一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法 |
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| 申请号 | CN202410117846.7 | 申请日 | 2024-01-29 | 公开(公告)号 | CN117645882A | 公开(公告)日 | 2024-03-05 |
| 申请人 | 南京沿江资源生态科学研究院有限公司; 北京科技大学; | 发明人 | 金璠; 朱立新; 李子富; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种人 粪便 和厨余垃圾 发酵 渣 水 热 碳 化制备 生物 炭 方法，涉及有机污染物资源化利用技术领域，具有利用人粪便和厨余垃圾，获得质优价廉的生物炭产品的优点，其技术方案要点是：粪便和厨余垃圾预处理过程：将厨余垃圾投入 化粪池 与人粪便一起进行发酵稳定化处理，减少后续工艺产生臭味；水热碳化过程，将发酵后的 浆液 加入水热碳化反应器中，密闭升温至200℃左右，压 力 控制在2Mpa以下，并持续1~2小时，使物料碳化；待水热碳化反应器的反应仓冷却后，即可获得水与生物炭的混合产品；水和生物炭通过过滤分离，即可获得生物炭产品。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法技术领域[0001] 本发明涉及有机污染物资源化利用技术领域，具体为一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法。 背景技术[0002] 人类的生存与发展始终伴随着大量的生活废弃物的产生，随着人们生活的提高，人粪便和厨余垃圾对环境的污染也日益严重。人粪便中含有大量病原体，容易引发大规模传染病的流行；粪便污水中有机质腐烂分解后产生有毒有害气体，发生恶臭；同时，粪便中含有大量的有机质和氮、磷、钾等物质，若直接排放，会造成水体污染和富营养化。这些均严重污染了土壤、水体、大气和生物群落，并对人体健康产生潜在威胁。人粪便和厨余垃圾具有含水率高、不易储存、受潮易腐烂等特点，导致运输成本大、储存空间大和处理成本高等问题。因此寻求合适的人粪便和厨余垃圾分散式处理方法具有现实意义和商业化前景。 [0003] 水热炭化技术由于其经济性和环境友好型在实现生物质资源的高效转化应用方面引起越来越多的关注。水热炭化技术采用水作为反应溶剂，生物质作为原料，在150‑280℃温度条件下于密封压力容器中合成富碳固体产物。生物炭拥有疏松多孔的结构，其比表面积大。 [0004] 因此本申请人在实际生产过程中研发出一种新的技术方案，以解决人粪便和厨余垃圾处理困难的问题，并实现生物炭资源化利用。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，具有利用人粪便和厨余垃圾，获得质优价廉的生物炭产品的优点。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，包括以下步骤： 第一步：粪便和厨余垃圾预处理过程：将厨余垃圾投入化粪池与人粪便一起进行发酵稳定化处理，减少后续工艺产生臭味； 第二步：水热碳化过程，将发酵后的浆液加入水热碳化反应器中，密闭升温至200℃ 250℃，压力控制在2Mpa以下，并持续1 2小时，使物料碳化； ~ ~ 第三步：待水热碳化反应器的反应仓冷却后，即可获得水与生物炭的混合产品； 第四步：水和生物炭通过过滤分离，即可获得生物炭产品。 [0008] 优选地，干燥的农林废弃物主要包括秸秆、稻壳、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花中的一种或者多种的组合。 [0010] 优选地，在预干燥过程后加入脱水排氧过程，即经过预干燥过程处理的混合物堆体放入水热碳化反应器的反应仓内，水热碳化反应器的反应仓内填充量大于80%，将水热碳化反应器的反应仓加热以利用产生的水蒸气将仓内残留空气充分排除，同时将含水率进一步降低到10%。 [0011] 优选地，第二步将经过脱水排氧过程的混合物堆体在水热碳化反应器的反应仓内的温度升温至550℃的碳化温度，并持续1 2小时，使物料完成碳化；待水热碳化反应器的反~应仓冷却后，即可获得混合基生物炭产品。 [0012] 优选地，第一步中的稳定化处理是指人粪便和厨余垃圾进行常温厌氧发酵。 [0013] 优选地，在脱水排氧过程中，水热碳化反应器的反应仓加热至150℃ 200℃范围~内，达到设定温度后，持续时间应不低于20分钟。 [0014] 优选地，水热碳化反应器的反应仓内升温速度为15℃/min 30℃/min。~ [0016] 本发明的另外一个目的是提供一种混合基生物炭，针对家庭产生的主要固态废弃物，包括人粪便和厨余垃圾，经过化粪池发酵稳定化以后，含水率大约90‑95%。 [0017] 本发明的有益效果在于：1、对人粪便和厨余垃圾进行了充分处理，减少了人粪便和厨余垃圾产生的环境和健康问题； 2、生物炭引入了人粪便和厨余垃圾中丰富的氮磷钾等营养元素和植物必须微量元素，可以替代化学肥料使用； 3、生物炭具有丰富的微孔结构，有大的比表面积和吸附能力，可以改良土壤，同时固化氮、磷、钾，增加肥效； 4、将易分解有机碳转化为稳定的固定碳，减少了大气中二氧化碳的排放； 5、作为低成本非化学肥料，混合基生物炭可以就近利用，也为有机农业、绿色农业提供了高品质的肥料。 附图说明 [0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0019] 图1为本实施例的结构示意图。 具体实施方式[0020] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0021] 一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，包括以下步骤：第一步：粪便和厨余垃圾预处理过程：将厨余垃圾投入化粪池与人粪便一起进行发酵稳定化处理，减少后续工艺产生臭味； 第二步：水热碳化过程，将发酵后的浆液加入水热碳化反应器中，密闭升温至200℃ 250℃，压力控制在2Mpa以下，并持续1 2小时，使物料碳化； ~ ~ 第三步：待水热碳化反应器的反应仓冷却后，即可获得水与生物炭的混合产品； 第四步：水和生物炭通过过滤分离，即可获得生物炭产品。 [0022] 在第一步和第二步之间加入混合过程，即将化粪池固态污泥与破碎后的干燥的农林废弃物按照1:1比例进行充分混合，得到混合物堆体。化粪池固态污泥是指将第一步发酵后的物质进行固液分离后得到的固态污泥。 [0023] 干燥的农林废弃物主要包括秸秆、稻壳、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花中的一种或者多种的组合。 [0024] 在混合过程和第二步之间加入预干燥过程，即将混合物堆体置于堆肥箱中，利用生物好氧反应使得混合物堆体干燥脱水，含水率可降至40%以下。 [0025] 在预干燥过程后加入脱水排氧过程，即经过预干燥过程处理的混合物堆体放入水热碳化反应器的反应仓内，水热碳化反应器的反应仓内填充量大于80%，将水热碳化反应器的反应仓加热以利用产生的水蒸气将仓内残留空气充分排除，同时将含水率进一步降低到10%。在此过程中产生废气可以排入预干燥过程，便于预干燥过程中的生物好氧反应的进行。 [0026] 第二步将经过脱水排氧过程的混合物堆体在水热碳化反应器的反应仓内的温度升温至550℃的碳化温度，并持续1 2小时，使物料完成碳化；待水热碳化反应器的反应仓冷~却后，即可获得混合基生物炭产品。使物料完成碳化产生的废气可以通过破碎后农林废弃物堆体过滤净化。水热碳化反应器的反应仓内升温速度为15℃/min 30℃/min。 ~ [0027] 第一步中的稳定化处理是指人粪便和厨余垃圾进行常温厌氧发酵。 [0028] 在脱水排氧过程中，水热碳化反应器的反应仓加热至150℃ 200℃范围内，达到设~定温度后，持续时间应不低于20分钟。 [0029] 通过上述步骤制备的生物炭，对人粪便和厨余垃圾进行了充分处理，减少了人粪便和厨余垃圾产生的环境和健康问题；生物炭引入了人粪便和厨余垃圾中丰富的氮磷钾等营养元素和植物必须微量元素，可以替代化学肥料使用；生物炭具有丰富的微孔结构，有大的比表面积和吸附能力，可以改良土壤，同时固化氮、磷、钾，增加肥效；将易分解有机碳转化为稳定的固定碳，减少了大气中二氧化碳的排放；作为低成本非化学肥料，混合基生物炭可以就近利用，也为有机农业、绿色农业提供了高品质的肥料。这种混合基生物炭制备方法简单、可控、易实施，既可以生产家电式户用产品，也可以生产社区规模的工业化产品，具有良好的推广应用前景，以及显著的经济效益、环境效益和社会效益。 [0030] 实施例1：比如户用生物炭制备系统：1、将单户人粪便和厨余垃圾发酵沼渣与粉碎秸秆充分搅拌均匀，物料混合比例为 1：1，获得混合物1； 2、利用生物好氧干化反应将混合物1含水率降低至40%以下，获得混合物2； 3、将混合物2置入水热碳化反应器的反应仓即碳化炉物料仓内，物料仓填充率为 85%； 4、将物料仓加热至175℃，并持续20分钟，此过程中物料仓中残留空气和水蒸气通过排气口排除，产生废气通过生物好氧干化堆净化排放； 5、以15℃/min的升温速度将物料仓升温至550℃，并持续1小时以完成物料的碳化；此过程会有废气产生，在升温开始前将排气口阀门转向粉碎秸秆堆体净化； 6、待反应仓冷却后即可获得生物炭，产率约40%。 [0031] 实施例2：社区规模生物炭制备系统将社区人粪便和厨余垃圾发酵沼渣集中收集后与粉碎秸秆充分搅拌均匀，物料混合比例为1：1，获得混合物1。 [0033] 实施例3：一种混合基生物炭，针对家庭产生的主要固态废弃物，包括人粪便和厨余垃圾，经过化粪池发酵稳定化以后，含水率大约90‑95%。 |
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