CN110241142A - 一种浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法，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：浓香型酒糟的水洗处理；水洗后混合物的固液分离；分离得到的稻壳进行水热碳化处理；对水热处理混合物进行固液分离；分离得到的水解液与水洗步骤的水洗液进行混合厌氧发酵；针对厌氧消化后产生的高氨氮沼液，用水热碳化处理所得的生物炭进行吸附；对吸附混合物进行固液分离；吸附后的清水循环用于系统，吸附后得到的高氮炭基肥用作土壤调节剂进行还地还田。本发明结合浓香型酒糟稻壳含量高，可溶性有机酸含量丰富等特点，设计出一整套废弃物资源化、能源化的技术路线。不仅解决了浓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浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法。
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。浓香型酒糟具有酸度高(pH＝4.36)、稻壳含量大(56.49％TS)的特性，如直接对其厌氧消化，一方面高酸性的特性会对厌氧体系造成直接抑制，使得产甲烷能力降低；另一方面，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，长期累积会增大体系固体含量，使体系难以搅拌，产生堵塞等问题。因而，针对高稻壳含量、高有机酸浓度的浓香型酒糟，需要将厌氧消化技术与其他高性能处理技术耦合起来，才能对其进行高效处理。
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
本发明针对现有浓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，结合浓香型酒糟所具有的有机酸浓度高、稻壳含量高等特性，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浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法。
为了解决上述问题，本发明开发了以下技术方案：
一种浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法，包括以下步骤：
步骤(1)对浓香型酒糟进行水洗处理。
步骤(2)对步骤(1)中水洗得到的混合物料进行固液分离，分别得到水洗液和稻壳。
步骤(3)对所述水洗后的稻壳投入密封的水热碳化反应釜中进行水热碳化处理。
步骤(4)对步骤(3)中水热碳化的混合物料进行固液分离，分别得到生物炭和水解液。
步骤(5)将所述步骤(2)中所得水洗液与步骤(4)中所得水解液进行混合厌氧消化。
步骤(6)将所述步骤(5)中厌氧消化所产生的高氨氮沼液用步骤(4)中所得生物炭进行氨氮吸附，随后进行固液分离。
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)中水洗分离与步骤(3)中水热碳化。将所述步骤(6)中固液分离得到的吸附有氨氮的生物炭用作高氮炭基肥还田利用。
进一步地，该步骤(1)的水洗处理所用固液比范围为1:4-1:8。
更进一步地，该步骤(2)、步骤(4)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(3)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(5)所述混合液体中温厌氧消化温度为30-40℃，水力停留时间为8-12d。
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体系步骤(1)的水洗处理与步骤(3)中水热碳化。首次水洗处理与水热碳化采用自来水。
与现有技术相比，本发明具有突出效益，具体如下：
(1)本发明针对浓香型酒糟高有机酸含量，高稻壳含量的特性，采用水洗分离将淀粉、蛋白质、脂质以及可溶性有机酸等有机质转到液相中进行中温液体发酵，充分利用了浓香型酒糟中的易生物降解类有机质，极大的提高了沼气产率以及缩短了厌氧消化整体反应周期。
(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，不仅占用和浪费反应器有效体积，而且长期累积会增大体系固体含量，使体系难以搅拌，产生堵塞等问题。本发明将稻壳预先水洗分离，避免上述问题。
(3)本发明对水洗后分离得到的稻壳采用水热碳化法制备生物炭，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。
(4)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净化吸附，吸附后的清水进行系统内循环利用，避免沼液多次回流造成氨积累从而抑制产甲烷。吸附氨氮后得到的生物炭作为高氨氮炭基肥用作肥料和土壤调节剂。
(5)本发明针对浓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，不但解决了浓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、高氨氮炭基肥，实现了循环利用与零污染、零排放。
附图说明
图1是本发明浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消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
基于浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法，包括如下步骤：
步骤(1)将浓香型酒糟从取样地取回，以固液比1:4的比例投入搅拌池中进行充分水洗处理。
步骤(2)对水洗得到的混合物料进行固液分离，固液分离所用筛网孔径为40目。固液分离后得到酒糟水洗液和稻壳。
步骤(3)将水洗所得到的稻壳投入密封水热碳化反应釜中进行水热碳化反应，固液比为1:8，反应温度为170℃，反应时间为3.5h。
步骤(4)待水热碳化反应釜温度自然冷却到环境温度，对水热碳化后的混合物料进行固液分离，固液分离所用筛网孔径为40目，分离后分别得到生物炭和水解液。
步骤(5)将水洗分离所得水洗液与水热碳化分离所得水解液进行混合中温厌氧消化，厌氧发酵温度为30℃±0.5℃，水力停留时间为12d。反应生成沼气用于提纯制备天然气，发酵后的高氨氮沼液进一步对其处理。
步骤(6)将厌氧消化后所产生的高氨氮沼液用制备所得生物炭进行氨氮吸附，吸附固液比为1:40，随后用孔径为40目的筛网进行固液分离。分离后的清水回流到步骤(1)搅拌池中和步骤(3)水热碳化中，吸附氨氮后的生物炭作为高氮炭基肥还田利用。
实施例2
基于浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法，包括如下步骤：
步骤(1)将浓香型酒糟从取样地取回，以固液比1:6的比例投入搅拌池中进行充分水洗处理。
步骤(2)对水洗得到的混合物料进行固液分离，固液分离所用筛网孔径为30目.固液分离后得到酒糟水洗液和稻壳。
步骤(3)将水洗所得到的稻壳投入密封水热碳化反应釜中进行水热碳化反应，固液比为1:10，反应温度为240℃，反应时间为2.5h。
步骤(4)待水热碳化反应釜温度自然冷却到环境温度，对水热碳化后的混合物料进行固液分离，固液分离所用筛网孔径为30目，分离后分别得到生物炭和水解液。
步骤(5)将水洗分离所得水洗液与水热碳化分离所得水解液进行混合中温厌氧消化，厌氧发酵温度为35℃±0.5℃，水力停留时间为10d。反应生成沼气用于提纯制备天然气，发酵后的高氨氮沼液进一步对其处理。
步骤(6)将厌氧消化后所产生的高氨氮沼液用制备所得生物炭进行氨氮吸附，吸附固液比为1:50，随后用孔径为30目的筛网进行固液分离。分离后的清水回流到步骤(1)搅拌池中和步骤(3)水热碳化中。吸附氨氮后的生物炭作为高氮炭基肥还田利用。
实施例3
基于浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法，包括如下步骤：
步骤(1)将浓香型酒糟从取样地取回，以固液比1：8的比例投入搅拌池中进行充分水洗处理。
步骤(2)对水洗得到的混合物料进行固液分离，固液分离所用筛网孔径为20目.固液分离后得到酒糟水洗液和稻壳。
步骤(3)将水洗所得到的稻壳投入密封水热碳化反应釜中进行水热碳化反应，反应温度为280℃，反应时间为1.5h。
步骤(4)待水热碳化反应釜温度自然冷却到环境温度，对水热碳化后的混合物料进行固液分离，固液分离所用筛网孔径为20目，分离后分别得到生物炭和水解液。
步骤(5)将水洗分离所得水洗液与水热碳化分离所得水解液进行混合中温厌氧消化，厌氧发酵温度为40℃±0.5℃，水力停留时间为8d。反应生成沼气用于提纯制备天然气，发酵后的高氨氮沼液进一步对其处理。
步骤(6)将厌氧消化后所产生的高氨氮沼液用制备所得生物炭进行氨氮吸附，吸附固液比为1:60，随后用孔径为20目的筛网进行固液分离。分离后的清水回流到步骤(1)搅拌池中和步骤(3)水热碳化中，吸附氨氮后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)
1.一种浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：浓香型酒糟水洗处理、固液分离、稻壳水热碳化处理、固液分离、水洗液和水解液混合厌氧消化、高氨氮沼液生物炭吸附、固液分离、清水回用、高氮炭基肥还田，具体为：步骤(1)对浓香型酒糟进行水洗处理；
步骤(2)对步骤(1)中水洗得到的混合物料进行固液分离，分别得到水洗液和稻壳；
步骤(3)对所述水洗后的稻壳投入密封的水热碳化反应釜中进行水热碳化处理；
步骤(4)对步骤(3)中水热碳化的混合物料进行固液分离，分别得到生物炭和水解液；
步骤(5)将所述步骤(2)中所得水洗液与步骤(4)中所得水解液进行混合厌氧消化；
步骤(6)将所述步骤(5)中厌氧消化所产生的高氨氮沼液用步骤(4)中所得生物炭进行氨氮吸附，随后进行固液分离；
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)中水洗分离与步骤(3)中水热碳化。将所述步骤(6)中固液分离得到的吸附有氨氮的生物炭用作高氮炭基肥还田利用。
2.根据权利要求1所述的浓香型酒糟水热碳化耦合厌氧消化的全利用方法，其特征在于，所述步骤(1)的水洗处理所用固液比范围为1:4-1:8。
3.根据权利要求1所述的全利用方法，其特征在于步骤(2)、步骤(4)和步骤(6)中固液分离所用筛网孔径范围为20-40目。
4.根据权利要求1所述的全利用方法，其特征在于步骤(3)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。
5.根据权利要求1所述的全利用方法，其特征在于步骤(5)混合液体中温厌氧消化温度为30-40℃，水力停留时间为8-12d。
6.根据权利要求1所述全利用方法，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所述全利用方法，其特征在于步骤(7)所述吸附后的清水重复用于体系步骤(1)的水洗处理与步骤(3)中水热碳化，首次水洗处理与水热碳化采用自来水。
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