一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法技术

本发明专利技术属于生物质废弃物水热碳化固液两相产物资源化利用技术领域，具体涉及一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法。通过对生物质废弃物水热碳化产生的水热炭进行KOH改性处理，并投加到同源水热废水的厌氧消化产甲烷反应器中，提高了水热炭对厌氧消化产甲烷的效率。本发明专利技术提出的同源水热炭在水热废水处理领域的应用方法，显著提高了水热废水有机物的转化率和能量回收率，同时避免了外源生物炭的使用，有助于降低水热废水的厌氧消化处理成本，为生物质水热碳化工艺的固液产物资源化利用提供了新路径。源化利用提供了新路径。源化利用提供了新路径。

A method of using homologous hydrothermal carbon to improve the anaerobic digestion performance of hydrothermal wastewater

【技术实现步骤摘要】
一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法


[0001]本专利技术属于生物质废弃物水热碳化固液两相产物资源化利用
，具体涉及一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法。

技术介绍

[0002]水热碳化是一种在亚临界水环境中提升生物质燃料品质的有效方法，通常采用的温度和压力分别为180
–
250 ℃、2
–
10 MPa。生物质经过水解、脱水、脱羧、聚合和芳构化反应，生成一种燃料品质较高的固体产品—水热炭，同时，还会生成大量的液体副产物，即水热废水。厌氧消化是一种经济有效的有机废水处理技术。然而，水热废水的组分复杂，除了含有易生物降解的有机酸、碳水化合物外，还含有较多的生物毒性成分（苯酚、呋喃、吡嗪、吡啶、醛、酮等），导致其厌氧消化过程运行失稳或有机物转化效率受限。
[0003]因此，有必要采取合适措施，来降低水热废水的生物毒性抑制作用，提高有机物质转化效率和甲烷产率。
[0004]专利号为CN108384813B公开了一种氧化钙和沼液联合预处理提高稻草秸秆厌氧消化产气性能的方法。虽然用到了碱性物质氧化钙，但是此专利仅是采用氧化钙和沼液联合对稻草秸秆进行预处理，来提高甲烷的产量，并未对其进行相应的水热处理，不涉及水热废水生物毒性成分对厌氧消化产气性能不利影响。
[0005]专利号为CN113604510A公开了一种提高水热炭强化厌氧消化产甲烷效率的方法中提到了对水热炭进行球磨改性处理，通过增加其表面暴露的含氧官能团丰度，提高其在厌氧消化体系中介导直接电子传递的能力，进而提高水热碳强化厌氧消化产甲烷的效率，但是并未对其进行碱性处理，且该专利针对的是有机废弃物/废水（实施例采用的是葡萄糖水）的厌氧消化性能，不涉及水热废水生物毒性成分对厌氧消化产气性能的不利影响。
[0006]利用各类生物质热解炭可以通过富集厌氧微生物并促进其直接电子传递，从而改善有机废水的厌氧消化产甲烷性能，但为了厌氧消化处理水热废水通常需要额外制备生物质热解炭，而其制备过程需要较高的温度（500 ℃以上），由此增加水热废水的处理成本。

技术实现思路

[0007]基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本专利技术的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本专利技术的目的之一是提供了一种生物质水热炭碱改性及利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法；本专利技术的目的之二是提高了厌氧消化系统运行的稳定性及甲烷产量。
[0008]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法，包括以下步骤：（1）利用生物质废弃物通过水热碳化方式得到浆状反应产物，分离得到水热炭和水热废水；（2）除去水热炭表面黏附的油质组分；
（3）将步骤（2）得到的水热炭进行KOH改性；（4）将步骤（3）得到的改性水热炭投加到水热废水的厌氧消化反应器中，调节PH，收集气体产物。
[0009]作为优选方案，所述步骤（1）中的生物质废弃物为农林废弃物、污水污泥、藻类中的任一种。
[0010]作为优选方案，所述生物质废弃物粉碎尺寸小于1 mm，其水热固液产物分离采用纤维水系滤膜孔径为0.3
–
0.5 μm之间。
[0011]作为优选方案，所述步骤（1）中的水热碳化反应温度为200
–
260℃，反应时间为2
–
4 h。
[0012]作为优选方案，所述步骤（2）中除去涉及到的溶剂为有机溶剂。
[0013]作为优选方案，所述有机溶剂为四氢呋喃或乙醇。
[0014]作为优选方案，所述步骤（2）中水热炭改性方法为将水热炭与2 mol/L的KOH溶液以质量单位是克与体积比单位是毫升1：50充分混合。
[0015]混合比例过低时水热炭表面特性变化不大，过高时水热炭表面会负载大量的K
+
且不易洗去。
[0016]作为优选方案，所述步骤（3）中改性水热炭投加剂量为10
–
15 g/L。
[0017]低于此范围时促进效果不显著，高于此范围时改性水热炭中的K
+
和重金属会对产甲烷菌产生毒性，水热废水的化学需氧量控制在8
–
12 g/L，浓度过高时会造成底物过载使厌氧消化系统失效或停滞。
[0018]作为优选方案，所述步骤（3）中厌氧消化温度为37
±
2 ℃，水热废水与接种物按总化学需氧量单位g为1:1配置发酵液。
[0019]作为优选方案，所述步骤（3）中各厌氧反应器的初始pH控制在7.5
±
0.1。
[0020]此pH是适宜产酸菌和产甲烷菌生存的值。
[0021]本专利技术与现有技术相比，有益效果是：（1）本专利技术以生物质废弃物水热碳化产生的同源水热炭为添加剂，应用于水热碳化副产物水热废水厌氧消化产甲烷系统中，使水热炭得到同源利用，降低了生物炭的额外制备所产生的成本。
[0022]（2）对水热炭通过KOH改性，改性后的水热炭比原始水热炭对水热废水厌氧消化产甲烷性能的促进效果更强，使厌氧消化工艺的收益更高，使用的氢氧化钾作为碱性改性试剂由于其有利于增加水热炭的孔隙尺寸和表面的含氧官能团丰度，更有效地实现水热废水有机组分的转化利用。
[0023]（3）降低了水热废水中毒性成分对产甲烷菌的毒害作用。
[0024]（4）显著提高了水热废水有机物的转化率和能量回收率，同时避免了外源生物炭的使用，有助于降低水热废水的厌氧消化处理成本，为生物质水热碳化工艺的固液产物资源化利用提供了新路径。
附图说明
[0025]图1是实施例1、2、3中各反应器的累积甲烷产量与发酵时间的关系图2是本专利技术制备方法流程图。
具体实施方式
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
[0027]本专利技术创新地提出利用生物质水热碳化产出的同源水热炭来改善水热废水的厌氧消化性能，将水热碳化过程产出的同源水热炭通过KOH活化改性，改善了水热炭的孔隙结构和表面的含氧官能团丰度，并投加到水热碳化的副产物水热废水的厌氧消化产甲烷反应器中，显著改善水热炭介导的微生物种间直接电子传递能力并降低水热废水中毒性成分对甲烷菌的毒害作用，使厌氧消化产甲烷过程的滞后期缩短。一方面增加水热炭的资源化利用梯度，另一方面避免外源生物质热解炭的额外制备，相比于外源生物质热解炭，水热炭表面丰富的含氧官能团还能吸附控制废水毒性组分且有利于提高电子传递效率，即本专利进一步通过KOH改性来改善水热炭的孔隙结构和表面含氧官能团丰度，显著提高水热废水的厌氧消化运行稳定性并提高甲烷产量。
[0028]下述实施例中，厌氧反应时需要用到接种物，接种物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：利用生物质废弃物通过水热碳化方式得到浆状反应产物，分离得到水热炭和水热废水；除去水热炭表面黏附的油质组分；（3）将步骤（2）得到的水热炭进行KOH改性；（4）将步骤（3）得到的改性水热炭投加到水热废水的厌氧消化反应器中，调节pH，收集气体产物。2.根据权利要求1所述一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的生物质废弃物为农林废弃物、污水污泥、藻类中的任一种。3.根据权利要求1所述一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的生物质废弃物粉碎尺寸小于1 mm。4.根据权利要求1所述一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的水热碳化反应温度为200
–
260℃，反应时间为2
–
4 h。5.根据权利要求1所述一种利用同源水热炭提高水热废水厌氧消化性能的方法，其特征在于，所述步骤（2）中除去水热炭表面的油质组分所用到的溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿坤，彭平博，贾建东，赵争辉，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：