[发明专利]一种提高厌氧消化和含硫气体净化性能的猪粪沼渣基附铁水热炭及其制备和应用

说明书

本发明公开一种提高厌氧消化和含硫气体净化性能的猪粪沼渣基附铁水热炭及其制备和应用，制备包括：(1)向猪粪沼渣原料中加入FeSO₄，搅拌混匀后调pH值至碱性，继续搅拌反应，静置，得混合反应液；(2)将所得混合反应液送入反应釜内进行水热反应，得水热反应混合物，所得水热反应混合物流入闪蒸罐自然冷却；(3)冷却后的水热反应混合物依次经离心、烘干和磨碎过筛后得猪粪沼渣基附铁水热炭。本发明得到的附铁水热炭比原生水热炭的具有更高的厌氧消化性能，能有效提高厌氧消化效率；同时猪粪沼渣基附铁水热炭对含硫气体具有较好的吸附性能，可用于含硫恶臭气体的净化处理，可实现猪粪沼渣的多性能资源化与高值化利用。

技术领域

本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，涉及一种提高厌氧消化和含硫气体净化性能的猪粪沼渣基附铁水热炭及其制备和应用。

背景技术

厌氧消化作为处理有机固体废弃物的一种处置方法，因其经济高效且可回收清洁能源而一直被人们所重视。然而，传统的厌氧消化过程容易引起氨氮、挥发性脂肪酸等物质的累积，存在反应周期长，甲烷产率低，反应体系不稳定等弊端。其主要原因是在厌氧消化过程由于产酸细菌和产甲烷菌生长的不平衡，且厌氧消化微生物间种间电子传递作用较弱，严重影响了厌氧消化微生物之间的互营关系，限制了厌氧消化的反应速率。

导电材料如活性炭、生物炭和磁铁矿等的添加可以促进厌氧微生物种间电子传递，增强了微生物间的互营作用，提高厌氧消化速率。目前，采用有机废弃物制备水热炭与生物炭，以促进厌氧消化速率已有一些研究和应用。常用的有机废弃物主要为农业废弃物、畜禽粪污等。有机废弃物制备生物炭温度通常较高，达到400℃以上，且有机废弃物含水率高，制备生物炭过程中需烘干，能耗大。并且有机废弃物的不同，制备生物炭、水热炭等材料特性也有着的较大的差异。

养猪业的规模化生产产生了大量粪污。厌氧消化在处置猪粪、生产沼气的同时也产生了大量的沼渣，特别是在厌氧消化效率低的条件时，厌氧消化沼渣可占物料干重的80％左右。猪粪沼渣成分复杂，除了含有营养元素氮磷钾外，也含有高浓度的重金属、抗生素等，若处置不当会造成严重的环境污染。但同时猪粪沼渣中富含有纤维素、木质素等难生物降解的有机物质，可通过水热和微波等热化学处理，使其中难生物降解的有机物质进一步降解转化为可溶性的有机物和稳定的固体碳材料。

厌氧消化沼渣含水率高进行高温热解反应的制备过程繁琐。水热法以水为反应的承载基质，克服了沼渣原料含水率高，制备碳基材料过程复杂且成本较高等因素影响，为沼渣资源化利用制备附铁水热炭提供了可能。因此，开发猪粪沼渣水热资源化利用技术，对于解决有机废弃物厌氧消化沼渣的出路具有意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高厌氧消化和含硫气体净化性能的猪粪沼渣基附铁水热炭及其制备和应用，开发猪粪沼渣资源化利用的同时，显著改善猪粪沼渣的性能，本发明制备得到的猪粪沼渣基附铁水热炭可用于厌氧消化系统以提高厌氧消化性能；同时对含硫气体也具有较好的吸附性能。

一种提高厌氧消化和含硫气体净化性能的猪粪沼渣基附铁水热炭的制备方法，包括：

(1)向猪粪沼渣原料中加入FeSO₄，搅拌混匀后调pH值至碱性，继续搅拌反应，静置，得混合反应液；

(2)将所得混合反应液送入反应釜内进行水热反应，得水热反应混合物，所得水热反应混合物流入闪蒸罐自然冷却；

(3)冷却后的水热反应混合物依次经离心、烘干和磨碎过筛后得猪粪沼渣基附铁水热炭。

本发明通过FeSO₄浸渍实现水热炭的铁元素负载，一方面，提高了厌氧消化体系的种间电子传递作用，增强了抗冲击能力与稳定性，提高厌氧消化体系的产气速率；另一方面，猪粪沼渣基附铁水热炭对含硫气体具有较好的吸附性能，可用于含硫恶臭气体的净化处理，可实现猪粪沼渣的多功能资源化与高值化利用。

步骤(1)中：