污泥生物炭材料及其制备方法和在厌氧发酵产甲烷中的应用与流程

本发明涉及污泥处理领域，更具体地说，它涉及一种污泥生物炭材料及其制备方法和在厌氧发酵产甲烷中的应用。

背景技术：

1、污泥是各污水处理厂污水处理过程中的必然产物。污泥热解技术能够消除污泥的臭味和致病菌、固定重金属并减量化，被认为是实现污泥减量化、稳定化、无害化和资源化目标的一种极其有效的处理处置方式。

2、污泥热解生物炭，具有丰富的孔隙结构、巨大的比表面积和丰富的官能团。已有文献提出将微生物固定到竹炭上进行苯酚废水的治理，实验证明能够充分发挥微生物的降解特性，取得较好的降解效果。由此可见，良好的微生物固定化载体可以在较长时间保持一定的活性，从而达到去除污染物的作用。污水处理厂污泥热解制备的生物炭具有孔隙丰富，比表面积巨大和官能团结构丰富的特性，但结合微生物固定用于厌氧发酵的研究鲜有报道。

3、厌氧发酵是废物资源化的重要手段，可以帮助处理城市固废，农业废物，餐厨垃圾和剩余污泥等物质生产高附加值产物。以餐厨垃圾为例，厌氧消化产甲烷过程中，其中的有机组分经微生物的水解发酵作用分解成小分子的有机酸、醇等物质，再经过产氢和产酸过程将这些小分子酸、醇分解成乙酸、氢气和co2，最后在乙酸营养型甲烷菌的作用下将乙酸转化为甲烷和co2，在氢营养型甲烷菌的作用下将氢气和co2转化为甲烷和水。

4、然而，厌氧发酵过程中存在一些问题，如水解过程产生的挥发酸累积会对微生物造成毒害(如专利cn201721908571.0)，生成的氨会抑制产甲烷活性(cn201811145303.7)等，影响处理效率。针对这些问题，通常采用投加强碱，减氨抑制剂等手段解决，这一方案显著增加了餐厨垃圾处理成本，同时长期投加强碱会导致体系盐度提升，不利于体系的长期稳定运行。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种污泥生物炭材料，用于解决现有技术中餐厨垃圾处理成本高，餐厨垃圾浆液易分层，长期投加强碱会导致体系盐度提升，不利于体系的长期稳定运行，甲烷生产效率低的问题，同时，本发明还将提供污泥生物炭材料的制备方法；此外，本发明还将提供污泥生物炭材料的新用途。

2、为实现上述目的及其他相关目的，

3、本发明的第一方面，提供一种污泥生物炭材料的制备方法，包括步骤如下：

4、(1)、将污泥脱水干燥、粉碎、研磨，用铝箔纸包裹数层，加热炭化，得到炭化污泥；

5、(2)、将步骤(1)处理得到的炭化污泥依次进行酸洗，去离子水洗涤后烘干，得到污泥生物炭备用；

6、(3)、取一定量的海藻酸钠和聚乙烯醇溶于去离子水中混匀，加热，得到包埋载体混合溶液；

7、(4)、将步骤(3)中得到的包埋载体混合溶液中加入一定量的菌悬液和步骤(2)得到的污泥生物炭，得到混匀液体；

8、(5)、向步骤(4)得到的混匀液体中注射滴加交联剂，交联后反复洗涤得到固定化小球。

9、通过采用上述技术方案，采用海藻酸钠(sa)和聚乙烯醇(pva)共同复合材料为包埋体、高温加热制备的污泥生物炭为吸附固定化载体，对厌氧发酵产甲烷菌进行固定化，将污泥生物炭小球投入到厌氧发酵处理系统中，能提高厌氧消化效率，同时避免餐厨垃圾厌氧消化常有的酸化现象，减少处理过程中强碱的投加，降低运行成本、减轻氨毒害提高微生物活性，帮助均匀餐厨垃圾浆液避免分层，提高甲烷生产效率。

10、优选的，所述步骤(1)中，铝箔纸包裹5-10层，然后再马弗炉内600-700℃炭化3小时。

11、优选的，所述步骤(2)中，使用36％盐酸溶液对炭化污泥进行酸洗，10-12h后置换新的36％盐酸溶液，反复酸洗3-6次直至溶液澄清后；用蒸馏水洗涤至中性后，100-110℃烘箱烘干24h备用。

12、通过采用上述技术方案，盐酸处理(在此过程中的盐酸溶液为黄绿色)后过滤掉液体，再加以相同体积相同浓度的盐酸溶液处理，如此反复3～6次，直至溶液澄清无色，以此操作去除碳酸钙等灰分物质。

13、优选的，所述步骤(2)中，以包埋载体混合溶液为总量计，海藻酸钠和聚乙烯醇质量分数分别为4-8％和1-3％。

14、优选的，所述步骤(4)中，菌悬液的制备方法如下：配置牛肉膏蛋白胨培养液，接种活化后的厌氧产甲烷混合菌种，在20～30℃、120r/min恒温震荡培养箱中培养至对数生长期，再于5000r/min条件下离心弃去上清液，生理盐水稀释菌液得到菌悬液。

15、优选的，所述步骤(4)中，菌悬液的制备方法如下：配置木霉菌培养基，接种活化后的木霉菌株tr-38，在150r/min、28℃摇床培养36h，按固液比10％的比例转接入木霉培养基，28℃培养2天后，每天摇匀一次，待培养基上长满绿色的木霉孢子时培养结束。

16、本发明的第二方面，提供一种污泥生物炭材料，由上述任意一项制备方法制得。

17、本发明的第三方面，提供一种污泥生物炭材料的新用途，在厌氧发酵产甲烷方面上的应用。

18、如上所述，本发明的污泥生物炭材料及其制备方法和在厌氧发酵产甲烷中的应用，具有以下有益效果：

19、采用海藻酸钠(sa)和聚乙烯醇(pva)共同复合材料为包埋体、高温加热制备的污泥生物炭为吸附固定化载体，对厌氧发酵产甲烷菌进行固定化，将污泥生物炭小球投入到厌氧发酵处理系统中，能提高厌氧消化效率，同时避免餐厨垃圾厌氧消化常有的酸化现象，减少处理过程中强碱的投加，降低运行成本、减轻氨毒害提高微生物活性，帮助均匀餐厨垃圾浆液避免分层，提高甲烷生产效率。有机物去除负荷提高48％-83％，ph稳定在6.7～7.5之间，日产气量提高21％-41％，无明显分层现象。

技术特征：

1.一种污泥生物炭材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的污泥生物炭材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，铝箔纸包裹5-10层，然后再马弗炉内600-700℃炭化3小时。

3.根据权利要求1所述的污泥生物炭材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，使用36％盐酸溶液对炭化污泥进行酸洗，10-12h后置换新的36％盐酸溶液，反复酸洗3-6次直至溶液澄清后；用蒸馏水洗涤至中性后，100-110℃烘箱烘干24h备用。

4.根据权利要求1所述的污泥生物炭材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，以包埋载体混合溶液为总量计，海藻酸钠和聚乙烯醇质量分数分别为4-8％和1-3％。

5.根据权利要求1所述的污泥生物炭材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，菌悬液的制备方法如下：配置牛肉膏蛋白胨培养液，接种活化后的厌氧产甲烷混合菌种，在20～30℃、120r/min恒温震荡培养箱中培养至对数生长期，再于5000r/min条件下离心弃去上清液，生理盐水稀释菌液得到菌悬液。

6.根据权利要求1所述的污泥生物炭材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，菌悬液的制备方法如下：配置木霉菌培养基，接种活化后的木霉菌株tr-38，在150r/min、28℃摇床培养36h，按固液比10％的比例转接入木霉培养基，28℃培养2天后，每天摇匀一次，待培养基上长满绿色的木霉孢子时培养结束。

7.一种污泥生物炭材料，其特征在于：由权利要求1-6任意一项所述的制备方法制得。

8.一种如权利要求7所述的污泥生物炭材料的新用途，其特征在于，在厌氧发酵产甲烷方面上的应用。

技术总结
本申请涉及污泥处理领域，具体公开了一种污泥生物炭材料及其制备方法和在厌氧发酵产甲烷中的应用，制备方法包括步骤如下：(1)、将污泥脱水干燥、粉碎、研磨，用铝箔纸包裹加热炭化，得到炭化污泥；(2)、将炭化污泥依次进行酸洗，去离子水洗涤后烘干，得到污泥生物炭；(3)、取海藻酸钠和聚乙烯醇溶于去离子水中混匀，加热，得到包埋载体混合溶液；(4)、将包埋载体混合溶液中加入菌悬液和污泥生物炭，得到混匀液体；(5)、将混匀液体与交联剂混合，交联后洗涤得到固定化小球。具有能提高厌氧消化效率，避免厌氧消化酸化，减少处理过程强碱投加，降低成本，均匀餐厨垃圾浆液避免分层，提高甲烷生产效率。

技术研发人员：童裳慧
受保护的技术使用者：中晶城康资源再生利用技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14