CN111908753B - 超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，包括如下步骤：s1：将厨余垃圾厌氧沼渣与水混合，并将混合物在超声辅助条件下进行水热碳化反应，得到水热碳化液；s2：将水热碳化液进行冷却、过滤、干燥、破碎以及分选，获得沼渣生物炭。本发明的优点包括工艺简单易行，容易推广，采用超声辅助水热碳化反应，超声波振动具有一定的搅拌作用，超声的空化效应可以使局部产生瞬间高温高压(5000k以上)，使其中难以碳化的有机组分也能碳化，使得反应更加完全；采用真空过滤，无论是工程化水平，还是过滤产物的含水率均有较大提高；增加破碎和分选环节可以使原来形状各异，且不均匀的物料进一步颗粒化，提高了碳化产品的纯度。

Description

超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法

技术领域

本发明属于沼渣污泥的再生处理及资源化利用技术领域，具体涉及一种超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，用于厨余垃圾处理。

背景技术

厨余厌氧沼渣是指居民日常生活及食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的垃圾，包括丢弃不用的菜叶、剩菜、剩饭、果皮、蛋壳、茶渣、骨头、塑料、布料、木头、纤维类物质等多种有机组分，其主要来源为家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业。厨余垃圾含有极高的水分与有机物，很容易腐坏，产生恶臭，随意处置会对环境以及公众健康造成危害，但经过妥善处理和加工，可转化为新的资源，高有机物含量的特点使其经过严格处理后可作为肥料、饲料，也可产生沼气用作燃料或发电。对厨余厌氧沼渣单独收集处理，回收再利用，可以减少臭气和垃圾渗滤液的产生，也可以避免水分过多对垃圾焚烧处理造成的不利影响，降低了对设备的腐蚀。

专利号为ZL2014103494272的发明专利申请，公开了一种微波辅助水热碳化制备污泥炭的方法，通过将一定含水量的污泥送入水热反应器中，微波辅助加热进行反应，可以获得品质稳定，重金属含量低但有效磷和有效氮含量高的污泥炭。

但是厨余厌氧沼渣中含有塑料、布料、木头、纤维等多种有机组分，微波辅助或单纯的水热碳化很难将上述的有机物料碳化，因此本申请提供了一种超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一实施例中，提供了一种超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，包括如下步骤：

s1：将厨余垃圾厌氧沼渣与水混合，并将混合物在超声辅助条件下进行水热碳化反应，得到水热碳化液；

s2：将水热碳化液进行冷却、过滤、干燥、破碎以及分选，获得沼渣生物炭。

作为本发明的进一步改进，所述厨余垃圾厌氧沼渣与水的固液比为1:(1-5)。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中，步骤s1中，将所述混合物导入超声辅助水热碳化反应器中反应，其中混合物填充度为60-80％。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中，控制所述水热碳化反应的反应温度为200～300℃，压力为1.5～8Mpa。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中，控制所述超声功率为0～1000W。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中，控制所述超声功率为700W～1000W。

作为本发明的进一步改进，步骤s1中，控制所述水热碳化反应时间4-8h。

作为本发明的进一步改进，步骤s2中，所述过滤为真空或负压过滤，

作为本发明的进一步改进，步骤s2中，所述干燥温度为105-108℃，所述干燥时间大于2h。

作为本发明的进一步改进，步骤s2中，采用锤式破碎机进行破碎，破碎粒径至0.05-0.5mm。

作为本发明的进一步改进，步骤s2中，采用气流分选方式实现沼渣生物炭与杂质的分选。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的方法，工艺简单易行，容易推广，采用超声辅助水热碳化反应，超声波振动具有一定的搅拌作用，超声的空化效应可以使局部产生瞬间高温高压(5000k以上)，使其中难以碳化的有机组分也能碳化，使得反应更加完全；采用真空过滤，无论是工程化水平，还是过滤产物的含水率均有较大提高；增加破碎和分选环节可以使原来形状各异，且不均匀的物料进一步颗粒化，提高了碳化产品的纯度。

通过本发明的方法得到的固态生物炭，其含水率小于15wt％。

本发明的方法，转化效率高，其生物炭得碳率高于60％以上。

具体实施方式

以下所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，包括如下步骤：将厨余垃圾厌氧沼渣与水混合，沼渣与水的固液比为(1∶ 5)-(1∶1)；将混合物导入超声辅助水热碳化反应器中进行水热炭化反应；将水热碳化反应的产物冷却，过滤、干燥、破碎以及分选后得到厨余垃圾厌氧沼渣生物炭。

其中，碳化反应器中混合物填充度为60-80％，碳化反应的反应温度为 200-300℃，压力为1.5-8Mpa，超声功率0-1000W，优选的为700W-1000W，碳化反应时间4-8h。碳化反应产物经过滤、干燥、破碎、分选后可得含水率小于15wt％的固态产物，其中，过滤采用真空或负压过滤，干燥的温度为 105-108℃，干燥时间大于2h，破碎则采用锤式破碎机，破碎粒径至0.05-0.5mm，分选则采用气流分选实现碳化产物与玻璃、金属等杂质的分离。本方法的生物炭得率在60％以上。

下面结合实施例对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

将厨余垃圾厌氧沼渣与水按照1:1的固液比导入超声辅助水热碳化反应器中反应，填充度为70％，控制水热温度200℃、反应器内压力1.5Mpa、反应时间8h，超声功率700W，反应后产物进行冷却、真空或负压过滤、干燥 (105℃，2h)、破碎以及分离，生物炭得率60％。

实施例2

将厨余垃圾厌氧沼渣与水按照1:1的固液比导入超声辅助水热碳化反应器中反应，填充度为70％，控制水热温度250℃、反应器内压力1.5Mpa、反应时间8h，超声功率700W，反应后产物进行冷却、真空或负压过滤、干燥 (105℃，2h)、破碎以及分离，生物炭得率63％。

实施例3

将厨余垃圾厌氧沼渣与水按照1:1的固液比导入超声辅助水热碳化反应器中反应，填充度为70％，控制水热温度300℃、反应器内压力1.5Mpa、反应时间8h，超声功率700W，反应后产物进行冷却、真空或负压过滤、干燥 (105℃，2h)、破碎以及分离，生物炭得率65％。

实施例4

将厨余垃圾厌氧沼渣与水按照1:1的固液比导入超声辅助水热碳化反应器中反应，填充度为80％，控制水热温度300℃、反应器内压力4Mpa、反应时间8h，超声功率700W，反应后产物进行冷却、真空或负压过滤、干燥(105℃， 2h)、破碎以及分离，生物炭得率67％。

实施例5

将厨余垃圾厌氧沼渣与水按照1:1的固液比导入超声辅助水热碳化反应器中反应，填充度为70％，控制水热温度300℃、反应器内压力8Mpa、反应时间8h，超声功率700W，反应后产物进行冷却、真空或负压过滤、干燥(105℃， 2h)、破碎以及分离，生物炭得率69％。

实施例6

将厨余垃圾厌氧沼渣与水按照1:1的固液比导入超声辅助水热碳化反应器中反应，填充度为70％，控制水热温度300℃、反应器内压力8Mpa、反应时间8h，超声功率1000W，反应后产物进行冷却、真空或负压过滤、干燥(105℃，2h)、破碎以及分离，生物炭得率81％。

实施例7

将厨余垃圾厌氧沼渣与水按照1:3的固液比导入超声辅助水热碳化反应器中反应，填充度为70％，控制水热温度300℃、反应器内压力8Mpa、反应时间8h，超声功率1000W，反应后产物进行冷却、真空或负压过滤、干燥 (105℃，2h)、破碎以及分离，生物炭得率85％。

实施例8

将厨余垃圾厌氧沼渣与水按照1:5的固液比导入超声辅助水热碳化反应器中反应，填充度为70％，控制水热温度300℃、反应器内压力8Mpa、反应时间8h，超声功率1000W，反应后产物进行冷却、真空或负压过滤、干燥 (105℃，2h)、破碎以及分离，生物炭得率90％。

对比例1

与实施例8的区别仅在于，采用微波辅助水热碳化反应。

对比例2

与实施例8的区别仅在于，无外部辅助条件进行水热碳化反应。

对比例3

与实施例8的区别仅在于，采用离心过滤方式进行产物的过滤。

各实施例以及对比例的生物得炭率参见表1。

表1

参考表1所示，通过对比实施例1-8可知，在温度为300摄氏度，压力为8Mpa，超声功率为1000w时，采用本方法制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的得炭率最高，且高达90％。通过实施例8与对比例1和对比例2的数据可知，采用超声辅助能明显增大生物炭得率，通过实施例8与对比例3的数据可知，采用真空或负压过滤，无论是工程化水平，生物炭得率，还是过滤产物的含水率均有较大提高；本发明工艺中增加破碎和分选环节可以使原来形状各异，且不均匀的物料进一步颗粒化，提高了碳化产品的纯度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1：将厨余垃圾厌氧沼渣与水混合，并将混合物在超声辅助条件下进行水热碳化反应，反应温度为200～300℃，压力为1.5~8Mpa，控制所述超声功率为700W~1000W，得到水热碳化液；

s2：将水热碳化液进行冷却、真空或负压过滤、干燥、破碎以及分选，获得沼渣生物炭。

2.根据权利要求1所述的超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，其特征在于，所述厨余垃圾厌氧沼渣与水的固液比为1:（1-5）。

3.根据权利要求1所述的超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，其特征在于，步骤s1中，将所述混合物导入超声辅助水热碳化反应器中反应，其中混合物填充度为60-80%。

4.根据权利要求1所述的超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，其特征在于，步骤s1中，控制所述水热碳化反应时间4-8h。

5.根据权利要求1所述的超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，其特征在于，步骤s2中，所述干燥温度为105-108℃，所述干燥时间大于2h。

6.根据权利要求1所述的超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，其特征在于，步骤s2中，采用锤式破碎机进行破碎，破碎粒径至0.05-0.5mm。

7.根据权利要求1所述的超声辅助水热碳化制备厨余垃圾厌氧沼渣生物炭的方法，其特征在于，步骤s2中，采用气流分选方式实现沼渣生物炭与杂质的分选。