一种基于气-炭联产的沼渣闭环处理利用方法

本发明属于有机固体废弃物处理领域，具体涉及一种基于气-炭联产的沼渣闭环处理利用方法。

背景技术：

1、随着我国经济快速发展，能源消耗日益加剧，发展沼气及生物天然气成为缓解能源危机的关键途径之一。秸秆作为农业生产过程的有机固体废弃物，目前已被广泛用于沼气生产，然而秸秆经发酵后木质纤维素组分难以完全降解，发酵液固液分离后仍会残留大量的固体发酵剩余物即沼渣，沼渣的处理和利用对于整个沼气工艺的经济性来说有着相当重要的意义。

2、水热炭化(htc)技术，能够在一定温度(180-250℃)和自生压力下将生物质转化成具有一定孔隙度和孔径尺寸等特殊理化结构的炭基材料。关于生物质原料水热炭化的报道较多。如falco、ledesma等制得黑麦秸秆、胡桃壳水热炭；yu等利用果壳制得的水热炭得率为31.4％，hhv(高位发热量)达到25.8mj/kg。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于气-炭联产的沼渣闭环处理利用方法，开发了一种基于能量回收的沼渣利用途径，并实现主、副产物系统内的循环利用。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、一种基于气-炭联产的沼渣闭环处理利用方法，包括如下步骤：

4、s1、沼渣与原料水混合，通过水热炭化技术，获得水热炭化废水和水热炭；

5、s2、将水热炭化废水与水热炭混合，进行厌氧发酵，获得沼气与发酵物；

6、s3、将发酵物离心，获得上清液，将上清液作为原料水应用于s1，将离心得到的固体发酵剩余物作为驯化的接种物应用于s2；

7、s1中沼渣由产酸发酵获得。

8、可选的，产酸发酵原料为青贮秸秆和/或干秸秆；

9、产酸发酵的方法为：青贮秸秆与厌氧颗粒污泥混合，混合物料的反应初始阶段调节ph至8，开始渗滤产酸，保持发酵温度为中温38℃，停留时间为7d；产酸发酵的固体剩余物，即为沼渣。

10、青贮秸秆与厌氧颗粒污泥的vs比为4：1，整个过程每间隔4h对渗滤液的酸碱度进行控制，渗滤液的ph始终控制在初始值。

11、可选的，s1中，沼渣与原料水混合均匀后放入高压反应釜中，反应温度为210℃，反应时间为4h，收集固液混合物，抽滤分离，得到水热炭化废水和水热炭；

12、沼渣与原料水的固液质量比为50：500。

13、可选的，s2中，加入厌氧颗粒污泥作为接种物，与水热炭化废水、水热炭混合后在38℃发酵，收集沼气与发酵物。

14、接种物主要用于降解、转化有机组分；驯化的接种物可适应底物组分的变化，形成更有利于转化目标产物的微生物菌群，进而提高其对底物的降解能力和对难降解有机物的耐受性。

15、本发明的有益效果为：

16、1、采用沼渣作为原料进行水热炭化处理时相比于利用原始的农业废弃物原料，水热炭的比表面积有所提升，约为50％。与此同时，若采用产酸发酵后的剩余物中残留有一定量的有机酸，在水热炭化过程中，残留的有机酸促进未降解完全的木质纤维素解聚，并进一步增加水热炭的孔隙度，使得获得的产品水热炭性能进一步提升。

17、2、由于沼渣中含有70％以上的水分，相较于干物料来说，水热炭化技术更为合适处理高含水率物料。从能量角度出发，水热炭化技术不仅降低了因水分蒸发所产生的额外能量投入，而且经脱水脱羧反应后得到含碳量更高的水热炭，热值有所提高。

18、3、水热炭化废水能够单独进行厌氧发酵。添加水热炭后，水热炭在厌氧发酵系统中发挥着重要作用，其既可以作为吸附材料通过固定微生物提高其对废水中特征污染物的耐受能力以及对难降解有机物的吸附效果，又可以作为电子传递载体提高氧化还原反应过程的电子传递效率，促进厌氧发酵过程中有机酸向甲烷的有效转化，进一步提高甲烷产率。

19、4、水热炭化废水经厌氧发酵后其中可生物降解组分大部分得到利用(cod去除率为68.0％)，但发酵液中仍保留少量的难降解污染物，这部分发酵液需妥善处理避免二次污染，因此，从循环利用角度出发，将其用作反应介质回用于沼渣的水热炭化过程，既减少了外源新鲜水的加入，又能使难降解污染物再次参与炭化反应，消耗难降解有机物，提高炭化得率。

20、5、本发明能够对水热炭化水相副产物中的有效碳源组分加以转化利用，最大程度的回收沼渣中蕴含的能量，进一步拓宽发酵剩余物的利用途径；通过热化与生化手段的有机结合实现沼渣的闭环处理及整个工艺的碳循环，气-炭联产的能源化利用方式为沼渣的综合处理提供了新思路和技术路径。

技术特征：

1.一种基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，产酸发酵的方法为：青贮秸秆和/或干秸秆与厌氧颗粒污泥混合，混合物料的反应初始阶段调节ph至8，开始渗滤产酸，保持发酵温度为中温38℃，停留时间为7d；产酸发酵的固体剩余物，即为沼渣。

3.如权利要求2所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，青贮秸秆和/或干秸秆与厌氧颗粒污泥的vs比为4:1，整个过程每间隔4h对渗滤液的酸碱度进行控制，渗滤液的ph始终控制在初始值。

4.如权利要求1所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，s1中，固液质量比为50：500的原料混合均匀后放入高压反应釜中，反应温度为210℃，反应时间为4h，收集固液混合物，抽滤分离，得到水热炭化废水和水热炭。

5.如权利要求4所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，固液质量比为50：500。

6.如权利要求1所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，s2中，加入厌氧颗粒污泥作为接种物、水热炭化废水与水热炭混合后在38℃发酵，收集沼气与发酵物。

7.如权利要求6所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，水热炭化废水与水混合，使cod浓度为8g cod/l。

8.如权利要求1所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，s2中，采用布氏漏斗抽滤分离。

9.如权利要求1所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，s3中，上清液完全代替s1中的原料水使用。

10.如权利要求1所述的基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，其特征在于，s2中，水热炭的添加比例为500mg/l，加入到水热炭化废水的厌氧发酵系统中。

技术总结
本发明涉及一种基于气－炭联产的沼渣闭环处理利用方法，属于有机固体废弃物处理领域。闭环处理利用方法包括如下步骤：S1、沼渣与原料水混合，通过水热炭化技术，获得水热炭化废水和水热炭；S2、将水热炭化废水与水热炭混合，厌氧发酵，获得沼气与发酵物；S3、将发酵物离心，获得上清液，将上清液回用于S1，固体剩余物回用于S2；S1中沼渣由产酸发酵获得。采用沼渣作为原料进行水热炭化处理；产酸发酵后的剩余物中残留有有机酸，在水热炭化过程中，残留的有机酸促进未降解完全的木质纤维素解聚，使得获得的产品水热炭性能提升。本发明能够对水热炭化水相副产物中的有效碳源组分转化利用，最大程度的回收沼渣中蕴含的能量。

技术研发人员：李岩,华栋梁,赵玉晓,许海朋,陈雷,金付强,伊晓路,谢新苹
受保护的技术使用者：山东省科学院能源研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16