一种厨余垃圾的全量化处理方法

申请号 CN202111152639.8 申请日 2021-09-29 公开(公告)号 CN114478086A 公开(公告)日 2022-05-13
申请人 深圳市海立方生物科技有限公司; 发明人 郑列列; 王浩; 石萍;
摘要 本 发明 公开一种餐厨垃圾全量化处理方法。将含有厨余垃圾的物料在密闭高压条件下进行N次 水 热 碳 化反应,每次水热碳化反应均得到水热碳化液相工作介质和水热碳,将第N‑1次得到的部分水热碳化液相工作介质作为第N次水热碳化反应的进料,与含有厨余垃圾的物料进行水热碳化反应,最终得到液相产品;所述液相产品、以及每次水热碳化反应得到的水热碳用于作为农业 肥料 的原料;其中,N≥2且为整数。水热碳化液相工作介质循环利用,既对液相工作介质中的成分进行了浓缩,又催化了水热碳化反应的过程,提高水热碳产率和热值。
权利要求

1.一种厨余垃圾的全量化处理方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:将含有厨余垃圾的物料在密闭高压条件下进行N次化反应,每次水热碳化反应均得到水热碳化液相工作介质和水热碳,将第N‑1次得到的部分水热碳化液相工作介质作为第N次水热碳化反应的进料,与含有厨余垃圾的物料进行水热碳化反应,最终得到液相产品;所述液相产品、以及每次水热碳化反应得到的水热碳用于作为农业肥料的原料;
其中,N≥2且为整数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述全量化处理方法包括如下步骤:
(S1)将含有厨余垃圾的物料在密闭高压条件下进行第一次水热碳化反应,反应完成后得到第一水热碳化液相工作介质和第一水热碳;
(S2)将部分第一水热碳化液相工作介质作为第二次水热碳化反应的进料和含有厨余垃圾的物料进行第二次水热碳化反应,得到第二水热碳化液相工作介质和第二水热碳;部分第二水热碳化液相工作介质作为第三次水热碳化反应的进料和含有厨余垃圾的物料进行第三次水热碳化反应;依此类推,将第N‑1次水热碳化液相工作介质作为第N次水热碳化反应的进料与含有厨余垃圾的物料进行第N次水热碳化反应,最终得到液相产品;其中,N≥
2且为整数;
(S3)所述液相产品和每次水热碳化得到的水热碳用于作为农业肥料的原料。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述厨余垃圾意指主要来源于家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业的有机垃圾。例如,所述厨余垃圾包括丢弃不用的食材废料、剩菜剩饭、过期食品、瓜皮果核、蛋壳、茶渣、中药药渣、花卉绿植、骨头等中的至少一种。
优选地,所述厨余垃圾的含水量为大于50%。
优选地,以厨余垃圾的干基质量计,所述厨余垃圾中有机质的含量不低于75%。
优选地,以元素质量百分比含量计,所述厨余垃圾包括:C 30‑60%,H 3‑15%,N 1‑
5%,S 0.1‑1%,O 20‑50%。
优选地,所述厨余垃圾含有灰分0.3‑15wt%,挥发分50‑93wt%,固定碳5‑15wt%,热值(HHV)10‑20MJ/kg。
优选地,所述厨余垃圾含有糖类30‑90wt%,蛋白质5‑30wt%,脂肪5‑30%。
优选地,所述厨余垃圾在进行水热碳化反应前,需要进行打碎和均质化处理。
优选地,步骤(S1)中,所述物料中除含有厨余垃圾外,还任选含有补充水。
4.根据权利要求1‑3任一项所述的方法,其特征在于,所述高压由含有厨余垃圾的物料在密封反应釜中发生水热碳化反应,自身产生的压
优选地,所述水热碳化的反应温度为170‑300℃。
优选地,所述水热碳化的反应时间为0.5‑4h。
优选地,所述水热碳化反应在搅拌或非搅拌条件下进行。
优选地,所述水热碳化反应的过程中,可以向反应器内通入惰性气体,以保持反应器内的压力和无环境。
优选地,所述反应完成后,采用离心或过滤,分离得到水热碳化液相工作介质和水热碳。
5.根据权利要求1‑4任一项所述的方法,其特征在于,所述液相产品的化学需氧量(COD)为14000‑200000mg/L,总有机碳(TOC)为10000‑65000mg/L,总氮(TN)为3000‑5500mg/L,总磷(TP)为150‑400mg/L,氮为2000‑2500mg/L,总(TK)为400‑700mg/L,pH值为4.5‑
8.5。
6.根据权利要求1‑5任一项所述的方法,其特征在于,步骤(S3)中,在所述水热碳用于农业肥料的原料之前,对其进行活化处理,得到活化水热碳。
优选地,活化处理前,对水热碳化反应得到的水热碳进行干燥。
2 3
优选地,所述活化前的水热碳的比表面积为2‑10m/g,总孔体积为0.009‑0.06cm/g。
所述活化处理可以选自物理活化和/或化学活化,例如选自热解活化,或者在酸或的存在下活化中的至少一种。
如,所述活化处理可以在存在或不存在活化剂的条件下进行。例如,所述活化剂可以选自下列中的一种或多种:
碱性物质,例如碱金属或碱土金属的氢氧化物,例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化
酸性物质,例如硫酸硝酸盐酸
金属氯化物,例如氯化、氯化镁、氯化锌。
例如,所述活化剂可以在热解活化之前、之中或之后与水热碳接触,例如在热解之前或之后将水热碳浸渍于活化剂的水溶液。
优选地,所述活化处理的温度为350‑800℃。
优选地,所述活化处理在真空或惰性气氛下进行。
优选地,所述活化处理的时间为1‑5h。
7.权利要求5所述液相产品和权利要求6所述活化水热碳作为有机肥原料的应用。
8.一种生物炭基有机肥料,其含有如下重量份的组分:活化水热碳10‑40份、液相产品
80‑200份,腐殖酸类肥料0.1‑1份;
所述活化水热碳具有如权利要求6所述的含义,所述液相产品具有如权利要求5所述的含义。
优选地,所述活化水热碳的总碳含量为40‑90%。
2
优选地,所述活化水热碳的比表面积为100‑1600m/g。
3
优选地,所述活化水热碳的总孔体积为0.08‑0.4cm/g。
优选地,所述活化水热碳的热值HHV为10‑40MJ/kg。
优选地,所述腐殖酸类肥料包括腐殖酸肥料、腐殖酸钠肥和腐殖酸钾肥中的至少一种,优选为腐殖酸肥料。
优选地,所述生物炭基有机肥料为粉末状或颗粒状。
优选地,所述生物炭基有机肥料中总养分(N+P2O5+K2O)的质量含量为20‑30%,水的质量含量为25‑35%,活化水热碳的含量为15‑25%。
9.权利要求8所述生物炭基有机肥料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:将包括活化水热碳、液相产品和腐殖酸类肥料的原料按照权利要求8所述的重量份数混合,制备得到所述生物炭基有机肥料。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述生物炭基有机肥料的制备过程包括如下步骤:将活化水热碳、腐殖酸类肥料与液相产品混合,待活化水热碳和腐殖酸类肥料充分吸附液相产品后,干燥至混合物的含水量适宜造粒,造粒,得到颗粒状的生物炭基有机肥料;
或者,先对液相产品进行浓缩处理,浓缩后的液相产品与活化水热碳、腐殖酸类肥料混合,待活化水热碳和腐殖酸类肥料充分吸附液相产品后,造粒,得到颗粒状的生物炭基有机肥料。

说明书全文

一种厨余垃圾的全量化处理方法

[0001] 本申请要求享有2020年11月12日向中国国家知识产权局提交的申请号为202011263147.1,名称为“一种厨余垃圾的全量化处理方法”的在先申请的优先权权益。该在先申请的全文以引用的方式结合至本文。

技术领域

[0002] 本发明属于垃圾处理技术领域,具体涉及一种厨余垃圾的全量化处理方法。

背景技术

[0003] 2019年颁布的《生活垃圾分类标志》新版标准中,餐厨垃圾、湿垃圾统一为厨余垃圾。厨余垃圾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,包括丢弃不用的食材废料、剩菜剩饭、过期食品、瓜皮果核、蛋壳、茶渣、中药药渣、花卉绿植、骨头等,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。厨余垃圾资源化利用一直是国内外环境科学与工程领域研究的热点之一,随着我国“垃圾分类”政策的实施,厨余垃圾的收集、处理和管理已成为城市有机固废处理的重要部分。目前我国厨余垃圾年产量已超过1亿吨,随着我国社会经济的发展、城镇化的推进和居民生活平的不断提高,厨余垃圾的产量势必持续增长。长期以来,我国对厨余垃圾的处理方式主要采用填埋、焚烧和转化为饲料这三种处理方式。然而厨余垃圾具有水分、有机物、油脂及盐分含量高,以及易腐烂等特点,容易滋生细菌,腐败发臭,不宜直接填埋。而高含水量,使得其焚烧热值低,直接焚烧成本很高。另外由厨余垃圾派生的地沟油大量进入二级市场,对人体健康构成极大的威胁。因此,厨余垃圾的处理越来越引起全社会的关注,对其进行全量化、资源化的处理方式的需求也越来越迫切。

发明内容

[0004] 本发明提供一种厨余垃圾的全量化处理方法,包括如下步骤:将含有厨余垃圾的物料在密闭高压条件下进行N次水热化反应,每次水热碳化反应均得到水热碳化液相工作介质和水热碳,将第N‑1次得到的部分水热碳化液相工作介质作为第N次水热碳化反应的进料,与含有厨余垃圾的物料进行水热碳化反应,最终得到液相产品;所述液相产品、以及每次水热碳化反应得到的水热碳用于作为农业肥料的原料;
[0005] 其中,N≥2且为整数。
[0006] 根据本发明的实施方案,所述全量化处理方法,包括如下步骤:
[0007] (S1)将含有厨余垃圾的物料在密闭高压条件下进行第一次水热碳化反应,反应完成后得到第一水热碳化液相工作介质和第一水热碳;
[0008] (S2)将部分第一水热碳化液相工作介质作为第二次水热碳化反应的进料和含有厨余垃圾的物料进行第二次水热碳化反应,得到第二水热碳化液相工作介质和第二水热碳;部分第二水热碳化液相工作介质作为第三次水热碳化反应的进料和含有厨余垃圾的物料进行第三次水热碳化反应;依此类推,将第N‑1次水热碳化液相工作介质作为第N次水热碳化反应的进料与含有厨余垃圾的物料进行第N次水热碳化反应,最终得到液相产品;其中,N≥2且为整数,优选3≤N≤10,示例性N=4;
[0009] (S3)所述液相产品和每次水热碳化得到的水热碳用于作为农业肥料的原料。
[0010] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾意指主要来源于家庭厨房、餐厅、饭店、食堂、市场及其他与食品加工有关的行业的有机垃圾。例如,所述厨余垃圾包括丢弃不用的食材废料、剩菜剩饭、过期食品、瓜皮果核、蛋壳、茶渣、中药药渣、花卉绿植、骨头等中的至少一种。
[0011] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾可以为存放不超过7日的新鲜厨余垃圾。
[0012] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾可以选自混合类厨余垃圾,其优选包含蔬菜、肉类等食材的厨余垃圾混合物。
[0013] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾可以选自蔬菜类厨余垃圾,其优选包含绿叶青菜,根茎类,番茄等蔬菜类的厨余垃圾,但不含肉类等食材的厨余垃圾。例如,所述蔬菜类厨余垃圾的腐殖酸含量低于检测限,优选为0。
[0014] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾,例如混合类厨余垃圾或蔬菜类厨余垃圾的重金属含量(mg/kg)符合以下范围:
[0015]Cr As Cd Pb
0.62‑3.23 0.20‑1.70 0.01‑0.23 0.27‑1.90
[0016] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾的含水量为大于50%,例如大于60%,优选大于70%,例如为70‑95%,又如为75‑90%。
[0017] 根据本发明的实施方案,以厨余垃圾的干基质量计,所述厨余垃圾中有机质的含量不低于75%,例如不低于80%,又如不低于85%。
[0018] 根据本发明的实施方案,以元素质量百分比含量计,所述厨余垃圾包括:C 30‑60%,H 3‑15%,N 1‑5%,S 0.1‑1%,O 20‑50%。
[0019] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾含有灰分0.3‑15wt%,挥发分50‑93wt%,固定碳5‑15wt%,热值(HHV)10‑20MJ/kg。
[0020] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾含有糖类30‑90wt%,蛋白质5‑30wt%,脂肪5‑30%。
[0021] 根据本发明的实施方案,所述厨余垃圾在进行水热碳化反应前,需要进行打碎和均质化处理。
[0022] 根据本发明的实施方案,步骤(S1)中,所述物料中除含有厨余垃圾外,还可以任选含有补充水。其中,可以根据均质化的厨余垃圾中的含水量,看是否需要添加补充水。若需添加,所述补充水的加入量为厨余垃圾中固体质量(即厨余垃圾干重)的1‑20倍,例如5‑10倍,示例性为5倍、6倍、8倍、10倍、12倍、15倍、20倍。
[0023] 根据本发明的实施方案,所述高压由含有厨余垃圾的物料在密封反应釜中发生水热碳化反应,自身产生的压
[0024] 根据本发明的实施方案,所述水热碳化的反应温度为170‑300℃,例如190‑260℃,示例性为170℃、190℃、200℃、210℃、230℃、250℃、260℃、280℃、300℃。其中,升温至反应温度的速率为3‑15℃/min,例如5‑12℃/min,示例性为3℃/min、5℃/min、7.5℃/min、9℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min。
[0025] 根据本发明的实施方案,所述水热碳化的反应时间(即达到反应温度后的保温时间)为0.5‑4h,例如1‑3.5h,示例性为0.5h、1h、1.5h、2h、3h、3.5h、4h。
[0026] 根据本发明的实施方案,所述水热碳化反应可以在搅拌或非搅拌条件下进行。例如,搅拌的速度可以为100‑600rpm,比如为200‑500rpm。
[0027] 根据本发明的实施方案,N次水热碳化反应可以在同一个反应釜或不同反应釜中进行。
[0028] 根据本发明的实施方案,所述含有厨余垃圾的物料的加入量为反应釜容积的70%‑80%。
[0029] 根据本发明的实施方案,所述水热碳化反应的过程中,可以向反应器内通入惰性气体,以保持反应器内的压力和无环境。其中,所述惰性气体可以为氩气、氦气、氮气等中的至少一种。
[0030] 根据本发明的实施方案,所述反应完成后,可以采用本领域已知分离手段(例如离心或过滤),分离得到水热碳化液相工作介质和水热碳。根据本发明的实施方案,第N‑1次得到的部分水热碳化液相工作介质作为第N次水热碳化反应的进料的量,需要根据厨余垃圾的含水量来确定,例如返回作为进料的水热碳化液相工作介质的质量为厨余垃圾中固体质量(即厨余垃圾干重)的1‑20倍,例如5‑10倍,示例性为5倍、6倍、8倍、10倍、12倍、15倍、20倍。
[0031] 优选地,每次水热碳化反应中的总物料的质量是相同的,每次水热碳化反应中新鲜厨余垃圾的进料量也相同。除第一次水热碳化反应的总物料为新鲜厨余垃圾和补充水,其余水热碳化反应的总物料为新鲜厨余垃圾和上一次水热碳化反应得到的部分水热碳化液相工作介质。
[0032] 其中,第N‑1次得到的部分水热碳化液相工作介质在第N次水热碳化反应中,可以起到催化剂的作用,利用了水热碳化液相工作介质含有的因厨余垃圾中的有机物降解后产生大量的有机酸,例如羧酸、乳酸、乙酰丙酸、乙酸、甲酸、丁酸和己酸等中的至少一种,使得水解过程更容易进行,可以提高液相产品中的总有机碳含量,以及水热碳的产率和热值,例如总有机碳的含量可提高50‑150%,水热碳热值提高2‑6%,水热碳的产率提高5‑10%。
[0033] 根据本发明的实施方案,所述液相产品的化学需氧量(COD)为14000‑200000mg/L,总有机碳(TOC)为10000‑65000mg/L,总氮(TN)为3000‑5500mg/L,总磷(TP)为150‑400mg/L,氮为2000‑2500mg/L,总(TK)为400‑700mg/L,pH值为4.5‑8.5。例如,所述液相产品的COD值为2000‑100000mg/L,总有机碳(TOC)为15000‑60000mg/L,总氮(TN)为3500‑5000mg/L,总磷(TP)为200‑350mg/L,氨氮为2100‑2400mg/L,总钾(TK)为500‑600mg/L,pH值为5.0‑7.0。示例性地,所述液相产品中的COD值为50000mg/L,TOC为20000mg/L,总氮为4000mg/L,总磷为200mg/L,氨氮为2000mg/L,总钾550mg/L,pH值为5.2。
[0034] 根据本发明的实施方案,步骤(S3)中,在所述水热碳用于农业肥料的原料之前,可以对其进行活化处理,得到活化水热碳。
[0035] 根据本发明的实施方案,活化处理前,可以对水热碳化反应得到的水热碳进行干燥。例如,100‑120℃干燥1‑4h;比如105℃干燥2‑3h。
[0036] 根据本发明的实施方案,所述活化前的水热碳的比表面积为2‑10m2/g,总孔体积3
为0.009‑0.06cm/g。
[0037] 根据本发明的实施方案,所述活化处理可以选自物理活化和/或化学活化,例如选自热解活化,或者在酸或的存在下活化中的至少一种。
[0038] 根据本发明的实施方案,所述活化处理可以在存在或不存在活化剂的条件下进行。例如,所述活化剂可以选自下列中的一种或多种:
[0039] 碱性物质,例如碱金属或碱土金属的氢氧化物,例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化
[0040] 酸性物质,例如硫酸硝酸盐酸
[0041] 金属氯化物,例如氯化、氯化镁、氯化锌。
[0042] 根据本发明的实施方案,所述活化剂可以在热解活化之前、之中或之后与水热碳接触,例如在热解之前或之后将水热碳浸渍于活化剂的水溶液。
[0043] 根据本发明的实施方案,所述活化处理的温度为350‑800℃,例如400‑700℃,示例性为350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃。
[0044] 根据本发明的实施方案,所述热解活化处理可以在真空或在惰性气氛下进行。例如,所述惰性气氛可以由惰性气体,如氮气、氩气、氦气等中的一种提供,优选由氮气提供。进一步地,所述惰性气体的流量为0.5‑3L/min,例如为1‑2L/min。
[0045] 根据本发明的实施方案,所述热解活化处理的时间为1‑5h,例如2‑4h,示例性为1h、2h、3h、4h、5h。
[0046] 本发明还提供上述液相产品和活化水热碳作为有机肥原料的应用。优选地,所述有机肥为生物炭基有机肥料。
[0047] 本发明还提供一种生物炭基有机肥料,其含有如下重量份的组分:活化水热碳10‑40份、液相产品80‑200份,腐殖酸类肥料0.1‑1份。
[0048] 例如,所述生物炭基有机肥料含有如下重量份的组分:活化水热碳15‑35份、液相产品100‑180份,腐殖酸类肥料0.3‑0.8份;
[0049] 又如,所述生物炭基有机肥料含有如下重量份的组分:活化水热碳20‑30份、液相产品120‑160份,腐殖酸类肥料0.4‑0.7份。
[0050] 根据本发明的实施方案,所述活化水热碳的总碳含量为40‑90%,例如为50‑80%,示例性为40%、50%、60%、70%、80%、90%。
[0051] 优选地,所述活化水热碳的比表面积为100‑1600m2/g,例如300‑1500m2/g,又如2
500‑1000m/g。
[0052] 优选地,所述活化水热碳的总孔体积为0.08‑0.4cm3/g,例如0.1‑0.3cm3/g,又如3
0.15‑0.25cm/g。
[0053] 优选地,所述活化水热碳的热值HHV为10‑40MJ/kg,例如15‑35MJ/kg,又如20‑30MJ/kg。
[0054] 根据本发明的实施方案,所述活化水热碳由上述活化处理方法制备得到。
[0055] 根据本发明的实施方案,所述腐殖酸类肥料包括腐殖酸肥料、腐殖酸钠肥和腐殖酸钾肥等中的至少一种,优选为腐殖酸肥料。
[0056] 根据本发明的实施方案,所述生物炭基有机肥料为粉末状或颗粒状。
[0057] 根据本发明的实施方案,所述生物炭基有机肥料由活化处理后的水热碳、液相产品和腐殖酸类肥料制备得到。
[0058] 根据本发明的实施方案,所述生物炭基有机肥料中总养分(N+P2O5+K2O)的质量含量为20‑30%,例如为22‑28%,示例性为20%、22%、24%、25%、27%、28%、30%。
[0059] 根据本发明的实施方案,所述生物炭基有机肥料中水的质量含量为25‑35%,例如27‑33%,示例性为25%、27%、30%、32%、35%。
[0060] 根据本发明的实施方案,所述生物炭基有机肥料中活化水热碳的含量为15‑25%,例如17‑23%,示例性为15%、17%、20%、21%、23%、25%。
[0061] 本发明还提供上述生物炭基有机肥料的制备方法,包括如下步骤:将包括活化水热碳、液相产品和腐殖酸类肥料的原料按照上述重量份混合,制备得到所述生物炭基有机肥料。
[0062] 根据本发明的实施方案,所述生物炭基有机肥料的制备过程包括如下步骤:将活化水热碳、腐殖酸类肥料与液相产品混合,待活化水热碳和腐殖酸类肥料充分吸附液相产品后,干燥至混合物的含水量适宜造粒,造粒,得到颗粒状的生物炭基有机肥料;
[0063] 或者,先对液相产品进行浓缩处理,浓缩后的液相产品与活化水热碳、腐殖酸类肥料混合,待活化水热碳和腐殖酸类肥料充分吸附液相产品后,造粒,得到颗粒状的生物炭基有机肥料。
[0064] 根据本发明的实施方案,干燥混合物的温度为95‑130℃,例如100‑120℃。
[0065] 根据本发明的实施方案,适宜造粒的混合物的含水量为40‑60%,优选50%。
[0066] 本发明的有益效果:
[0067] 本发明在餐厨垃圾全量化处理过程中,将部分水热碳化液相工作介质循环利用,既对液相工作介质中的成分进行了浓缩,又催化了水热碳化反应的过程,提高水热碳产率和热值。
[0068] 发明人发现,经过水热碳化后产生水热碳致密度高,比表面积不高,其吸附性及吸水性较差。本发明采用高温无氧热解活化,大幅度提高水热碳的比表面积和微孔隙率,使之更适合用于土壤修复。而且高温活化后,原本可能存在的对植物有害的有机物质也显著减少。
[0069] 由活化水热碳、液相产品和腐殖酸类肥料制备的有机肥料具备土壤所需的营养成分,同时还具有营养缓释功能,具有改善土壤团粒结构、提高土壤持水性、促进根际微生物菌群活力的性能。附图说明
[0070] 图1为实施例7的黄瓜种子发芽试验中,培养8天后的种子发根情况照片。其中,左起第1列为使用清水的试验样品,第2列为使用稀释20倍处理液的试验样品,第3列为使用稀释40倍处理液的试验样品。

具体实施方式

[0071] 下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解,下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明,而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
[0072] 除非另有说明,以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品,或者可以通过已知方法制备。
[0073] 除非另有说明,下述实施例所用的厨余垃圾为存放不超过7日的新鲜厨余垃圾。其中:
[0074] 混合类厨余垃圾为包含蔬菜、肉类等食材的厨余垃圾混合物,以实施例1所用的混合类厨余垃圾为代表,检测其参数特征如下:
[0075]
[0076] 因其他实施例所用的混合类厨余垃圾组成与实施例1相近,故未重复测试其参数。
[0077] 蔬菜类厨余垃圾包含绿叶青菜,根茎类,番茄等蔬菜类的厨余垃圾,但不含肉类等食材的厨余垃圾,所述蔬菜类厨余垃圾的腐殖酸含量低于检测限。
[0078] 下文实施例所用的混合类厨余垃圾和蔬菜类厨余垃圾的重金属含量(mg/kg)均符合以下范围:
[0079]Cr As Cd Pb
0.62‑3.23 0.20‑1.70 0.01‑0.23 0.27‑1.90
[0080] 除非另有说明,下文实施例中,COD的测试方法为重铬酸盐法,总氮的测试方法为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,TOC的测试方法为非色散红外线检测,总钾的测试方法为土壤水分测定法‑火焰光度法或原子吸收分光光度法,总磷的测试方法为中性过硫酸钾消解分光光度法,氨氮的测试方法为纳氏试剂分光光度法。
[0081] 实施例1:厨余垃圾的全量化处理方法
[0082] 新鲜混合类厨余垃圾(含水量>90%)按照其所含的固体含量(即新鲜混合类厨余垃圾干重)的6倍补充蒸馏水后,于密封的水热碳化反应釜中发生水热碳化反应,物料的加入量为反应釜容积的70‑80%,搅拌速度为120rpm,升温至200℃后,保温1h。第一次水热碳化反应期间没有加入任何催化剂,也无其他气体通入,靠反应釜内物料加热后自身产生的压力进行水热碳化反应。第一次水热碳化反应结束,将第一水热碳化液相工作介质与第一水热碳进行过滤分离后,取第一水热碳化液相工作介质作为下一个水热碳化反应的进料之一,第一水热碳化液相工作介质的质量按照新鲜厨余垃圾干重的6倍与新鲜厨余垃圾混合后加入反应釜中进行第二次水热碳化反应。每次水热反应所加的厨余垃圾鲜重、以及前一水热碳化液相工作介质的用量均相同。以此类推,水热碳化液相工作介质用于4个水热碳化反应后,取出,得到液相产品。将每个水热碳化反应得到的水热碳充分清洗后,置于105℃干2 3
燥3h,水热碳的比表面积为2‑10m/g,总孔体积为0.009‑0.06cm/g。经成分分析,液相产品中COD为50000mg/L,TOC为20000mg/L,总氮为4000mg/L,总磷为200mg/L,总钾为550mg/L,氨氮为2000mg/L,pH值为5.2。
[0083] 将干燥后的水热碳在700℃,1L/min的氮气流量下,进行热解活化2h,得到活化水2 3
热碳。活化水热碳的总碳含量达到50wt%,比表面积达到400m/g,总孔体积为0.22cm /g,热值HHV为35MJ/kg。
[0084] 液相产品和活化的水热碳能够用于制备生物炭基有机肥料。
[0085] 实施例2:生物炭基有机肥料
[0086] 本实施例中,生物炭基有机肥料的原料包括:实施例1得到的液相产品100kg,活化水热碳15kg,腐殖酸肥料0.5kg。
[0087] 制备过程:将所有组分按比例混匀,待活化水热碳和腐殖酸肥料充分吸附液相产品后,于105度干燥混合料,至混合料的水分含量大约为50%,使用圆盘造粒机进行造粒,形成粒径大小为3‑5mm的均匀颗粒。本实施例制备的生物炭基有机肥料的成分比例如下:
[0088]组分 含量(wt%)
总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数(以烘干基计) ≥5.0
水分(鲜样)的质量分数 ≤30.0
生物炭的质量分数(以固定碳计) ≥10.0
碳的质量分数(以烘干基计) ≥25.0
[0089] 将制备得到的生物炭基有机肥料具备土壤所需的营养成分和营养缓释功能,能够用于土壤肥力贫瘠的土地,施用量为1500‑2000kg/ha,能够改善土壤团粒结构、提高土壤持水性、促进根际微生物菌群活力。
[0090] 实施例3:循环处理对处理液中营养成分的富集作用
[0091] 实验(1)
[0092] 采用与上文实施例1类似的混合类厨余垃圾(含水量>90%)鲜重50g,第一次加水100mL,于密封的水热碳化反应釜中发生水热碳化反应,搅拌速度300rpm,升温至200℃,保温1h,记为循环0次;反应结束后过滤,取滤液100mL再加入50g相同的蔬菜类厨余垃圾,在上述相同的处理条件下进行水热碳化反应,记为循环1次;以此方式重复循环,共循环3次。分别测试每次的处理液成分和干燥水热碳的重量,结果如下:
[0093]
[0094]
[0095] 上述结果表明,处理液循环不仅可以对营养成分进行浓缩,而且减少对水的需求量,还提高了水热碳的产量,循环第三次后水热碳的产量增长了23%。
[0096] 实验(2)
[0097] 采用与上文实施例1类似的混合类厨余垃圾(含水量>90%)鲜重100g,加水50mL,于密封的水热碳化反应釜中发生水热碳化反应,搅拌速度300rpm,升温至200℃,反应结束后,测处理液成分,结果如下:
[0098]
[0099] 实施例4:厨余水热处理液的重金属含量测定
[0100] 根据水溶肥料的重金属测定方法“NYT 1978‑2010肥料汞、砷、镉、铅、铬含量的测定”,测定实施例1和3的处理液的重金属含量,结果如下:
[0101]
[0102] 上述结果表明,本发明方法处理厨余垃圾后,水热处理液的重金属含量均符合“NY884‑2012生物有机肥”规定的如下指标,且含量极低:
[0103] NY 884‑2012
[0104] 4.4生物有机肥产品中5种重金属限量指标应符合表2的要求。
[0105] 表2生物有机肥产品5种重金属限量技术要求
[0106] 单位:mg/kg
[0107]项目 限量指标
总砷(As)(以干基计) ≤15
总镉(Cd)(以干基计) ≤3
总铅(Pb)(以干基计) ≤50
总铬(Cr)(以干基计) ≤150
总汞(Hg)(以干基计) ≤2
[0108] 实施例5:厨余水热碳热解改性吸附作用
[0109] 将实施例1的干燥后但未经活化的水热碳粉碎,将粉碎后的粉末与KOH按照重量比1∶2混合均匀后,700℃真空下热解1h进行活化。将活化后的水热碳与水热处理液(COD为
12.3g/L,氨氮为603.6mg/L)按照重量比1:10混合,常温震荡过夜后,测定液体的COD和氨氮含量,结果如下:
[0110]
[0111] 实施例6:吸附的厨余活化水热碳缓释作用
[0112] 将实施例5中完成吸附的活化水热碳在105℃烘箱中干燥至恒重后,加入干燥水热碳重量10倍的清水,常温震荡过夜后,测液体COD含量。水热碳继续按干燥水热碳重量10倍的比例加入清水,常温震荡过夜。重复上述方式,一共浸泡4次,测定COD含量如下:
[0113] 浸泡次数 浸泡液COD含量(g/L)1 1.3
2 1.2
3 0.6
4 0.5
[0114] 结果表明,改性水热碳具有良好的吸附作用和缓释作用,既可作为有机肥的载体,也可以作为土壤改良剂,在土壤中起调节营养的作用。
[0115] 实施例7:厨余水热处理液对黄瓜种子发芽的影响
[0116] 随机选择120颗黄瓜种子,每10颗放置在铺有滤纸的培养皿中,分别加入清水10mL、稀释20倍的处理液10mL、稀释40倍的处理液10mL,每个处理4个培养皿(40颗种子)。其中处理液为实施例1的处理液,再盖上滤纸,放入恒温培养箱中静置培养。分别在48小时和
72小时取出样品,测量主根长,计算发芽指数,结果如下:
[0117]
[0118] 图1还示出了本试验培养8天后的种子发根情况照片,其中,左起第1列为使用清水的试验样品,第2列为使用稀释20倍处理液的试验样品,第3列为使用稀释40倍处理液的试验样品。
[0119] 实施例8:厨余垃圾水热催化转化腐殖酸的实验
[0120] 为方便实验,以蔬菜类厨余垃圾为原料进行如下研究。
[0121] 将蔬菜类厨余垃圾(干重5g,腐殖酸含量低于检测限)、KOH 3g混合,加水145mL,于密封的水热碳化反应釜中发生水热碳化反应,搅拌速度300rpm,升温至200℃,保温3h。反应结束后,反应物料冷却至室温后,进行固液分离,向处理液中加入盐酸,pH值调至2,静置30min,离心,除去上清液,用氨水溶解沉淀物,定容后用容量法测定腐殖酸的含量,结果如下。
[0122] 其中,腐殖酸提取率=(处理液体积理论值145mL*处理液中腐殖酸的浓度/蔬菜类厨余垃圾的干重)*100%。
[0123]
[0124] 以上通过示例性的实施例对本发明的实施方式进行了说明。但是,本发明的保护范围不拘囿于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内,本领域技术人员所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明权利要求书的保护范围之内。
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