CN110183257A - 一种酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法，属于生物质及固体有机废弃物资源化全利用领域。主要包括以下步骤：酱香型酒糟的调质预处理、厌氧消化、固液分离、稻壳沼渣水热碳化处理、固液分离、水解液用于调质预处理、生物炭吸附高氨氮沼液、固液分离、清水回用、高氮炭基肥还田。本发明针对酱香型酒糟有机质含量高、可溶性有机酸含量丰富、稻壳含量低等特点，结合厌氧消化与水热碳化的功能特点，设计出一整套废弃物资源化、能源化的技术路线。不仅解决了酱香型酒糟大量堆积以及填埋所产生的环境问题，而且实现了酱香型酒糟的资源化利用，产生清洁能源与高值肥料。
Description
技术领域
本发明涉及生物质及固体有机废弃物资源化全利用领域，具体的说是涉及一种酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法。
背景技术
我国白酒企业发展迅速，酿酒后产生的大量酒糟会造成严重积累。有研究表明，每生产1吨白酒，就会产生10吨酒糟，据统计，2014年我国的白酒酒糟年产量超过6000万吨。新鲜的酒糟水分含量较大，酸度较高，其中还含有大量有机质成分，如淀粉、粗纤维、粗蛋白、粗脂肪等。如果不对其进行处理，或者使用填满、堆放等初级简单处理方式，极易造成土壤污染、空气污染。而且，酒糟中富含有机质，如果就此填埋，也造成了有机资源的极大浪费。
目前针对酒糟的综合处理方法较为多样，可直接作为畜禽饲料、食用菌培养基、厌氧发酵等。但是，由于目前工业对饲料质量的要求逐渐提高，其易被高营养、精细饲料所代替，而用于食用菌培养基所产生的经济效益也较为低下。厌氧发酵处理酒糟是较好的办法，其既能在厌氧条件下有效降解酒糟，又同时能产生清洁能源沼气。实现了有机废弃物的资源化利用。这样，既解决了酒糟堆积所产生的各类环境问题，又能对其进行能源化利用，符合绿色可持续发展的要求。不过，由于各类酒糟原料配比不同，所产生的酒糟性质也有差异。相应的厌氧消化能力也有差异。酱香型酒糟中易降解性有机质如粗蛋白，粗淀粉，粗脂肪等含量丰富(84％TS)，难降解性有机质如稻壳(16％TS)含量相对较少。针对此类酒糟，适宜直接进行厌氧消化产甲烷。可是，厌氧消化后所剩余的稻壳会继续堆积，而且由于蛋白类有机质降解产生的氨氮沼液直接排放，会对环境造成二次污染。因而，针对酱香型酒糟，需要将厌氧消化技术与其他高性能处理技术耦合起来，才能在绿色可持续的处理前提下，实现酱香型酒糟的全利用处理。
水热碳化处理生物质近年来发展十分迅速，其在一定温度和压力条件下，可将生物质在以水为介质的体系中转化为具有高附加值的多功能碳基材料，又称为生物炭。生物炭具有广泛的应用价值，可作为吸附剂吸附废水中的污染物、改良贫瘠土壤等。此外，由生物质转化而来的生物炭，经进一步条件优化，可制备高性能生物炭，如吸附高氮废水后，可加工形成高氮炭基肥，在农业技术领域具有非常重要的开发前景。
发明内容
本发明针对现有酱香型酒糟堆积量巨大，无害化处理程度低，有机资源回收利用率差等问题，结合酱香型酒糟所具有的有机酸浓度高、有机质含量丰富，稻壳含量相对较少等特性，提供了一种零废弃物生成、绿色可持续、高资源回收利用的基于酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法。
为了解决上述问题，本发明开发了以下技术方案：
一种酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法，包括以下步骤：
步骤(1)对酱香型酒糟进行调质预处理。
步骤(2)对步骤(1)中调质充分的酱香型酒糟混合物进行厌氧消化产沼气。
步骤(3)对步骤(2)中厌氧消化后的混合物进行固液分离，得到高氨氮沼液和高稻壳沼渣。
步骤(4)将步骤(3)中所得稻壳沼渣投入密封的水热碳化反应釜中进行水热碳化处理。
步骤(5)将所述步骤(4)中水热碳化后的混合物进行固液分离，分别得到生物炭和水解液，水解液回流用于步骤(1)中调质预处理；
步骤(6)将所述步骤(5)中得到的生物炭对步骤(3)中所得高氨氮沼液进行吸附处理，随后进行固液分离后得到清水和富含氨氮的生物炭。
步骤(7)将所述步骤(6)中的清水回流用于步骤(1)中调质预处理和步骤(4)中水热碳化处理；将所述步骤(6)中富含氨氮的生物炭作为高氮炭基肥还田利用。
进一步地，该步骤(1)的调质预处理所得酱香型酒糟混合物总固体(TS)含量为8％-12％。
更进一步地，该步骤(2)中所述厌氧消化温度为30-40℃，水力停留时间为20-25d。
更进一步地，步骤(3)、步骤(5)和步骤(6)中固液分离所用筛网孔径范围为20-40目。
更进一步地，步骤(4)中所述水热碳化处理固液比控制在1:8-1：12，温度控制在170-280℃,反应时间控制在1.5-3.5h。
更进一步地，步骤(6)所述生物炭吸附高氨氮沼液的固液比为1:40-1:60。
更进一步地，步骤(7)所述吸附后的清水重复用于步骤(1)的调质预处理与步骤(4)的水热碳化，所述步骤(5)中分离得到的水解液重复用于步骤(1)中调质预处理。首次调质预处理与水热碳化处理采用自来水。
与现有技术相比，本发明具有突出效益，具体如下：
(1)本发明针对酱香型酒糟高有机质含量，低稻壳含量的特性，先采用厌氧消化的方式，充分利用了酱香型酒糟中的易生物降解类有机质，产生大量清洁能源甲烷，避免了其中有机质的浪费。
(2)由于致密的木质纤维结构的稻壳在厌氧体系中无法被降解，厌氧消化后产生的沼渣中，稻壳含量极高。这不仅使得沼渣难以还田利用，而且长期堆积会造成二次污染。本发明将高稻壳含量的沼渣进行水热碳化处理，产生具有高附加值的生物炭，所得的生物炭可以直接作为炭肥原料，也可作为吸附材料用作废水处理与重金属污染土壤修复。将废弃物再一次资源化利用。
(3)本发明针对中温发酵后产生的高氨氮沼液可通过所述水热碳化制备的生物炭进行氨氮吸附，吸附后的清水进行系统内循环利用，避免沼液持续循环造成的氨积累，并进而抑制产甲烷。吸附氨氮后得到的高氨氮生物炭作为高氮炭基肥还田利用。
(4)本发明针对酱香型酒糟大量累积而出现的环境问题，资源浪费问题，提出了一条全利用方案，不但解决了酱香型酒糟的累积问题，而且实现了生物质的绿色可持续发展道路，将废弃物转化为有效的能源物质甲烷以及高附加值产品生物炭、高氮炭基肥，实现了循环利用与零污染、零排放。
附图说明
图1是本发明酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法实施例的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
基于酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法，包括如下步骤：
步骤(1)对新鲜的酱香型酒糟进行调质预处理，调质所得酱香型酒糟混合物的总固体(TS)含量为8％。
步骤(2)对步骤(1)中调质充分的酱香型酒糟混合物进行厌氧消化产沼气，厌氧消化的温度为30℃，水力停留时间为20d。
步骤(3)对步骤(2)中厌氧消化后的混合物进行固液分离,固液分离所用筛网孔径为20目，分离后分别得到高氨氮沼液和高稻壳沼渣。
步骤(4)将步骤(3)中所得稻壳沼渣投入密封水热碳化反应釜中进行水热碳化反应。反应固液比为1:8，反应温度为170℃，反应时间为3.5h。
步骤(5)将所述步骤(4)中水热碳化后的混合物进行再次固液分离，分离所用筛网孔径为20目。分离后分别得到生物炭和水解液；水解液回流用于步骤(1)中调质预处理。
步骤(6)将所述步骤(5)中得到的生物炭对步骤(3)中所得到的高氨氮沼液进行吸附分离处理，吸附所用固液比为1:40，分离所用筛网孔径为20目，分离后得到清水和富含氨氮的生物炭。
步骤(7)将所述步骤(6)中吸附分离后所得的清水回流用于步骤(1)中调质预处理和步骤(4)中水热碳化处理；将所述步骤(5)中分离得到的水解液回流用于步骤(1)中调质预处理；将所述步骤(6)中富含氨氮的生物炭作为高氮炭基肥还田利用。
实施例2
基于酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法，包括如下步骤：
步骤(1)对新鲜的酱香型酒糟进行调质预处理，调质所得酱香型酒糟混合物的总固体(TS)含量为10％。
步骤(2)对步骤(1)中调质充分的酱香型酒糟混合物进行厌氧消化产沼气，厌氧消化的温度为35℃，水力停留时间为23d。
步骤(3)对步骤(2)中厌氧消化后的混合物进行固液分离,固液分离所用筛网孔径为30目，分离后分别得到高氨氮沼液和高稻壳沼渣。
步骤(4)将步骤(3)中所得稻壳沼渣投入密封水热碳化反应釜中进行水热碳化反应。反应固液比为1:10，反应温度为240℃，反应时间为2.5h。
步骤(5)将所述步骤(4)中水热碳化后的混合物进行再次固液分离，分离所用筛网孔径为30目。分离后分别得到生物炭和水解液；水解液回流用于步骤(1)中调质预处理。
步骤(6)将所述步骤(5)中得到的生物炭对步骤(3)中所得到的高氨氮沼液进行吸附分离处理，吸附所用固液比为1:50，分离所用筛网孔径为30目，分离后得到清水和富含氨氮的生物炭。
步骤(7)将所述步骤(6)中的清水回流用于步骤(1)中调质预处理和步骤(4)中水热碳化处理；将所述步骤(6)中富含氨氮的生物炭作为高氮炭基肥还田利用。
实施例3
基于酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法，包括如下步骤：
步骤(1)对新鲜的酱香型酒糟进行调质预处理，调质所得酱香型酒糟混合物的总固体(TS)含量为12％。
步骤(2)对步骤(1)中调质充分的酱香型酒糟混合物进行厌氧消化产沼气，厌氧消化的温度为40℃，水力停留时间为25d。
步骤(3)对步骤(2)中厌氧消化后的混合物进行固液分离,固液分离所用筛网孔径为40目，分离后分别得到高氨氮沼液和高稻壳沼渣。
步骤(4)将步骤(3)中所得稻壳沼渣投入密封水热碳化反应釜中进行水热碳化反应。反应固液比为1:12，反应温度为280℃，反应时间为1.5h。
步骤(5)将所述步骤(4)中水热碳化后的混合物进行再次固液分离，分离所用筛网孔径为40目。分离后分别得到生物炭和水解液；水解液回流用于步骤(1)中调质预处理。
步骤(6)将所述步骤(5)中得到的生物炭对步骤(3)中所得到的高氨氮沼液进行吸附分离处理，吸附所用固液比为1:60，分离所用筛网孔径为40目，分离后得到清水和富含氨氮的生物炭。
步骤(7)将所述步骤(6)中-的清水回流用于步骤(1)中调质预处理和步骤(4)中水热碳化处理；将所述步骤(6)中富含氨氮的生物炭作为高氮炭基肥还田利用。
总之，以上所述仅作为本发明的较佳实施例，凡依照本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：酱香型酒糟的调质预处理、厌氧消化、固液分离、稻壳沼渣水热碳化处理、固液分离、水解液用于调质预处理、生物炭吸附高氨氮沼液、固液分离、清水回用、高氮炭基肥还田，具体为：
步骤(1)对酱香型酒糟进行调质预处理；
步骤(2)对步骤(1)中调质充分的酱香型酒糟混合物进行厌氧消化产沼气；
步骤(3)对步骤(2)中厌氧消化后的混合物进行固液分离，得到高氨氮沼液和高稻壳沼渣；
步骤(4)将步骤(3)中所得稻壳沼渣投入密封的水热碳化反应釜中进行水热碳化处理；
步骤(5)将所述步骤(4)中水热碳化后的混合物进行固液分离，分别得到生物炭和水解液；水解液回流用于步骤(1)中调质预处理；
步骤(6)将所述步骤(5)中得到的生物炭对步骤(3)中所得高氨氮沼液进行吸附处理，随后进行固液分离后得到清水和富含氨氮的生物炭；
步骤(7)将所述步骤(6)中的清水回流用于步骤(1)中调质预处理和步骤(4)中水热碳化处理；将所述步骤(6)中富含氨氮的生物炭作为高氮炭基肥还田利用。
2.根据权利要求1所述的酱香型酒糟厌氧消化耦合水热碳化的全利用方法，其特征在于，所述步骤(1)的调质预处理所得酱香型酒糟混合物总固体(TS)含量为8％-12％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所述厌氧消化温度为30-40℃，水力停留时间为20-25d。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)、步骤(5)和步骤(6)中固液分离所用筛网孔径范围为20-40目。
5.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于所述步骤(4)中水热碳化处理固液比控制在1:8-1：12，温度控制在170-280℃,反应时间控制在1.5-3.5h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(6)所述生物炭吸附高氨氮沼液的固液比为1:40-1:60。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(7)吸附后的清水重复用于步骤(1)的调质预处理与步骤(4)的水热碳化，所述步骤(5)中分离得到的水解液重复用于步骤(1)中调质预处理，首次调质预处理与水热碳化处理采用自来水。
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