进行处理，不仅能产生较多的资源和能源，同时能消除水葫芦对河道的危害。
下面对充分利用水葫芦的方法进行详细的描述：
图1为本发明实施例的充分利用水葫芦的方法的流程图，如图1所示，充分利用水葫芦的方法具体步骤包括：
步骤S1、对水葫芦切碎预处理，将切碎后的水葫芦压榨成压榨液和压榨渣；
步骤S2、将压榨液厌氧发酵成沼气、沼液及沼渣，将沼气进行存储，将沼液制作成无土栽培营养液，并将沼液制作成土壤改良剂；用沼气为烘干设备提供燃料对压榨渣进行烘干，将烘干后的压榨渣制成生物质颗粒燃料。
水葫芦从水中捞起，水中会残留些许杂质，因此，在步骤S1之前需要对水葫芦进行简单的清洗，避免杂质进入到后续工序中影响产出产品的质量。
在对水葫芦进行清洗后，对水葫芦切碎预处理，将切碎后的水葫芦压榨成压榨液和压榨渣。优选的，将水葫芦切碎为2-5cm，将水葫芦切碎可以更加方便的放入到压榨设备中，且压榨设备中能容纳更多的水葫芦。压榨设备通过机械压榨脱水方式将水葫芦压榨形成压榨液及压榨渣。一般情况下，未经过压榨的新鲜水葫芦含水率为93％-97％；水葫芦压榨脱水后，压榨渣含水率为75％-80％，压榨液占新鲜水葫芦质量的75％-80％，压榨渣占新鲜水葫芦质量的20％-25％。
水葫芦压榨形成压榨液及压榨渣后，步骤S2中对压榨液及压榨渣分开进行处理。
其中，对压榨液进行处理，压榨液通过厌氧发酵成沼气、沼液及沼渣，厌氧发酵过程如下：
将压榨液进行污泥接种驯化。具体的，将生物污泥和压榨液按3:1～5:1的体积比混合均匀为驯化底物，将驯化底物投进厌氧发酵反应器内，厌氧发酵反应器采用水浴保温，温度维持在30℃-40℃之间。第二天开始，每天投放压榨液并搅拌一次，每次搅拌2-3min，每天投放压榨液的量为驯化底物总体积的5％-10％；7～10d后生物污泥接种驯化结束。生物污泥取自城镇污水处理厂厌氧反应池的剩余污泥。
生物污泥接种驯化结束后，每隔12h连续往厌氧发酵反应器内投加压榨液搅拌1次，每次搅拌3-5min。初始阶段，每次投加压榨液的量不超过原反应器内物料总体体积的50％，产气量稳定后，每次投加压榨液的量不超过原反应器内物料总体体积的150％。厌氧发酵反应器采用水浴保温，温度继续维持在30℃-40℃之间。
厌氧发酵产生的沼气经过碱性吸收池去除沼气中的CO2、H2S等酸性气体，后经过冷凝器去除水蒸气，净化后的沼气再加压存入储气罐储存备用。
在整个的厌氧发酵过程中需保持厌氧发酵反应器中物料PH值及C:N值的平衡，厌氧发酵反应器中的自动控制系统对PH值进行自动调节。即时对物料的PH值进行监控，优选的，厌氧发酵反应器中物料的PH值维持在6.5～7.5之间。当物料的PH值低于6.5时，自动控制系统启动投加PH值调节剂模式，调节剂为1％～3％质量浓度的Ca(OH)2溶液，当物料PH值调节至7.5时，自动控制系统将停止投加PH值调节剂。再者，14-21天采集厌氧发酵反应器内物料一次，对物料的C:N值进行监控，优选的，C:N值维持在10:1～25:1之间。当物料的C:N值低于10:1时，将手动一次性投加质量分数为10％-20％的面粉、玉米粉、大米粉水溶液的一种或多种，使物料C:N值调整至25:1。
压榨液完成厌氧发酵后，将沼气进行存储，同时，将发酵后物料进行静置分层得到沼液及沼渣。进一步的，对沼液及沼渣进行处理。
对沼液处理的过程如下：将沼液进行过滤，过滤完成后测试沼液的营养元素成分，将沼液进行稀释或添加缺少营养元素成分满足水培所需营养元素成分的无土栽培营养液。沼液中常见的营养元素成分包括：N、P、K、Ca、Mg、S；微量元素成分包括B、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo，但并不以此为限。
无土栽培营养液可用于栽培可食用果蔬或观赏性花卉，选择不同类别的产品的无土栽培营养液主要取决于沼液中重金属或类重金属成分的含量。因此，在步骤S2之前还需设定可食用果蔬的无土栽培营养液的重金属或类重金属成分的含量阈值。优选的，可食用果蔬的无土栽培营养液中重金属或类重金属成分要求如下：汞(Hg)≤0.001mg/L；镉(Cd)≤0.005mg/L；砷(As)≤0.05mg/L；铅(Pb)≤0.05mg/L；硒(Se)≤0.02mg/L；铬(Cr)≤0.05mg/L；铜(Cu)≤0.10mg/L；锌(Zn)≤0.20mg/L。则，相应重金属或类重金属成分的含量阈值即是上述含量的最大值，例如，可食用果蔬的无土栽培营养液中汞(Hg)的含量阈值为0.001mg/L，其他以此类推不一一进行描述。
当测试的沼液的营养成分中全部重金属或类金属成分小于含量阈值时，将沼液制作为可食用果蔬或观赏性花卉的无土栽培营养液；当测试的沼液的营养成分中其中一种重金属或类金属成分大于等于含量阈值时，将沼液制作为观赏性花卉的无土栽培营养液。
进一步的，对沼渣处理的过程如下：将沼渣脱水后与膨胀蛭石、膨润土、磷矿粉、沸石粉、贝壳粉中一种或多种按1:1～1:2的比例混合搅拌造粒后形成土壤改良剂，土壤改良剂富含腐殖质及其它重要的养分，可以改善土壤物理化学性质，提高土壤养分水平，促进作物生长。
对压榨液处理完成后，对压榨渣进行处理，压榨渣中包含木质素及纤维素，压榨渣可制作成生物质颗粒燃料。在此之前还需对压榨渣进行烘干处理：将上述压入储气罐中的沼气作为烘干设备的燃料，将压榨渣置于温度为90-105℃的烘干设备中干燥5-7h，此处烘干设备利用制备的沼气，不需要额外提供能源，节约了成本。
当压榨渣烘干后，将烘干后的压榨渣与锯末、花生壳、秸秆中的一种或多种按一定比例混合搅拌制作成生物质颗粒燃料，生物质颗粒燃料作为组合燃料，使得原本废弃的水葫芦压榨渣得到充分利用，进一步提高了水葫芦的利用率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：对水葫芦切碎预处理，将切碎后的水葫芦压榨成压榨液和压榨渣，将压榨液厌氧发酵成沼气、沼液及沼渣，沼液可制作成无土栽培营养液，沼渣可制作成土壤改良剂，压榨渣可制作成生物质颗粒燃料，而沼气可以作为压榨渣烘干的燃料。对水葫芦压榨成的压榨液及压榨渣进行充分利用，运用该充分利用水葫芦的方法采用水葫芦制作能源的利用率高，充分体现水葫芦的农业利用价值。
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。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种充分利用水葫芦的方法，其特征在于，包括：
步骤S1、对水葫芦切碎预处理，将切碎后的水葫芦压榨成压榨液和压榨渣；
步骤S2、将所述压榨液厌氧发酵成沼气、沼液及沼渣，将所述沼气进行存储，将所述沼液制作成无土栽培营养液，并将所述沼渣制作成土壤改良剂；用所述沼气为烘干设备提供燃料对所述压榨渣进行烘干，将烘干后的所述压榨渣制成生物质颗粒燃料。
2.根据权利要求1所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
将所述水葫芦切碎为2-5cm，通过机械压榨脱水形成压榨液与压榨渣，脱水后压榨渣含水率为75％-80％。
3.根据权利要求1所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，将所述沼液制作成无土栽培营养液具体步骤为：将所述沼液进行过滤，过滤完成后测试所述沼液的营养元素成分，将所述沼液进行稀释或添加缺少营养元素成分满足水培所需营养元素成分的无土栽培营养液。
4.根据权利要求3所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，所述无土栽培营养液用于栽培可食用果蔬或观赏性花卉。
5.根据权利要求4所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，在步骤S2之前还需设定可食用果蔬的无土栽培营养液的重金属或类重金属成分的含量阈值。
6.根据权利要求5所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，当测试的所述沼液的营养成分中全部重金属或类金属成分小于所述含量阈值时，将所述沼液制作为可食用果蔬或观赏性花卉的无土栽培营养液；当测试的所述沼液的营养成分中其中一种重金属或类金属成分大于等于所述含量阈值时，将所述沼液制作为观赏性花卉的无土栽培营养液。
7.根据权利要求1所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，将所述沼渣制作成土壤改良剂具体步骤为：将所述沼渣脱水后与膨胀蛭石、膨润土、磷矿粉、沸石粉、贝壳粉中一种或多种按1:1～1:2的比例混合搅拌造粒后形成土壤改良剂。
8.根据权利要求1所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，所述压榨渣中包含木质素及纤维素。
9.根据权利要求1所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，用所述沼气为烘干设备提供燃料对所述压榨渣进行烘干具体步骤为：所述沼气作为烘干设备的燃料，将所述压榨渣置于温度为90-105℃的烘干设备中干燥5-7h。
10.根据权利要求1所述的充分利用水葫芦的方法，其特征在于，将烘干后的所述压榨渣制成生物质颗粒燃料具体步骤为：将烘干后的所述压榨渣与锯末、花生壳、秸秆中的一种或多种混合搅拌制作成生物质颗粒燃料。
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