公布日：2023.08.18
申請日：2022.06.21
分類號：C12N11/084(2020.01)I;C12N11/10(2006.01)I;C12N11/14(2006.01)I;C12P5/02(2006.01)I;C12P39/00(2006.01)I;C12R1/885(2006.01)N;C12R1/01(2006.01)N
摘要
本申請涉及污泥處理領域，具體公開了一種污泥生物炭材料及其制備方法和在厭氧發酵產甲烷中的應用，制備方法包括步驟如下：(1)、將污泥脫水干燥、粉碎、研磨，用鋁箔紙包裹加熱炭化，得到炭化污泥；(2)、將炭化污泥依次進行酸洗，去離子水洗滌后烘干，得到污泥生物炭；(3)、取海藻酸鈉和聚乙烯醇溶于去離子水中混勻，加熱，得到包埋載體混合溶液；(4)、將包埋載體混合溶液中加入菌懸液和污泥生物炭，得到混勻液體；(5)、將混勻液體與交聯劑混合，交聯后洗滌得到固定化小球。具有能提高厭氧消化效率，避免厭氧消化酸化，減少處理過程強堿投加，降低成本，均勻餐廚垃圾漿液避免分層，提高甲烷生產效率。
權利要求書
1.一種污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于，包括步驟如下：(1)、將污泥脫水干燥、粉碎、研磨，用鋁箔紙包裹數層，加熱炭化，得到炭化污泥；(2)、將步驟(1)處理得到的炭化污泥依次進行酸洗，去離子水洗滌后烘干，得到污泥生物炭備用；(3)、取一定量的海藻酸鈉和聚乙烯醇溶于去離子水中混勻，加熱，得到包埋載體混合溶液；(4)、將步驟(3)中得到的包埋載體混合溶液中加入一定量的菌懸液和步驟(2)得到的污泥生物炭，得到混勻液體；(5)、向步驟(4)得到的混勻液體與交聯劑混合，交聯后反復洗滌得到固定化小球。
2.根據權利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，鋁箔紙包裹5-10層，然后再馬弗爐內600-700℃炭化3小時。
3.根據權利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中，使用36％鹽酸溶液對炭化污泥進行酸洗，10-12h后置換新的36％鹽酸溶液，反復酸洗3-6次直至溶液澄清后；用蒸餾水洗滌至中性后，100-110℃烘箱烘干24h備用。
4.根據權利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中，以包埋載體混合溶液為總量計，海藻酸鈉和聚乙烯醇質量分數分別為4-8％和1-3％。
5.根據權利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，菌懸液的制備方法如下：配置牛肉膏蛋白胨培養液，接種活化后的厭氧產甲烷混合菌種，在20～30℃、120r/min恒溫震蕩培養箱中培養至對數生長期，再于5000r/min條件下離心棄去上清液，生理鹽水稀釋菌液得到菌懸液。
6.根據權利要求1所述的污泥生物炭材料的制備方法，其特征在于：所述步驟(4)中，菌懸液的制備方法如下：配置木霉菌培養基，接種活化后的木霉菌株Tr-38，在150r/min、28℃搖床培養36h，按固液比10％的比例轉接入木霉培養基，28℃培養2天后，每天搖勻一次，待培養基上長滿綠色的木霉孢子時培養結束。
7.一種污泥生物炭材料，其特征在于：由權利要求1-6任意一項所述的制備方法制得。
8.一種如權利要求7所述的污泥生物炭材料的新用途，其特征在于，在厭氧發酵產甲烷方面上的應用。
發明內容
鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種污泥生物炭材料，用于解決現有技術中餐廚垃圾處理成本高，餐廚垃圾漿液易分層，長期投加強堿會導致體系鹽度提升，不利于體系的長期穩定運行，甲烷生產效率低的問題，同時，本發明還將提供污泥生物炭材料的制備方法；此外，本發明還將提供污泥生物炭材料的新用途。
為實現上述目的及其他相關目的，
本發明的第一方面，提供一種污泥生物炭材料的制備方法，包括步驟如下：
(1)、將污泥脫水干燥、粉碎、研磨，用鋁箔紙包裹數層，加熱炭化，得到炭化污泥；
(2)、將步驟(1)處理得到的炭化污泥依次進行酸洗，去離子水洗滌后烘干，得到污泥生物炭備用；
(3)、取一定量的海藻酸鈉和聚乙烯醇溶于去離子水中混勻，加熱，得到包埋載體混合溶液；
(4)、將步驟(3)中得到的包埋載體混合溶液中加入一定量的菌懸液和步驟(2)得到的污泥生物炭，得到混勻液體；
(5)、向步驟(4)得到的混勻液體中注射滴加交聯劑，交聯后反復洗滌得到固定化小球。
通過采用上述技術方案，采用海藻酸鈉(SA)和聚乙烯醇(PVA)共同復合材料為包埋體、高溫加熱制備的污泥生物炭為吸附固定化載體，對厭氧發酵產甲烷菌進行固定化，將污泥生物炭小球投入到厭氧發酵處理系統中，能提高厭氧消化效率，同時避免餐廚垃圾厭氧消化常有的酸化現象，減少處理過程中強堿的投加，降低運行成本、減輕氨毒害提高微生物活性，幫助均勻餐廚垃圾漿液避免分層，提高甲烷生產效率。
優選的，所述步驟(1)中，鋁箔紙包裹5-10層，然后再馬弗爐內600-700℃炭化3小時。
優選的，所述步驟(2)中，使用36％鹽酸溶液對炭化污泥進行酸洗，10-12h后置換新的36％鹽酸溶液，反復酸洗3-6次直至溶液澄清后；用蒸餾水洗滌至中性后，100-110℃烘箱烘干24h備用。
通過采用上述技術方案，鹽酸處理(在此過程中的鹽酸溶液為黃綠色)后過濾掉液體，再加以相同體積相同濃度的鹽酸溶液處理，如此反復3～6次，直至溶液澄清無色，以此操作去除碳酸鈣等灰分物質。
優選的，所述步驟(2)中，以包埋載體混合溶液為總量計，海藻酸鈉和聚乙烯醇質量分數分別為4-8％和1-3％。
優選的，所述步驟(4)中，菌懸液的制備方法如下：配置牛肉膏蛋白胨培養液，接種活化后的厭氧產甲烷混合菌種，在20～30℃、120r/min恒溫震蕩培養箱中培養至對數生長期，再于5000r/min條件下離心棄去上清液，生理鹽水稀釋菌液得到菌懸液。
優選的，所述步驟(4)中，菌懸液的制備方法如下：配置木霉菌培養基，接種活化后的木霉菌株Tr-38，在150r/min、28℃搖床培養36h，按固液比10％的比例轉接入木霉培養基，28℃培養2天后，每天搖勻一次，待培養基上長滿綠色的木霉孢子時培養結束。
本發明的第二方面，提供一種污泥生物炭材料，由上述任意一項制備方法制得。
本發明的第三方面，提供一種污泥生物炭材料的新用途，在厭氧發酵產甲烷方面上的應用。
如上所述，本發明的污泥生物炭材料及其制備方法和在厭氧發酵產甲烷中的應用，具有以下有益效果：
采用海藻酸鈉(SA)和聚乙烯醇(PVA)共同復合材料為包埋體、高溫加熱制備的污泥生物炭為吸附固定化載體，對厭氧發酵產甲烷菌進行固定化，將污泥生物炭小球投入到厭氧發酵處理系統中，能提高厭氧消化效率，同時避免餐廚垃圾厭氧消化常有的酸化現象，減少處理過程中強堿的投加，降低運行成本、減輕氨毒害提高微生物活性，幫助均勻餐廚垃圾漿液避免分層，提高甲烷生產效率。有機物去除負荷提高48％-83％，pH穩定在6.7～7.5之間，日產氣量提高21％-41％，無明顯分層現象。
（發明人：童裳慧）
