本發(fā)明涉及一種配套處理水熱碳化系統(tǒng)廢氣和廢水并生產(chǎn)作物營養(yǎng)水的方法，屬于有機(jī)廢棄物的資源化處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國的城市化進(jìn)程不斷加快，城市數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，但由于環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)建設(shè)嚴(yán)重滯后，使得城市垃圾對城市生態(tài)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重。目前，我國每年產(chǎn)生近10億噸城市垃圾，而且仍以年平均10％左右的速度增長。據(jù)預(yù)測，截止2014年底，我國城市生活垃圾產(chǎn)生量已達(dá)到17899萬噸，清運量17677萬噸。按國家要求，要在2015年實現(xiàn)城市生活垃圾資源化利用比例達(dá)到30％，直轄市和省會城市及計劃單列市達(dá)到50％目標(biāo)，到2030年全面實行生活垃圾分類收集、處置目標(biāo)。
與城市垃圾同步，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展也造成了大量的有機(jī)廢棄物，最令人矚目的是農(nóng)業(yè)秸稈。由于其運輸成本的限制，目前的生物質(zhì)發(fā)電廠等離開國家政策補(bǔ)貼無法運行。畜牧業(yè)每天產(chǎn)生大量的糞便和高濃度有機(jī)廢水，對環(huán)境和人類健康威脅很大。急需經(jīng)濟(jì)可行的處理技術(shù)。
水熱碳化系統(tǒng)主要以垃圾中無價值又占地的含有機(jī)碳的生活垃圾、餐廚垃圾，還有農(nóng)作物秸稈、畜牧業(yè)廢水廢渣為主要原料，在一個密閉的體系中以水為反應(yīng)媒介，在特定的溫度(～200℃)及自產(chǎn)生的壓力下，原料經(jīng)過一系列物化反應(yīng)進(jìn)行碳重組而轉(zhuǎn)化成高燃值和具有巨大表面積的生物質(zhì)炭產(chǎn)品的過程。由于水熱碳化系統(tǒng)中的反應(yīng)以水為媒介，故此類系統(tǒng)運行過程中需要用水，并產(chǎn)生含有較高有機(jī)物的廢水。同時，水熱碳化反應(yīng)系統(tǒng)中還會產(chǎn)生含有大量二氧化碳及少量或微量揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣。以上廢氣和廢水的產(chǎn)生，不僅會對環(huán)境造成二次污染，同時其后續(xù)處理也會增加水熱碳化系統(tǒng)的生產(chǎn)運行成本，限制水熱碳化技術(shù)的商業(yè)化推廣應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對水熱碳化現(xiàn)有技術(shù)的不足和解決制約其商業(yè)化的障礙，旨在提供一種配套處理水熱碳化系統(tǒng)廢氣和廢水并生產(chǎn)作物營養(yǎng)水的方法，可以同時解決水熱碳化系統(tǒng)中廢氣和廢水處理的難題，通過生化反應(yīng)器和優(yōu)化反應(yīng)條件，將廢氣和廢水轉(zhuǎn)化成作物營養(yǎng)水，成為又附加值的產(chǎn)品，實現(xiàn)有機(jī)廢物的資源化轉(zhuǎn)化。
所述水熱碳化系統(tǒng)主要是以含有機(jī)碳的生活垃圾、餐廚垃圾、垃圾滲透液、畜牧養(yǎng)殖業(yè)液體和固體廢物、農(nóng)業(yè)秸稈等固體廢棄物為原料，加工生產(chǎn)固體生物碳化產(chǎn)品。由于水熱碳化系統(tǒng)中的反應(yīng)以水為媒介，故此類系統(tǒng)運行過程中需要大量的水，并產(chǎn)生大量含有高濃度cod的廢水。同時，水熱碳化反應(yīng)系統(tǒng)中還會產(chǎn)生含有大量二氧化碳及少量或微量揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣。以上廢水和廢氣，則為本發(fā)明的原料。
在水熱碳化系統(tǒng)中，通過常規(guī)的過濾系統(tǒng)如超濾系統(tǒng)(uf)、納濾系統(tǒng)(nf)和反滲透系統(tǒng)(ro)等技術(shù)對廢水進(jìn)行處理會導(dǎo)致運行成本的增加。廢棄處理常規(guī)方法是吸附和催化氧化。一方面成本高，另一方面htc系統(tǒng)排放的廢氣量小而且基本為二氧化碳，只有微量的有機(jī)成份，因此不適合常規(guī)處理。
本發(fā)明針對htc系統(tǒng)廢氣和廢水，開發(fā)一種生化處理方法，將廢水和廢氣轉(zhuǎn)化為作物營養(yǎng)水，實現(xiàn)其資源化利用。
本發(fā)明配套處理水熱碳化系統(tǒng)廢氣和廢水并生產(chǎn)作物營養(yǎng)水的方法，是將htc系統(tǒng)廢氣和廢水收集并轉(zhuǎn)入生化反應(yīng)罐中(廢氣和廢水的比例沒有要求)，加入廢水質(zhì)量0.5-25％的生物質(zhì)炭和廢水質(zhì)量0.001-10％有機(jī)無機(jī)復(fù)合添加劑，并調(diào)節(jié)和控制生化反應(yīng)罐的溫度、ph等參數(shù)，獲得含有容易被植物吸收的有機(jī)碳和其他營養(yǎng)物質(zhì)的水，即作物營養(yǎng)水。本發(fā)明獲得的作物營養(yǎng)水可直接或稀釋后用于灌溉、無土栽培，也可以作為原料和前體用來生產(chǎn)有機(jī)肥等產(chǎn)品。
生化反應(yīng)罐反應(yīng)參數(shù)如下：溫度20-70℃，ph值3-9。
所述生物質(zhì)炭為有機(jī)廢棄物(如生活垃圾、秸稈等)通過水熱碳化反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成的生物質(zhì)炭。
所述有機(jī)無機(jī)復(fù)合添加劑包括混合微生物菌群、小分子有機(jī)酸和無機(jī)小分子。
所述混合微生物菌群包括桿菌、球菌和真菌等混合菌，主要包括乳酸菌、芽孢桿菌、白地霉菌和曲霉菌，各菌種的數(shù)量均等。
所述小分子有機(jī)酸為c＜5的直鏈或支鏈有機(jī)酸，如乙酸、乳酸等。
所述無機(jī)小分子為含氮、鐵或鈣的化合物中的一種或幾種的混合物，具體如氯化鈣、硝酸鐵等。
所述有機(jī)無機(jī)復(fù)合添加劑中，混合微生物菌群、小分子有機(jī)酸和無機(jī)小分子的配比按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成為：混合微生物菌群5-25份，小分子有機(jī)酸10-75份，無機(jī)小分子10-75份。
調(diào)節(jié)ph值時使用的ph調(diào)節(jié)劑選自氫氧化鈉(naoh)、氫氧化鉀(koh)、蘇打、小蘇打、硫酸(h2so4)、鹽酸(hcl)、醋酸、石灰等。
本發(fā)明方法獲得的作物營養(yǎng)水中，有機(jī)碳含量1-30％，總養(yǎng)分npk0.1-10％，小分子有機(jī)酸類(c<5)，好氧、兼氧為主的微生物混群1000-1000000000/毫升，隨著反應(yīng)時間和出品存放時間變化。
本發(fā)明所針對的水熱碳化系統(tǒng)廢水可以取自水熱碳化反應(yīng)罐直接出水、經(jīng)過超濾系統(tǒng)(uf)的出水或者進(jìn)水，或者固體產(chǎn)品的脫水以及上述來源的混合水。廢氣來自水熱碳化反應(yīng)罐的氣體排空管道。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
1、水熱碳化系統(tǒng)可以將有機(jī)廢物如生活垃圾、農(nóng)業(yè)秸稈等轉(zhuǎn)變?yōu)樯镔|(zhì)炭以進(jìn)行資源化利用，但是水熱碳化系統(tǒng)中廢氣和廢水處理是一個難題，目前尚無經(jīng)濟(jì)可行的處理技術(shù)。本發(fā)明通過生化技術(shù)可以同時解決水熱碳化系統(tǒng)中廢氣和廢水處理的瓶頸。
2、本發(fā)明針對水熱碳化系統(tǒng)中廢氣和廢水，通過生化技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品作物營養(yǎng)水，進(jìn)一步降低了htc系統(tǒng)生產(chǎn)運行成本，又實現(xiàn)了水熱碳化系統(tǒng)廢氣和廢水的資源化利用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明配套處理水熱碳化系統(tǒng)廢氣和廢水并生產(chǎn)作物營養(yǎng)水的裝置示意圖。
圖中標(biāo)號：1進(jìn)料系統(tǒng)，2生化反應(yīng)罐，3輔料加入系統(tǒng)，4攪拌系統(tǒng)，5出料系統(tǒng)，6進(jìn)氣系統(tǒng)，7氣體排放系統(tǒng)。
具體實施方式
本發(fā)明配套處理水熱碳化系統(tǒng)廢氣和廢水并生產(chǎn)作物營養(yǎng)水的方法，是將htc系統(tǒng)廢氣和廢水收集并轉(zhuǎn)入生化反應(yīng)罐中(廢氣和廢水的比例沒有要求)，加入廢水質(zhì)量0.5-25％的生物質(zhì)炭和廢水質(zhì)量0.001-10％的有機(jī)無機(jī)復(fù)合添加劑，并調(diào)節(jié)和控制生化反應(yīng)罐的溫度、ph等參數(shù)，獲得含有容易被植物吸收的有機(jī)碳和其他營養(yǎng)物質(zhì)的水，即作物營養(yǎng)水。本發(fā)明獲得的作物營養(yǎng)水可直接或稀釋后用于灌溉、無土栽培，也可以作為原料和前體用來生產(chǎn)有機(jī)肥等產(chǎn)品。
生化反應(yīng)罐反應(yīng)參數(shù)如下：溫度20-70℃，ph值3-9。
所述生物質(zhì)炭為有機(jī)廢棄物(如生活垃圾、秸稈等)通過水熱碳化反應(yīng)轉(zhuǎn)化生成的生物質(zhì)炭。
所述有機(jī)無機(jī)復(fù)合添加劑包括混合微生物菌群、小分子有機(jī)酸和無機(jī)小分子。
所述混合微生物菌群包括乳酸菌、芽孢桿菌、白地霉菌和曲霉菌，各菌種的數(shù)量均等。
所述小分子有機(jī)酸為乙酸、乳酸中的一種或幾種。
所述無機(jī)小分子為氯化鈣、硝酸鐵中的一種或幾種。
所述有機(jī)無機(jī)復(fù)合添加劑中，混合微生物菌群、小分子有機(jī)酸和無機(jī)小分子的配比按質(zhì)量份數(shù)構(gòu)成為：混合微生物菌群5-25份，小分子有機(jī)酸10-75份，無機(jī)小分子10-75份。
調(diào)節(jié)ph值時使用的ph調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、蘇打、小蘇打、硫酸、鹽酸、醋酸、石灰中的一種或幾種。
本發(fā)明方法獲得的作物營養(yǎng)水中，有機(jī)碳含量1-30％，總養(yǎng)分npk0.1-10％，小分子有機(jī)酸類(c<5)，好氧、兼氧為主的微生物混群1000-1000000000/毫升，隨著反應(yīng)時間和出品存放時間變化。
下面結(jié)合圖1對本發(fā)明方法作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，水熱碳化系統(tǒng)廢水通過進(jìn)料系統(tǒng)1進(jìn)入生化反應(yīng)罐2，然后通過輔料加入系統(tǒng)3加入生物質(zhì)炭，利用攪拌系統(tǒng)4攪拌均勻，并通過輔料加入系統(tǒng)3加入ph值調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)ph值至6-8，再通過輔料加入系統(tǒng)3加入有機(jī)無機(jī)復(fù)合添加劑，利用攪拌系統(tǒng)4進(jìn)行攪拌并生產(chǎn)作物營養(yǎng)水。最終，生產(chǎn)的作物營養(yǎng)水通過出料系統(tǒng)5排出生化反應(yīng)罐2。在作物營養(yǎng)水的生產(chǎn)過程中，htc系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣也可以通過進(jìn)氣系統(tǒng)6進(jìn)入生化反應(yīng)罐2進(jìn)行生化處理，同時生化反應(yīng)罐2內(nèi)的二氧化碳等氣體則通過氣體排放系統(tǒng)7進(jìn)行排放。
進(jìn)料系統(tǒng)1主要用于生化反應(yīng)罐2中水熱碳化系統(tǒng)廢水的加入，可以為人工、泵送等任意方式。進(jìn)料系統(tǒng)1中的廢水可以取自水熱碳化反應(yīng)罐直接出水、經(jīng)過超濾系統(tǒng)(uf)的出水或者進(jìn)水，或者固體產(chǎn)品的脫水以及上述來源的混合水。在實際運行中，進(jìn)料系統(tǒng)1的數(shù)量包括但不局限于1套，同時進(jìn)料系統(tǒng)1也可以用于輔料等其他所有原料的加入。
生化反應(yīng)罐2可為由不銹鋼、塑料等任何材料制成的任意形狀，主要用于將水熱碳化系統(tǒng)廢水和廢氣通過生化技術(shù)加工制成作物營養(yǎng)水。在生化反應(yīng)罐2中，可以設(shè)置其它輔助系統(tǒng)，包括但不局限于加熱系統(tǒng)；溢流系統(tǒng)；溫度、ph值等監(jiān)測系統(tǒng)。在實際運行中，生化反應(yīng)罐2的數(shù)量包括但不局限于1個。
輔料加入系統(tǒng)3主要用于生物質(zhì)炭、有機(jī)無機(jī)復(fù)合添加劑、ph調(diào)節(jié)劑等原料的加入，可以為人工、機(jī)械等任意方式，包括但不局限于鏟車、傳輸帶、泵等。在實際運行中，輔料加入系統(tǒng)3的數(shù)量包括但不局限于1套。
攪拌系統(tǒng)4主要用于生物反應(yīng)罐2中物料的攪拌均勻。包括但不局限于人工攪拌、磁力泵攪拌和市售機(jī)械攪拌機(jī)等。在實際運行中，攪拌系統(tǒng)4的數(shù)量包括但不局限于1套。
出料系統(tǒng)5主要用于生化反應(yīng)罐2內(nèi)產(chǎn)品作物營養(yǎng)水的排出，可以為人工、泵送等任意方式。在實際運行中，出料系統(tǒng)5的數(shù)量包括但不局限于1套。
進(jìn)氣系統(tǒng)6主要用于將水熱碳化系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣導(dǎo)入生化反應(yīng)罐2進(jìn)行生化處理，同時可以提高生化反應(yīng)罐2內(nèi)的攪拌效率，包括但不局限于pvc管、不銹鋼管等任意導(dǎo)入形式。在實際運行中，進(jìn)氣系統(tǒng)6的數(shù)量包括但不局限于1套。
排氣系統(tǒng)7主要用于將生化反應(yīng)罐2內(nèi)的二氧化碳等氣體排出，包括但不局限于pvc管、不銹鋼管等任意排出形式。在實際運行中，排氣系統(tǒng)7的數(shù)量包括但不局限于1套。