一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法与流程

本发明涉及有机污染物资源化利用，具体为一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法。

背景技术：

1、人类的生存与发展始终伴随着大量的生活废弃物的产生，随着人们生活的提高，人粪便和厨余垃圾对环境的污染也日益严重。人粪便中含有大量病原体，容易引发大规模传染病的流行；粪便污水中有机质腐烂分解后产生有毒有害气体，发生恶臭；同时，粪便中含有大量的有机质和氮、磷、钾等物质，若直接排放，会造成水体污染和富营养化。这些均严重污染了土壤、水体、大气和生物群落，并对人体健康产生潜在威胁。人粪便和厨余垃圾具有含水率高、不易储存、受潮易腐烂等特点，导致运输成本大、储存空间大和处理成本高等问题。因此寻求合适的人粪便和厨余垃圾分散式处理方法具有现实意义和商业化前景。

2、水热炭化技术由于其经济性和环境友好型在实现生物质资源的高效转化应用方面引起越来越多的关注。水热炭化技术采用水作为反应溶剂，生物质作为原料，在150-280℃温度条件下于密封压力容器中合成富碳固体产物。生物炭拥有疏松多孔的结构，其比表面积大。

3、因此本申请人在实际生产过程中研发出一种新的技术方案，以解决人粪便和厨余垃圾处理困难的问题，并实现生物炭资源化利用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，具有利用人粪便和厨余垃圾，获得质优价廉的生物炭产品的优点。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，包括以下步骤：

4、第一步：粪便和厨余垃圾预处理过程：将厨余垃圾投入化粪池与人粪便一起进行发酵稳定化处理，减少后续工艺产生臭味；

5、第二步：水热碳化过程，将发酵后的浆液加入水热碳化反应器中，密闭升温至200℃~250℃，压力控制在2mpa以下，并持续1~2小时，使物料碳化；

6、第三步：待水热碳化反应器的反应仓冷却后，即可获得水与生物炭的混合产品；

7、第四步：水和生物炭通过过滤分离，即可获得生物炭产品。

8、优选地，在第一步和第二步之间加入混合过程，即将化粪池固态污泥与破碎后的干燥的农林废弃物按照1:1比例进行充分混合，得到混合物堆体。

9、优选地，干燥的农林废弃物主要包括秸秆、稻壳、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花中的一种或者多种的组合。

10、优选地，在混合过程和第二步之间加入预干燥过程，即将混合物堆体置于堆肥箱中，利用生物好氧反应使得混合物堆体干燥脱水，含水率可降至40%以下。

11、优选地，在预干燥过程后加入脱水排氧过程，即经过预干燥过程处理的混合物堆体放入水热碳化反应器的反应仓内，水热碳化反应器的反应仓内填充量大于80%，将水热碳化反应器的反应仓加热以利用产生的水蒸气将仓内残留空气充分排除，同时将含水率进一步降低到10%。

12、优选地，第二步将经过脱水排氧过程的混合物堆体在水热碳化反应器的反应仓内的温度升温至550℃的碳化温度，并持续1~2小时，使物料完成碳化；待水热碳化反应器的反应仓冷却后，即可获得混合基生物炭产品。

13、优选地，第一步中的稳定化处理是指人粪便和厨余垃圾进行常温厌氧发酵。

14、优选地，在脱水排氧过程中，水热碳化反应器的反应仓加热至150℃~200℃范围内，达到设定温度后，持续时间应不低于20分钟。

15、优选地，水热碳化反应器的反应仓内升温速度为15℃/min~30℃/min。

16、优选地，使物料完成碳化产生的废气可以通过破碎后农林废弃物堆体过滤净化。

17、本发明的另外一个目的是提供一种混合基生物炭，针对家庭产生的主要固态废弃物，包括人粪便和厨余垃圾，经过化粪池发酵稳定化以后，含水率大约90-95%。

18、本发明的有益效果在于：

19、1、对人粪便和厨余垃圾进行了充分处理，减少了人粪便和厨余垃圾产生的环境和健康问题；

20、2、生物炭引入了人粪便和厨余垃圾中丰富的氮磷钾等营养元素和植物必须微量元素，可以替代化学肥料使用；

21、3、生物炭具有丰富的微孔结构，有大的比表面积和吸附能力，可以改良土壤，同时固化氮、磷、钾，增加肥效；

22、4、将易分解有机碳转化为稳定的固定碳，减少了大气中二氧化碳的排放；

23、5、作为低成本非化学肥料，混合基生物炭可以就近利用，也为有机农业、绿色农业提供了高品质的肥料。

技术特征：

1.一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，在第一步和第二步之间加入混合过程，即将化粪池固态污泥与破碎后的干燥的农林废弃物按照1:1比例进行充分混合，得到混合物堆体。

3.如权利要求2所述的一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，干燥的农林废弃物主要包括秸秆、稻壳、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花中的一种或者多种的组合。

4.如权利要求2所述的一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，在混合过程和第二步之间加入预干燥过程，即将混合物堆体置于堆肥箱中，利用生物好氧反应使得混合物堆体干燥脱水，含水率可降至40%以下。

5.如权利要求4所述的一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，在预干燥过程后加入脱水排氧过程，即经过预干燥过程处理的混合物堆体放入水热碳化反应器的反应仓内，水热碳化反应器的反应仓内填充量大于80%，将水热碳化反应器的反应仓加热以利用产生的水蒸气将仓内残留空气充分排除，同时将含水率进一步降低到10%。

6.如权利要求4所述的一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，第二步将经过脱水排氧过程的混合物堆体在水热碳化反应器的反应仓内的温度升温至550℃的碳化温度，并持续1~2小时，使物料完成碳化；待水热碳化反应器的反应仓冷却后，即可获得混合基生物炭产品。

7.如权利要求1所述的一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，第一步中的稳定化处理是指人粪便和厨余垃圾进行常温厌氧发酵。

8.如权利要求5所述的一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，在脱水排氧过程中，水热碳化反应器的反应仓加热至150℃~200℃范围内，达到设定温度后，持续时间应不低于20分钟。

9.如权利要求6所述的一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，其特征在于，水热碳化反应器的反应仓内升温速度为15℃/min~30℃/min，使物料完成碳化产生的废气可以通过破碎后农林废弃物堆体过滤净化。

10.一种混合基生物炭，其特征是：针对家庭产生的主要固态废弃物，包括人粪便和厨余垃圾，经过化粪池发酵稳定化以后，含水率90-95%。

技术总结本发明公开了一种人粪便和厨余垃圾发酵渣水热碳化制备生物炭方法，涉及有机污染物资源化利用技术领域，具有利用人粪便和厨余垃圾，获得质优价廉的生物炭产品的优点，其技术方案要点是：粪便和厨余垃圾预处理过程：将厨余垃圾投入化粪池与人粪便一起进行发酵稳定化处理，减少后续工艺产生臭味；水热碳化过程，将发酵后的浆液加入水热碳化反应器中，密闭升温至200℃左右，压力控制在2Mpa以下，并持续1~2小时，使物料碳化；待水热碳化反应器的反应仓冷却后，即可获得水与生物炭的混合产品；水和生物炭通过过滤分离，即可获得生物炭产品。技术研发人员：金璠,朱立新,李子富受保护的技术使用者：南京沿江资源生态科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/5