本發(fā)明屬于高有機(jī)質(zhì)含量廢水再資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水生植物水熱液化水相再資源化的方法。
背景技術(shù)：
水熱液化是水生植物理想的能源化利用方法。通過水生植物的水熱液化可以轉(zhuǎn)化為能量密度更高的生物油，但與此同時(shí)，亦有部分親水性有機(jī)物與介質(zhì)水形成水相。水生植物水熱液化所得水相的組分隨水生植物的種類和液化反應(yīng)條件的不同存在一定差異。藻類水熱液化水相中包含藻類原料所含有機(jī)碳的50%、氫的30%和初始原料能量的40%，這些水溶物如直接排放不但會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，而且也會(huì)造成大量能源浪費(fèi)。因此，有必要著眼于水生植物水熱液化水相本身的高效資源化利用，從而提高水生植物水熱液化高值化利用過程的總體經(jīng)濟(jì)性。
目前非水生植物水熱液化所得水相利用方法主要包括水相重整制氫和水相發(fā)酵制乙醇。目前，水生物植物水熱液化水相的利用沒有報(bào)導(dǎo)，只有循環(huán)回用作為藻類養(yǎng)殖培養(yǎng)液的報(bào)導(dǎo)。這幾種方法存在如下不足，水相重整制氫只能利用水相中的氫資源，大量的有機(jī)碳不能得到有效利用；水相發(fā)酵制乙醇則效率較低，而且發(fā)酵所得乙醇與水相需要精餾才可以分離，二次能耗大；直接將水相視為低端產(chǎn)物返回作為藻類養(yǎng)殖的營(yíng)養(yǎng)液，又造成資源浪費(fèi)。此外，由于水相中有機(jī)物種類繁多，組成復(fù)雜，難以找到經(jīng)濟(jì)有效的方法將這些有機(jī)物從水相分離。鑒于此，本發(fā)明提出一種水生植物水熱液化水相再資源的方法，該方法可以將水相的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為高附加值氣體產(chǎn)物，可將水相中的碳和氫一同轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)水相的高值化利用，同時(shí)處理過的水相直接排放對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明的目的是一種水生植物水熱液化水相再資源化的方法。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
稱取一定量的水生植物水熱液化水相加入高溫高壓反應(yīng)釜，密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜內(nèi)空氣用一定壓力的氦氣替代，充入的氦氣作為氣體產(chǎn)物定量的內(nèi)標(biāo)；將反應(yīng)釜用一定功率的加熱套加熱到反應(yīng)溫度，此時(shí)開始計(jì)時(shí)；待反應(yīng)一定時(shí)間后，將反應(yīng)釜放入冷水浴中冷卻；待其冷卻至室溫，對(duì)反應(yīng)所得氣體混合物進(jìn)行氣相色譜分析。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于：所用水生植物水熱液化水相主要來至200 mL水分別與60 g小球藻、螺旋藻、微綠藻、裂殖壺藻、條滸苔、海帶、大葉藻以及南極冰藻于500mL高溫高壓反應(yīng)釜在350 °C、60 min水熱液化所得。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于：小球藻、螺旋藻、微綠藻、裂殖壺藻、條滸苔、海帶、大葉藻以及南極冰藻水熱液化所得水相的總有機(jī)碳（TOC）數(shù)值分別為：24.1、40.0、32.1、18.8、8.6、13.0、8.2、4.1g/L。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于：水相再資源化反應(yīng)釜體積為127mL，加熱套功率為3.0kW，水生植物水熱液化水相加入量為30mL，反應(yīng)溫度為600°C，反應(yīng)時(shí)間為2h。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于：小球藻、螺旋藻、微綠藻、裂殖壺藻、條滸苔、海帶、大葉藻以及南極冰藻水熱液化水相氣化后所得水溶液總有機(jī)碳（TOC）含量分別為：3.8、12.4、2.9、1.2、4.0、1.2、7.1g/L。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，其特征在于：水相氣化所得氣體混合物主要含有H2、CO、CH4、CO2、C2H6、C3H8，其具體相應(yīng)產(chǎn)率如下：小球藻-12.97、4.55、17.46、7.14、4.71、0.14 mmol/g(TOC)、螺旋藻-4.94、0.04、5.32、4.34、1.62、0.07 mmol/g(TOC)、微綠藻-54.33、0.99、57.05、27.25、17.70、0.60 mmol/g(TOC)、裂殖壺藻-38.43、0.38、48.44、46.80、9.06、0.35 mmol/g(TOC)、條滸苔-24.33、0.02、31.07、24.51、6.26、0.22 mmol/g(TOC)、海帶-20.28、4.28、19.00、16.80、3.92、0.15 mmol/g(TOC)、大葉藻-47.16、0.33、36.41、46.18、7.65、0.35 mmol/g(TOC)以及南極冰藻-21.71、12.86、26.50、39.69、2.68、0.14 mmol/g(TOC)。
本發(fā)明的創(chuàng)造性技術(shù)優(yōu)勢(shì)：1)無需催化即可將水相轉(zhuǎn)化為高附加值氣體產(chǎn)物；2)資源化后最終所得氣化水相可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1(水生植物水熱液化水相的制取)
稱取60 g水生植物（小球藻、螺旋藻、微綠藻、裂殖壺藻、條滸苔、海帶、大葉藻以及南極冰藻）和200 mL水置于500mL高溫高壓反應(yīng)釜，在350 °C反應(yīng)60 min；將所得水相分離即可得到不同水熱植物水熱液化水相；8種水生植物如小球藻、螺旋藻、微綠藻、裂殖壺藻、條滸苔、海帶、大葉藻以及南極冰藻水熱液化所得水相的總有機(jī)碳（TOC）數(shù)值分別為：24.1、40.0、32.1、18.8、8.6、13.0、8.2、4.1g/L。
實(shí)施例2 (水相氣化)
稱取30mL的水生植物（小球藻、螺旋藻、微綠藻、裂殖壺藻、條滸苔、海帶、大葉藻以及南極冰藻）水熱液化水相加入127mL高溫高壓反應(yīng)釜，密封反應(yīng)釜，將反應(yīng)釜內(nèi)空氣用0.01MPa的氦氣替代，充入的氦氣作為氣體產(chǎn)物定量的內(nèi)標(biāo)物；將反應(yīng)釜用3.0kW功率的加熱套加熱到600°C，此時(shí)開始計(jì)時(shí)；待反應(yīng)2h后，將反應(yīng)釜放入冷水浴中冷卻；待其冷卻至室，對(duì)反應(yīng)所得氣體混合物進(jìn)行氣相色譜分析。水相氣化所得氣體混合物主要含有H2、CO、CH4、CO2、C2H6、C3H8，其具體相應(yīng)產(chǎn)率如下：小球藻-12.97、4.55、17.46、7.14、4.71、0.14 mmol/g(TOC)、螺旋藻-4.94、0.04、5.32、4.34、1.62、0.07 mmol/g(TOC)、微綠藻-54.33、0.99、57.05、27.25、17.70、0.60 mmol/g(TOC)、裂殖壺藻-38.43、0.38、48.44、46.80、9.06、0.35 mmol/g(TOC)、條滸苔-24.33、0.02、31.07、24.51、6.26、0.22 mmol/g(TOC)、海帶-20.28、4.28、19.00、16.80、3.92、0.15 mmol/g(TOC)、大葉藻-47.16、0.33、36.41、46.18、7.65、0.35 mmol/g(TOC)以及南極冰藻-21.71、12.86、26.50、39.69、2.68、0.14 mmol/g(TOC)。小球藻、螺旋藻、微綠藻、裂殖壺藻、條滸苔、海帶、大葉藻以及南極冰藻水熱液化水相氣化后所得水相總有機(jī)碳（TOC）含量分別為：3.8、12.4、2.9、1.2、4.0、1.2、7.1g/L。