[发明专利]一种废弃生物质的无害化处理方法

说明书

技术领域

本发明属于生物原油和燃气制备技术领域，具体涉及一种废弃生物质的无害化处理方法。

背景技术

热水解是生物质热化学转换技术的一种，在一定的温度压力下，利用不同溶剂的特殊效应，将生物质转化为液体燃料或化学品，生物质转化率较高，对设备要求相对较低。热水解能把固态的生物质转换成液体生物油，这些生物油通过提质精炼以后，可以替代部分燃油作为燃油添加剂使用。与传统热裂解相比，生物质液化的反应条件相对温和，可工业化规模生产，是生物质资源高效利用的途径之一。但是热水解过程中，主要副产物水相中有大量含N营养物质，COD含量为8000-150000mg/L，不能直接排放，需要进一步处理。

厌氧发酵是废弃物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动被稳定化，同时伴有甲烷和CO₂产生的过程，主要包括水解、产酸和产甲烷三个阶段。水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌；在水解酶作用下，有机物转化成单糖、肽和氨基酸、脂肪酸和甘油。产酸阶段起作用的细菌是发酵性细菌，产氢产乙酸菌和耗氢产乙酸菌；在胞内酶作用下，有机物进一步转化成挥发性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳。产甲烷阶段是产甲烷菌以H₂、CO₂、乙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中H₂、CO₂和乙酸是主要基质。通过厌氧发酵对热水解的水相产物进行处理，可以明显降低其COD浓度，并有效利用其中的含N营养物质。

超临界水气化是在超临界条件下，利用超临界水的特定性质使有机物高效转化，其生物质气化率可达到100％，产气中氢气的体积分数可超过30％。与常压气化过程相比，超临界水气化的优点为，超临界水作为一种均匀介质能够降低异相反应中传质阻力的影响，提高固体转化率，减少固体残留；既能从热水解的水相产物中回收能量，又能作为一种废水处理方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废弃生物质的无害化处理方法，采取的技术方案如下：

一种废弃生物质的无害化处理方法，包括以下步骤：

(1)首先调节废弃生物质中的含水量，然后加入到反应釜中并进行搅拌，将反应釜升温至240℃-500℃后，进行热水解反应；

(2)热水解反应结束后，将反应釜冷却至室温，先收集反应釜中的气体，然后打开反应釜，收集反应釜中剩余的混合物，并进行过滤，获得生物原油及水相；

(3)采用厌氧发酵技术对获得的水相进一步处理，得到甲烷，回收水相中的有机物及营养物质；或采用超临界水气化技术对获得的水相进一步处理，得到氢气和甲烷；

(4)将厌氧发酵出水或超临界水气化出水用于废弃生物质含水量的调节，循环使用。

所述废弃生物质为藻类、餐厨垃圾、秸秆和粪便中的一种或一种以上。

步骤(1)所述废弃生物质经调节后的含水量为50％-95％。

步骤(1)所述搅拌的转速为100-800rpm。

步骤(1)所述热水解反应的时间为0-180min。

步骤(2)所述气体中主要为CO₂，可作为植物气体肥料。

步骤(3)所述厌氧发酵技术采取的温度为30-50℃；所述超临界水气化技术采取的温度为400-800℃。

步骤(3)所述厌氧发酵技术采用的反应器为上流式污泥反应床、填充床反应器、膨胀颗粒污泥床反应器、厌氧复合床反应器、内循环厌氧反应器、外循环厌氧反应器、升流式厌氧固体反应器、厌氧折流板反应器、升流式厌氧污泥床-滤层反应器、厌氧生物滤池、厌氧复合床反应器、厌氧序批式反应器、厌氧膨胀床反应器、厌氧流化床反应器和厌氧生物装盘中的一种或一种以上；所述超临界水气化技术采用的反应釜为间歇式反应釜或连续式反应釜。

在夏季或热带地区，采用厌氧发酵技术对水相进行处理。

所述热水解采用的反应釜为间歇式反应釜或连续式反应釜。

本发明的有益效果为：所述废弃生物质的处理方法，通过耦合热水解技术、厌氧发酵技术及超临界水气化技术，使整个处理过程没有废弃物排放，基本实现了碳资源的全利用，可以缓解能源危机，减少大气污染，保护环境。