一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法

本发明属于厨余垃圾资源化及高价值利用，特别涉及一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法。

背景技术：

1、随着城镇化进展的加速，城镇户籍人口比例快速增长；同时，城市垃圾的产量保持了同步的高速增长。为了应对高速增长的城市垃圾产量，垃圾焚烧发电厂数量在近些年出现了大幅上升。

2、厨余垃圾作为城市垃圾的重要组成部分，具有含水量高、热值低的他、特点，较少被用于垃圾焚烧中。随着环保意识和要求的提高，垃圾填埋作为一种有害的垃圾处理方式，在垃圾处理中的比例逐年下降；与此同时，厨余垃圾的处理方式开始转向更为环保的处理方式(示例性的，如厌氧发酵、堆肥和生物处理等方式)。但是，现有的环保处理方法处理周期过长，且投入产出比较低，难以有大规模应用。

3、目前，热化学法与生物法相互配合的方式，是一种高效环保的废弃资源转化利用方式；其中，通过热化学法对废弃物先进行快速的轻量化处理，再由厌氧发酵对轻量化后的残余部分进行无害化处理，实现废弃物的高效处理和无害化消解的目的(示例性的，如杨改秀等人提出利用热解厌氧耦合的处理方式处理生物质原料)。但是，在处理高含水量和高含氮量的厨余垃圾时，上述方法不能有效的应用，主要存在的问题包括：

4、1)厨余垃圾的高含水量意味着在热解之前需要将其中的水分烘干，这会耗费大量的能源，显著提高厨余垃圾的处理成本；

5、2)厨余垃圾中的蛋白质等物质使得其氮含量较普通生活垃圾偏高，导致生物油中的氮含量升高；高含氮量的生物油在燃烧过程中会释放大量的氮氧化合物，不仅会提高生物油燃烧尾气的处理成本也会增大环境污染的风险；

6、3)厨余垃圾热解之后，在产生生物油之外还有含有酸和酚类化合物的水相，这些有机化合物的无害化处理往往需要高昂的成本；

7、4)厨余垃圾中会混杂一些杂质(示例性的，如塑料等)，这些杂质会显著影响厨余垃圾在厌氧发酵过程中的产气效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案，具体是一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾为有机肥料、低氮生物油、生物炭和可燃气的工艺方法，相较于传统的处理方式提高了厨余垃圾的利用价值。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，包括以下步骤：

4、将待转化处理的厨余垃圾进行粉碎、压榨处理，再进行固液分离处理，获得固体残渣和油水混合物；将所述油水混合物进行油水分离处理，获得用于作为燃料的油脂和水相a；

5、在所述固体残渣中添加生物炭催化剂，进行热解反应，获得生物炭和气液混合物；将所述气液混合物进行冷凝分离处理，获得热解气和热解液；

6、将所述热解液进行油水分离处理，获得水相b；所述水相b经过有机溶剂萃取之后，与水相a混合，得到水相混合物；

7、将所述水相混合物与厨余垃圾厌氧发酵沼渣接种物置于厌氧反应器中进行厌氧发酵，得到沼气以及包含沼渣、沼液的固液混合物。

8、本发明的进一步改进在于，所述将待转化处理的厨余垃圾进行粉碎、压榨处理的步骤中，

9、进行粉碎、压榨处理后的厨余垃圾滤渣的含水率在50wt％以下。

10、本发明的进一步改进在于，所述进行热解反应的步骤中，

11、热解反应的惰性气体氛围为氩气或者氮气氛围，反应温度为500℃～800℃，反应时间为5min～30min。

12、本发明的进一步改进在于，所述生物炭催化剂为改性生物炭催化剂；

13、其中，所述改性生物炭催化剂的制备步骤包括：将生物炭在naoh水溶液中浸渍预设时长，再在预设温度下煅烧，获得所述改性生物炭催化剂。

14、本发明的进一步改进在于，所述将生物炭在naoh水溶液中浸渍预设时长的步骤中，

15、所述naoh水溶液中naoh浓度为20wt％～60wt％；

16、所述预设时长为2h～6h。

17、本发明的进一步改进在于，所述在预设温度下煅烧，获得所述改性生物炭催化剂的步骤中，

18、所述预设温度为400℃～600℃，煅烧时间为0.5h～1h。

19、本发明的进一步改进在于，所述有机溶剂为二氯甲烷或乙酸乙酯。

20、本发明的进一步改进在于，所述将所述水相混合物与厨余垃圾厌氧发酵沼渣接种物置于厌氧反应器中进行厌氧发酵的步骤中，

21、厌氧发酵反应温度范围36℃～38℃；搅拌下，厌氧发酵时间为20～30天；厌氧发酵的厌氧环境为氮气环境。

22、本发明的进一步改进在于，所述将所述水相混合物与厨余垃圾厌氧发酵沼渣接种物置于厌氧反应器中进行厌氧发酵的步骤中，

23、水相混合物与厨余垃圾厌氧发酵沼渣接种物的接种比为(0.2～4):1。

24、本发明的进一步改进在于，

25、所述热解气包括h2、co、ch4和co2；

26、所述沼气包括ch4和co2。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明提供的技术方案中，在热解之前，将厨余垃圾中的水分和油脂与固体分离开来，这种处理方式减少了厨余垃圾含水量和氮含量；分离出的油水混合物，在分离出其中的油脂后可将剩下的水相作为厌氧发酵的原料；低含水量的厨余垃圾残渣作为热解的原料来制备高品质的生物油、可燃的热解气和生物炭产品。热解液中含有酚和酸类化合物的水层在利用溶剂提取其中的酚类化合物之后，可将剩余的含酸水相作为厌氧发酵的原料。厌氧发酵同时处理厨余垃圾物理压榨后的水相以及热解后的水相，产生大量的可燃性沼气以及有机肥料的沼渣和沼液。综上，本发明公开的热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾为有机肥料、低氮生物油、生物炭和可燃气的方法，可极大程度的提高厨余垃圾的处理效率和利用价值；其中，热解与厌氧耦合的厨余垃圾处理模式可以高效地处理厨余垃圾，避免传统发酵和生物转化模式的低效率缺陷；热解厨余垃圾可以产出高品质的生物油燃料和可燃性热解气，厌氧可以产出肥料和可燃沼气，相较于传统的处理方式提高了厨余垃圾的利用价值。

29、本发明中，在厨余垃圾热解前加入了粉碎、压榨的步骤，可以极大限度的分离厨余垃圾中的氮元素、水分和油脂，从而提高热解后的生物油品质，降低热解的热能损耗和环境污染；另外，在热解之后，厨余垃圾中的有害物质被去除，厌氧发酵产沼气的速率得到显著提升；再有，将厨余垃圾产生的生物炭进行改性后直接应用于厨余垃圾的热解过程中，显著提高了生物油质量并减少生物油的氮含量。

技术特征：

1.一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，所述将待转化处理的厨余垃圾进行粉碎、压榨处理的步骤中，

3.根据权利要求1所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，所述进行热解反应的步骤中，

4.根据权利要求1所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，所述生物炭催化剂为改性生物炭催化剂；

5.根据权利要求4所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，所述将生物炭在naoh水溶液中浸渍预设时长的步骤中，

6.根据权利要求4所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，所述在预设温度下煅烧，获得所述改性生物炭催化剂的步骤中，

7.根据权利要求1所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，所述有机溶剂为二氯甲烷或乙酸乙酯。

8.根据权利要求1所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，所述将所述水相混合物与厨余垃圾厌氧发酵沼渣接种物置于厌氧反应器中进行厌氧发酵的步骤中，

9.根据权利要求1所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，所述将所述水相混合物与厨余垃圾厌氧发酵沼渣接种物置于厌氧反应器中进行厌氧发酵的步骤中，

10.根据权利要求1所述的一种热解-厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，其特征在于，

技术总结本发明属于厨余垃圾资源化及高价值利用技术领域，公开了一种热解‑厌氧发酵耦合转化厨余垃圾的方法，包括以下步骤：基于待转化处理的厨余垃圾，获得固体残渣和油水混合物；将油水混合物进行油水分离处理，获得用于作为燃料的油脂和水相A；在固体残渣中添加生物炭催化剂，进行热解反应，获得生物炭、热解气和水相B；水相B经过有机溶剂萃取之后，与水相A混合，得到水相混合物并进行厌氧发酵，得到沼气以及包含沼渣、沼液的固液混合物。本发明公开了一种热解‑厌氧发酵耦合转化厨余垃圾为有机肥料、低氮生物油、生物炭和可燃气的工艺方法，相较于传统的处理方式可提高厨余垃圾的利用价值。技术研发人员：徐芙清,余钊卓,所罗门·伊纳勒格武·奥科皮,汪佳钰,范雪彤,胡杨,崔家豪受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/3/24