[发明专利]以富营养化湖泊污染治理废物为原料制备燃料气的方法

说明书

技术领域

　　本发明涉及一种以富营养化湖泊污染治理废物为原料制备燃料气的方法，具体是以底泥和水生生物质为原料，以近/超临界水(NCW/SCW)为介质共气化制备燃料气的方法，属于环境保护领域。

背景技术

底泥疏浚是清除湖泊内源污染的主要措施，为此每年产生大量的底泥，不仅占用大量土地，而且由于缺乏高效的资源化方法，极易造成环境污染。以滇池为例，滇池草海一期疏浚底泥640万m³，草海周边各堆场总库容超过623万m³，占用土地面积1965亩。目前正在对滇池外海底泥淤积严重的入湖河口及重点区域进行底泥疏浚，疏浚范围8.9km²，预计需堆场库容大于900万m³，占用土地面积约3000亩。

底泥处理方式主要有堆肥、焚烧发电、土地利用等。由于滇池底泥的污染特征，不能用于堆肥处理；焚烧法能够大幅度减少底泥体积，但滇池疏浚底泥含水率高达90%以上，无法使用常规焚烧法处理；土地利用将导致土壤中重金属的含量升高。因此，长期以来，滇池疏浚底泥得不到有效利用，导致了其长期堆存。

蓝藻、水葫芦、湿地植物等水生生物质清除也是富营养化湖泊治理的主要措施。由于滇池水体持续污染，富营养化严重，每年打捞水生生物质约100万吨。在滇池生物质长期存在的情况下，高效的生物质处理技术已成为限制滇池生物质清除的瓶颈，从而直接影响了滇池治理的效果，迫切需要大规模、清洁高效的生物质无害化、资源化技术。

本发明利用底泥和水生生物质含水率高、碱金属含量较大的特性，以水为反应介质，在近/超临界条件下强化底泥-水生生物质共气化过程，解决目前气化技术面临的难点问题；利用催化活性物质在近临界水中溶解度大的特点，提高底泥及生物质中有机质的催化共气化效率；利用极性物质在超临界水中溶解度极小的特性，在超临界条件下实现重金属、富营养物质等污染物的分离，彻底解决底泥、生物质二次污染问题。目前国内外鲜见NCW处理底泥、生物质等有机废物的研究报道，未见NCW-SCW联合处理有机废物的报道。

发明内容

    本发明目的在于提供一种以富营养化湖泊污染治理废物为原料制备燃料气的方法，该

方法是利用湖泊疏浚底泥和水生生物质为原料，以近/超临界水(NCW/SCW)为介质共气化制备燃料气。

本发明方法的具体步骤如下：

（1）除去湖泊疏浚底泥和水生生物质中杂物，底泥和水生生物质打磨成浆料，其中底泥的用量为混合物总质量的20～70%，然后加入水和催化剂混合均匀，放入超临界反应装置；其中加水量根据底泥和生物质的含水量确定，其具体计算为加入水量和反应物中所含水量之和与反应物混合物中固体物干重的质量比为5:1~50:1。由于底泥和生物质都含有大量水分（如滇池底泥、蓝藻和水葫芦含水率分别达到或高于90%、95%和92%），因此利用上述原料进行近/超临界水处理时，无需进行常规资源化方法所需的高耗能的干燥处理。

（2）以近/超临界水(NCW/SCW)为介质对混合物进行共气化处理，首先在近临界（NCW）即16～22MPa和120～374℃状态下，反应5～10min，在该状态下，外加催化剂及底泥中的活性组分均可溶于水；达到近临界反应时间后，提高温度和压力至SCW条件，使物料进一步气化，提高温度和压力至超临界（SCW）条件，即22.1～45MPa和374～700℃下反应10～30min，使物料进一步气化，在此状态下，催化剂在水中的溶解度迅速下降，从水中析出的催化剂高度分散于固体反应物的外表面和内表面，其催化效果更明显。

（3）反应产物经冷却分离后得到所需燃料气，主要成分甲烷（CH₄）、氢气（H₂）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）等，经分离得到高纯度甲烷和富氢气体；冷却处理后得到的液相物为底泥和生物质中有机物降解产生的液相低分子化合物，可通过进一步裂解制成燃气，也可通过常规方法提取化合物；固相残渣主要为无机成分。

所述湖泊疏浚底泥是为清除各种湖泊内源污染所产生的废弃物，如滇池底泥，特点是不仅含有大量的可溶性有机质，可作为气化原料，同时含有大量金属元素，其中碱金属、碱土金属等的化合物具有一定的催化分解活性，如滇池底泥中CaO、 K₂O 、MgO、 Na₂O等含量(以干重计)分别达到1～12%，1.5～3%，1.5～2%，0.2～0.3%，因此可减少近/超临界反应时催化剂的用量。