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CN107129028B - 一种配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的方法 - Google Patents

一种配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的方法，是将HTC系统废气和废水收集并转入生化反应罐中，加入生物质炭和有机无机复合添加剂，并调节和控制生化反应罐的温度和pH值，获得含有容易被植物吸收的有机碳和其他营养物质的水，即作物营养水。该作物营养水可直接或稀释后用于灌溉、无土栽培，也可以作为原料和前体用来生产有机肥等产品。本发明可以解决限制HTC系统推广应用的废气和废水处理的瓶颈问题，并生产具有附加值的产品。

Description

一种配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的 方法
技术领域
本发明涉及一种配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的方法，属于有机废弃物的资源化处理领域。
背景技术
我国的城市化进程不断加快，城市数量和规模不断扩大，但由于环境保护基础建设严重滞后，使得城市垃圾对城市生态环境的污染日益严重。目前，我国每年产生近10亿吨城市垃圾，而且仍以年平均10％左右的速度增长。据预测，截止2014年底，我国城市生活垃圾产生量已达到17899万吨，清运量17677万吨。按国家要求，要在2015年实现城市生活垃圾资源化利用比例达到30％，直辖市和省会城市及计划单列市达到50％目标，到2030年全面实行生活垃圾分类收集、处置目标。
与城市垃圾同步，农业和畜牧业的发展也造成了大量的有机废弃物，最令人瞩目的是农业秸秆。由于其运输成本的限制，目前的生物质发电厂等离开国家政策补贴无法运行。畜牧业每天产生大量的粪便和高浓度有机废水，对环境和人类健康威胁很大。急需经济可行的处理技术。
水热碳化系统主要以垃圾中无价值又占地的含有机碳的生活垃圾、餐厨垃圾，还有农作物秸秆、畜牧业废水废渣为主要原料，在一个密闭的体系中以水为反应媒介，在特定的温度(～200℃)及自产生的压力下，原料经过一系列物化反应进行碳重组而转化成高燃值和具有巨大表面积的生物质炭产品的过程。由于水热碳化系统中的反应以水为媒介，故此类系统运行过程中需要用水，并产生含有较高有机物的废水。同时，水热碳化反应系统中还会产生含有大量二氧化碳及少量或微量挥发性有机物的废气。以上废气和废水的产生，不仅会对环境造成二次污染，同时其后续处理也会增加水热碳化系统的生产运行成本，限制水热碳化技术的商业化推广应用。
发明内容
本发明针对水热碳化现有技术的不足和解决制约其商业化的障碍，旨在提供一种配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的方法，可以同时解决水热碳化系统中废气和废水处理的难题，通过生化反应器和优化反应条件，将废气和废水转化成作物营养水，成为又附加值的产品，实现有机废物的资源化转化。
所述水热碳化系统主要是以含有机碳的生活垃圾、餐厨垃圾、垃圾渗透液、畜牧养殖业液体和固体废物、农业秸秆等固体废弃物为原料，加工生产固体生物碳化产品。由于水热碳化系统中的反应以水为媒介，故此类系统运行过程中需要大量的水，并产生大量含有高浓度COD的废水。同时，水热碳化反应系统中还会产生含有大量二氧化碳及少量或微量挥发性有机物的废气。以上废水和废气，则为本发明的原料。
在水热碳化系统中，通过常规的过滤系统如超滤系统(UF)、纳滤系统(NF)和反渗透系统(RO)等技术对废水进行处理会导致运行成本的增加。废弃处理常规方法是吸附和催化氧化。一方面成本高，另一方面HTC系统排放的废气量小而且基本为二氧化碳，只有微量的有机成份，因此不适合常规处理。
本发明针对HTC系统废气和废水，开发一种生化处理方法，将废水和废气转化为作物营养水，实现其资源化利用。
本发明配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的方法，是将HTC系统废气和废水收集并转入生化反应罐中(废气和废水的比例没有要求)，加入废水质量0.5-25％的生物质炭和废水质量0.001-10％有机无机复合添加剂，并调节和控制生化反应罐的温度、pH等参数，获得含有容易被植物吸收的有机碳和其他营养物质的水，即作物营养水。本发明获得的作物营养水可直接或稀释后用于灌溉、无土栽培，也可以作为原料和前体用来生产有机肥等产品。
生化反应罐反应参数如下：温度20-70℃，pH值3-9。
所述生物质炭为有机废弃物(如生活垃圾、秸秆等)通过水热碳化反应转化生成的生物质炭。
所述有机无机复合添加剂包括混合微生物菌群、小分子有机酸和无机小分子。
所述混合微生物菌群包括杆菌、球菌和真菌等混合菌，主要包括乳酸菌、芽孢杆菌、白地霉菌和曲霉菌，各菌种的数量均等。
所述小分子有机酸为C＜5的直链或支链有机酸，如乙酸、乳酸等。
所述无机小分子为含氮、铁或钙的化合物中的一种或几种的混合物，具体如氯化钙、硝酸铁等。
所述有机无机复合添加剂中，混合微生物菌群、小分子有机酸和无机小分子的配比按质量份数构成为：混合微生物菌群5-25份，小分子有机酸10-75份，无机小分子10-75份。
调节pH值时使用的pH调节剂选自氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、苏打、小苏打、硫酸(H2SO4)、盐酸(HCl)、醋酸、石灰等。
本发明方法获得的作物营养水中，有机碳含量1-30％，总养分NPK0.1-10％，小分子有机酸类(C<5)，好氧、兼氧为主的微生物混群1000-1000000000/毫升，随着反应时间和出品存放时间变化。
本发明所针对的水热碳化系统废水可以取自水热碳化反应罐直接出水、经过超滤系统(UF)的出水或者进水，或者固体产品的脱水以及上述来源的混合水。废气来自水热碳化反应罐的气体排空管道。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、水热碳化系统可以将有机废物如生活垃圾、农业秸秆等转变为生物质炭以进行资源化利用，但是水热碳化系统中废气和废水处理是一个难题，目前尚无经济可行的处理技术。本发明通过生化技术可以同时解决水热碳化系统中废气和废水处理的瓶颈。
2、本发明针对水热碳化系统中废气和废水，通过生化技术将其转变为产品作物营养水，进一步降低了HTC系统生产运行成本，又实现了水热碳化系统废气和废水的资源化利用。
附图说明
图1为本发明配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的装置示意图。
图中标号：1进料系统，2生化反应罐，3辅料加入系统，4搅拌系统，5出料系统，6进气系统，7气体排放系统。
具体实施方式
本发明配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的方法，是将HTC系统废气和废水收集并转入生化反应罐中(废气和废水的比例没有要求)，加入废水质量0.5-25％的生物质炭和废水质量0.001-10％的有机无机复合添加剂，并调节和控制生化反应罐的温度、pH等参数，获得含有容易被植物吸收的有机碳和其他营养物质的水，即作物营养水。本发明获得的作物营养水可直接或稀释后用于灌溉、无土栽培，也可以作为原料和前体用来生产有机肥等产品。
生化反应罐反应参数如下：温度20-70℃，pH值3-9。
所述生物质炭为有机废弃物(如生活垃圾、秸秆等)通过水热碳化反应转化生成的生物质炭。
所述有机无机复合添加剂包括混合微生物菌群、小分子有机酸和无机小分子。
所述混合微生物菌群包括乳酸菌、芽孢杆菌、白地霉菌和曲霉菌，各菌种的数量均等。
所述小分子有机酸为乙酸、乳酸中的一种或几种。
所述无机小分子为氯化钙、硝酸铁中的一种或几种。
所述有机无机复合添加剂中，混合微生物菌群、小分子有机酸和无机小分子的配比按质量份数构成为：混合微生物菌群5-25份，小分子有机酸10-75份，无机小分子10-75份。
调节pH值时使用的pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾、苏打、小苏打、硫酸、盐酸、醋酸、石灰中的一种或几种。
本发明方法获得的作物营养水中，有机碳含量1-30％，总养分NPK0.1-10％，小分子有机酸类(C<5)，好氧、兼氧为主的微生物混群1000-1000000000/毫升，随着反应时间和出品存放时间变化。
下面结合图1对本发明方法作进一步说明。
如图1所示，水热碳化系统废水通过进料系统1进入生化反应罐2，然后通过辅料加入系统3加入生物质炭，利用搅拌系统4搅拌均匀，并通过辅料加入系统3加入pH值调节剂调节pH值至6-8，再通过辅料加入系统3加入有机无机复合添加剂，利用搅拌系统4进行搅拌并生产作物营养水。最终，生产的作物营养水通过出料系统5排出生化反应罐2。在作物营养水的生产过程中，HTC系统产生的废气也可以通过进气系统6进入生化反应罐2进行生化处理，同时生化反应罐2内的二氧化碳等气体则通过气体排放系统7进行排放。
进料系统1主要用于生化反应罐2中水热碳化系统废水的加入，可以为人工、泵送等任意方式。进料系统1中的废水可以取自水热碳化反应罐直接出水、经过超滤系统(UF)的出水或者进水，或者固体产品的脱水以及上述来源的混合水。在实际运行中，进料系统1的数量包括但不局限于1套，同时进料系统1也可以用于辅料等其他所有原料的加入。
生化反应罐2可为由不锈钢、塑料等任何材料制成的任意形状，主要用于将水热碳化系统废水和废气通过生化技术加工制成作物营养水。在生化反应罐2中，可以设置其它辅助系统，包括但不局限于加热系统；溢流系统；温度、pH值等监测系统。在实际运行中，生化反应罐2的数量包括但不局限于1个。
辅料加入系统3主要用于生物质炭、有机无机复合添加剂、pH调节剂等原料的加入，可以为人工、机械等任意方式，包括但不局限于铲车、传输带、泵等。在实际运行中，辅料加入系统3的数量包括但不局限于1套。
搅拌系统4主要用于生物反应罐2中物料的搅拌均匀。包括但不局限于人工搅拌、磁力泵搅拌和市售机械搅拌机等。在实际运行中，搅拌系统4的数量包括但不局限于1套。
出料系统5主要用于生化反应罐2内产品作物营养水的排出，可以为人工、泵送等任意方式。在实际运行中，出料系统5的数量包括但不局限于1套。
进气系统6主要用于将水热碳化系统产生的废气导入生化反应罐2进行生化处理，同时可以提高生化反应罐2内的搅拌效率，包括但不局限于PVC管、不锈钢管等任意导入形式。在实际运行中，进气系统6的数量包括但不局限于1套。
排气系统7主要用于将生化反应罐2内的二氧化碳等气体排出，包括但不局限于PVC管、不锈钢管等任意排出形式。在实际运行中，排气系统7的数量包括但不局限于1套。

Claims (2)

1.一种配套处理水热碳化系统废气和废水并生产作物营养水的方法，其特征在于：
是将HTC系统废气和废水收集并转入生化反应罐中，加入生物质炭和有机无机复合添加剂，并调节和控制生化反应罐的温度和pH值，获得含有容易被植物吸收的有机碳和其他营养物质的水，即作物营养水；
所述有机无机复合添加剂包括混合微生物菌群、小分子有机酸和无机小分子，有机无机复合添加剂的添加量为废水质量的0.001-10%；所述有机无机复合添加剂中，混合微生物菌群、小分子有机酸和无机小分子的配比按质量份数构成为：混合微生物菌群5-25份，小分子有机酸10-75份，无机小分子10-75份；
所述混合微生物菌群为包括杆菌、球菌和真菌的混合菌；所述小分子有机酸为C＜5的直链或支链有机酸；所述无机小分子为含氮、铁或钙的化合物中的一种或几种的混合物；
所述生物质炭的添加量为废水质量的0.5-25%；
生化反应罐反应参数如下：温度20-70℃，pH值3-9；
所述作物营养水中，有机碳含量1-30%，总养分NPK0.1-10%，小分子有机酸类C<5，好氧、兼氧为主的微生物混群1000-1000000000/毫升，随着反应时间和出品存放时间变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
调节pH值时使用的pH调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、苏打、小苏打、硫酸、盐酸、醋酸或石灰。
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