[發明專利]生物質和豬糞共水熱生物炭及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010119648.6
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111333052A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 許細薇;蔣恩臣;程樹朝;孫焱;涂任;賈志文;沈曉文;何臻
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C05F11/00;C05G5/20;C10L5/42;C10L5/44;C02F1/00;C02F11/18;C09K17/02;C02F103/20;C02F101/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蘇運貞

本發明公開了一種生物質和豬糞共水熱生物炭及其制備方法與應用。本發明的生物質和豬糞共水熱生物炭的制備方法，包括如下步驟：(1)將豬糞、生物質和水混合得到水熱體系，將其150～240℃炭化20～40min，得到生物質和豬糞共水熱生物炭；(2)將共水熱生物炭冷卻，真空抽濾，烘干。本發明通過在豬糞中加入生物質，實現了對生物炭各項特性的調節，得到的生物炭產率、固定碳含量和高位熱值均明顯提高，且顯著降低了豬糞水熱炭中的灰分含量，提高了燃燒性能；Cu、Mn、Zn等危害較大的重金屬的濃度明顯降低，對重金屬的固定效果提高，可作為土壤改良劑和廢水處理劑，實現了對畜禽糞便的無害化處理和資源化利用。

技術領域

本發明涉及畜禽糞便的處理與資源化利用領域，特別涉及一種生物質和豬糞共水熱生物炭及其制備方法與應用。

背景技術

近年來，畜禽養殖產業快速發展，逐漸由傳統的分散養殖向規模化、集約化的方式轉變。據推測，2017年，我國年出欄500頭以上的規模化養殖場(戶)的產能約占全國總產能的50％以上，規模化養豬逐漸占據市場主導地位。規模化和集約化畜禽養殖大大降低了成本，提高了生產效率，但是在帶來了巨大的經濟和社會效益的同時，也產生了大量的畜禽糞便廢棄物，造成了養殖廢水和畜禽糞便的過度集中，極大的增加了環境的負擔。且我國的禽畜養殖規模隨著禽畜產品的需求量的增加呈現逐年增加的趨勢。據估計，目前中國每年畜禽糞便的排放總量在30億t(鮮重)以上，約占全國有機肥料資源量的40％。由于缺乏有效的管理和處理技術，畜禽糞便已經成為了我國的三大污染源之一，大量畜禽糞便排放到農業生態系統，不僅對生態環境造成了嚴重的污染，也對我國農業的可持續發展提出了巨大的挑戰。在畜禽養殖過程中，為了提高飼料的利用率、促進動物的生長以及預防動物疾病，大量重金屬添加劑(如Cu、Zn、Mn、Cr等)被添加到畜禽飼料中，但是，由于生物利用率有限，大部分重金屬元素會隨著動物糞便排出體外。畜禽糞便含有豐富的有機質和氮磷鉀等養分，被廣泛用作生物肥料和有機肥，導致畜禽糞便中殘留的重金屬不斷向農田土壤中遷移并累積，一方面會對土壤的性質產生負面影響，另一方面可能會抑制農作物的生長發育，降低其產量與品質，甚至會導致重金屬遷移至農作物中，從而進入食物鏈，并最終危害人類的身體健康。

現行的畜禽糞便的主要處理方法為厭氧發酵生產沼氣和堆肥處理，但是沼氣發酵后的沼液和沼渣仍然會對環境造成污染問題，而堆肥處理會占用大量的土地資源，氮素釋放到空氣中，會產生惡臭。并且，這些處理方式普遍存在處理周期較長、處理不徹底和處理效率低等缺點。顯然，這些方法很難解決規模化養豬場的問題，不能及時安全地無害化處理與資源化利用每天產生的大量養豬廢棄物。

水熱炭化處理是極具潛力的安全無害化處理與資源化利用畜禽糞便的技術之一。水熱炭化是一種以生物質或其組分為原料，以水為溶劑和反應介質，在高溫和自生壓力下，經水熱反應合成富碳產物的過程，其產物主要為含氧官能團豐富、熱值高的黑色固體產物。與傳統的熱化學轉化方法相比，水熱炭化法溫度低，原料不受水分含量限制，耗能少，CO₂釋放量少，已經成為一種高效的生物質預處理手段和生物質全組分轉化方法。同時，水熱碳表面豐富的含氧官能團，使水熱炭可以更容易的吸附Pb、Cd等重金屬離子。近年來，生物質熱裂解炭化技術也成為生物質原料資源化利用的重要途徑。有研究表明，生活污泥通過熱裂解處理制備污泥炭后重金屬含量有所增加，但與污泥原樣相比，污泥炭中有效態重金屬含量明顯降低，熱解過程有效地降低了有毒重金屬的活性，進而減小了有毒重金屬的環境風險。采用水熱和熱解技術對豬糞進行處理能有效避免上述傳統堆肥和發酵處理的不足，不僅具有高溫滅菌、處理速度快、周期短、避免抗生素污染等優點，還可獲得生物炭、生物油和可燃氣等附加產品。特別是生物炭，具有的良好孔隙結構和理化特性，可以改良土壤的結構和理化性質，促進微生物生存繁衍，促進農作物養分吸收，提高作物產量與品質等。