技术研发 分类
大发国际:生物质资源化循环利用的方法发布日期:2024-01-21 浏览次数:
专利名称:生物质资源化循环利用的方法
技术领域
本发明涉及一种生物质废料综合利用技术,更具体地说,本发明涉及一种生物质资源化循环利用的方法。
背景技术
生物质废料的利用有很多具体的应用方面,总的可归纳为生物质废料的能源化利用和资源化利用。其中生物质废料的能源化利用为国内外研究的主流,而生物质废料的资源化利用还没有形成规模。
(一)生物质废料的能源化利用在生物质能源化利用方面,将生物质废料经过厌氧发酵获得沼气,然后将沼气转变为电能和热能的沼气发电技术已成为代表性的研究方向。沼气发电的技术大致可分为两大类一种是通过气体燃烧发电机来获得电能,另一种是利用燃料电池来获得电能和热能。
日本明电舍公司在2001年采用微型涡轮发电机,生产出了30KW的小型沼气发电机。在日本新能源产业技术综合开发机构的资助下,丸红公司2002年在日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)的资助下,利用开发了沼气引擎(730KW)。在日本京都洛南净化中心,刚刚落成的由两台煤气引擎(495KWx2)构成的990KW的发电系统,日产沼气800立方米,这些都属第一类型的。
从2003年起,在日本NEDO的支持下,荏原制作所利用质子交换膜燃料电池,2003年成功地使用沼气经过精制,水蒸气改质后进行发电。容量为190KW,发电效率为33%,综合热效率达76%。瑞典科学家Hedstrm等人也成功开发出了以沼气为燃料的通过水蒸气改质,发电容量4KW,热容量6.5KW的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统。
同样在日本新能源产业技术综合开发机构的资助下(2003-2005),丸红公司和麒麟啤酒公司合作研制了利用沼气为燃料的熔融碳酸盐燃料电池系统(250KW)使电力消耗下降4%,蒸汽消费减少1%。废热回收蒸汽175kg/h。没有NOx、SOx、煤尘等有害物质排出、CO2排放量下降2%。综合热效率达到72%以上(发电效率47%以上、废热回收效率25%以上)。与福冈市下水道局的利用沼气为燃料的熔融碳酸盐燃料电池系统(250KW)也在进行过程中。
德国FEL公司也已初步研制开发出了沼气燃料电池的生产技术,但目前的燃料电池成本很高,3KW的沼气燃料电池的研制成本达约45万欧元。为此,他们开始进行沼气燃料电池的进一步研制开发,通过沼气的纯化、发电、整流、充电等一系列工艺技术路线来完成燃料电池的研制。
美国科学家设计出以甲烷等碳氢化合物为燃料的高温新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池。科研人员曾尝试用便宜的碳氢化合物为燃料,但化学反应产生的残渣很容易积聚在镍制的电池正极上,导致断路。
我国开展沼气发电领域的研究始于八十年代初,1998年全国沼气发电量为1,055,160kWh。在此期间,先后有一些科研机构进行过沼气发动机的改装和提高热效率方面的研究工作。我国的沼气发动机主要为两类,即双燃料式和全烧式。目前,对“沼气一柴油”双燃料发动机的研究开发工作较多。如中国农机研究院与四川绵阳新华内燃机厂共同研制开发的S195-1型双燃料发动机,上海新中动力机厂研制的20/27G双燃料机等。潍坊柴油机厂研制出功率为120kW的6160A-3型全烧式沼气发动机,贵州柴油机厂和四川农业机械研究所共同开发出60kW的6135AD(Q)型全烧沼气发动机发电机组。此外,还有重庆、上海、南通等一些机构进行过这方面的研究、研制工作。可以说,目前我国在沼气发电方面的研究工作主要集中在内燃机系列,还没有将燃料电池技术结合到沼气技术上。
我国的燃料电池技术现状来看,大连化物所从1990年起,开展了质子交换膜型燃料电池(PEMFC),熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC),固体氧化物型燃料电池(SOFC)和再生氢氧燃料电池(RFC)的研究。已研制成功100W200W,1000W和5000W PEMFC电池组,正在进行30kW PEMFC,kW级MCFC,百瓦级SOFC与RFC的研制。承担的国家高技术研究发展计划(“863”计划)电动汽车重大专项“燃料电池发动机”课题和“质子交换膜燃料电池的模块化设计与新型MEA的试验研究”课题通过了“863”计划能源技术领域办公室组织的现场验收。上海神力科技有限公司先后完成了包括国家九·五重点科技攻关计划、十·五“863”计划重大专项、上海市重大科技攻关项目等在内的7项国家重点科研攻关任务,开发了5个系列的燃料电池产品,建立了全套的中小功率(0.1KW-30KW)与大功率(30KW-150KW)的质子交换膜燃料电池及其动力系统、燃料电池发动机集成制造技术及批量生产的能力与设施,具有大批量生产的能力。
综上所述,在国际上利用沼气的发电技术已从涡轮发电机过渡到燃料电池。采用高温的固体氧化物燃料电池技术,或者是将沼气改质后采用质子交换膜燃料电池技术为当前研究主流。高温燃料电池的沼气发电适用于大规模应用如垃圾填埋场,可是很难做到小型化,维护保养较为困难,需长时间连续运转。若要选择常温燃料电池,如质子交换膜燃料电池(PEMFC),就必须对沼气中主要成分甲烷进行改质,而改质温度通常也要在800℃。而且,甲烷改质器不仅需要额外的能源而降低资源利用率,而且结构复杂,控制复杂,造成整个燃料电池体系的复杂化,而且电极材料为白金,应用将受到资源的限制。虽然我国在PEMFC方面取得了很大的进展,可是在沼气燃料电池的研究与开发上,还属未开发领域。尤其是利用阴离子交换膜燃料电池的技术,在世界上也属有待于开发的领域。由于它不象质子交换膜燃料电池那样必须用贵金属铂为电极材料,可用非贵金属材料如镍基材料为电极材料,阴离子交换膜的成本也远远低于质子交换膜,双电极板的材料选择性也很广,因而,阴离子交换膜燃料电池比质子交换膜燃料电池更具有应用前景。
(二)生物质废料的资源化利用在生物质废料的资源化利用方面,到目前为止还没有形成一定的研究方向,最大的用途之一是用作肥料。对于生物质能源化同时所产生的沼液通常是用作肥料或饲料,但利用程度非常低。二氧化碳则是不加利用,作排空处理。本发明提出的生物质废料的高效利用,不仅是指在生物质废料能源化利用方面有较高的能量转换效率,也有生物质废料的高效资源化利用的含义。本发明的高效生物质废料资源化主要侧重于通过对农业技术的改进,将生物质废料能源化后所产生的废弃物(沼液,二氧化碳)进行资源化处理,从而完成生物质废料的资源化利用。而这个过程主要借助无土栽培方式来实现。
无土栽培技术通常指的是靠人工培养液,自然光或人工光进行的栽培技术。1957年诞生于北欧丹麦首都哥本哈根市郊区的斯滕森农场,世界上第一家植物工厂生产的是一种生吃的叶菜,从播种到收获平均只需6天时间。日本浜松光电公司的实验证明,若用2.5叶龄的秧苗采用激光栽培法3个月即可收获。通常大田插秧所用秧苗的叶龄多为5-6,如果使用这种秧苗,水稻的生长期可缩短,可实现1年5熟耕作。美国新近在洛杉矾的圣波拉兴建了一座“树苗工厂”,该厂已开始从一个个的细胞培育出了一棵棵苗木,在饭盒那么大的容器里可容纳50-100株。英国达雷卡德设施农业工程公司,发明了一种工厂化栽培果树的新方法。每根果树枝可以用2-3茬,1年能收3-5次。目前已用苹果、梨、桃的树枝建立了实验生产线。荷兰已建成1.1亿平方米的玻璃温室(约占全国土地面积的0.5%,占全世界玻璃温室面积的1/4)专门用于种植蔬菜和鲜花。在巴西,皮奥威森创建了番茄工厂,他的研究试验证明,番茄60天后可产果,寿命达12个月,保存期是普通番茄的近2倍。印度近年来用无土栽培生产大麦青苗作饲料,他们把大麦一粒一粒的播在塑料盘中,安放于支架上,9天后青苗即可收割,其质量好、成本低、周期短。
我国的无土栽培技术始于80年代,国家重大科技产业化工程——工厂化高效农业示范工程,从1996年开始组织实施5年来,已建立了一批科技示范区、工程示范区和辐射示范区,无土栽培面积达48万平方米,蔬菜产量比一般常规提高5倍以上。无论是经济、生态、社会效益均为可观。
目前国内外还没有出现本发明所提出的将生物质废料的能源化和资源化并举的研究和技术,只有单独的生物质能源化或生物质资源化的研究与技术,而且还不能做到无排放地处理生物质废料。例如,沼气和燃料电池联合的沼气燃料电池发电技术,利用沼液的土壤栽培技术相结合的合成技术等等,也出现了利用沼液的无土栽培研究。将沼气技术,燃料电池技术和无土栽培技术三者联合起来形成综合技术来实现生物质废料的无排放处理,以及利用来自燃料电池的二氧化碳作为资源的技术尚未见报道。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种生物质资源化循环利用的方法。
为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的本发明中生物质资源化循环利用的方法包括以下步骤(1)在分级发酵池中将生物质废料分解为包含氢和甲烷的沼气、沼液和固体残留物;(2)进行气固液分离,并将包含氢和甲烷的沼气送入脱硫装置进行脱硫,脱硫后的沼气被送入阴离子交换膜燃料电池的负极端,通过在燃料电池中进行的电化学氧化反应释放电能与热能,同时在负极端产生二氧化碳和水;(3)将上一步骤生成的二氧化碳气体以及分离得到的沼液送入无土栽培设施,分别作为作物生长的助长剂和营养液;以燃料电池作为人工光源的供电来源,为满足作物靠光合作用而生长提供所必需的光照;(4)对分离得到的沼渣进行干燥和养分调理,得到培植基质或有机肥料并用于作物栽培基质材料。
作为本发明的一种改进,所述将生物质废料分解的步骤包括(1)通过水解把不溶解的有机化合物和聚合物通过酶法转化为可溶解的有机物;(2)利用产氢菌将上一步转化得到的碳水化合物、蛋白质、脂肪类和醇发酵为有机酸和氢气;(3)利用产甲烷菌对有机酸进行代谢产生甲烷。
作为本发明的一种改进,所述对沼渣的处理还包括将沼渣送入造粒机造粒成型的步骤。
作为本发明的一种改进,还包括将所述无土栽培设施进行作物栽培过程中的有机垃圾作为生物质废料再处理的步骤。
作为本发明的一种改进,在将所述生物质废料分解之前,包括将生物质废料送入发酵设备的注入槽,再送入分级发酵池的步骤。
作为本发明的一种改进,还包括将燃料电池反应释放的热能用于蓄热水器的换热,蓄热水器的热水送至分级发酵池的水温调解箱,用于控制生物质废料的发酵温度的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果是在生物质能转换为化学能方面,本发明首次采用了有机物酶解液化产物调控、产酸产氢菌富集、产氢剩余基质调控和产甲烷菌筛选的方法,使生物质废料转化沼气的品位(燃烧值)得以提升,形成通过生物质废料厌氧发酵来获得甲烷和氢的混合气的创新有机物废弃物沼气化技术。在燃料电池方面,虽然国内外也有一些单位在研究阴离子交换膜燃料电池的,但利用沼气的阴离子交换膜燃料电池还未见报道。本发明利用阴离子交换膜燃料电池的材料选择性广,又可在常温常压下工作的特点,将大幅度地减少燃料电池制造成本及运行成本,有利于燃料电池技术的普及。在生物质废料资源化方面,本发明提出的同时利用二氧化碳和沼液促进作物生长的方法也是一种创新技术。
在该生物质废料转变为能源和无公害作物的过程中,前级过程中所产生的废弃物作为后级过程的原料,构成了无废弃物,高效率利用资源的资源循环能源体系,以达到消除环境污染的同时获取能量,在减少温室气体排放的同时,高效生产无公害农作物,节省宝贵的可耕地资源。


图1为本发明实施例的流程图;图2为实施例中分级发酵流程图;图3为实施例中阴离子交换膜燃料电池系统流程图;图4为实施例中脱硫装置结构示意图;图5为实施例中无土栽培设施结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
具体实施例中生物质资源化循环利用的系统,包括发酵设备、燃料电池1和无土栽培设施2,所述发酵设备包括相连的注入槽3和分级发酵池4,分级发酵池4的残液排放口与无土栽培设施2相连,分级发酵池4的残渣排放口与一造粒机5相连;所述燃料电池1是阴离子交换膜燃料电池,其负极端通过一脱硫装置6与分级发酵池4的氢气和甲烷排放口相连,其二氧化碳排放口与无土栽培设施2相连;燃料电池1与所述无土栽培设施2相连为其提供照明电力。
燃料电池2具有热交换管道,热交换管道与一蓄热水器7连接,蓄热水器7的热水出口连接至一水温调解箱8,水温调节箱8与分级发酵池4相连。
分级发酵池4的结构是分级发酵池中间设置中间隔板,上下分为产氢发酵室和产甲烷发酵室;产氢发酵室和产甲烷发酵室中分别设置过滤层将固相和液相发酵物隔开并分别与各自的沼液储存容器相连。
阴离子交换膜燃料电池的结构是阴离子交换膜燃料电池由氢气和甲烷气发生电化学氧化的负极,阴离子交换膜和空气或氧气发生电化学还原反应的正极所组成;连接产氢发酵室和产甲烷发酵室的进气管道接入阴离子交换膜燃料电池的负极进气口,连接无土栽培设施2相连的排气管道接到阴离子交换膜燃料电池的负极排气口;阴离子交换膜燃料电池的负极端设有燃料进气口和二氧化碳及水蒸气的排气口,正极端设有空气或氧气的进气口和尾气排放口。
本实施例中生物质资源化循环利用的方法包括以下步骤(1)在分级发酵池4中将生物质废料分解为包含氢和甲烷的沼气、沼液和固体残留物;(2)进行气固液分离,并将包含氢和甲烷的沼气送入脱硫装置6进行脱硫,脱硫后的沼气被送入阴离子交换膜燃料电池的负极端,通过在燃料电池1中进行的电化学氧化反应释放电能与热能,同时在负极端产生二氧化碳和水;(3)将上一步骤生成的二氧化碳气体以及分离得到的沼液送入无土栽培设施2,分别作为作物生长的助长剂和营养液;以燃料电池1作为人工光源的供电来源,为满足作物靠光合作用而生长提供所必需的光照;(4)对分离得到的沼渣进行干燥和养分调理,得到培植基质或有机肥料并用于作物栽培基质材料。
将生物质废料分解的步骤包括(1)通过水解把不溶解的有机化合物和聚合物通过酶法转化为可溶解的有机物;
(2)利用产氢菌将上一步转化得到的碳水化合物、蛋白质、脂肪类和醇发酵为有机酸和氢气;(3)利用产甲烷菌对有机酸进行代谢产生甲烷。
对沼渣的处理还包括将沼渣送入造粒机造粒5成型的步骤、将所述无土栽培设施5进行作物栽培过程中的有机垃圾作为生物质废料再处理的步骤。
在将所述生物质废料分解之前,包括将生物质废料送入发酵设备的注入槽3,再送入分级发酵池4的步骤。
燃料电池1反应释放的热能可以用于蓄热水器7的换热,蓄热水器7的热水送至分级发酵池4的水温调解箱8,用于控制生物质废料的发酵温度的步骤。
本发明包含以下三个过程生物质废料的能源化技术通过生物质废料的发酵处理而使生物质能转化为甲烷和氢气的化学能,依靠新型厌氧微生物和生化反应过程,提高甲烷和氢气在沼气中的含量(高燃烧值)。对沼气进行脱硫处理,进行与燃料电池相配套的沼气供气系统的研究与开发,以达到最大限度地利用生物质能,最大效率地将生物质能转化为化学能。
高效率能量转换技术改变从生物质能转变为沼气(主成分为甲烷),然后通过燃烧获取热能的传统能量转换方式,采用由生物质能转变为沼气(主成分为甲烷和氢气),再由燃料电池转变为电能和热能的高效率能量转换方式的技术。这项技术主要围绕以甲烷-氢混合气为燃料,低成本的离子交换膜燃料电池为中心,实现生物质能最大效率地转化为电能和热能。大发国际
生物质废料能源化后产物的资源化技术通过改进现有农业技术,将生物质废料能源化后所产生的废弃物资源化,对生物质废料能源化后产物如沼液,二氧化碳进行利用,从而实现在生物质废料能源化时无废弃物排出,同时又可获得无公害的农作物或高生物质能植物。
本发明集成现代工业工程技术和农业高新技术,创新生物质能转化技术,燃料电池技术和农业栽培技术进行改良和集成,形成一个新型的,涉及环境生态与能源系统技术的高效生物质废料综合利用的基础。建立一个以下所述的环保型绿色生态与能源系统模型以生物质废料如秸秆,牲畜粪便,有机生活垃圾等为原料,通过厌氧发酵而产生含甲烷和氢的沼气,沼气脱硫后被引入新型开发的阴离子交换膜燃料电池进行发电,该燃料电池1在供电和供热的同时将排出二氧化碳。然后把来自沼气池的沼液和来自燃料电池的二氧化碳引入工厂式植物种植设施,利用新型开发的农业栽培技术高效率地生产高生物质能植物或无公害蔬菜,同时实现整个系统在生物质废料处理过程中无排放的目标。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
以日产29立方沼气的畜禽粪便处理系统为例(1)系统组成系统由一次处理畜禽粪便5吨的分级发酵池4、日处理沼气29立方的脱硫装置6、2kW的阴离子交换膜燃料电池系统、日处理二氧化碳17.5立方的无土栽培设施2和一次处理1.71吨沼渣的造粒机5组成。通过来自燃料电池1系统的热水,将发酵池工作温度控制在40-60℃,燃料电池1的工作温度控制在40-100℃。
在分级发酵池1中,通过生物质废料阶段产氢和甲烷的工艺,先利用产氢菌,在产氢发酵室使生物质废料发酵产氢,抽取一部分氢后将发酵物注入产甲烷发酵室进行后续发酵,利用产甲烷菌获得甲烷,从而获得氢和甲烷混合燃料气。
(2)发酵过程通过厌氧微生物使生物质废料发酵,经过以下3个基本过程,●通过纤维素分解菌、半纤维素分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌把不溶解的有机化合物和聚合物进行水解,通过酶法转化为可溶解的有机物。
●再将上一步转化成的产物如碳水化合物、蛋白质、脂肪类、醇等利用产酸菌如乙酸菌,哈尔滨工业大学的任南琪等人[任南琪,林明,马汐平,王爱杰,李建政,太阳能学报,Vol.25,No.1(2003)80-84]报道的B49,H1,LM12等产氢菌)发酵为有机酸和氢气。
●分离出氢气后的有机酸基质(包含纤维素分解菌、半纤维素分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌和乙酸菌等菌种)由产甲烷菌(如甲烷八叠球菌,甲烷毛菌,泛古细菌,腺古细菌,甲烷杆菌)代谢产生甲烷气。
(3)发酵工艺通过生物质液化调控,为产氢提供优化的基质条件;然后,通过发酵的物理环境调控(温度、pH、H2分压等)和优势菌种投加,形成富产氢气的条件;同时,为提高生物系统总体的有机物气化率,还可以通过调控产甲烷菌群的VFA依赖型和氢依赖型种群的比例,以调和产甲烷菌和产氢菌的生存环境,并实现有机基质的梯度、高效利用。
本实施例中,生物质发酵的过程如下在一个容积为8立米的分段发酵池2中,由前级产氢发酵和后级产甲烷发酵两部分组成,有关步骤如下1、投料畜禽粪便5吨和1吨的水和产酸菌及产氢菌的菌种(或者含产酸菌和产氢菌的沼液),在前级产氢发酵部进行发酵。
2、当发酵进行2个月后(或者沼气池产气不足时),取1吨沼液置于沼液储存容器。其余的部分被送入后级产甲烷发酵部,加入产甲烷菌(或者含产酸菌和产甲烷菌的沼液)。
3、在前级产氢发酵部,投入畜禽粪便5吨与储存在沼液储存容器中的沼液混合,继续发酵产生氢气。在后级产甲烷发酵部的发酵过程中,产氢菌将会自然消灭,而靠产甲烷菌进行后续发酵,产生甲烷。
4、当后级产甲烷发酵的沼气产气率低于供气需要时,取1吨沼液置于沼液储存容器,其余沼液被送入无土栽培设施5,沼渣通过干燥可制成基质材料。然后将前级产氢发酵部的发酵物送入后级产甲烷发酵部,再重复第三步骤。从而构成连续生产含有氢-甲烷的沼气。
(4)阴离子交换膜燃料电池以甲烷-氢混合气为燃料,通过阴离子交换膜燃料电池进行发电。该燃料电池的电池反应由,电动势为1.06V,和,电动势为1.23V,两部分组成。是由沼气中甲烷,氢的分级阴极氧化反应电极电位-0.658V电极电位-0.828V和空气中氧的阳极还原反应电极电位0.401V所组成,氢氧根离子为电荷移动体。甲烷的理论能量转换效率可达92%,比PEMFC的83%高出近9个百分点。由于氢氧根离子在常温下和质子一样,具有较高的离子传导性,甲烷和氢分子在碱性介质中的反应活性要高于在酸性介质中的反应活性,电化学反应的过电位也会降低,因而该燃料电池1和质子交换膜燃料电池一样能在常温下工作,而不必对甲烷进行改质,从而能提高燃料电池系统的效率。由于该燃料电池采用氢氧根离子交换膜为电解质,靠的是氢氧根与电解质膜中的离子交换基形成弱结合,在电场的作用下发生迁移而完成离子传导的,不存在游离碱,就可以避免形成碳酸盐,也就没有了采用碱液为电解质的一般碱性燃料电池所带有的电解质和电极因碳酸盐沉淀而导致的燃料电池的性能和寿命劣化问题。
阴离子交换膜燃料电池的催化剂可以是贵金属也可以是非贵金属催化剂。贵金属有Pt,Pd,Au或贵金属合金如Pt-Ni,Pd-Ni,Au-Ni等贵金属和其他过镀金属或其他金属的二元或多元合金,也可以通过机械合金或机械混合的方法,调制混合催化剂)。碳族元素与甲烷中的碳能形成弱共价键合,有利于甲烷分子的分解吸附,最有效的合金是Pt-Si,Pt-Ze,Pt-Sn及它们的多元合金。Ni-Si,Ni-Ze,Ni-Sn合金的效果也不错,Si,Ze和Sn的添加量可从1wt%到30wt%,其中5wt%到15wt%效果最佳。用一部分Co取代Ni的也可以提高镍基合金催化剂的电催化活性。
该阴离子交换膜燃料电池,采用季胺型阴离子交换膜为电解质,其聚合主链可以是碳杂环结构,也可以是碳-氟链。其中碳-氟链为主链的季胺型阴离子交换膜具有较好的化学稳定性。
本实施例中使用的2kW阴离子交换膜燃料电池由100个单电池串连而成,电压40伏,电流50安倍,电极有效面积200平方厘米,单电池功率密度为0.1W/cm2。
含氢-甲烷的沼气供气流量应在5~15L/min之间,最佳流量为10~12L/min。
供燃料电池1发电的空气是需要经过加湿的,加湿温度在40~100℃之间,最佳为65~75℃。
空气的流量50~150L/min之间,最佳流量为100~120L/min。
燃料电池的工作温度在室温到100℃之间,最佳在55~75℃。
大发国际 本实施例中脱硫装置6中的脱硫电极为多孔Raney镍催化剂,隔膜可以是防水微孔薄膜,也可以是阴离子交换膜大发国际。空气电极为Pt或Ag及镍基空气电极。三氯化铁水溶液浓度在5wt%到30wt%之间。
脱硫过程如下1、沼气中的硫化氢气体溶解在三氯化铁水溶液中;2、溶解的硫化氢与三价铁离子发生氧化反应形成硫磺和二价铁离子;3、二价铁离子与空气中的氧气发生电化学反应生成三价铁离子和水;4、重复步骤1~3过程,完成沼气的脱硫。
(5)二氧化碳和沼液处理采用无土栽培技术将来自阴离子燃料电池负极的二氧化碳及来自分级发酵池4的沼液,经过成分调整后,导入无土栽培设施5,使用来自燃料电池1的电力进行人工照明,通过光合作用,重新将这些废弃物转变为生物质能,同时排放出富氧空气。利用该发明可生产无公害蔬菜,花卉和药材等等。沼液有明显的壮苗,抗病,增产作用。沼液中含有丰富的氮,磷,钾等多种营养元素和各类氨基酸,赤霉素,生长素等,具有多种活性,抗性营养物质,沼液可有效调节作物代谢,增强光合作用,杀灭和抑制细菌,促进作物抗病,壮苗,增产。CO2是光合作用的原料,CO2的浓度对光合作用影响强烈。超过补偿点而远离饱和点时CO2浓度的增加,必定加快光合作用的强度,增加农作物的光合产量,从而加快植物生长。以此方法可通过培养液的成分调整,栽培含有特殊成分的蔬菜,果品及药材,花卉等。
如通过加入碘盐,生产高碘蔬菜和果品。通过加入含铁化合物,含锌化合物生产富铁和富锌的蔬菜和果品。在药材的培育过程中,通过加入附加成分,以增加药材的使用价值。
利用该方法生产蔬菜果品药材和花卉,可以不受气候,季节的限制,可实行严格的质量管理以保证产品的质量和产量。其栽培方式可采用多层培植的方式,因而可节省大量的可耕地。而排放的富氧空气接入燃料电池的空气入口端,也可用于人工养鱼等人工饲养设施,提高产量。
在该生物质废料转变为能源和无公害作物的过程中,前级过程中所产生的废弃物作为后级过程的原料,构成了无废弃物,高效率利用资源的资源循环能源体系,以达到消除环境污染的同时获取能量,在减少温室气体排放的同时,高效生产无公害农作物,节省宝贵的可耕地资源。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然,本发明不限于以上实施例子,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种生物质资源化循环利用的方法,其特征在于,包括以下步骤(1)在分级发酵池中将生物质废料分解为包含氢和甲烷的沼气、沼液和固体残留物;(2)进行气固液分离,并将包含氢和甲烷的沼气送入脱硫装置进行脱硫,脱硫后的沼气被送入阴离子交换膜燃料电池的负极端,通过在燃料电池中进行的电化学氧化反应释放电能与热能,同时在负极端产生二氧化碳和水;(3)将上一步骤生成的二氧化碳气体以及分离得到的沼液送入无土栽培设施,分别作为作物生长的助长剂和营养液;以燃料电池作为人工光源的供电来源,为满足作物靠光合作用而生长提供所必需的光照;(4)对分离得到的沼渣进行干燥和养分调理,得到培植基质或有机肥料并用于作物栽培的基质材料。
2.根据权利要求1所述的生物质资源化循环利用的方法,其特征在于,所述将生物质废料分解的步骤包括(1)通过水解把不溶解的有机化合物和聚合物通过酶法转化为可溶解的有机物;(2)利用产氢菌将上一步转化得到的碳水化合物、蛋白质、脂肪类和醇发酵为有机酸和氢气;(3)利用产甲烷菌对有机酸进行代谢产生甲烷。
3.根据权利要求1所述的生物质资源化循环利用的方法,其特征在于,在将所述生物质废料分解之前,包括将生物质废料送入发酵设备的注入槽,再送入分级发酵池的步骤。
4.根据权利要求1所述的生物质资源化循环利用的方法,其特征在于,还包括将燃料电池反应释放的热能用于蓄热水器的换热,蓄热水器的热水送至分级发酵池的水温调解箱,用于控制生物质废料的发酵温度的步骤。
5.根据权利要求1所述的生物质资源化循环利用的方法,其特征在于,所述对沼渣的处理还包括将沼渣送入造粒机造粒成型的步骤。
6.根据权利要求5所述的生物质资源化循环利用的方法,其特征在于,还包括将所述无土栽培设施进行作物栽培过程中的有机垃圾作为生物质废料再处理的步骤。
全文摘要
本发明涉及生物质废料综合利用技术,旨在提供一种生物质资源化循环利用的方法。该方法包括在分级发酵池中将生物质废料分解;进行气固液分离,并将包含氢和甲烷的沼气送入脱硫装置进行脱硫;脱硫后的沼气送入阴离子交换膜燃料电池,在负极端产生二氧化碳二氧化碳以及分离得到的沼液送入无土栽培设施;以燃料电池作为人工光源的供电来源;对分离得到的沼渣进行干燥和养分调理,得到培植基质或有机肥料并用于作物栽培基质材料。在该生物质废料转变为能源和无公害作物的过程中,前级过程中所产生的废弃物作为后级过程的原料,构成了无废弃物,高效率利用资源的资源循环能源体系,以达到消除环境污染的同时获取能量。
文档编号B09B3/00GK1868933SQ200610051889
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者李洲鹏, 刘宾虹, 朱京科 申请人:浙江大学

大发国际
Copyright © 2012-2018 大发国际公司 版权所有

琼ICP备MA3PQ3JP0K号