CN115818918A - 一种等离子体电解液化处理粪便的方法 - Google Patents

一种等离子体电解液化处理粪便的方法 Download PDF

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席登科
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Abstract

一种等离子体电解液化处理粪便的方法,包括如下步骤:步骤一:收集粪便,并对粪便进行脱水操作;步骤二:将步骤一脱水后的粪便加入多元醇,搅拌溶解,得粪便多元醇混合溶液;步骤三:将步骤二所得粪便多元醇混合溶液加入带有电极的容器中,电源给电极通电,通电处理2‑6min后,断开电源,得生物油和残渣的混合物;步骤四:空冷降温至室温,过滤,得生物油。本发明中通过将粪便脱水溶解后通过外加电极对粪便多元醇溶液的进行通电产生等离子体从在极端的时间内将粪便中的有机降解液化成液态生物油,从而极大的缩短了粪便降解成液态有机物的时间,提高了降解效率,且操作简单,便于将粪便快速变废为宝,便于广泛的推广和应用。

Description

一种等离子体电解液化处理粪便的方法
技术领域
本发明属于粪便处理领域,具体地说是一种等离子体电解液化处理粪便的方法。
背景技术
全世界每天产生约390万吨粪便,这些粪便不仅产生刺鼻的气体污染环境,含病菌易导致传染病,而且难以处理,对人们的生活造成了很大的影响。目前主要的处理方法是焚烧,填埋以及化粪等。焚烧(热处理)和填埋(物理处理)处理对空气和水资源造成了污染,而化粪处理(微生物分解)也存在着时间长,效率低等缺点。然而从另一个方面说,粪便由于其本身含有大量的有机物,也是一种生物质能源,因此吸引了很多学者对粪便利用的研究。然而目前城市粪便处理的主要处理途径以填埋为主,致使大量土地被占用。
粪便中水含量占75%左右,固体成分中有机物约占80%以上,其中主要为木质纤维类生物质,蛋白,脂肪等有机物,无机盐类约为20%。从其成分组成上能够得知粪便中含有大量的有机物,如果能将其转化的话便可化废为宝,目前的研究中一般是采用生物降解法来对粪便进行有效的降解得到液态有机溶剂,但是生物发酵降解得周期较长,一般要7-15d,且发酵过程中会发出恶臭污染环境。
发明内容
本发明提供一种等离子体电解液化处理粪便的方法,用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现:
一种等离子体电解液化处理粪便的方法,包括如下步骤:
步骤一:收集粪便,并对粪便进行脱水操作;
步骤二:将步骤一脱水后的粪便加入多元醇,搅拌溶解,得粪便多元醇混合溶液;
步骤三:将步骤二所得粪便多元醇混合溶液加入带有电极的容器中,然后升温至200-300℃,电源给电极通电,电极附近将多元醇溶解的粪便物质生成等离子体,等离子体能够加速粪便中有机物裂解,通电处理2-6min后,断开电源,得生物油和残渣的混合物;
步骤四:空冷降温至室温,过滤,得生物油。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤一中粪便过滤采用压滤机进行过滤。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤一种脱水后的粪便其含水量要小于20%。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤二中脱水后的粪便与多元醇的质量添加比为1:1:-1:7。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤二中的多元醇为聚乙二醇或粗甘油其中的任意一种。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤二中搅拌溶解的温度为20-100℃,搅拌溶解时间为1-5min。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤三的电极为钨电极、石墨电极、铜电极其中的任意一种。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤三中的电源为电压为500-1000V,频率为100-1000Hz,占空比为0.1-0.5的直流脉冲电源。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤四中过滤采用超滤膜过滤。
如上所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,所述的步骤四中得到的残渣可回收利用。
本发明的优点是:本发明中通过将粪便脱水溶解后通过外加电极对粪便多元醇溶液的进行通电产生等离子体从在极短的时间内将粪便中的有机降解液化成液态生物油,从而极大的缩短了粪便降解成液态有机物的时间,提高了降解效率,且操作简单,便于将粪便快速变废为宝,便于广泛的推广和应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明制备的生物油(左图)和酒精(右图)的燃烧对比示意图;
图2位为本发明的实验操作流程图;
图3为本发明实施例1的检测结果示意图;
图4为本发明实施例1制备的生物油实物图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤一:收集500g人类粪便,使用压滤机对粪便进行脱水操作,脱水之后得134.5g脱水后粪便,对其进行水分检测,含水量为14.7%;
步骤二:将步骤一脱水后的粪便加入200g聚乙二醇,在室温下,搅拌溶解时间为1min,得粪便聚乙二醇混合溶液;
步骤三:将步骤二所得粪便聚乙二醇混合溶液加入带有钨电极的容器中,然后升温至280℃,电源给钨电极通电,电源为电压为750V,频率为500Hz,占空比为0.3的直流脉冲电源,钨电极附近将聚乙二醇溶解的粪便物质生成等离子体,等离子体能够加速粪便中有机物裂解,通电处理4.2min后,断开电源,得生物油和残渣的混合物;
步骤四:空冷降温至室温,超滤膜过滤除去12.8g的残渣,得296.7g生物油。
对实施例1中的脱水后的干粪便、残渣以及生物油进行元素分析和热值对比,其结果如表一所示。
Figure BDA0004062505060000041
表一
对实施例1中的脱水后的干粪便和残渣进行元素分析,其结果如表二所示。
Figure BDA0004062505060000042
Figure BDA0004062505060000051
表二
对实施例1中溶解后的粪便溶液,脱水时去除的水相以及生物油离子分析,其结果如表三所示。
Figure BDA0004062505060000052
表三
实施例2
步骤一:收集500g鸡粪便,使用压滤机对粪便进行脱水操作,脱水之后得118.9g脱水后粪便,对其进行水分检测,含水量为15.7%;
步骤二:将步骤一脱水后的粪便加入200g粗甘油,在室温下,搅拌溶解时间为1min,得粪便粗甘油混合溶液;
步骤三:将步骤二所得粪便粗甘油混合溶液加入带有石墨电极的容器中,然后升温至280℃,电源给石墨电极通电,电源为电压为500V,频率为100Hz,占空比为0.1的直流脉冲电源,石墨电极附近将粗甘油溶解的粪便物质生成等离子体,等离子体能够加速粪便中有机物裂解,通电处理5.8min后,断开电源,得生物油和残渣的混合物;
步骤四:空冷降温至室温,超滤膜过滤除去9.6g的残渣,得287.4g生物油。
对实施例2中的脱水后的干粪便、残渣以及生物油进行元素分析和热值对比,其结果如表四所示。
Figure BDA0004062505060000061
表四
对实施例2中的脱水后的干粪便和残渣进行元素分析,其结果如表五所示。
Figure BDA0004062505060000062
Figure BDA0004062505060000071
表五
对实施例2中溶解后的粪便溶液,脱水时去除的水相以及生物油的离子分析,其结果如表六所示。
Figure BDA0004062505060000072
表六
实施例3
步骤一:收集500g牛粪便,使用压滤机对粪便进行脱水操作,脱水之后得145.6g脱水后粪便,对其进行水分检测,含水量为13.4%;
步骤二:将步骤一脱水后的粪便加入200g聚乙二醇,在室温下,搅拌溶解时间为1min,得粪便聚乙二醇混合溶液;
步骤三:将步骤二所得粪便聚乙二醇混合溶液加入带有铜电极的容器中,然后升温至280℃,电源给铜电极通电,电源为电压为1000V,频率为1000Hz,占空比为0.5的直流脉冲电源,铜电极附近将聚乙二醇溶解的粪便物质生成等离子体,等离子体能够加速粪便中有机物裂解,通电处理2.1min后,断开电源,得生物油和残渣的混合物;
步骤四:空冷降温至室温,超滤膜过滤除去22.7g的残渣,得304.3g生物油。
对实施例3中的脱水后的干粪便、残渣以及生物油进行元素分析和热值对比,其结果如表四所示。
Figure BDA0004062505060000081
表七
对实施例3中的脱水后的干粪便和残渣进行元素分析,其结果如表八所示。
Figure BDA0004062505060000082
表八
对实施例3中溶解后的粪便溶液,脱水时去除的水相以及生物油进离子分析,其结果如表九所示。
Figure BDA0004062505060000091
表九
通过表一、表四以及表七,本发明实施例1-3制备生物油具备较高的热值,且可直接燃烧(见图1),生物油燃烧后火焰相比酒精较红,原因是酒精中的氢含量更高;通过表二、表五以及表八,本发明实施例1-3脱水后干粪便与残渣中的金属和无机元素分析可知,可知液化后绝大部分的无机盐进入残渣中,特别是磷和钾,而氯元素的相对质量却降低了很多,这是由于电解下,氯离子变成氯气,从液相中脱离所致;通过表三、表六以及表九可知,本发明实施例1-3液化后绝大部分的无机盐进入残渣中,特别是磷和钾,而氯元素的相对质量却降低了很多,且本发明在能够获得高热值低杂质的生物油的同时还能大幅缩短粪便降解液化的时间,从而有效的提高了粪便处理效率,便于广泛在在粪便回收再利用方向广泛推广。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一:收集粪便,并对粪便进行脱水操作;
步骤二:将步骤一脱水后的粪便加入多元醇,搅拌溶解,得粪便多元醇混合溶液;
步骤三:将步骤二所得粪便多元醇混合溶液加入带有电极的容器中,然后升温至200-300℃,电源给电极通电,电极附近将多元醇溶解的粪便物质生成等离子体,等离子体能够加速粪便中有机物裂解,通电处理2-6min后,断开电源,得生物油和残渣的混合物;
步骤四:空冷降温至室温,过滤,得生物油。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤一中粪便过滤采用压滤机进行过滤。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤一种脱水后的粪便其含水量要小于20%。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤二中脱水后的粪便与多元醇的质量添加比为1:1-1:7。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤二中的多元醇为聚乙二醇或粗甘油其中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤二中搅拌溶解的温度为25-100℃,搅拌溶解时间为1-5min。
7.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤三的电极为钨电极、石墨电极、铜电极其中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤三中的电源为电压为500-1000V,频率为100-1000Hz,占空比为0.1-0.5的直流脉冲电源。
9.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤四中过滤采用超滤膜过滤。
10.根据权利要求1所述的一种等离子体电解液化处理粪便的方法,其特征在于:所述的步骤四中得到的残渣可回收利用。
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