本发明涉及水热液化处理固体废弃物领域，具体涉及一种粪便(包括人粪、猪粪、牛粪、羊粪和鸡粪等)无害化处理及资源回收的方法。
背景技术：
水热液化是一种绿色环保技术，是在温度200～500℃，压强5～25MPa，以水为溶剂条件下进行，在此过程中，生物质分解成小分子，小分子再聚合成不同的化合物，形成生物油、水相产物、气体和固体残渣。然而，目前水热液化集中在产油的研究，并没有对其在畜禽粪便中金属及营养物质的回收研究。
本发明的出发点是实现粪便的无害化处理和资源的回收利用。本发明旨在实现废弃生物质的无害化处理的同时，实现碳(C)、氢(H)、氮(N)、磷(P)和金属元素(Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb)的回收利用。本发明在实现粪便的安全卫生管理的同时，可进一步地实现其资源化利用。
通过水热液化技术使粪便无害化处理的同时，使碳、氢、氮、磷和金属元素在水热液化产物中定向分布，实现其回收利用，可以缓解能源危机，减少水污染，保护环境。通过对国内外专利文献、期刊杂志及其他公开发表的文献(如互联网)进行检索，本发明在国内外未见报道。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种粪便热处理资源化的方法，实现废弃生物质的无害化处理的同时，实现碳(C)、氢(H)、氮(N)、磷(P)和金属元素(Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb)的回收利用。
本发明解决技术问题所采用的方案是：
一种粪便热处理资源化的方法，该方法包括如下步骤：
a)将粪便加入反应釜中，然后密封反应釜，用气体给予0～4MPa的初压。
b)反应釜加热升温，达到设定温度后，保持0～180min后，停止加热。
c)冷却至室温，在反应釜的出气口进行气体收集；然后打开反应釜，收集剩余混合物；将剩余混合物过滤后得到含有Na、K、N和P元素的水相和剩余物质；d)对步骤c)中过滤后的剩余物质使用有机溶剂进行萃取，然后过滤，得到固体残渣和生物原油有机溶液；其中，固体残渣中含有Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素。
e)对步骤d)中得到的生物原油有机溶液进行蒸馏，蒸馏使用旋蒸仪，干燥之后得到含有C和H元素的生物原油。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤a)中的粪便为猪粪，牛粪，鸡粪，人粪，羊粪等粪便中的至少一种。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤a)中的粪便中的含水量为60％～95％。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤a)中反应釜为间歇式反应釜或连续式反应釜。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤b)中，设定温度为220～450℃。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤d)中，所述的有机溶剂为丙酮、二氯甲烷、甲苯、乙醚、乙酸乙酯中的一种或几种。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤e)蒸馏之后的剩余物在干燥条件为，在真空干燥箱65℃条件下干燥10小时。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤c)水相中Na、K元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定；N、P元素使用过硫酸钾氧化法和钼锑抗分光光度法进行测定。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤d)固体残渣中Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定。
所述的粪便热处理资源化的方法步骤e)生物原油中C和H元素通过元素分析仪测定。
本发明的有益效果在于：
1)本发明提供的粪便热处理资源化的方法，所有的病原菌及致病微生物都可以在粪便水热液化过程中被杀死，从而防止其对水资源的污染，可实现粪便的无害化处理；
2)本发明提供的粪便热处理资源化的方法，粪便水热液化后实现了N、P等营养物质资源的定向回收和再利用；
3)本发明提供的粪便热处理资源化的方法，实现了粪便的金属元素(Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb)在固体残渣中富集和回收。
附图说明
图1为本发明一种粪便热处理资源化的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种粪便热处理资源化的方法，包括如下步骤：
a)将粪便加入反应釜中，然后密封反应釜，用气体给予0～4MPa的初压。
b)反应釜加热升温，达到设定温度后，保持0～180min后，停止加热。
c)冷却至室温，首先用2L气袋接在反应釜的出气口进行气体收集；然后打开反应釜，收集剩余混合物；将剩余混合物过滤后得到含有Na、K、N和P元素的水相和剩余物质。
检测水相中Na、K、N和P元素的回收率，Na、K元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定；N、P元素使用过硫酸钾氧化法和钼锑抗分光光度法进行测定。
d)对步骤c)中过滤后的剩余物质使用有机溶剂进行萃取，然后过滤，得到固体残渣和生物原油有机溶液，其中，固体残渣中含有Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素。
检测固体残渣中Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素的回收率，Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定。
e)对步骤d)中得到的生物原油有机溶液进行蒸馏，蒸馏使用旋蒸仪，蒸馏之后的剩余物在真空干燥箱在65℃条件下干燥10小时，得到含有C和H元素的生物原油。
检测生物原油中C和H元素的回收率，C和H元素通过元素分析仪测定。
其中，步骤a)中的粪便为猪粪，牛粪，鸡粪，人粪，羊粪等粪便中的至少一种；粪便中的含水量为60％～95％。
优选地，步骤a)中，反应釜为间歇式反应釜或连续式反应釜。
优选地，步骤b)中，设定温度为220～450℃。
优选地，步骤d)中，所述的有机溶剂为丙酮、二氯甲烷、甲苯、乙醚、乙酸乙酯中的一种或几种。
优选地，步骤c)水相中Na、K元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定；N、P元素使用过硫酸钾氧化法和钼锑抗分光光度法进行测定。
优选地，步骤d)固体残渣中Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定。
优选地，步骤e)生物原油中C和H元素通过元素分析仪测定。
实施例1
一种粪便热处理资源化的方法，包括如下步骤：
a)将含水量为80％的猪粪50g加入反应釜中，然后密封反应釜，用气体给予4MPa的初压。
b)将反应釜加热至320℃，保持180min后，停止加热。
c)冷却至室温，首先用2L气袋接在反应釜的出气口进行气体收集；然后打开反应釜，收集剩余混合物；将剩余混合物过滤后得到含有Na、K、P元素的水相和剩余物质。
检测水相中Na、K、N和P元素的回收率，Na、K元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定；N、P元素使用过硫酸钾氧化法和钼锑抗分光光度法进行测定。
经检测，猪粪中的Na、K、N和P元素回收至水相中的回收率为70％。
d)对步骤c)中过滤后的剩余物质用有机溶剂丙酮进行萃取，然后过滤，得到固体残渣和生物原油有机溶液，其中，固体残渣中含有Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素。
检测固体残渣中Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素的回收率，Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定。
经检测，本实施例中猪粪中的Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素回收至固体残渣中的回收率为70％。
e)对步骤d)中得到的生物原油有机溶液进行蒸馏，蒸馏使用旋蒸仪，蒸馏之后的剩余物在真空干燥箱内65℃条件下干燥10小时，得到含有C和H元素的生物原油。
检测生物原油中C和H元素的回收率，C和H元素通过元素分析仪测定。
经检测，本实施例中猪粪中的C和H元素回收至生物原油中的回收率为50％。
实施例2
一种粪便热处理资源化的方法，包括如下步骤：
a)将含水量为75％的人粪30g加入反应釜中，然后密封反应釜，用气体给予2MPa的初压。
b)将反应釜加热至450℃，保持0min后，停止加热。
c)冷却至室温，首先用2L气袋接在反应釜的出气口进行气体收集；然后打开反应釜，收集剩余混合物；将剩余混合物过滤后得到含有Na、K、P元素的水相和剩余物质。
检测水相中Na、K、N和P元素的回收率，Na、K元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定；N、P元素使用过硫酸钾氧化法和钼锑抗分光光度法进行测定。
经检测，本实施例人粪中的Na、K、N和P元素回收至水相中的回收率为70％。
d)对步骤c)中过滤后的剩余物质用有机溶剂二氯甲烷进行萃取，然后过滤，得到固体残渣和生物原油有机溶液，其中，固体残渣中含有Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素。
检测固体残渣中Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素的回收率，Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定。
经检测，本实施例中人粪中的Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素回收至固体残渣中的回收率为75％。
e)对步骤d)中得到的生物原油有机溶液进行蒸馏，蒸馏使用旋蒸仪，蒸馏之后的剩余物在真空干燥箱内65℃条件下干燥10小时，得到含有C和H元素的生物原油。
检测生物原油中C和H元素的回收率，C和H元素通过元素分析仪测定。
经检测，本实施例中人粪中的C和H元素回收至生物原油中的回收率为45％。
实施例3
一种粪便热处理资源化的方法，包括如下步骤：
a)将含水量为95％的牛粪40g加入反应釜中，然后密封反应釜，用气体给予0MPa的初压。
b)将反应釜加热至220℃，保持60min后，停止加热。
c)冷却至室温，首先用2L气袋接在反应釜的出气口进行气体收集；然后打开反应釜，收集剩余混合物；将剩余混合物过滤后得到含有Na、K、P元素的水相和剩余物质。
检测水相中Na、K、N和P元素的回收率，Na、K元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定；N、P元素使用过硫酸钾氧化法和钼锑抗分光光度法进行测定。
经检测，本实施例牛粪中的Na、K、N和P元素回收至水相中的回收率为65％。
d)对步骤c)中过滤后的剩余物质用有机溶剂乙酸乙酯进行萃取，然后过滤，得到固体残渣和生物原油有机溶液，其中，固体残渣中含有Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素。
检测固体残渣中Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素的回收率，Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定。
经检测，本实施例牛粪中Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb回收至固体残渣中的回收率为80％。
e)对步骤d)中得到的生物原油有机溶液进行蒸馏，蒸馏使用旋蒸仪，蒸馏之后的剩余物在真空干燥箱内65℃条件下干燥10小时，得到含有C和H元素的生物原油。
检测生物原油中C和H元素的回收率，C和H元素通过元素分析仪测定。
经检测，本实施例中人粪中的C和H元素回收至生物原油中的回收率为46％。
实施例4
一种粪便热处理资源化的方法，包括如下步骤：
a)将含水量为60％的鸡粪30g加入反应釜中，然后密封反应釜，用气体给予1MPa的初压。
b)将反应釜加热至320℃，保持100min后，停止加热。
c)冷却至室温，首先用2L气袋接在反应釜的出气口进行气体收集；然后打开反应釜，收集剩余混合物；将剩余混合物过滤后得到含有Na、K、P元素的水相和剩余物质。
检测水相中Na、K、N和P元素的回收率，Na、K元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定；N、P元素使用过硫酸钾氧化法和钼锑抗分光光度法进行测定。
经检测，本实施例中鸡粪中的Na、K、N和P元素回收至水相中的回收率为70％。
d)对步骤c)中过滤后的剩余物质使用有机溶剂乙醚进行萃取，然后过滤，得到固体残渣和生物原油有机溶液，其中，固体残渣中含有Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素。
检测固体残渣中Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素的回收率，Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素采用感应耦合等离子体发射光谱仪测定。
经检测，本实施例中鸡粪中的Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Cr、Ni、Co和Pb元素回收至固体残渣中的回收率为75％。
e)对步骤d)中得到的生物原油有机溶液进行蒸馏，蒸馏使用旋蒸仪，蒸馏之后的剩余物在真空干燥箱内65℃条件下干燥10小时，得到含有C和H元素的生物原油。
检测生物原油中C和H元素的回收率，C和H元素通过元素分析仪测定。
经检测，本实施例中鸡粪中的C和H元素回收至生物原油中的回收率为53％。